DE60028145T2

DE60028145T2 - Kraftstoffzufuhreinrichtung und Verfahren für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60028145T2
Application number: DE60028145T
Authority: DE
Inventors: Daichi Toyota-shi Yamazaki; Naoki Toyota-shi Kurata; Masanori Toyota-shi Sugiyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: DE60028145D1; EP1085203A3; US6336445B1; JP3539302B2; JP2001082289A; CN1288103A; EP1085203A2; KR100367189B1; KR20010050389A; CN1138056C; EP1085203B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffzufuhrgerät und -verfahren für eine Brennkraftmaschine.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In Brennkraftmaschinen, Kfz-Maschinen und Ähnlichem wurde in der Vergangenheit eine Maschine kommerzialisiert, die Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einspritzt, um den Kraftstoffverbrauch und Ähnliches zu verbessern. Als solches ist ein Hochdruck des Kraftstoffs erforderlich, der zu dem Kraftstoffeinspritzventil geliefert wird, um Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil in die Brennkammer einzuspritzen, und somit den Hochdruck in der Brennstoffkammer zu überwinden. Deswegen wird von einem Kraftstofftank durch eine Zufuhrpumpe zugeführter Kraftstoff durch eine Hochdruckkraftstoffpumpe mit Druck beaufschlagt und zu dem Kraftstoffeinspritzventil geliefert. Ein bekanntes Kraftstoffzufuhrgerät, das eine Hochdruckkraftstoffpumpe aufweist, wie voranstehend erwähnt wurde, ist in den japanischen offengelegten Patentanmeldungen Nummern 10-176618 und 10-176619 offenbart. Ein in diesen offengelegten Patentanmeldungen beschriebenes Kraftstoffzufuhrgerät ist in 9 gezeigt.
Wie aus 9 ersichtlich ist, weist eine Hochdruckkraftstoffpumpe 101 des Kraftstoffzufuhrgeräts einen Kolben 103 auf, der innerhalb eines Zylinders 102 durch Drehung einer Nocke 100 hin- und her bewegt wird, und eine Druckbeaufschlagungskammer 104, die durch den Zylinder 102 und den Kolben 103 definiert ist. Mit der Druckbeaufschlagungskammer 104 sind ein Ansaugdurchtritt 107, der mit einer Zufuhrpumpe 106 zum Zuführen von Kraftstoff von einem Kraftstofftank 105 verbunden ist, ein Entleerungsdurchtritt 108, der Kraftstoff aus der Druckbeaufschlagungskammer 104 herauslässt, um Kraftstoff zu dem Kraftstofftank 105 zurückzuführen, und ein Lieferdurchtritt 110 zum Liefern von mit Druck beaufschlagtem Kraftstoff von der Druckbeaufschlagungskammer 104 zu einem Kraftstoffeinspritzventil 109. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 101 weist ein Entleerungsventil 111 auf, das die Verbindung des Entleerungsdurchtritts 108 und des Ansaugdurchtritts 107 mit der Druckbeaufschlagungskammer 104 öffnet und schließt.
Wenn der Kolben 103 in solch eine Richtung bewegt wird, dass die Kapazität der Druckbeaufschlagungskammer 104 erhöht wird (in der Zeichnung nach unten), während das Entleerungsventil 111 sich in einem offenen Zustand befindet, nämlich wenn die Hochdruckkraftstoffpumpe 101 sich in dem Ansaugtakt befindet, wird Kraftstoff aus dem Ansaugdurchtritt 107 in die Druckbeaufschlagungskammer 104 gezogen. Wenn das Entleerungsventil 111 während einer Bewegung des Kolbens 103 in der kapazitätsreduzierenden Richtung der Druckbeaufschlagungskammer 104 (in der Zeichnung nach oben) geschlossen wird, nämlich während des Kraftstoffabgabetakts der Hochdruckkraftstoffpumpe 101, wird die Verbindung des Ansaugdurchtritts 107 und des Entleerungsdurchtritts 108 mit der Druckbeaufschlagungskammer 104 geschlossen, sodass über den Lieferdurchtritt 110 Kraftstoff von der Druckbeaufschlagungskammer 104 zu dem Kraftstoffeinspritzventil 109 geliefert wird.
In dieser Hochdruckkraftstoffpumpe 101 wird Kraftstoff nur während des Zeitraums geschlossenen Ventils des Entleerungsventils 111 während des Abgabetakts der Pumpe zu dem Kraftstoffeinspritzventil 109 geliefert, wobei die Menge des gelieferten Kraftstoffs durch das Einstellen des Zeitraums der Schließung des Entleerungsventils 111 durch eine Steuerung der VentilBeginnzeit der Schließung des Entleerungsventils 111 eingestellt wird. Die gelieferte Kraftstoffmenge wird nämlich durch das Erhöhen des Zeitraumsgeschlossenen Ventils des Entleerungsventils 111 erhöht, und durch das Reduzieren des Zeitraumsgeschlossenen Ventils reduziert. Wenn die Menge des gelieferten Kraftstoff eingestellt ist, wird der Druck des zu dem Kraftstoffeinspritzventil 109 gelieferten Kraftstoffs (Kraftstoffdruck) auf einen Sollwert gesteuert, der gemäß dem Betriebszustand der Maschine bestimmt ist, sodass die von dem Kraftstoffeinspritzventil 109 eingespritzte Kraftstoffmenge, die durch den Kraftstoffdruck und die Kraftstoffeinspritzungsdauer bestimmt wird, einer geeigneten Menge gleich wird.
Somit ist die Maschine in der Lage, eine Kraftstoffeinspritzung genau durchzuführen, da von der Zufuhrpumpe 106 zugeführter Kraftstoff durch die Hochdruckkraftstoffpumpe 101 mit Druck beaufschlagt wird, und der mit Druck beaufschlagte Kraftstoff zu dem Kraftstoffeinspritzventil 109 geliefert wird.
Die Menge des von der Hochdruckkraftstoffpumpe 101 gelieferten Kraftstoffs wird durch die Nockengeschwindigkeit (d.h. das Bewegungsausmaß des Kolbens 103 der Einheitswinkeldrehung der Nocke 100) beeinträchtigt, die auftritt, wenn das Schließen des Entleerungsventils 111 beginnt. Die Nockengeschwindigkeit bei dem Beginn des Schließens des Entleerungsventils 111 ändert sich nicht notwendigerweise mit einer konstanten Änderungsrate (mit einem konstanten Gradienten, mit Bezug auf die Änderungen der Beginnzeit der Schließung des Entleerungsventils 111). Noch genauer schwankt die Änderungsrate (Gradient) der Nockengeschwindigkeit bei dem Beginn des Schließens des Entleerungsventils 111 mit Bezug auf Änderungen des Schließens des Entleerungsventils 111 ausgehend von der Phase der Nocke stark. Falls die gelieferte Kraftstoffmenge durch das Ändern der Beginnzeit der Schließung des Entleerungsventils 111 so eingestellt ist, um den Kraftstoffdruck auf einen Sollwert zu steuern, stellt die Änderung der VentilBeginnzeit der Schließung nicht leicht die gelieferte Kraftstoffmenge (gelieferte Kraftstoffmenge) in einer geeigneten Weise ein, und somit ergeben sich bemerkenswerte Schwankungen in dem Kraftstoffdruck während der Steuerung des Kraftstoffdrucks auf den Sollwert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Kraftstoffzufuhrgerät für eine Brennkraftmaschine bereit zu stellen, das die Steuerbarkeit der gelieferten Kraftstoffmenge durch geeignetes Einstellen der gelieferten Kraftstoffmenge gemäß von Änderungen der Beginnzeit der Schließung eines Entleerungsventils verbessert.
Ein erster Gesichtspunkt der Erfindung stellt ein Kraftstoffzufuhrgerät für eine Brennkraftmaschine bereit, das eine Kraftstoffpumpe aufweist, die Kraftstoff in eine Druckbeaufschlagungskammer zieht und Kraftstoff zu einem Kraftstoffeinspritzventil der Brennkraftmaschine liefert, in dem eine Kapazität der Druckbeaufschlagungskammer ausgehend von einer relativen Bewegung zwischen einem Zylinder und einem Kolben verursacht durch eine Drehung einer Nocke geändert wird. Das Gerät hat ebenfalls ein Entleerungsventil, das eine Verbindung zwischen der Druckbeaufschlagungskammer und einem Entleerungsdurchtritt öffnet und schließt, um Kraftstoff aus der Druckbeaufschlagungskammer heraus zu lassen, wobei eine Menge des von der Kraftstoffpumpe zu dem Kraftstoffeinspritzventil gelieferten Kraftstoffs durch das Steuern eines Zeitraums geschlossenen Ventils des Entleerungsventils eingestellt wird. Das Kraftstoffzufuhrgerät hat eine Steuerung, die den Zeitraum geschlossenen Ventils des Entleerungsventils durch das Ändern einer Ventilschließzeit des Entleerungsventils so ändert, dass eine Kraftstoffmenge bereitgestellt ist, die von der Kraftstoffpumpe zur Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil zu liefern ist. Das Gerät ist so angeordnet, dass die Ventilschließzeit des Entleerungsventils, das eine maximale Kraftstoffmenge bereitstellt, die zu liefern ist, innerhalb von einem vorbestimmten Nockenwinkelbereich auftritt, in dem ein Ausmaß der relativen Bewegung zwischen dem Zylinder und dem Kolben, das während der Drehung des Kolbens auftritt, sich mit einem konstanten Gradienten mit Bezug auf eine Änderung in einer Phase der Nocke ändert.
Da die VentilBeginnzeit der Schließung des Entleerungsventils, das die maximale Kraftstoffmenge bereitstellt, die zum Liefern erforderlich ist, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs angeordnet ist, in dem das Ausmaß der relativen Bewegung zwischen Zylinder und dem Kolben, das während der Drehung der Nocke auftritt, sich mit einem konstanten Gradienten mit Bezug auf eine Änderung in der Phase der Nocke ändert, ändert sich die Nockengeschwindigkeit bei dem Beginn des Schließens des Entleerungsventils mit einem im Wesentlichen konstanten Grad, sogar wenn die VentilBeginnzeit der Schließung des Entleerungsventils geändert (d.h. verzögert) wird, um die von der Kraftstoffpumpe zu liefernde Kraftstoffmenge einzustellen. Die Nockengeschwindigkeit bei dem Beginn des Schließens des Entleerungsventils beeinträchtigt die Menge des von der Kraftstoffpumpe gelieferten Kraftstoffs. Falls jedoch die Nockengeschwindigkeit bei dem Beginn des Schließens des Entleerungsventils sich mit einer konstanten Rate ändert, wie voranstehend erwähnt wurde, ist es möglich, die gelieferte Kraftstoffmenge durch das Ändern der Beginnzeit der Schließung des Entleerungsventils geeignet einzustellen, sodass die Steuerbarkeit der gelieferten Kraftstoffmenge verbessert werden kann.
