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Kraftstoffeinspritzanlage - Dokument DE102005014399A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005014399A1 10.11.2005
Titel Kraftstoffeinspritzanlage
Anmelder Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Nakayama, Shinji, Tokio/Tokyo, JP;
Kouketsu, Susumu, Tokio/Tokyo, JP;
Tanabe, Keiki, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Böck - Tappe - Kirschner, 97074 Würzburg
DE-Anmeldedatum 24.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005014399
Offenlegungstag 10.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.11.2005
IPC-Hauptklasse F02M 57/02
IPC-Nebenklasse F02M 47/00   
Zusammenfassung Eine Druckverstärkereinheit (70) ist in einem Einspritzaggregat (13) einer Kraftstoffeinspritzanlage (10) vorgesehen. Die Druckverstärkereinheit (70) umfasst einen Druckverstärkerkolben (101), der in einer Druckkammer (100) untergebracht ist, und ein Auslassventil (111), das in der Lage ist, Kraftstoff in einer Gegendruckkammer (102) auszulassen. Eine Steuerung (16) weist einen Indikationswert-Einstellschritt (P1) auf, der einen Indikationswert eines Solldrucks in einer Common Rail einem Motorbetriebszustand entsprechend einstellt, einen Bestimmungsschritt (S10), der bestimmt, ob der Indikationswert des Drucks in der Common Rail in einer Reduzierungsrichtung liegt, um einen zuvor eingestellten Indikationswert zu unterschreiten, und einen Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsschritt (S11), der das Auslassventil (111) zu einem anderen Zeitpunkt als dem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs des Einspritzaggregats (13) öffnet, wenn das Bestimmungsmittel (S10) bestimmt hat, dass der Indikationswert in der Reduzierungsrichtung liegt.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Druckverstärkereinheit zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine, wie z.B. einem Dieselmotor.

Kraftstoffeinspritzanlagen eines druckverstärkenden Typs, die ein Common Rail-System in einem Dieselmotor verwenden, sind allgemein bekannt. In einer Kraftstoffeinspritzanlage dieses Typs wird Hochdruck-Kraftstoff als Arbeitsmedium genutzt, das von der Common Rail zugeführt wird, um einen Druckverstärkerkolben zu bewegen. Der Druckverstärkerkolben ist zwischen einer Druckkammer und einer Gegendruckkammer in einem Einspritzaggregat vorgesehen. Der Druckverstärkerkolben wird einem Differentialdruck entsprechend bewegt, der zwischen der Druckkammer und der Gegendruckkammer auftritt, wenn der Kraftstoff in der Gegendruckkammer ausgelassen wird. Der vom Druckverstärkerkolben druckverstärkte Kraftstoff wird an einen Nadelventilmechanismus eines Düsenabschnitts des Einspritzaggregats übergeben.

Eine Kraftstoffeinspritzanlage wird zum Beispiel in einer japanischen Patentschrift (nationale PCT-Veröffentlichung Nr. 2002-539372) offenbart. Die Kraftstoffeinspritzanlage, die darin offenbart wird, umfasst eine Nadelventil-Antriebseinheit, die ein Nadelventil eines Nadelventilmechanismus betätigt. Die Nadelventil-Antriebseinheit umfasst eine Kammer zur Druckbeaufschlagung, die Kraftstoff einlässt, der von einer Common Rail zugeführt wird, ein Öffnungs-/Schließventil, das in der Lage ist, Kraftstoff in der Kammer zur Druckbeaufschlagung auszulassen, und einen Druckaufnahmekolben, der in der Kammer zur Druckbeaufschlagung untergebracht ist. Die Nadelventil-Antriebseinheit öffnet das Nadelventil zusammen mit dem Auslass des Kraftstoffs, der in der Kammer zur Druckbeaufschlagung gehalten wird.

In Kraftstoffeinspritzanlagen des in der Patentschrift beschriebenen Typs wird eine große Kraftstoffmenge zur Betätigung der Druckverstärkereinheit verwendet. Daher ist im Vergleich zu einer Kraftstoffeinspritzanlage ohne Kammer zur Druckbeaufschlagung je nach Typ eine Common Rail mit großer Kapazität erforderlich.

Der Common Rail-Druck wird auf einen Optimalwert geregelt, zum Beispiel, indem die Fördermenge einer Versorgungspumpe dem Motorbetriebsmodus entsprechend reguliert wird. In dem Fall, dass der Motor zum Beispiel bei hoher Last und hoher Drehzahl läuft, wird die Versorgungspumpe gesteuert, um zu bewirken, dass der Common Rail-Druck höher ist als in dem Fall, dass der Motor bei niedriger Last und niedriger Drehzahl läuft.

Aufgrund dessen entsteht ein Bedarf, dass der Common Rail-Druck geregelt wird, um in einem Übergangszustand des Motors in einer kurzen Zeit abzufallen, wie z.B., wenn der Motorlastzustand von einem hohen Lastzustand in einen niedrigen Lastzustand übergeht, und eine Gasdrosselöffnung (d.h. der Grad der Gaspedalbetätigung) von einem großen Zustand in einen kleinen Zustand übergeht. In einer Common Rail, die eine relativ große Kapazität aufweist, die für eine Druckverstärkereinheit geeignet ist, nimmt die Druckreduzierung jedoch Zeit in Anspruch, wodurch eine Ansprechverzögerung verursacht wird. Daher kann in einem niedrigen Lastzustand eine Hochdruckeinspritzung des Kraftstoffs auftreten, was sich nachteilig auf die Abgase usw. auswirkt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher zielt die Erfindung auf die Bereitstellung einer Kraftstoffeinspritzanlage ab, die es ermöglicht, den Druck schnell zu reduzieren als Antwort auf ein Ereignis, bei dem die Notwendigkeit aufgetreten ist, den Druck in der Common Rail dem Betriebsmodus entsprechend zu reduzieren.

Eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage umfasst eine Common Rail, eine Druckverstärkereinheit, eine Nadelventil-Antriebseinheit und eine Steuerung. Die Druckverstärkereinheit weist Folgendes auf: eine Druckkammer, die den Kraftstoff einlässt, der von der Common Rail übergeben wird, einen Druckverstärkerkolben, der in der Druckkammer vorgesehen ist, eine Gegendruckkammer, die durch den Druckverstärkerkolben von der Druckkammer getrennt wird und die den Kraftstoff einlässt, der von der Common Rail übergeben wird, ein Auslassventil, das in der Lage ist, den in der Gegendruckkammer vorhandenen Kraftstoff auszulassen, und eine Druckverstärkerkammer, die, wenn der Kraftstoff aus der Gegendruckkammer ausgelassen wird, einen Abschnitt verwendet, der sich einheitlich mit dem Druckverstärkerkolben bewegt, um dadurch den Kraftstoffdruck zu verstärken, und den Kraftstoff dann an den Nadelventilmechanismus übergibt.

Die Nadelventil-Antriebseinheit weist Folgendes auf: eine Kammer zur Druckbeaufschlagung, die den Kraftstoff einlässt, der von der Common Rail übergeben wird, ein Öffnungs-/Schließventil, das in der Lage ist, den Kraftstoff auszulassen, der in der Kammer zur Druckbeaufschlagung vorhanden ist, und einen Druckaufnahmekolben, der in der Kammer zur Druckbeaufschlagung untergebracht ist und sich zusammen mit dem Auslass des Kraftstoffs, der in der Kammer zur Druckbeaufschlagung vorhanden ist, in der Öffnungsrichtung des Nadelventils bewegt. Und die Steuerung weist Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel (S11) auf, um das Auslassventil zu einem anderen Zeitpunkt als dem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs des Einspritzaggregats zu öffnen, falls die Notwendigkeit auftritt, den Druck in der Common Rail einem Motorbetriebszustand oder einem Gasdrosselbetriebszustand entsprechend zu reduzieren.

Erfindungsgemäß kann in einer Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Druckverstärkereinheit und einer Common Rail der Druck in der Common Rail schnell reduziert werden, als Antwort auf ein Ereignis, wo die Notwendigkeit aufgetreten ist, den Druck in der Common Rail zu reduzieren, wie z.B. in einem Fall, in dem der (Last)zustand dem Motorbetriebszustand entsprechend von einem Hochlastzustand in einen Niederlastzustand übergeht.

Da ein Auslassventil eines Einspritzaggregats für ein einen nicht betriebenen Zylinder, bei dem der Einspritzvorgang nicht durchgeführt wird, vom Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel geöffnet wird, wird der Druck in der Common Rail selbst in einem Zustand, in dem der Nadelventilmechanismus des Einspritzaggregats geschlossen ist und daher keinen Kraftstoff einspritzen kann, frühzeitig reduziert. Daher kann vermieden werden, dass der Innendruck des Einspritzaggregats übermäßig hoch wird, wodurch die strukturelle Unversehrtheit des Einspritzaggregats sichergestellt wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt das Bestimmungsmittel den Druckdifferenzsollwert einer Motordrehzahl und einer Motorlast entsprechend ein.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung öffnet das Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel das Auslassventil des Einspritzaggregats für einen Zylinder, bei dem der Einspritzvorgang nicht durchgeführt wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bewirkt das Bestimmungsmittel, dass der Druckdifferenzsollwert mit zunehmender Motordrehzahl und Motorlast zunimmt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bewirkt die Steuerung in einem Zustand, in dem das Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel ausgeführt wird und das Auslassventil geöffnet ist, dass eine Fördermenge einer Versorgungspumpe zur Kraftstoffversorgung der Common Rail reduziert oder auf null gesetzt wird.

Nach einer anderen Ausführungsform der Steuerung weist die Steuerung außerdem Bestimmungsmittel auf, um zu bestimmen, ob eine Gasdrosselöffnung in einer Reduzierungsrichtung liegt oder nicht, und das Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel öffnet das Auslassventil zu einem anderen Zeitpunkt als dem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs des Einspritzaggregats, wenn das Bestimmungsmittel bestimmt hat, dass die Gasdrosselöffnung in der Reduzierungsrichtung liegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Kraftstoffeinspritzanlage einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

2 ist eine Ansicht, die ein Common Rail-Druckabbild auf der Basis einer Motordrehzahl und einer Motorlast zeigt;

3 ist eine Ansicht, die einen Teil der Funktionen einer Steuerung der in 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzanlage zeigt;

4 ist ein Diagramm, das Beziehungen zwischen Steuersignalen, Einspritzdrücken und Common Rail-Drücken in der Kraftstoffeinspritzanlage von 1 zeigt;

5 ist ein Diagramm, das Beispiele eines Druckverstärkerkolben-Steuersignals und eines Einspritzaggregat-Steuersignals in der Kraftstoffeinspritzanlage von 1 zeigt;