In dem voranstehend beschriebenen Gesichtspunkt kann die Steuerung ein Schließen des Entleerungsventils beenden, wenn eine Position der Nocke sich nahe einem oberen Totpunkt befindet, und die VentilBeginnzeit der Schließung des Entleerungsventils, die die maximale Menge von Kraftstoff bereitstellt, die zu liefern ist, kann so eingestellt sein, dass die VentilBeginnzeit der Schließung in der Nähe eines am meisten vorgezogenen Punkts innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs vorhanden ist.
Deswegen kann das Ändern der Beginnzeit der Schließung des Entleerungsventils zum Zweck des Einstellens der gelieferten Kraftstoffmenge in einem breiten Bereich von der Nähe des am meisten vorgezogenen Punkts zu einem Punkt durchgeführt werden, bei dem die Nocke den oberen Totpunkt erreicht, wobei alle sich innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs (d.h. der Bereich, indem die Änderung der Nockengeschwindigkeit mit Bezug auf Änderungen in der Phase der Nocke konstant sind) erreicht.
In einer Ausführungsform kann ein Nockenprofil derart eingestellt sein, das die VentilBeginnzeit der Schließung des Entleerungsventils, das die maximale Kraftstoffmenge bereitstellt, die zu liefern ist, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs vorhanden ist. Deswegen ändert sich die Nockengeschwindigkeit bei dem Beginn des Schließens des Entleerungsventils mit einem konstanten Änderungsausmaß mit Bezug auf eine Änderung der Beginnzeit der Schließung des Entleerungsventils, das gemacht wird, um die von der Kraftstoffpumpe zu liefernde Kraftstoffmenge einzustellen, da das Nockenprofil der Nocke der Kraftstoffpumpe so eingestellt ist, dass die VentilBeginnzeit der Schließung des Entleerungsventils, das die maximale Kraftstoffmenge bereitstellt, die zu liefern ist, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs vorhanden ist. Somit wird es möglich, die zu liefernde Kraftstoffmenge durch das Ändern der Beginnzeit der Schließung des Entleerungsventils geeignet einzustellen, sodass die Steuerbarkeit der gelieferten Kraftstoffmenge verbessert werden kann.
In einer anderen Ausführungsform kann eine Anzahl von Wiederholungen, bei der Kraftstoff während einem vorbestimmten Ausmaß der Drehung der Nocke geliefert wird, derart eingestellt sein, dass die VentilBeginnzeit der Schließung des Entleerungsventils, das die maximale Kraftstoffmenge bereitstellt, die zu liefern ist, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs vorhanden ist. Deswegen ändert sich die Nockengeschwindigkeit bei dem Beginn des Schließens des Entleerungsventils mit einem konstanten Änderungsausmaß mit Bezug auf eine Änderung der Beginnzeit der Schließung des Entleerungsventils, das hergestellt ist, um die Menge des von der Kraftstoffpumpe gelieferten Kraftstoffs einzustellen, da die Anzahl von Wiederholungen der Lieferung des Kraftstoffs während des vorbestimmten Drehwinkels der Nocke derart eingestellt ist, dass die VentilBeginnzeit der Schließung des Entleerungsventils, das die maximale Kraftstoffmenge bereitstellt, die zu liefern ist, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs vorhanden ist. Somit ist es möglich, die gelieferte Kraftstoffmenge durch das Ändern der Beginnzeit der Schließung des Entleerungsventils geeignet einzustellen, sodass die Steuerbarkeit der gelieferten Kraftstoffmenge verbessert werden kann.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Innendurchmesser der Druckbeaufschlagungskammer so eingestellt sein, dass die VentilBeginnzeit der Schließung des Entleerungsventils, das die maximale Kraftstoffmenge bereitstellt, die zu liefern ist, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs liegt. Deswegen ändert sich die Nockengeschwindigkeit bei dem Beginn des Schließens des Entleerungsventils mit einem konstanten Änderungsausmaß mit Bezug auf eine Änderung der Beginnzeit der Schließung des Entleerungsventils, das hergestellt wurde, um die von der Kraftstoffpumpe gelieferte Kraftstoffmenge einzustellen, da der Innendurchmesser der Druckbeaufschlagungskammer derart eingestellt ist, dass die VentilBeginnzeit der Schließung des Entleerungsventils, das die maximale Kraftstoffmenge bereitstellt, die zu liefern ist, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs liegt. Somit wird es möglich, die gelieferte Kraftstoffmenge durch Ändern der Beginnzeit der Schließung des Entleerungsventils geeignet einzustellen, sodass die Steuerbarkeit der gelieferten Kraftstoffmenge verbessert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die voranstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlich werden, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, und in denen:
1 eine Schnittansicht einer Maschine ist, bei der eine erste Ausführungsform des Kraftstoffzufuhrgeräts der Erfindung angewendet ist;
2 ein schematisches Diagramm ist, dass ein Kraftstoffzufuhrgerät der Maschine aus 1 darstellt;
3A und 3B Diagramme sind, die die Übertragung der Höhe eines Kolbens und der Nockengeschwindigkeit mit Bezug auf Änderungen in der Phase einer Nocke anzeigen, die eine Hochdruckkraftstoffpumpe aus 2 antreibt;
4 ein Blockdiagramm ist, dass eine elektrische Konstruktion des Kraftstoffzufuhrgeräts darstellt;
5 ein Diagramm ist, das ein Verhältnis unter der gelieferten Kraftstoffmenge (endgültige Kraftstoffeinspritzmenge Qfin), der Maschinendrehzahl NE und der Beginnzeit der Schließung einer elektromagnetischen Entleerungsventils anzeigt;
6 ein Zeitdiagramm ist, dass die Übertragung des Kraftstoffdrucks P in einem Lieferrohr während der Kraftstofflieferung von der Hochdruckkraftstoffpumpe anzeigt, und während eine Kraftstoffeinspritzung von Kraftstoffeinspritzventilen in der ersten Ausführungsform durchgeführt werden;
7 ein schematisches Diagramm ist, das ein Kraftstoffzufuhrgerät für eine Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
8A und 8B Zeitdiagramme sind, die die Übertragung eines Kraftstoffdrucks B in dem Lieferrohr anzeigen, die während der Kraftstofflieferung von der Hochdruckkraftstoffpumpe und Kraftstoffeinspritzung von Kraftstoffeinspritzventilen in der zweiten Ausführungsform durchgeführt werden; und
9 ein schematisches Diagramm ist, das eine Hochdruckkraftstoffpumpe darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf 1 bis 6 wird eine erste Ausführungsform beschrieben, in der die Erfindung auf eine Kfz-Vierzylinderbenzinmaschine mit Direkteinspritzung angewendet wird.
Wie aus 1 ersichtlich ist, weist eine Maschine 11 vier Kolben 12 insgesamt (in 1 ist nur einer von diesen gezeigt) auf, die Hin- und Her beweglich in Zylindern bereitgestellt sind, die in einem Zylinderblock 11a ausgebildet sind. Die Kolben 12 sind über Verbindungsstangen 13 mit einer Kurbelwelle 14 verbunden, nämlich mit einer Antriebswelle der Maschine 11. Hin- und Her bewegende Bewegungen der Kolben 12 werden durch die Verbindungsstangen 13 in Drehungen der Kurbelwelle 14 umgewandelt.
Ein Signalrotor 14a ist auf der Kurbelwelle 14 bereitgestellt. Ein äußerer Umfangsabschnitt des Signalrotors 14a weist eine Vielzahl von Vorsprüngen 14b auf, die gleichwinkelig um eine Achse der Kurbelwelle 14 angeordnet sind. Ein Kurbelpositionssensor 14c ist bei einer Seite des Signalrotors 14a bereitgestellt. Da die Vorsprünge 14b des Signalrotors 14a durch den Kurbelpositionssensor 14c während der Drehung der Kurbelwelle 14 aufeinander folgend passiert werden, gibt der Kurbelpositionssensor 14c ein impulsartiges Erfassungssignal entsprechend dem Vorbeitreten von jedem Vorsprung 14b ab.
Ein Zylinderkopf 15 ist auf einem oberen Ende des Zylinderblocks 11a bereitgestellt. Eine Brennkammer 16 ist zwischen einem Zylinderkopf 15 und jedem Kolben 12 definiert. Ein Einlassdurchtritt 32 und ein Abgasdurchtritt 33 sind mit den Brennkammern 16 verbunden. Die Verbindung zwischen den Brennkammern 16 und dem Einlassdurchtritt 32 wird durch entsprechende Einlassventile 19 geöffnet und geschlossen. Die Verbindung zwischen den Brennkammern 16 und dem Abgasdurchtritt 33 wird durch entsprechende Abgasventile 20 geöffnet und geschlossen.
Eine Einlassnockenwelle 21 und eine Abgasnockenwelle 22 zum Öffnen und Schließen der Einlassventile 19 und der Abgasventile 20 sind beide drehbar in dem Zylinderkopf 15 gelagert. Die Einlassnockenwelle 21 und die Abgasnockenwelle 22 sind mit der Kurbelwelle 14 über einen Zeitgurt (nicht gezeigt), Zahnräder (nicht gezeigt) und Ähnliches so verbunden, dass die Drehung der Kurbelwelle 14 auf die Nockenwellen 21, 22 durch den Zeitgurt, die Zahnräder und Ähnliches übertragen wird. Da die Einlassnockenwelle 21 dreht, werden die Einlassventile 19 geöffnet und geschlossen. Da die Abgasnockenwelle 22 dreht, werden die Abgasventile 20 geöffnet und geschlossen.
Ein Nockenpositionssensor 21b ist bei einer Seite der Einlassnockenwelle 21 bereitgestellt. Der Nockenpositionssensor 21b erfasst Vorsprünge 21a, die bei einer äußeren Umfangsoberfläche der Einlassnockenwelle 21 bereitgestellt sind, und gibt Erfassungssignale ab. Da die Einlassnockenwelle 21 dreht, passieren die Vorsprünge 21a der Nockenwelle 21 aufeinander folgend den Nockenpositionssensor 21b. Somit gibt der Nockenpositionssensor 21b bei einem vorbestimmten Zeitabstand ein Erfassungssignal entsprechend dem Passieren von jedem Vorsprung 21a ab.
Ein Drosselventil 23 zum Einstellen der in die Maschine 11 genommenen Luftmenge ist stromaufwärts von dem Einlassdurchtritt 32 bereitgestellt. Der Öffnungsgrad des Drosselventils 23 wird durch das Steuern des Betriebs eines Drosselmotors 24 ausgehend, von einem Niederdrück- Ausmaß eines Beschleunigungspedals 25 (Beschleunigerbetätigungsausmaß) eingestellt, das durch einen Beschleunigungspositionssensor 26 erfasst wird. Durch die Einstellung des Öffnungsgrads des Drosselventils 23 wird die Menge der Einlassluft der Maschine 11 eingestellt. Ein Vakuumsensor 36 zum Erfassen des Drucks in dem Einlassdurchtritt 32 ist in einem Abschnitt des Einlassdurchtritts 32 bereitgestellt, der sich stromabwärts von dem Drosselventil 23 erstreckt. Der Vakuumsensor 36 gibt ein Erfassungssignal entsprechend dem Druck in dem Einlassdurchtritt 32 ab, der durch den Sensor erfasst wurde.
Der Zylinderkopf 15 ist mit Kraftstoffeinspritzventilen 40 bereitgestellt, die Kraftstoff in entsprechende Brennkammer 16 einspritzen, und Zündkerzen 41, die dass in die entsprechende Brennkammer 16 geladene Kraftstoff-Luftgemisch zünden. Wenn Kraftstoff von einem Kraftstoffeinspritzventil 40 in die entsprechende Brennkammer 16 eingespritzt wird, vermischt sich der eingespritzte Kraftstoff mit Luft, die über den Einlassdurchtritt 32 herein genommen wurde, um ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft in der Brennkammer 16 auszubilden. Das Gemisch in der Brennkammer 16 brennt aufgrund der Zündung durch die Zündkerze 41. Nach der Verbrennung wird Abgas in den Abgasdurchtritt 33 abgegeben.
In der Maschine 11 wird die Verbrennungsbetriebsart zwischen einer schichtweisen Ladungsverbrennungsbetriebsart und einer gleichförmigen Verbrennungsbetriebsart gemäß dem Betriebszustand der Maschine 11 geändert. Wenn der Betrieb der Maschine 11 sich in einem hohen Drehzahl und einem hohen Lastbereich befindet, in dem eine hohe Leistung erforderlich ist, wird die gleichförmige Verbrennungsbetriebsart verwendet. Bei der gleichförmigen Verbrennungsbetriebsart wird Kraftstoff während des Einlasstakts in jede Brennkammer 16 eingespritzt, um ein gleichförmig gemischtes Kraftstoff-Luftgemisch auszubilden, und die Verbrennung des gleichförmigen Gemischs erzeugt eine hohe Kraft. Wenn der Betrieb der Maschine 11 sich in einem niedrigen Lastbereich und einem niedrigen Drehzahlbereich befindet, in dem eine hohe Leistung nicht erforderlich ist, wird die schichtweise Ladungsverbrennungsbetriebsart verwendet. In der schichtweisen Ladungsverbrennungsbetriebsart wird Kraftstoff während des Verdichtungstakts in jede Brennkammer 16 eingespritzt, um ein Kraftstoff-Luftgemisch um die Zündkerze 41 bereit zu stellen, sodass eine gute Zündung erreicht werden kann, sogar obwohl das durchschnittliche Kraftstoff-Luftverhältnis der gesamten Gemischmenge in jeder Brennkammer 16 ein Verhältnis ist, das von dem theoretischen Kraftstoff-Luftverhältnis bemerkenswert zu der mageren Kraftstoffseite verschoben ist.
Um ein Kraftstoff-Luftgemischverhältnis zu erreichen, das sich während der schichtweisen Ladungsverbrennungsbetriebsart auf der mageren Kraftstoffseite des theoretischen Kraftstoff-Luftverhältnisses befindet, wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 23 auf einen größeren Wert (zu dem offenen Ende) als während der gleichförmigen Verbrennungsbetriebsart eingestellt. Deswegen sinkt der Pumpverlust der Maschine 11 und der Kraftstoffwirkungsgrad verbessert sich während der schichtweisen Ladungsverbrennungsbetriebsart. Somit ist es durch das Ändern der Verbrennungsbetriebsart gemäß dem Betriebszustand der Maschine möglich, eine notwendige Maschinenleistung zu erzeugen und den Kraftstoffwirkungsgrad zu verbessern.
In der voranstehen beschriebenen Maschine 11 der direkten Einspritzart wird der Druck des Kraftstoffs, der zu dem Kraftstoffeinspritzventil 40 geliefert wird, relativ hoch eingestellt, um den Kraftstoff in die Brennkammern 16 einzuspritzen, um den Hochdruck in den Brennkammern 16 zu überwinden. Die Konstruktion eines Kraftstoffzufuhrgeräts der Maschine 11 zum Zuführen von Hochdruckkraftstoff zu dem Kraftstoffeinspritzventil 40 wird im Detail mit Bezug auf 2 beschrieben.
Wie aus 2 ersichtlich ist, weist das Kraftstoffliefergerät der Maschine 11 eine Zufuhrpumpe 46 auf, die Kraftstoff von einem Kraftstofftank 45 pumpt, und eine Hochdruckkraftstoffpumpe 47, die den durch die Kraftstoffpumpe 46 zugeführten Kraftstoff mit Druck beaufschlagt und den mit Druck beaufschlagten Kraftstoff zu den Kraftstoffeinspritzventilen 40 liefert. Der Druck des durch die Zufuhrpumpe 46 gelieferten Kraftstoffs wird in dieser Ausführungsform zum Beispiel auf 0,3 MPa eingestellt.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe 47 weist einen Kolben 48b auf, der ausgehend von der Drehung einer Nocke 22a, die an der Abgasnockenwelle 22 angebracht ist, innerhalb eines Zylinders 48a- hin und her bewegt wird. Die Nocke 22a weist zwei Nockennasen 22b auf, die gleichwinklig um eine Achse der Abgasnockenwelle 22 angeordnet sind. Da die Abgasnockenwelle 22 dreht, wird der Kolben 48b in dem Zylinder 48a gemäß den Nockennasen 22 hin- und her bewegt.
Die Abgasnockenwelle 22 vollendet eine Drehung (360°) während allen zwei Drehungen (720°) der Kurbelwelle 14. Der Kolben 48b bewegt sich während jeder Drehung der Abgasnockenwelle 22 zweimal hin und her. Während jeder 720° Drehung der Kurbelwelle 14 wird die Kraftstoffeinspritzung von Kraftstoffeinspritzventilen 40 in die entsprechenden Brennkammern 16 der Maschine 11 viermal durchgeführt. Deswegen wird in der Maschine 11 eine Kraftstoffeinspritzung zweimal pro Hin- und Herbewegung des Kolbens 48b in der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 durchgeführt.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe 47 weist eine Druckbeaufschlagungskammer 49 auf, die durch den Zylinder 48a und den Kolben 48b definiert ist, und deren Kapazität sich gemäß den Hin- und Herbewegungen des Kolbens 48b ändert. Die Druckbeaufschlagungskammer 49 ist mit der Zufuhrpumpe 46 über einen Niederdruckkraftstoffdurchtritt 50 verbunden. Der Niederdruckkraftstoffdurchtritt 50 weist in seinem Pfadweg einen Druckregler 51 zum Beibehalten eines konstanten Drucks (0,3 Mpa) in dem Niederdruckkraftstoffdurchtritt 50 auf. Die Druckbeaufschlagungskammer 49 ist mit einem Lieferrohr 53 über einen Hochdruckkraftstoffdurchtritt 52 und ein Sperrventil 52a in Verbindung. Die den einzelnen Zylindern der Maschine 11 entsprechenden Kraftstoffeinspritzventile 40 sind mit dem Lieferrohr 53 verbunden.
Das Lieferrohr 53 ist mit einem Kraftstoffdrucksensor 55 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks (Kraftstoffdruck) in dem Lieferrohr 53 bereitgestellt. Das Lieferrohr 53 ist mit dem Niederdruckkraftstoffdurchtritt 50 über ein Sperrventil 50a in Verbindung. Wenn der durch den Kraftstoffdrucksensor 55 erfasste Kraftstoffdruck übermäßig hoch wird, öffnet das Sperrventil 50a, um einem Kraftstoff zu gestatten, von dem Lieferrohr 53 zu dem Niederdruckkraftstoffdurchtritt 50 zu strömen. Der Druck in dem Niederdruckkraftstoffdurchtritt 50, in den der Kraftstoff aus dem Lieferrohr 53 strömt, wird bei dem konstanten Druck (0,3 Mpa) durch den Druckregler 51 beibehalten. Deswegen verhindern das Schperrventil 50a und der Druckregler 51, dass der Druck in dem Lieferrohr 53 übermäßig ansteigt.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe 47 ist ebenfalls mit einem elektromagnetischen Entleerungsventil 54 bereitgestellt, das die Verbindung zwischen dem Niederdruckkraftstoffdurchtritt 50 und der Druckbeaufschlagungskammer 49 öffnet und schließt. Das elektromagnetische Entleerungsventil 54 weist ein elektromagnetisches Solenoid 54a auf. Das elektromagnetische Entleerungsventil 54 wird durch das Steuern der auf das elektromagnetische Solenoid 54a angewendeten Spannung geöffnet und geschlossen. Wenn nämlich die Elektrifizierung des elektromagnetischen Solenoids 54a beendet wird, öffnet das elektromagnetische Entleerungsventil 54 wegen einer Vorspannkraft von einer Spiralfeder 54b, um einen Zustand herzustellen, in dem die Druckbeaufschlagungskammer 49 in Verbindung mit dem Niederdruckkraftstoffdurchtritt 50 verbunden ist. Wenn der Kolben 48b in eine derartige Richtung bewegt wird, um die Kapazität der Druckbeaufschlagungskammer 49 während des voranstehend beschriebenen Zustands des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 zu erweitern, nämlich, wenn die Hochdruckkraftstoffpumpe 47 dem Ansaugtakt unterliegt, wird aus der Zufuhrpumpe 46 gepumpter Kraftstoff über den Niederdruckkraftstoffdurchtritt 50 in die Druckbeaufschlagungskammer 49 gezogen. Dann wird das elektromagnetische Solenoid 54a elektrifiziert, während der Kolben 48b in die Richtung bewegt wird, in der die Kapazität der Druckbeaufschlagungskammer reduziert wird, nämlich, während des Abgabetakts der Hochdruckkraftstoffpumpe 47, um das elektromagnetische Entleerungsventil 54 zu schließen, und dabei die Kraft von der Spiralfeder 54b zu überwinden, so dass die Verbindung zwischen dem Niederdruckkraftstoffdurchtritt 50 und der Druckbeaufschlagungskammer 49 geschlossen wird. Bei dem Schließen wird Kraftstoff von der Druckbeaufschlagungskammer 49 zu den Kraftstoffeinspritzventilen 40 geliefert.