6 ist ein Diagramm, das andere Beispiele eines Druckverstärkerkolben-Steuersignals und eines Einspritzaggregat-Steuersignals in der Kraftstoffeinspritzanlage von 1 zeigt; und

7 ist eine Ansicht, die einen Teil der Funktionen einer Steuerung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bezug nehmend auf 1 und 6 wird im Folgenden eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzanlage 10, die in einem Dieselmotor als Beispiel für einen Motor verwendet wird. Die Kraftstoffeinspritzanlage 10 umfasst Elemente wie z.B. eine Common Rail 12, ein Einspritzaggregat 13 und eine Versorgungspumpe 14, die als Kraftstoffpumpe wirkt. Die Common Rail 12 hält Kraftstoff unter Druck. Das Einspritzaggregat 13 ist in jedem der Zylinder des Motors vorgesehen. Die Versorgungspumpe 14 setzt Kraftstoff unter Druck und führt ihn der Common Rail 12 zu. Die Common Rail 12 und die Versorgungspumpe 14 sind durch Kraftstoffzuleitungsrohre 15 miteinander verbunden. Die Versorgungspumpe 14 wird von einer Steuerung 16 auf eine derartige Fördermenge geregelt, dass der Kraftstoffdruck in der Common Rail 12 einen Kraftstoffdruck mit einem Sollwert annimmt oder null wird.

Eine Vielzahl von Auslassöffnungen 40 sind in der Common Rail 12 ausgebildet. Die Auslassöffnungen 40 führen den Kraftstoff den Einspritzaggregaten 13 für die jeweiligen Zylinder zu. Nur eines des Einspritzaggregate 13 wird in 1 gezeigt. Doch in der Praxis sind die Einspritzaggregate 13 der Zylinder jeweils durch einen Kraftstoffzuleitungskanal 41, worin der Kraftstoff den jeweiligen Einspritzaggregaten 13 zugeführt wird, mit den Auslassöffnungen 40 der Common Rail 12 verbunden.

Das Einspritzaggregat 13 umfasst ein Gehäuse 51 mit einem Düsenabschnitt 50, einem Nadelventilmechanismus 54, einer Nadelventil-Antriebseinheit 60 und einer Druckverstärkereinheit 70. Der Nadelventilmechanismus 54 umfasst ein Nadelventil 52, das in einem Abschnitt nahe am Düsenabschnitt 50 vorgesehen ist, und eine Kraftstoffkammer 53. Die Nadelventil-Antriebseinheit 60 bewegt das Nadelventil 52 entlang der Öffnungs-/Schließrichtung des Nadelventils 52. Die Druckverstärkereinheit 70 verstärkt den Druck des von der Common Rail 12 zugeführten Kraftstoffs, um den druckverstärkten Kraftstoff dadurch dem Nadelventilmechanismus 54 zuzuführen.

Ein Kraftstoffumlaufabschnitt 72 mit einem Rückschlagventil 71 ist im Einspritzaggregat 13 ausgebildet. Der Kraftstoffumlaufabschnitt 72 ist durch den Kraftstoffzuleitungskanal 41 mit der Common Rail 12 verbunden. Der Kraftstoff aus der Common Rail 12 wird durch den Kraftstoffumlaufabschnitt 72, das Rückschlagventil 71 und einen Kraftstoffumlaufabschnitt 73 der Kraftstoffkammer 53 zugeführt. Der Kraftstoffumlaufabschnitt 73 ist mit dem Düsenabschnitt 50 in Verbindung stehend angeordnet. Eine Kraftstoffeinspritzöffnung 74 ist an einem Endabschnitt des Düsenabschnitts 50 ausgebildet.

Die Nadelventil-Antriebseinheit 60 umfasst zum Beispiel einen Kraftstoffkanal 80, einen Druckaufnahmekolben 82, eine Feder 83, eine Kammer zur Druckbeaufschlagung 85, ein Öffnungs-/Schließventil 87, einen Auslass 88 für den rückgeführten Kraftstoff und eine Öffnung 89. Der Kraftstoffkanal 80 ist im Gehäuse 51 ausgebildet. Der Druckaufnahmekolben 82 umfasst eine Antriebswelle 81, die sich einheitlich mit dem Nadelventil 52 in die axiale Richtung bewegt. Die Feder 83 spannt das Nadelventil 52 in die Schließrichtung vor. Die Kammer zur Druckbeaufschlagung 85 ist durch eine Öffnung 84 mit dem Kraftstoffkanal 80 in Verbindung stehend angeordnet. Das Öffnungs-/Schließventil 87 wird durch einen Elektromagneten 86 betätigt. Der Auslass 88 für den rückgeführten Kraftstoff ist mit einer Auslassseite des Öffnungs-/Schließventils 87 in Verbindung stehend ausgebildet.

Der Auslass 88 für den rückgeführten Kraftstoff ist durch einen Rücklaufkanal 90 mit einem Kraftstoffbehälter 91 in Verbindung stehend angeordnet. Der Rücklaufkanal 90 ist mit einer Auslassseite des Öffnungs-/Schließventils 87 der Nadelventil-Antriebseinheit 60 und mit dem Kraftstoffbehälter 91 in Verbindung stehend ausgebildet. Der Kraftstoffbehälter 91 ist durch ein Kraftstoffzuleitungsrohr 92 mit einem Einlass 14a der Versorgungspumpe 14 in Verbindung stehend angeordnet.