Auf diese Weise beaufschlagt die Hochdruckkraftstoffpumpe 47 von der Zufuhrpumpe 46 gelieferten Kraftstoff mit einem hohen Druck, zum Beispiel mit 12 MPa. Da mit Druck beaufschlagter Kraftstoff auf diese Weise zu den Kraftstoffeinspritzventilen 40 über den Hochdruckkraftstoffdurchtritt 52 und das Lieferrohr 52 geliefert wird, kann Kraftstoff direkt in die Brennkammer 16 eingespritzt werden, und dabei den Hochdruck in den Brennkammern 16 überwinden. In der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 wird die während einer Hin- und Herbewegung des Kolbens 48b gelieferte Kraftstoffmenge durch das Einstellen des Zeitraums geschlossenen Ventils des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 während des Abgabetakts durch die Steuerung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 eingestellt. Die Menge des gelieferten Kraftstoffs steigt nämlich, falls die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 vorgezogen wird, um während der Dauer des Zeitraums geschlossenen Ventils erweitert zu werden. Die Menge des gelieferten Kraftstoffs sinkt, falls die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 verzögert wird, um die Dauer des Zeitraums geschlossenen Ventils zu reduzieren, Durch das Einstellen der durch die Hochdruckkraftstoffpumpe 47 gelieferten Kraftstoffmenge, wie voranstehend beschrieben wurde, wird der Kraftstoffdruck in dem Lieferrohr 52 auf einen Sollkraftstoffdruck gesteuert, nämlich gemäß dem Betriebszustand der Maschine bestimmt.
Die Anordnung der Nockennasen 22b wird im Folgenden mit Bezug auf 3A und 3B beschrieben. 3A ist ein Diagramm, dass die Änderung in der Höhe des Kolbens 48b mit Bezug auf die Änderungen der Phase der Nocke 22a anzeigt. 3B ist ein Diagramm, dass die Änderungen in der Nockengeschwindigkeit mit Bezug auf Änderungen der Phase der Nocke 22a anzeigt, nämlich Änderungen in der Höhe des Kolben 48b entsprechend einer 1° Drehung der Nocke 22a.
Die Nockennase 22b der Nocke 22a sind so ausgebildet, dass die Höhe des Kolbens 48b mit Bezug auf Änderungen in der Phase der Nocke 22a sich ändert, wie in 3A bezeichnet ist. Mit der wie voranstehend beschriebenen angeordneten Nocke 22a sinkt die Höhe des Kolbens 48b während der Übertragung von der Nocke 22a von einem oberen Totpunkt (TDC) zu einem unteren Totpunkt (BTC) allmählich (d.h. während des Ansaugtakts). Die Höhe des Kolbens 48b steigt allmählich während der Übertragung von der Nocke 22a von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt (d.h. während des Abgabetakts).
Die Größenordnung der Nockengeschwindigkeit steigt allmählich mit Bezug auf die negative Richtung während einer ersten Hälfte des Ansaugtakts, und sinkt allmählich mit Bezug auf die negative Richtung während der zweiten Hälfte des Ansaugtakts. Darüber hinaus steigt die Größenordnung der Nocke allmählich mit Bezug auf die positive Richtung während einer ersten Hälfte des Abgabetakts und sinkt allmählich mit Bezug auf die positive Richtung während der zweiten Hälfte des Abgabetakts. Deswegen sinkt die Größenordnung der Nockengeschwindigkeit mit Bezug auf die positive Richtung, wenn die Position der Nocke 22a sich dem oberen Totpunkt nähert, wenn die Position der Nocke 22a sich während dem Abgabetakt nahe dem oberen Totpunkt befindet.
Um Kraftstoff von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 zu liefern, ist das elektromagnetische Entleerungsventil 54 während des Abgabetakts geschlossen, und wird dann geöffnet, wenn der Abgabetakt endet, nämlich, wenn die Nocke 22a den oberen Totpunkt erreicht. Durch das Betätigen des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 auf diese Weise, wird Kraftstoff von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 zu den Kraftstoffeinspritzventilen 40 geliefert. Die Menge des von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 gelieferten Kraftstoffs wird durch das Einstellen des Zeitraums geschlossenen Ventils des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 eingestellt, die durch das Ändern der Beginnzeit des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 herbeigeführt wird.
Die Menge des von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 gelieferten Kraftstoffs entspricht dem Bereich eines schraffierten Abschnitts in 3B. Der Bereich des schraffierten Abschnitts ändert sich gemäß dem Zeitraum geschlossenen Ventils des elektromagnetischen Entleerungsventils 54. Noch genauer steigt der Bereich des schraffierten Abschnitts und die von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 gelieferte Kraftstoffmenge, falls der Zeitraum geschlossenen Ventils des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 durch das Vorziehen der Beginnzeit der Schließung des Ventils 54 verlängert wird. Falls der Zeitraum geschlossenen Ventils des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 durch das Verzögern der Beginnzeit der Schließung des Ventils 54 verkürzt wird, sinkt der Bereich des schraffierten Abschnitts und die Menge des von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 gelieferten Kraftstoffs sinkt.
Eine elektrische Konstruktion des voranstehend beschriebenen Kraftstoffzufuhrgeräts wird mit Bezug auf 4 beschrieben.
Das Kraftstoffzufuhrgerät weist eine elektronische Steuereinheit (im Folgenden als „ECU" bezeichnet) 92 zum Durchführen von Steuerungen des Betriebszustands der Maschine 11, zum Beispiel der Kraftstoffeinspritzsteuerung, der Kraftstoffdrucksteuerung und Ähnlichem auf. Die ECU 92 ist als ein arithmetischer, logischer Schaltkreis ausgebildet, der ein ROM 93, eine CPU 94, ein RAM 95, ein Sicherheits-RAM 96 und Ähnliches aufweist.
Das ROM 93 ist ein Speicher, der verschiedene Steuerprogramme speichert, Kennfelder, auf die während der Ausführung der verschiedenen Steuerprogramme Bezug genommen wird, und Ähnliches hat. Die CPU 94 führt verschiedene Betätigungen ausgehend von den Steuerprogrammen und den in dem ROM 93 gespeicherten Kennfeldern durch. Das RAM 95 ist ein Speicher zum vorübergehenden Speichern von Ergebnissen der Betätigungen der CPU 94, der von verschiedenen Sensoren eingegebenen Daten und Ähnlichem. Das Sicherheits-RAM 96 ist ein permanenter Speicher zum Speichern von Daten und Ähnlichem, die behalten werden müssen, während die Maschine 11 angehalten ist. Das ROM 93, die CPU 94, das RAM 95 und das Sicherheits-RAM 96 sind miteinander und mit einem externen Eingabeschaltkreis 98 und einem externen Ausgabeschaltkreis 99 über einen BUS 97 verbunden.
Der externe Eingabeschaltkreis 98 ist mit dem Kurbelpositionssensor 14c, dem Nockenpositionssensor 21b, dem Beschleunigerpedalpositionssensor 26, dem Vakuumsensor 36, dem Kraftstoffdrucksensor 55 und Ähnlichen verbunden. Der externe Ausgabeschaltkreis 99 ist mit den Kraftstoffeinspritzventilen 40, dem elektromagnetischen Entleerungsventil 55 und Ähnlichem verbunden.
Die wie voranstehend beschrieben konstruierte ECU 92 bestimmt eine Maschinendrehzahl NE ausgehend von Erfassungssignalen von dem Kurbelpositionssensor 14c. Darüber hinaus bestimmt die ECU 92 ein Beschleunigerbetätigungsausmaß ACCP ausgehend von dem Erfassungssignal des Beschleunigerpedalpositionssensors 26 und bestimmt einen Einlassdruck PM ausgehend von dem Erfassungssignal des Vakuumsensors 36. Während der schichtweisen Ladungsverbrennungsbetriebsart berechnet die ECU 92 eine Grundkraftstoffeinspritzmenge Qbse ausgehend von der Maschinendrehzahl NE und dem Beschleunigerbetätigungsausmaß ACCP. Während der gleichförmigen Verbrennungsbetriebsart berechnet die ECU 92 eine Grundkraftstoffeinspritzmenge Qbse ausgehend von der Maschinedrehzahl NE und dem Einlassdruck PM.
Während der schichtweisen Ladungsverbrennungsbetriebsart treibt und steuert die ECU 92 die Kraftstoffeinspritzventile 40 so, dass eine Kraftstoffmenge, die einer endgültigen Kraftstoffeinspritzmenge Qfin entspricht, die von der Grundkraftstoffeinspritzmenge Qbse bestimmt wurde, während des Verdichtungstakts von jedem Zylinder der Maschine 11 eingespritzt wird. Während der gleichförmigen Verbrennungsbetriebsart treibt und steuert die ECU 92 die Kraftstoffeinspritzventile 40 so, dass eine Kraftstoffmenge entsprechend einer endgültigen Kraftstoffeinspritzmenge Qfin, die aus der Grundkraftstoffeinspritzmenge Qbse bestimmt wurde, während des Einlasstakts von jedem Zylinder der Maschine 11 eingespritzt wird.
Die von jedem Kraftstoffeinspritzventil 40 eingespritzte Kraftstoffmenge wird durch den Kraftstoffdruck P in dem Lieferrohr 53 und von der Kraftstoffeinspritzdauer bestimmt. Deswegen ist es bevorzugt, dass der Kraftstoffdruck P, der ausgehend von dem Erfassungssignal des Kraftstoffdruckssensors 55 bestimmt ist, bei einem Sollkraftstoffdruck P0 gehalten wird, der gemäß dem Betriebszustand der Maschine 11 bestimmt wird. Jedoch fällt der Kraftstoffdruck P in dem Lieferrohr 53 jedes Mal, wenn Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird.
Deswegen ist es notwendig, Kraftstoff von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (jedem vorbestimmten Nockenwinkel der Nocke 22a) zu dem Lieferrohr 53 zu liefern.
Falls die Hochdruckkraftstoffpumpe 47 unter Verwendung der Nocke 22a, die zwei Nockennasen 22b aufweist, angetrieben wird, wird der Kolben 48b während jeder 720° Drehung der Kurbelwelle 14 zweimal Hin- und Her bewegt, während der viermal eine Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil 40 durchgeführt wird. Deswegen wird Kraftstoff von den Kraftstoffeinspritzventilen 40 zweimal eingespritzt, indem die Kraftstoffmenge verwendet wird, die bei einem Durchgang der Kraftstofflieferung von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 geliefert wird, falls das elektromagnetische Entleerungsventil 54 so gesteuert wird, dass ein Kraftstoff während jeder Hin- und Herbewegung des Kolbens 48b geliefert wird. Die Übertragung des Kraftstoffdrucks P in das Lieferrohr 53 ausgehend von dem voranstehend beschriebenem Kraftstoffliefervorgang wird im Folgenden mit Bezug auf 6 beschrieben.
Wie aus 6 ersichtlich ist, wird Kraftstoff von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 geliefert, sodass der Kraftstoffdruck P in dem Lieferrohr 53 von einem Wert unterhalb des Sollkraftstoffdrucks P0 zu einem Wert oberhalb des Sollkraftstoffdrucks P0 steigt, wenn das Schließen des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 beginnt. Wenn dann das elektromagnetische Entleerungsventil 54 geöffnet wird, hält das Steigen des Kraftstoffdrucks P bei einem konstanten Wert an. Nach dem Beibehalten des konstanten Werts fällt der Kraftstoffdruck P stufenweise jedes Mal, wenn eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Nachdem die Kraftstoffeinspritzung zweimal durchgeführt wurde, fällt der Kraftstoffdruck P nahe zu dem Druck, der vor der voranstehend erwähnten Kraftstofflieferung aufgetreten ist.
In diesem Fall ist es notwendig, den Kraftstoffdruck P durch das Liefern einer Menge von Kraftstoff ausreichend zu heben, wie zum zweimaligen Durchführen der Kraftstoffeinspritzung bei einer Leistung der Kraftstofflieferung erforderlich ist, so dass der Kraftstoffdruck P nach den zwei Durchführungen der Kraftstoffeinspritzung nicht übermäßig fällt. Deswegen wird die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 (Zeitraum geschlossenen Ventils) so eingestellt, dass der Kraftstoffdruck P ausreichend steigt.
Ein Vorgang der Steuerung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 wird beschrieben.
Die ECU 92 berechnet eine relative Einschaltdauer DT zum Steuern der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Ventils 54 ausgehend von dem Kraftstoffdruck P, dem Sollkraftstoffdruck P0, der endgültigen Kraftstoffeinspritzmenge Qfin, der Maschinendrehzahl NE und Ähnlichem. Die relative Einschaltdauer DT bezeichnet das Verhältnis eines Nockenwinkels θ, in dem das elektromagnetische Entleerungsventil 54 bei einem vorbestimmten Nockenwinkel der Nocke 22a geschlossen bleibt, zum Beispiel einem Nockenwinkel θ0, der dem Abgabetakt der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 entspricht, nämlich θ zu θ0. Das Verhältnis zwischen dem Nockenwinkel θ und dem Nockenwinkel θ0 wird in 3A bezeichnet.
Wie aus 3A erkennbar ist, beendet die ECU 92 das Schließen des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 (öffnet das Ventil), wenn die Position der Nocke 22a den oberen Totpunkt erreicht. Deswegen wird die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 vorgezogen und die von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 zu dem Lieferrohr 53 gelieferte Kraftstoffmenge (durch den Bereich des schraffierten Abschnitts in 3B bezeichnet) steigt, da die relative Einschaltdauer DT erhöht ist.
Die relative Einschaltdauer DT wird wie in Gleichung (1) berechnet. DT = DTp + Dti + FF (1)Wobei

DTp: = Proportionalterm
DTi: = Integralterm
FF: = Vorwärtszufuhrterm

In Gleichung (1) ist der Proportionalterm DTp bereitgestellt, um den Kraftstoffdruck P näher zu dem Sollkraftstoffdruck P0 zu bringen, und der Integralterm Dti ist bereitgestellt, um die Variation der relativen Einschaltdauer DT zu reduzieren, die durch Ausfließen von Kraftstoff oder Ähnliches verursacht wird. Der Proportionalterm DTp und der Integralterm DTi werden wie in Gleichung (2) bzw. (3) berechnet. DTp = K1 × (P0 – p) (2) DTi = DTi + K2 × (P0 – P) (3)Wobei K1, K2 Koeffizienten sind.
In Gleichung (1) ist der Vorwärtszufuhrterm FF bereitgestellt, um zuvor eine Kraftstoffmenge zu liefern, die bei dem vorbestimmten Kurbelwinkel benötigt ist, so dass sogar während eines Übergangszustands der Maschine 11 oder Ähnlichem der Kraftstoffdruck P schnell nahe zu dem Sollkraftstoffdruck P0 gebracht werden kann. Der Vorwärtszufuhrterm FF ist ausgehend von der endgültigen Kraftstoffeinspritzmenge Qfin und der Maschinendrehzahl NE mit Bezug auf ein Kennfeld bestimmt. Der Wert des somit bestimmten Vorwärtszufuhrterms FF steigt mit dem Ansteigen der endgültigen Kraftstoffeinspritzmenge Qfin und steigt ebenfalls mit dem Anstieg der Maschinendrehzahl NE.
Ausgehend von der relativen Einschaltdauer DT, die wie in Gleichung (1) berechnet wurde, steuert die ECU 92 die Beginnzeit, um das elektromagnetische Solenoid 54a zu elektrifizieren, nämlich die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54. Verhältnisse der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 mit der endgültigen Kraftstoffeinspritzmenge Qfin und der Maschinendrehzahl NE sind in 5 gezeichnet.
In 5 bezeichnet eine durchgehende Linie L1 Änderungen in der von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 zu liefernden Kraftstoffmenge (Menge des Kraftstoffs, der während einem Abgabetakt geliefert wird) gemäß Änderungen der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 und einem Zustand, dass die Maschinendrehzahl NE konstant ist. Eine Strichpunktlinie L2 in 5 bezeichnet die Menge von Kraftstoff, der bei einer Durchführung der Kraftstofflieferung zu liefern ist, um eine Kraftstoffmenge entsprechend der endgültigen Kraftstoffeinspritzmenge Qfin von einem Kraftstoffeinspritzventil 40 einzuspritzen.
Die durchgehende Linie L1 verschiebt sich in 5 nach links, wie durch die Strichzweipunktlinien bezeichnet ist, wenn die Maschinendrehzahl NE steigt. Die Strichpunktlinie L2 verschiebt sich in 5 nach oben, wenn die endgültige Kraftstoffeinspritzmenge Qfin steigt. Die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, die ausgehend von der relativen Einschaltdauer DT gesteuert wird, wird eine durch den Schnitt zwischen der durchgehenden Linie L1 und der Strichpunktlinie L2 bezeichnete Zeit (eine Zeit, die durch den Punkt P in 5 bezeichnet ist). Deswegen wird die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 mit dem Anstieg der endgültigen Kraftstoffeinspritzmenge Qfin und mit dem Ansteigen der Maschinendrehzahl NE vorgezogen.
Die durch die Hochdruckkraftstoffpumpe 47 gelieferte Kraftstoffmenge, die durch das Ändern der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 eingestellt wird, wird stark durch die Nockengeschwindigkeit der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 beeinträchtigt, die auftritt, wenn das Schließen des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 beginnt.
Wie aus 3B ersichtlich ist, wird die Änderung der Nockengeschwindigkeit mit Bezug auf Änderungen in der Phase der Nocke 22a im Wesentlichen konstant, nämlich sinkt die Nockengeschwindigkeit mit einem konstanten Gradienten mit Bezug auf Änderungen der Phase der Nocke 22a innerhalb eines vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A, der einen Punkt folgt, bei dem die Nocke 22a während des Abgabetakts der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 den oberen Totpunkt (TDC) erreicht. Deswegen wird es möglich, eine genaue Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge einzuführen, falls die Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 zum Zweck der Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge auf solch eine Weise durchgeführt wird, dass die Beginnzeit der Schließung des Ventils 54 nicht von dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A abweicht.
Falls nämlich die Änderung der Geschwindigkeit der Nocke 22a mit Bezug auf Änderungen in der Phase der Nocke 22a im Wesentlichen konstant ist, wird es unwahrscheinlich, dass das Änderungsausmaß der gelieferten Kraftstoffmenge, das verursacht wird, wenn die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 geändert wird, gemäß der Nockenphase schwankt. Deswegen wird es möglich, eine genaue Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge während des Vorgangs den Kraftstoffdruck P auf den Sollkraftstoffdruck P0 zu bringen, einfach durchzuführen, indem die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 so geändert wird, dass die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 nicht von dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A abweicht, indem der Gradient der Nockengeschwindigkeit im Wesentlichen mit Bezug auf Änderungen der Phase der Nocke 22 konstant ist.