Die Druckverstärkereinheit 70 umfasst eine Druckkammer 100, einen Druckverstärkerkolben 101 und eine Gegendruckkammer 102. Die Druckkammer 100 ist mit dem Kraftstoffzuleitungskanal 41 in Verbindung stehend angeordnet. Der Druckverstärkerkolben 101 ist in der Druckkammer 100 untergebracht. Die Gegendruckkammer 102 ist durch den Druckverstärkerkolben 101 von der Druckkammer 100 getrennt. Die Gegendruckkammer 102 ist durch eine Öffnung 103 mit dem Kraftstoffumlaufabschnitt 72 in Verbindung stehend angeordnet. Hochdruck-Kraftstoff, der von der Common Rail 12 durch den Kraftstoffzuleitungskanal 41 zugeführt wird, wird in die Druckkammer 100 und die Gegendruckkammer 102 eingelassen.

Die Druckverstärkereinheit 70 weist außerdem ein Auslassventil 111, einen Plungerabschnitt 112 und eine Druckverstärkerkammer 113 auf. Das Auslassventil 111 wird von einem Elektromagneten 110 betätigt, um sich zu öffnen, wenn der in der Gegendruckkammer 102 enthaltene Kraftstoff ausgelassen wird. Der Plungerabschnitt 112 bewegt sich einheitlich mit dem Druckverstärkerkolben 101, wenn der in der Gegendruckkammer 102 enthaltene Kraftstoff ausgelassen wird. Mit der Betätigung des Plungerabschnitts 112 setzt die Druckverstärkerkammer 113 Kraftstoff unter Druck.

Die Druckverstärkerkammer 113 ist mit dem Kraftstoffumlaufabschnitt 73 in Verbindung stehend angeordnet. Ein Kraftstoffauslasskanal 120 ist mit der Auslassseite des Auslassventils 111 verbunden. Der Kraftstoffauslasskanal 120 ist mit einer Einlassseite 14b der Versorgungspumpe 14 gekoppelt. In diesem Fall kann der Kraftstoff, der aus der Gegendruckkammer 102 ausgelassen wird, zur Einlassseite 14b der Versorgungspumpe 14 zurückgeleitet werden, wodurch der Kraftstoff, der der Versorgungspumpe 14 zugeführt wird, gespart werden kann.

Der Elektromagnet 86 des Öffnungs-/Schließventils 87 und der Elektromagnet 110 des Auslassventils 111 werden hinsichtlich ihres Öffnungs-/Schließbetriebs einzeln von der Steuerung 16 gesteuert. Die Versorgungspumpe 14 wird von der Steuerung 16 hinsichtlich der Fördermenge (volumetrische Durchflussmenge der Pumpe) des Kraftstoffs zur Common Rail 12 gesteuert. Die Steuerung 16 wird durch einen Bordcomputer wie zum Beispiel eine ECU (elektronisches Steuergerät) gebildet. Wenn das Einspritzaggregat 13 eine Druckverstärkung benötigt, steuert die Steuerung 16 den Elektromagneten 110 der Druckverstärkereinheit 70, um ihn einzuschalten. Synchron dazu, oder mit einer leichten Verzögerung danach, steuert die Steuerung 16 den Elektromagneten 86 der Nadelventil-Antriebseinheit 60, um ihn einzuschalten.

Als Indikationswert-Einstellmittel (oder Indikationswert-Einstellschritt), wie in den beigefügten Ansprüchen der Erfindung definiert, enthält die Steuerung 16 ein Computerprogramm P1 (nachstehend „Programm" genannt), das einen dem Betriebsmodus des Motors entsprechenden Sollindikationswert des Common Rail-Drucks einstellt. Zum Beispiel wird der Indikationswert des Common Rail-Drucks anhand eines Common Rail-Druckabbilds, das in 2 beispielhaft dargestellt ist, der Motordrehzahl und der Motorlast entsprechend eingestellt.

Der Indikationswert des Common Rail-Drucks wird dem Common Rail-Druckabbild von 2 entsprechend eingestellt, um mit zunehmender Motordrehzahl und Motorlast (Gasdrosselöffnung) zuzunehmen. In der vorliegenden Beschreibung entspricht die „Gasdrosselöffnung" dem Umfang der Gaspedalbetätigung. Der Betrieb der Versorgungspumpe 14 wird so gesteuert, dass der Common Rail-Druck sich dem Indikationswert nähert.

Ferner umfasst die Steuerung 16 einen Bestimmungsschritt S10, der in 3 gezeigt wird, als Bestimmungsmittel (oder als Bestimmungsschritt), wie in den beigefügten Ansprüchen der Erfindung definiert. Im Bestimmungsschritt S10 führt jedes Mal, wenn eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird (oder in einem bestimmten Intervall), eine Programmroutine einen Vergleich zwischen einem aktuellen Indikationswert des Common Rail-Drucks und einem zuvor eingestellten Indikationswert aus, um dadurch zu bestimmen, ob der Indikationswert in der Reduzierungsrichtung liegt.

In dem Fall, dass im Bestimmungsschritt S10 die Differenz zwischen dem aktuellen Indikationswert und dem vorigen Indikationswert größer oder gleich einem voreingestellten Druckdifferenzsollwert geworden ist, das heißt, die Reduktionsmenge des Indikationswerts einen voreingestellten Wert überschritten hat, geht die Verarbeitung zu Schritt S11 (Druckreduzierungsmodus) über. Schritt S11 wird als Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsschritt S11 (Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel, wie in den beigefügten Ansprüchen der Erfindung definiert) ausgeführt, wie unten beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Druckdifferenzsollwert entsprechend der Motordrehzahl und der Motorlast (Kraftstoffeinspritzmenge) eingestellt. Das heißt, der Druckdifferenzsollwert nimmt mit zunehmender Motordrehzahl und Motorlast zu.