Jedoch wird die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 geändert, um eine Kraftstoffmenge zu erhalten, die zu liefern ist, um eine Kraftstoffeinspritzung durchzuführen. Deswegen wird die Ventilschließzeit vorgezogen, sodass die Ventilschließzeit tendiert, von dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A zu der vorgezogenen Seite abzuweichen, da die zu liefernde Kraftstoffmenge mit dem Ansteigen der Kraftstoffeinspritzmenge steigt.
Wenn die endgültige Kraftstoffeinspritzmenge Qfin klein ist, zum Beispiel während eines Betriebs mit niedriger Last der Maschine, ist die zu liefernde Kraftstoffmenge für die Kraftstoffeinspritzung klein, sodass in 5 die Strichpunktlinie L2 entsprechend der zu liefernden Kraftstoffmenge in dem Diagramm nach unten verschoben wird. Deswegen kann die zu liefernde Kraftstoffmenge sogar bereitgestellt werden, obwohl die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A eingestellt ist, der dem Punkt folgt, bei dem die Nocke 22a den oberen Totpunkt erreicht.
Wenn im Gegensatz die endgültige Kraftstoffeinspritzmenge Qfin groß ist, zum Beispiel während eines Betriebs der Maschine mit hoher Last, ist die zu liefernde Kraftstoffmenge groß, sodass in 5 die Strichpunktlinie entsprechend der zu liefernden Kraftstoffmenge sich in dem Diagramm nach oben verschiebt. Deswegen muss die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 vorgezogen werden, um die erforderliche, zu liefernde Kraftstoffmenge bereitzustellen, sodass die Gefahr besteht, dass die VentilBeginnzeit der Schließung vom dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A zu der vorgezogenen Seite abweicht.
Falls die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 von dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A abweicht, ist die Änderung der Nockengeschwindigkeit mit Bezug auf die Änderungen der Phase der Nocke 22 nicht konstant. Deswegen wird es wahrscheinlich, dass das Änderungsausmaß der gelieferten Kraftstoffmenge, das durch eine Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Sperrventils 54 verursacht wird, gemäß der Phase der Nocke 22a variiert, so dass es schwierig wird, eine genaue Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge während des Vorgangs durchzuführen, den Kraftstoffdruck P auf den Sollkraftstoffdruck P0 zu bringen. Falls die Einstellung der zu liefernden Kraftstoffmenge nicht genau durchgeführt wird, tritt ein Misstand auf, den Kraftstoffdruck P, der sich während des Vorgangs stark ändert, auf den Sollkraftstoffdruck P0 zu bringen.
Deswegen ist in der Ausführungsform die Nocke 22a so ausgebildet, dass die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils, das eine maximale gelieferte Kraftstoffmenge bereitstellt, die für die Kraftstoffeinspritzung benötigt wird, oder Ähnliches innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A gegeben ist. Nämlich ist das Nockenprofil der Nocke 22a so eingestellt, dass die Nocke ein größeres Ausmaß an Höhe des Kolbens 48b entsprechend dem oberen Totpunkt der Nocke 22a bereitstellt als eine gewöhnliche Nocke. Durch das Einstellen eines derartigen Nockenprofils ist die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das den maximalen Wert der benötigten gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, nahe einem am meisten vorgezogenen Punkt innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A angeordnet.
Deswegen kann die Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 zu dem Zweck der Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge in dem gesamten vorbestimmten Nockenwinkelbereich A durchgeführt werden, nämlich in einem breiten Bereich von der Nähe des am meisten vorgezogenen Punkts in dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A zu der Nähe des Punkts, bei dem die Nocke 22a den oberen Totpunkt erreicht. Somit kann die Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge zum Bereitstellen einer benötigten gelieferten Kraftstoffmenge lediglich durch das Ändern der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A durchgeführt werden.
Mit Bezug auf die Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A wird das Änderungsausmaß der Nockengeschwindigkeit bei dem Beginn der Schließung des Ventils 54, das durch eine Änderung der VentilBeginnzeit der Schließung verursacht wird, im Wesentlichen unabhängig von der Nockenphase konstant. Deswegen ist es unwahrscheinlich, dass das durch eine Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 verursachte Änderungsausmaß der gelieferten Kraftstoffmenge gemäß der Nockenphase variiert. Somit wird es möglich, eine genaue Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge durch das Ändern der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 genau einzustellen, und es wird möglich, eine bemerkenswerte Schwankung des Kraftstoffdrucks P während des Vorgangs zu verhindern, den Kraftstoffdruck P nahe zu dem Sollkraftstoffdruck P0 zu bringen.
Die voranstehend beschriebene Ausführungsform erreicht Vorteile wie folgt:
Das Nockenprofil der Nocke 22a der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 ist so eingestellt, dass die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils, die den maximalen Wert der gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, die für die Kraftstoffeinspritzung benötigt wird, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A liegt, indem die Nockengeschwindigkeit sich in der Verringerungsrichtung mit einem konstanten Gradienten mit Bezug auf Änderungen der Phase der Nocke 22a ändert. Wegen dieser Einstellung des Nockenprofils wird die Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 zu dem Zweck, die gelieferte Kraftstoffmenge einzustellen, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A durchgeführt. Wegen dieser Weise, die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 4 und 5 zu ändern, wird es möglich, eine genaue Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge einfach durchzuführen, und es wird möglich, eine bemerkenswerte Schwankung des Kraftstoffdrucks P während des Vorgangs zu verhindern, den Kraftstoffdruck P nahe zu dem Sollkraftstoffdruck P0 zu bringen.
Die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, die den maximalen Wert der gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, die für die Kraftstoffeinspritzung benötigt wird, liegt nahe dem am meisten vorgezogenen Punkt innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A. Darüber hinaus endet die Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, wenn die Position der Nocke 22a sich nahe dem oberen Totpunkt befindet. Deswegen kann die Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils zu dem Zweck der Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge innerhalb eines breiten Bereichs von der Nähe des am meisten vorgezogenen Punkts in dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A zu der Nähe eines Punkts durchgeführt werden, bei dem die Nocke 22a den oberen Totpunkt erreicht. Somit kann ein erweiterter einstellbarer Bereich der gelieferten Kraftstoffmenge eingestellt werden.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wir mit Bezug auf 7, 8A und 8B beschrieben. In dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Wiederholungen der Kraftstofflieferung von einer Hochdruckkraftstoffpumpe 47 während einer Drehung eines vorbestimmten Nockenwinkels (360°) einer Nocke 22a so eingestellt, dass die Beginnzeit der Schließung eines elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das einen maximalen Wert der benötigten gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A vorhanden ist, anstatt das Nockenprofil der Nocke 22a der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 so einzustellen, dass die zuvor erwähnte VentilBeginnzeit der Schließung innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A liegt. Somit unterscheidet sich diese Ausführungsform nur in der Technik zum Geben der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das einen maximalen Wert der benötigten gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A. Deswegen werden nur Abschnitte und Merkmale beschrieben, die diese Ausführungsform von der ersten Ausführungsform unterscheiden und Abschnitte und Merkmale dieser Ausführungsform, die im Wesentlichen die gleichen sind, wie die der ersten Ausführungsform, werden nicht wiederholt detailliert beschrieben.
In einem Kraftstoffliefergerät dieser Ausführungsform, das aus 7 ersichtlich ist, weist eine Nocke 22a zum Antreiben der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 vier Nockennasen 22b auf, die gleichwinklig um eine Achse einer Abgasnockenwelle 22 angeordnet sind. In der durch diese Nocke 22a angetriebenen Hochdruckkraftstoffpumpe 47 bewegt sich ein Kolben 48b viermal während jeder 720°-Drehung einer Kurbelwelle 14 (d.h. während jeder 360°-Drehung der Abgasnockenwelle 22) hin und her, währenddessen eine Kraftstoffeinsspritzung viermal durchgeführt wird. Deswegen wird die Kraftstoffeinspritzung pro Hin- und Herbewegung des Kolbens 48b einmal durchgeführt. Die Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 während einer 360°-Drehung der Nocke 22a kann durch das Steuern des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 eingestellt werden. Die Kraftstofflieferung von der Kraftstoffpumpe 47 kann nämlich angehalten werden, falls es dem elektromagnetischen Entleerungsventil 54 nicht gestattet wird, zu schließen, nämlich falls das Ventil während des Abgabetakts der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 in dem offenen Zustand gehalten wird. Während jeder 360°-Drehung der Nocke 22a bewegt sich der Kolben 48b viermal hin und her und die Kurbelwelle 14 dreht um 720° und deswegen wird die Kraftstoffeinspritzung von den Kraftstoffeinspritzventilen 40 viermal durchgeführt. Durch das Unterdrücken der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 während einer bestimmten Anzahl von Abgabetakten während der Hin- und Herbewegungen des Kolbens 48b, kann die Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 während einer 360°-Drehung der Nocke 22a eingestellt werden.
Falls z.B. das elektromagnetische Entleerungsventil 54 während jedem zweiten Abgabetakt während allen vier Hin- und Herbewegungen des Kolbens 48b geschlossen ist, wird die Anzahl der Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während jeder 360°-Drehung der Nocke 22a zwei mal und die Kraftstoffeinspritzung pro Durchführung der Kraftstofflieferung zweimal durchgeführt. Falls das elektromagnetische Entleerungsventil 54 während jedem Abgabetakt während allen vier Wiederholungen des Kolbens 48b geschlossen wird, wird die Anzahl der Wiederholungen der Kraftstofflieferung während jeder 360°-Drehung der Nocke 22a viermal und deswegen wird die Kraftstoffeinspritzung pro Durchführung der Kraftstofflieferung einmal durchgeführt. In diesem Fall muss eine Durchführung der Kraftstofflieferung das Lieferrohr 53 mit lediglich der Kraftstoffmenge versorgen, die zum Durchführen einer einmaligen Kraftstoffeinspritzung benötigt wird. Deswegen kann die gelieferte Kraftstoffmenge bei einer Durchführung der Kraftstofflieferung auf ungefähr eine Hälfte reduziert werden, wenn mit dem Fall verglichen wird, bei dem die Kraftstofflieferung zweimal bei jeder 360°-Drehung der Nocke 22a durchgeführt wird.