Wenn in Bestimmungsschritt S10 die Differenz zwischen dem aktuellen Indikationswert und dem vorigen Indikationswert kleiner als der voreingestellte Druckdifferenzsollwert ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S12 (normaler Modus) über. In Schritt S12 bleibt das Druckverstärkerkolben-Steuersignal AUS, wie in 4 durch eine zweifach gepunktete Strichpunktlinie N1 dargestellt).

Im Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsschritt S11 wird das Auslassventil 111 der Druckverstärkereinheit 70 zu einem anderen Zeitpunkt als dem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs des Einspritzaggregats 13 geöffnet. Das heißt, ein Druckverstärkerkolben-Steuersignal, wie durch eine durchgehende Linie E in 4 dargestellt, wird ausgegeben, um den Elektromagneten 110 des Auslassventils 111 einzuschalten, wodurch das Auslassventil 111 geöffnet wird.

Die Steuerung 16 steuert zudem den Betrieb der Versorgungspumpe 14. Das heißt, während das Auslassventil 111 im Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsschritt S11 geöffnet ist, steuert die Steuerung 16 den Betrieb der Versorgungspumpe 14, so dass die Fördermenge an Kraftstoff zur Common Rail 12 null wird (kein Pumpen). In diesem Fall kann die Versorgungspumpe 14 auch so gesteuert werden, dass die volumetrische Durchflussmenge der Pumpe sich null nähert, statt die Versorgungspumpe 14 so zu steuern, dass die Fördermenge dem Zustand ohne Pumpen entspricht.

Die Arbeitsweise der Kraftstoffeinspritzanlage 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben.

Wenn der Motor läuft und die Versorgungspumpe 14 betätigt wird, wird Kraftstoff, der aus dem Kraftstoffbehälter 91 in die Versorgungspumpe 14 gesaugt wird, dadurch unter Druck gesetzt. Der unter Druck gesetzte Kraftstoff wird dann der Common Rail 12 zugeführt. Der Druck des Kraftstoffs, der aus der Versorgungspumpe 14 austritt, wird von der Steuerung 16 entsprechend dem Betriebsmodus des Motors geregelt. Der Kraftstoff, der von der Versorgungspumpe 14 auf einen vorgegebenen Druck gesetzt wurde, wird in der Common Rail 12 gehalten.

Der Kraftstoff wird aus der Kraftstoffeinspritzöffnung 74 des entsprechenden Einspritzaggregats 13 in eine Verbrennungskammer eines jeweiligen Zylinders des Motors eingespritzt. Das Einspritzaggregat 13 wird dem Betriebsmodus des Motors entsprechend in einem Kraftstoffdruckverstärkungsmodus (Modus, in dem die Druckverstärkereinheit 70 betätigt wird) oder in einem Kraftstoff-Nichtdruckverstärkungsmodus (Modus, in dem die Druckverstärkereinheit 70 nicht betätigt wird) betrieben. Zum Beispiel wird das Einspritzaggregat 13 während des Hochlastbetriebs des Motors im Kraftstoffdruckverstärkungsmodus betrieben. Andrerseits wird das Einspritzaggregat 13 während des Niederlastbetriebs, wie z.B. während des Motorleerlaufs, in einem Modus betrieben, der keine Kraftstoffdruckverstärkung erfordert.

Bezug nehmend auf 5 wird zum Beispiel im Kraftstoffdruckverstärkungsmodus als Antwort auf ein Druckverstärkerkolben-Steuersignal bei einem Kurbelwinkel T1, der auf der Horizontalachse der Zeichnung angezeigt wird, der Elektromagnet 110 der Druckverstärkereinheit 70 eingeschaltet. Wenn der Elektromagnet 110 eingeschaltet wird, öffnet sich das Auslassventil 111. Dadurch bewegt sich der Druckverstärkerkolben 101 entsprechend einem Druckaufnahmeflächenverhältnis zwischen dem Druckverstärkerkolben 101 und dem Plungerabschnitt 112 zur Druckverstärkerkammer 113 hin. Zusammen mit der Bewegung wird Kraftstoff in der Gegendruckkammer 102 dazu gebracht, durch das Auslassventil 111 zu laufen, und wird dann in den Kraftstoffauslasskanal 120 ausgelassen. Dadurch wird der Kraftstoff in der Druckverstärkerkammer 113 druckverstärkt und an den Kraftstoffumlaufabschnitt 73 übergeben. Der Hochdruck-Kraftstoff, der aus der Gegendruckkammer 102 in den Kraftstoffauslasskanal 120 austritt, wird zur Einlassseite 14b der Versorgungspumpe 14 zurückgeführt.

Bei einem Kurbelwinkel T2, der in 5 gezeigt wird, wird der Elektromagnet 86 der Nadelventil-Antriebseinheit 60 als Antwort auf ein Einspritzaggregat-Steuersignal eingeschaltet. Wenn der Elektromagnet 86 eingeschaltet wird, öffnet sich das Öffnungs-/Schließventil 87. Dadurch tritt der Kraftstoff in der Kammer zur Druckbeaufschlagung 85 durch das Öffnungs-/Schließventil 87 aus dem Auslass 88 für den rückgeführten Kraftstoff in den Rücklaufkanal 90 aus. Bei diesem Vorgang wird der Druckaufnahmekolben 82 in die Richtung bewegt, die dem Nadelventil 52 entgegengesetzt ist, um dadurch das Nadelventil 52 zu öffnen. Folglich wird Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 53 aus der Kraftstoffeinspritzöffnung 74 in die Verbrennungskammer des Motors eingespritzt. Der Kraftstoff, der aus der Kammer zur Druckbeaufschlagung 85 in den Auslass 88 für den rückgeführten Kraftstoff ausgetreten ist, läuft zum Kraftstoffbehälter 91 zurück.

Nun wird auf 6 Bezug genommen. Wie darin gezeigt, kann je nach Betriebsmodus des Motors ein Ereignis auftreten, bei dem das Druckverstärkerkolben-Steuersignal und das Einspritzaggregat-Steuersignal im Wesentlichen gleichzeitig bei einem Kurbelwinkel T3 ausgegeben werden. In diesem Fall wird im Wesentlichen zeitgleich der Elektromagnet 110 der Druckverstärkereinheit 70 eingeschaltet, der Elektromagnet 86 der Nadelventil-Antriebseinheit 60 wird eingeschaltet, wodurch die Kraftstoffeinspritzung gestartet wird. Dadurch wird der Anstieg der Kraftstoffeinspritzmenge während der Startzeit der Einspritzung gering gehalten.

In dem Betriebsmodus, der keine Druckverstärkung für das Einspritzaggregat 13 erfordert, bleibt der Elektromagnet 110 der Druckverstärkereinheit 70 ausgeschaltet. In diesem Modus wird der Elektromagnet 86 der Nadelventil-Antriebseinheit 60 eingeschaltet, und das Öffnungs-/Schließventil 87 öffnet sich. Dadurch tritt der Kraftstoff in der Kammer zur Druckbeaufschlagung 85 aus dem Öffnungs-/Schließventil 87 in den Rücklaufkanal 90 aus, ähnlich wie im oben beschriebenen Fall. Gleichzeitig bewegt sich der Druckaufnahmekolben 82 zum Nadelventil 52 hin, und das Nadelventil 52 öffnet sich. Wenn das Nadelventil 52 sich öffnet, wird der Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzöffnung 74 eingespritzt. In diesem Fall wird der Kraftstoff nur mit dem Druck eingespritzt, der von der Common Rail 12 ausgeübt wird, so dass der Einspritzdruck relativ niedrig ist.

Der Druck in der Common Rail 12 ist durch Anpassung der volumetrischen Durchflussmenge des Kraftstoffs regulierbar, der von der Versorgungspumpe 14 dem Betriebsmodus des Motors entsprechend zugeführt wird. Im Betriebsmodus des Motors bei hoher Last und hoher Drehzahl zum Beispiel wird der Indikationswert anhand des in 2 gezeigten Common Rail-Druckabbilds eingestellt, um eine Zunahme des Drucks in der Common Rail 12 zu erlauben.

Wie bereits oben beschrieben, geht die Verarbeitung im Bestimmungsschritt S10 gemäß 3, wenn die Differenz zwischen dem aktuellen Indikationswert und dem vorigen Indikationswert größer oder gleich dem voreingestellten Druckdifferenzsollwert geworden ist, zum Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsschritt S11 über,. In Schritt S11 wird das Druckverstärkerkolben-Steuersignal zu einem anderen Zeitpunkt ausgegeben als dem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs, um dadurch das Auslassventil 111 der Druckverstärkereinheit 70 zu öffnen.

Angenommen zum Beispiel, in einem Sechszylindermotor sei die Kraftstoffeinspritzsequenz für die Zylinder Nr. 1 bis Nr. 6 wie folgt: Nr. 1 – Nr. 5 – Nr. 3 – Nr. 6 – Nr. 2 – Nr. 4. Wenn die Kraftstoffeinspritzung für Zylinder Nr. 1 durchgeführt wird, wird das Druckverstärkerkolben-Steuersignal in diesem Fall an beide oder an einen der Zylinder Nr. 2 und Nr. 6 ausgegeben, die den Einspritzvorgang nicht durchführen, um dadurch das Auslassventil 111 der Druckverstärkereinheit 70 zu öffnen.

Falls die Verarbeitung zum Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsschritt S11 übergegangen ist, ist das Steuersignal des Einspritzaggregats 13 aus, so dass das Nadelventil 52 während dieses Vorgangs nicht geöffnet ist. Dadurch wird der Druckverstärkerkolben 101 im Wesentlichen gestoppt. Da das Auslassventil 111 aber geöffnet wird, tritt der Kraftstoff, der durch den Kraftstoffumlaufabschnitt 72 und die Öffnung 103 aus der Common Rail 12 in die Gegendruckkammer 102 gesaugt wurde, durch das Auslassventil 111 in den Kraftstoffauslasskanal 120 aus. Dadurch wird der Druck in der Common Rail 12 in kurzer Zeit auf einen Pegel nahe am Indikationswert gesenkt.