Das Verhältnis zwischen Änderungen der Übertragung des Kraftstoffdrucks und Änderungen der Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während einer 360°-Drehung der Nocke 22a wird mit Bezug auf 8A und 8B beschrieben. 8A ist ein Zeitdiagramm, das die Übertragung des Kraftstoffdrucks P in dem Fall bezeichnet, bei dem die Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während einer 360°-Drehung der Nocke 22a auf zwei eingestellt ist. 8B ist ein Zeitdiagramm, das die Übertragung des Kraftstoffdrucks B in dem Fall anzeigt, bei dem die Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während einer 360°-Drehung der Nocke 22a eingestellt ist. Falls die Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während einer 360°-Drehung der Nocke 22a auf zwei eingestellt wird, ändert sich der Kraftstoffdruck P wie in 8A und 8B bezeichnet. Wenn die Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 nämlich beginnt, liefert die Hochdruckkraftstoffpumpe 47 derart Kraftstoff, dass der Kraftstoffdruck von einem Wert unter einem Sollkraftstoffdruck P0 zu einem Wert oberhalb von dem Sollkraftstoffdruck P0 ändert. Wenn dann das0 elektromagnetische Entleerungsventil 54 geöffnet wird, beendet der Kraftstoffdruck P0 den Anstieg und wird bei einer konstanten Höhe gehalten. Nach dem Verbleiben bei dem konstanten Wert fällt der Kraftstoffdruck P stufenweise jedes Mal, wenn die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Nachdem die Kraftstoffeinspritzung zweimal durchgeführt wurde, fällt der Kraftstoffdruck P nahe auf den Druck, der vor der zuvor erwähnten Kraftstofflieferung auftritt. In diesem Fall ist es notwendig, den Kraftstoffdruck P ausreichend durch das Liefern einer Kraftstoffmenge zu erhöhen, die zum Durchführen der zweimaligen Kraftstoffeinspritzung durch eine Durchführung der Kraftstofflieferung erforderlich ist, so dass der Kraftstoffdruck P nach den zwei Durchführungen der Kraftstoffeinspritzung nicht übermäßig abfällt. Deswegen wird die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 (der Zeitraum geschlossenen Ventils) so eingestellt, dass der Kraftstoffdruck P ausreichend erhöht ist.
Falls die Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während einer 360°-Drehung der Nocke 22a auf vier eingestellt wird, ändert sich der Kraftstoffdruck P wie in 8B bezeichnet ist. Wenn nämlich das Schließen des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 beginnt, liefert die Hochdruckkraftstoffpumpe 47 Kraftstoff derart, dass der Kraftstoffdruck P sich von einem Wert unterhalb von einem Sollkraftstoffdruck P0 zu einem Wert oberhalb von dem Sollkraftstoffdruck P0 ändert. Wenn dann das elektromagnetische Entleerungsventil 54 geöffnet wird, beendet der Kraftstoffdruck P den Anstieg und wird bei einer konstanten Höhe gehalten. Nachdem die Kraftstoffeinspritzung einmal durchgeführt wurde, fällt der Kraftstoffdruck P nahe zu dem Druck, der vor der voranstehend erwähnten Kraftstofflieferung auftritt. Danach wird die Kraftstofflieferung wieder durchgeführt, so dass der Kraftstoffdruck P den Wert oberhalb von dem Sollkraftstoffdruck P0 wieder erreicht. In diesem Fall muss eine Durchführung der Kraftstofflieferung lediglich eine Kraftstoffmenge beliefern, die zur Durchführung einer einmaligen Kraftstoffeinspritzung erforderlich ist. Deswegen wird es nicht notwendig, den Kraftstoffdruck P auf eine so große Höhe zu steigern, wie die Höhe, die in dem Fall zu erreichen ist, bei dem die Anzahl der Kraftstofflieferungen während einer 360°-Drehung der Nocke 22a auf zwei eingestellt ist. Somit ist die Zeit des Beginns der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 zum Erhöhen des Kraftstoffdrucks P verzögert und der Zeitraum, bei dem das Ventil 54 geschlossen ist, ist verkürzt, verglichen mit dem Fall, bei dem die Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während einer 360°-Drehung der Nocke 22a auf zwei eingestellt ist. Somit ändert sich die Kraftstoffmenge, die bei einer Durchführung der Kraftstofflieferung zu liefern ist, sogar unter einem Zustand, bei dem die Kraftstoffeinspritzmenge unverändert bleibt, so dass es möglich wird, die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils einzustellen, wenn die Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während einer 360°-Drehung der Nocke 22a geändert wird. In dieser Ausführungsform wird die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das einen maximalen Wert der benötigten gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, innerhalb von dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A gegeben, indem die Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während jeder 360°-Drehung der Nockenwelle 22 auf z.B. vier eingestellt wird. Als Ergebnis kann die Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge zum Bereitstellen einer benötigten, zu liefernden Kraftstoffmenge lediglich durch das Ändern der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 innerhalb von dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A durchgeführt werden.
Mit Bezug auf die Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 innerhalb von dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A wird das Änderungsausmaß der Nockengeschwindigkeit bei dem Beginn der Schließung des Ventils 54, das durch eine Änderung der Zeit verursacht wird, im Wesentlichen unabhängig von der Nockenphase konstant. Deswegen ist unwahrscheinlich, dass das Änderungsausmaß der gelieferten Kraftstoffmenge, das durch eine Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils verursacht wird, gemäß der Nockenphase variiert. Somit wird es möglich, einfach eine genaue Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge durchzuführen, indem die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 geändert wird, und es wird möglich, eine bemerkenswerte Schwankung des Kraftstoffdrucks P während des Vorgangs zu verhindern, den Kraftstoffdruck P nahe zu dem Sollkraftstoffdruck P0 zu bringen.
Die voranstehend beschriebene Ausführungsform erreicht Vorteile wie folgt.
Die Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff von der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 während einer 360°-Drehung der Nocke 22a wird auf vier eingestellt, so dass die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das den maximalen Wert der gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, die für die Kraftstoffeinspritzung benötigt wird, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A liegt, indem die Nockengeschwindigkeit sich in der Verringerungsrichtung mit einem konstanten Gradienten mit Bezug auf die Änderungen in der Phase der Nocke 22a ändert. Wegen dieser Einstellung der Anzahl von Wiederholungen der Durchführung der Kraftstofflieferung wird die Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 zu der Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A durchgeführt. Wegen dieser Weise, die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 zu ändern, wird es möglich, eine genaue Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge leicht durchzuführen, und es wird möglich, eine bemerkenswerte Schwankung des Kraftstoffdrucks P während des Vorgangs zu verhindern, den Kraftstoffdruck P nahe zu dem Kraftstoffdruck P0 zu bringen.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird beschrieben. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den ersten und zweiten Ausführungsformen lediglich in der Technik, die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das einen maximalen Wert der benötigten gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, innerhalb von dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A zu geben. Deswegen werden nur die Abschnitte und Merkmale beschrieben, die diese Ausführungsform von den ersten und zweiten Ausführungsformen unterscheiden, und Abschnitte und Merkmale dieser Ausführungsform, die im Wesentlichen die gleichen sind wie die der ersten und zweiten Ausführungsformen werden nicht wiederholt detailliert beschrieben.
In der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 steigt die bei einer Durchführung der Kraftstofflieferung gelieferte Kraftstoffmenge mit dem Anstieg des Innendurchmessers der Druckbeaufschlagungskammer 49, vorausgesetzt, dass der Bewegungsbereich (Hub) des Kolbens 48b relativ zu dem Zylinder 48a und die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 unverändert bleiben. In dieser Ausführungsform ist der Innendurchmesser der Druckbeaufschlagungskammer 49 der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 so eingestellt, dass die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, die einen maximalen Wert der benötigten gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, nahe einem am meisten vorgezogenen Punkt innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A gegeben ist. Diese Einstellung des Innendurchmessers der Druckbeaufschlagungskammer 49 wird durch das Einstellen der Durchmesser der Zylinder 48a und des Kolbens 48b herbeigeführt.
Die Ausführungsform erreicht Vorteile wie folgt:
Der Innendurchmesser der Druckbeaufschlagungskammer 49 der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 ist so eingestellt, dass die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils, das den maximalen Wert der gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, die für die Kraftstoffeinspritzung benötigt wird, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A liegt, indem die Nockengeschwindigkeit in der Verringerungsrichtung mit einem konstanten Gradienten mit Bezug auf Änderungen in der Phase der Nocke 22a ändert. Wegen dieser Einstellung des Innendurchmessers der Druckbeaufschlagungskammer 49 wird die Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 zu dem Zweck der Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A durchgeführt. Wegen dieser Weise, die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 zu ändern, wird es möglich, eine genaue Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge genau durchzuführen, und es wird möglich, eine bemerkenswerte Schwankung des Kraftstoffdrucks P während des Vorgangs zu verhindern, den Kraftstoffdruck P nahe zu dem Sollkraftstoffdruck P0 zu bringen.
Die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das den maximalen Wert der gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, die für die Kraftstoffeinspritzung benötigt wird, liegt nahe dem am meisten vorgezogenen Punkt innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A. Darüber hinaus endet das Schließen des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, wenn die Position der Nocke 22a sich nahe dem oberen Totpunkt befindet. Deswegen kann die Änderung der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 zu dem Zweck der Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge eines breiten Bereichs von der Nähe des am meisten vorgezogenen Punkts in dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A zu der Nähe eines Punkts durchgeführt werden, bei dem die Nocke 22a den oberen Totpunkt erreicht. Somit kann ein erweiterter einstellbarer Bereich der gelieferten Kraftstoffmenge eingestellt werden.
Die voranstehenden Ausführungsformen können z.B. durch die folgenden Weisen modifiziert werden.