In 4 zeigt N2 einen Innendruck des Einspritzaggregats nach der Ausführung von Schritt S11 an. Im Vergleich dazu entspricht die Reduktionsmenge im Innendruck des Einspritzaggregats, wenn Schritt S11 nicht ausgeführt wird, nur einer Menge, die in 4 durch N3 angezeigt ist. H1 in 4 zeigt eine Reduktionsmenge des Drucks in der Common Rail nach der Ausführung des Schritts S11 an. Im Vergleich dazu entspricht eine Reduktionsmenge des Drucks in der Common Rail, wenn Schritt S11 nicht ausgeführt wird, nur einer Menge, die in 4 durch h angezeigt ist.

Wie oben beschrieben, umfasst die Steuerung 16 das Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel (Schritt S11). Selbst bei einer Kraftstoffeinspritzanlage 10, die eine Common Rail 12 mit relativ großer Kapazität verwendet, um die Druckverstärkereinheit 70 zu betreiben, kann dadurch im Übergangszustand des Motors wie z.B. im Zustand des Übergangs von einem hohen Drehzahl- und Lastbereich in einen niedrigen Drehzahl- und Lastbereich der Druck in der Common Rail 12 in kurzer Zeit reduziert werden. Daher kann das Auftreten einer Ansprechverzögerung in einem derartigen Übergangszustand eingeschränkt werden, die Ausführung einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung in einem Niederlastzustand kann verhindert werden, und dadurch können die Abgasemissionen in einem zu bevorzugenden Zustand gehalten werden. Die oben beschriebene Steuerung ist insbesondere wirksam, um NOx zu reduzieren, das in Abgasemissionen enthalten ist.

Da Schritt S11 ausgeführt wird, um dadurch das Auslassventil 111 des Einspritzaggregats 13 für den nicht betriebenen Zylinder, bei dem der Einspritzvorgang nicht durchgeführt wird, zu öffnen, wird der Druck in der Common Rail zudem frühzeitig reduziert, selbst in dem Zustand, in dem der Nadelventilmechanismus 54 des Einspritzaggregats 13 für den nicht betriebenen Zylinder geschlossen ist und daher den Kraftstoff nicht einspritzen kann. Daher kann verhindert werden, dass der Innendruck des Einspritzaggregats übermäßig hoch wird, wodurch die strukturelle Unversehrtheit des Einspritzaggregats 13 sichergestellt wird.

7 ist eine Ansicht, die einen Teil der Funktionen einer Steuerung 16 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform umfasst einen Bestimmungsschritt S20, der als Bestimmungsmittel wirkt, um zu bestimmen, ob die Gasdrosselöffnung in der Reduzierungsrichtung liegt oder nicht; und der ersten Ausführungsform (3) entsprechend schließt diese Ausführungsform einen Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsschritt S11 (Druckreduzierungsmodus) und einen Schritt S12 (normaler Modus) ein. Die Konfigurationen und Arbeitsweisen dieser Schritte mit Ausnahme des Bestimmungsschritts S20 sind die selben wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, weshalb gemeinsame Abschnitte mit den selben Bezugszeichen/Symbolen dargestellt sind wie in der ersten Ausführungsform und deren Beschreibung hier nicht wiederholt wird.

Im Bestimmungsschritt S20 dieser Ausführungsform wird die Gasdrosselöffnung (Betätigungsumfang des Gaspedals) als ein Bestimmungskriterium dafür benutzt, ob der Indikationswert des Common Rail-Drucks reduziert werden soll oder nicht. Das heißt, im Bestimmungsschritt S20 wird bestimmt, ob die Gasdrosselöffnung in der Reduzierungsrichtung liegt oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Gasdrosselöffnung in Richtung einer signifikanten Reduzierung liegt, um einen vorgegebenen Wert zu unterschreiten (wenn ein Gasdrosselöffnungsverhältnis einen Sollwert überschritten hat), geht die Verarbeitung zu Schritt S11 über. Durch die Ausführung von Schritt S11 wird das Druckverstärkerkolben-Steuersignal zu einem anderen Zeitpunkt als dem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs des Einspritzaggregats 13 ausgegeben, und das Auslassventil 111 der Druckverstärkereinheit 70 wird dadurch geöffnet.

Folglich kann im Übergangszustand des Motors, wie z.B. im Zustand des Übergangs von einem hohen Drehzahl- und Lastbereich in einen niedrigen Drehzahl- und Lastbereich, der Druck in der Common Rail 12 in einer kurzen Zeit reduziert werden. Daher kann das Auftreten einer Ansprechverzögerung in solch einem Übergangszustand eingeschränkt werden, die Ausführung einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung in einem Niederlastzustand kann verhindert werden, und dadurch können die Abgasemissionen in einem zu bevorzugenden Zustand gehalten werden.

Selbstverständlich kann die Erfindung auf verschiedene andere Weisen realisiert oder ausgeführt werden als in den oben beschriebenen Ausführungsformen, durch geeignete Modifizierung der Bestandteile, wie z.B. der Einspritzaggregate, der Common Rail und der Steuerung, ohne vom Wesen und Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]
  1. Kraftstoffeinspritzanlage (10), umfassend:

    eine Common Rail (12), die einen Kraftstoff unter Druck hält,

    eine Druckverstärkereinheit (70), die den Kraftstoff, der von der Common Rail (12) zugeführt wird, druckverstärkt, um dadurch den Kraftstoff an einen Nadelventilmechanismus (54) eines Einspritzaggregats (13) zu übergeben,

    eine Nadelventil-Antriebseinheit (60), die das Nadelventil (52) des Nadelventilmechanismus (54) antreibt, um es zu öffnen oder zu schließen, und

    eine Steuerung (16), welche die Druckverstärkereinheit (70) und die Nadelventil-Antriebseinheit (60) steuert,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die Druckverstärkereinheit (70) aufweist:

    eine Druckkammer (100), die den Kraftstoff einlässt, der von der Common Rail (12) übergeben wird,

    einen Druckverstärkerkolben (101), der in der Druckkammer (100) vorgesehen ist,

    eine Gegendruckkammer (102), die durch den Druckverstärkerkolben (101) von der Druckkammer (100) getrennt wird und die den Kraftstoff einlässt, der von der Common Rail (12) übergeben wird,

    ein Auslassventil (111), das in der Lage ist, den Kraftstoff auszulassen, der in der Gegendruckkammer (102) vorhanden ist, und

    eine Druckverstärkerkammer (113), welche, wenn der Kraftstoff in der Gegendruckkammer (102) ausgelassen wird, einen Abschnitt verwendet, der sich einheitlich mit dem Druckverstärkerkolben (101) bewegt, um dadurch den Kraftstoffdruck zu verstärken, und den Kraftstoff dann an den Nadelventilmechanismus (54) übergibt,

    die Nadelventil-Antriebseinheit (60) aufweist:

    eine Kammer zur Druckbeaufschlagung (85), die den Kraftstoff einlässt, der von der Common Rail (12) übergeben wird, ein Öffnungs-/Schließventil (87), das in der Lage ist, den Kraftstoff auszulassen, der in der Kammer zur Druckbeaufschlagung (85) vorhanden ist, und

    einen Druckaufnahmekolben (82), der in der Kammer zur Druckbeaufschlagung (85) untergebracht ist und sich zusammen mit dem Auslass des Kraftstoffs, der in der Kammer zur Druckbeaufschlagung (85) vorhanden ist, in der Öffnungsrichtung des Nadelventils (52) bewegt, und

    die Steuerung (16) aufweist:

    Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel (S11), um in dem Fall, dass die Notwendigkeit auftritt, den Druck in der Common Rail (12) entsprechend einem Motorbetriebszustand oder einem Gasdrosselbetriebszustand zu reduzieren, das Auslassventil (111) zu einem anderen Zeitpunkt als dem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs des Einspritzaggregats (13) zu öffnen.
  2. Kraftstoffeinspritzanlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

    die Steuerung (16) außerdem umfasst:

    Indikationswert-Einstellmittel (P1), um einen Indikationswert eines Solldrucks in der Common Rail dem Motorbetriebszustand entsprechend einzustellen, und

    Bestimmungsmittel (S10), um einen aktuellen Indikationswert des Drucks in der Common Rail mit einem vorigen Indikationswert des Drucks in der Common Rail zu vergleichen, um dadurch zu bestimmen, ob der aktuelle Indikationswert um einen Druckdifferenzsollwert oder mehr vom vorigen Indikationswert reduziert wurde, und

    das Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel (S11) das Auslassventil (111) zu einem anderen Zeitpunkt als dem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs des Einspritzaggregats (13) öffnet, wenn das Bestimmungsmittel (S10) bestimmt hat, dass eine Differenz zwischen dem aktuellen Indikationswert und dem vorigen Indikationswert größer oder gleich dem Druckdifferenzsollwert ist.
  3. Kraftstoffeinspritzanlage (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmungsmittel (S10) den Druckdifferenzsollwert einer Motordrehzahl und einer Motorlast entsprechend einstellt.
  4. Kraftstoffeinspritzanlage (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel (S11) das Auslassventil (111) des Einspritzaggregats (13) für einen Zylinder öffnet, bei dem der Einspritzvorgang nicht durchgeführt wird.
  5. Kraftstoffeinspritzanlage (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmungsmittel (S10) bewirkt, dass der Druckdifferenzsollwert mit zunehmender Motordrehzahl und Motorlast zunimmt.
  6. Kraftstoffeinspritzanlage (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zustand, wo das Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel (S11) ausgeführt wird und das Auslassventil (111) offen ist, die Steuerung (16) bewirkt, dass eine Fördermenge einer Versorgungspumpe (14) zur Kraftstoffversorgung der Common Rail (12) reduziert oder auf null gesetzt wird.
  7. Kraftstoffeinspritzanlage (10) nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die Steuerung (16) außerdem Bestimmungsmittel (S20) aufweist, um zu bestimmen, ob eine Gasdrosselöffnung in einer Reduzierungsrichtung liegt oder nicht, und

    das Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel (S11) das Auslassventil (111) zu einem anderen Zeitpunkt als dem Zeitpunkt des Einspritzvorgangs des Einspritzaggregats (13) öffnet, wenn das Bestimmungsmittel (S20) bestimmt hat, dass die Gasdrosselöffnung in der Reduzierungsrichtung liegt.
  8. Kraftstoffeinspritzanlage (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel (S11) das Auslassventil (111) des Einspritzaggregats (13) für einen Zylinder öffnet, bei dem der Einspritzvorgang nicht durchgeführt wird.
  9. Kraftstoffeinspritzanlage (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zustand, wo das Druckverstärkerkolben-Pseudobetätigungsmittel (S11) ausgeführt wird und das Auslassventil (111) offen ist, die Steuerung (16) bewirkt, dass eine Fördermenge einer Versorgungspumpe (14) zur Kraftstoffversorgung der Common Rail (12) reduziert oder auf null gesetzt wird.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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