Obwohl im Zusammenhang mit den voranstehenden Ausführungsformen drei Arten von Technik zum Geben der Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das den maximalen Wert der benötigten gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs als Beispiele beschrieben wurden, ist es ebenfalls möglich, eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Techniken anzunehmen, anstelle jede Technik unabhängig anzunehmen. In einem derartigen Fall kann die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das den maximalen Wert der benötigten, gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, genauer innerhalb von dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A gegeben werden, so dass die Einstellung der gelieferten Kraftstoffmenge genauer durchgeführt werden kann, und die Steuerbarkeit der gelieferten Kraftstoffmenge weiter verbessert werden kann. Obwohl die Hochdruckkraftstoffpumpe 47 in der zweiten Ausführungsform unter Verwendung der Nocke 22a angetrieben wird, die vier Nockennasen 22b aufweist, ist die Anzahl der Nockennasen nicht auf vier beschränkt, sondern kann ebenfalls auf drei oder auf mehr als vier geändert werden. Falls z.B. die Anzahl der Nockennasen 22b zumindest vier beträgt, kann die Anzahl der Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während eines vorbestimmten Zeitraums fein eingestellt werden, und der Bereich der Einstellung der Anzahl von Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während einer 360°-Drehung der Nocke 22a kann erweitert werden. In diesem Fall kann die Anzahl der Wiederholungen der Lieferung von Kraftstoff während einer 360°-Drehung der Nocke 22a unter der Bedingung ebenfalls auf eine andere Anzahl als vier geeignet geändert werden, dass die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das den maximalen Wert der benötigten gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, innerhalb von dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A gegeben wird. Darüber hinaus ist es in diesem Fall bevorzugt, dass die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils, das den maximalen Wert der benötigten gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, nahe einem am meisten vorgezogenen Punkt innerhalb eines vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A gegeben wird, so dass die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 in einem breiten Bereich geändert werden kann.
In der ersten Ausführungsform ist das Nockenprofil der Nocke 22a so eingestellt, dass die Höhe des Kolbens 48b, die auftritt, wenn die Position der Nocke 22a sich nahe dem oberen Totpunkt befindet, größer wird als das Ausmaß von Höhe, das durch eine gewöhnliche Nocke erreicht wird, um die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das den maximalen Wert der benötigten gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, innerhalb von dem vorbestimmten Nockenwinkelbereich A zu geben. Stattdessen kann das Nockenprofil der Nocke 22a so eingestellt sein, ein solches Nockenprofil zu sein, dass der vorbestimmte Nockenbereich A größer wird, als dessen gewöhnliche Spannweite, um die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54, das den maximalen Wert der benötigten, gelieferten Kraftstoffmenge bereitstellt, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A zu geben.
Obwohl in den voranstehenden Ausführungsformen die Schließendzeit (Öffnungszeit) des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 während des Abgabetakts der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 auf die Zeit eingestellt ist, bei der die Nocke 22a den oberen Totpunkt erreicht, kann die Endzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 geeignet geändert werden.
Obwohl in den voranstehenden Ausführungsformen die Beginnzeit der Schließung des elektromagnetischen Entleerungsventils 54 während des Abgabetakts der Hochdruckkraftstoffpumpe 47 nahe einer am meisten vorgezogenen Position innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs A angeordnet ist, kann die Positionierung der Beginnzeit der Schließung des Ventils geeignet geändert werden.
Obwohl in den voranstehenden Ausführungsformen die Erfindung auf ein Kraftstoffzufuhrgerät für Benzinmaschinen angewendet ist, kann die Erfindung ebenfalls auf Kraftstoffzufuhrgeräte für Dieselmaschinen angewendet werden.
Während die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen von dieser beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen oder Konstruktionen beschränkt ist. Im Gegenzug soll die Erfindung verschiedene Modifikationen abdecken, wie sie durch die anhängenden Ansprüche definiert sind.

Claims

Kraftstoffzufuhrgerät für eine Brennkraftmaschine, aufweisend eine Kraftstoffpumpe (47), die Kraftstoff in eine Druckbeaufschlagungskammer (49) zieht, und Kraftstoff zu einem Kraftstoffeinspritzventil (40) der Brennkraftmaschine liefert, indem sie eine Kapazität der Druckbeaufschlagungskammer (49) ausgehend von einer relativen Bewegung zwischen einem Zylinder (48a) und einem Kolben (48b) ändert, die durch eine Drehung einer Nocke (22a) verursacht ist, und ein Entleerungsventil (54), das eine Verbindung zwischen der Druckbeaufschlagungskammer (49) und einem Entleerungsdurchtritt (50) zum Auslassen von Kraftstoff aus der Druckbeaufschlagungskammer (49) öffnet und schließt, wobei eine Menge eines von der Kraftstoffpumpe (47) zu dem Kraftstoffeinspritzventil (40) gelieferten Kraftstoffs durch das Steuern eines Zeitraums geschlossenen Ventils des Entleerungsventils (54) eingestellt wird, wobei das Kraftstoffzufuhrgerät dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kraftstoffzufuhrgerät eine Steuereinrichtung (92) umfasst, die den Zeitraum geschlossenen Ventils des Entleerungsventils (54) durch das Ändern einer Beginnzeit des Ventilschließens des Entleerungsventils (54) derart steuert, dass eine Kraftstoffmenge bereitgestellt ist, die für eine Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil (40) zu der Kraftstoffpumpe (47) zu liefern ist; das Kraftstoffzufuhrgerät so angeordnet ist, dass die Beginnzeit des Ventilschließens des Entleerungsventils (54), das eine maximale zu liefernde Menge von Kraftstoff bereitstellt, innerhalb eines vorbestimmten Nockenwinkelbereichs auftritt, in dem ein Ausmaß der relativen Bewegung zwischen dem Zylinder (48a) und dem Kolben (48b), das während der Drehung der Nocke (22a) auftritt, sich mit einem konstanten Gradienten mit Bezug auf eine Änderung der Phase der Nocke (22a) ändert.
Kraftstoffzufuhrgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (92) den Zeitraum geschlossenen Ventils des Entleerungsventils (54) beendet, wenn eine Position der Nocke (22a) sich nahe einem oberen Totpunkt befindet, und dass die Beginnzeit des Ventilschließens des Entleerungsventils (54), das die maximale zu liefernde Menge von Kraftstoff bereitstellt, so eingestellt ist, dass die Beginnzeit des Ventilschließens nahe einem am meisten vorgezogenen Punkt innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs vorhanden ist.
Kraftstoffzufuhrgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffzufuhrgerät durch das Bereitstellen der Nocke (22a) mit einem Nockenprofil angeordnet ist, das so eingestellt ist, dass die Beginnzeit des Ventilschließens des Entleerungsventils (54), das die maximale zu liefernde Menge von Kraftstoff bereitstellt, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs vorhanden ist.
Kraftstoffzufuhrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffzufuhrgerät durch das Bereitstellen der Nocke (22a) mit einer Anzahl von Nasen (22b) derart angeordnet ist, dass eine Anzahl von Wiederholungen, bei denen Kraftstoff während einem vorbestimmten Drehwinkel der Nocke (22a) geliefert wird, so eingestellt ist, dass die Beginnzeit des Ventilschließens des Entleerungsventils (54), das die maximale zu liefernde Menge von Kraftstoff bereitstellt, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs vorhanden ist.
Kraftstoffzufuhrgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffzufuhrgerät durch das Bereitstellen der Druckbeaufschlagungskammer (49) mit einem Innendurchmesser derart angeordnet ist, dass die Beginnzeit des Ventilschließens des Entleerungsventils (54), das die maximale zu liefernde Menge von Kraftstoff bereitstellt, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs vorhanden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffzufuhrgeräts für eine Brennkraftmaschine, wobei das Kraftstoffzufuhrgerät eine Kraftstoffpumpe (47) hat, die Kraftstoff in eine Druckbeaufschlagungskammer (49) zieht und den Kraftstoff zu einem Kraftstoffeinspritzventil (40) der Brennkraftmaschine liefert, indem es eine Kapazität der Druckbeaufschlagungskammer (49) ausgehend von einer relativen Bewegung zwischen einem Zylinder (48a) und einem Kolben (48b) ändert, die durch eine Drehung einer Nocke (22a) bewirkt wird; und ein Entleerungsventil (54) hat, das eine Verbindung zwischen der Druckbeaufschlagungskammer (49) und einem Entleerungsdurchtritt (50) öffnet und schließt, um den Kraftstoff aus der Druckbeaufschlagungskammer (49) herauszulassen; wobei eine Menge eines von der Kraftstoffpumpe (47) zu dem Kraftstoffeinspritzventil (40) gelieferten Kraftstoffs durch das Steuern eines Zeitraums geschlossenen Ventils des Entleerungsventils (54) eingestellt wird; wobei der Zeitraum geschlossenen Ventils des Entleerungsventils (54) durch das Ändern einer Beginnzeit des Ventilschließens des Entleerungsventils (54) ausgehend von einer Menge von Kraftstoff gesteuert wird, die von der Kraftstoffpumpe (47) für eine Kraftstoffeinspritzung zu liefern ist; wobei das Verfahren durch Umfassen folgender Schritte gekennzeichnet ist: Anordnen der Nocke (22a) einen vorbestimmten Nockenwinkelbereich aufzuweisen, in dem ein Ausmaß der relativen Bewegung zwischen dem Zylinder (48a) und dem Kolben (48b), das während der Drehung der Nocke (22a) auftritt, sich mit einem konstanten Gradienten mit Bezug auf eine Änderung der Phase der Nocke (22a) ändert; und Anordnen des Kraftstoffzufuhrgeräts derart, dass die Beginnzeit des Ventilschließens des Entleerungsventils (54), das eine maximale zu liefernde Menge von Kraftstoff bereitstellt, innerhalb des vorbestimmten Nockenwinkelbereichs auftritt.
Verfahren Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine unter Verwendung eines Kraftstoffzufuhrgeräts zuzuführen, das eine Kraftstoffpumpe (47) hat, die Kraftstoff in eine Druckbeaufschlagungskammer (49) zieht und den Kraftstoff zu einem Kraftstoffeinspritzventil (40) der Brennkraftmaschine liefert, indem sie eine Kapazität der Druckbeaufschlagungskammer (49) ausgehend von einer relativen Bewegung zwischen einem Zylinder (48a) und einem Kolben (48b) ändert, die durch eine Drehung einer Nocke (22a) verursacht ist; und ein Entleerungsventil (54) hat, das eine Verbindung zwischen der Druckbeaufschlagungskammer (49) und einem Entleerungsdurchtritt (50) öffnet und schließt, um den Kraftstoff aus der Druckbeaufschlagungskammer (49) herauszulassen; wobei eine Menge des von der Kraftstoffpumpe (47) zu dem Kraftstoffeinspritzventil (40) gelieferten Kraftstoffs durch das Steuern eines Zeitraums geschlossenen Ventils des Entleerungsventils (54) eingestellt wird, und das Verfahren durch Umfassen folgender Schritte gekennzeichnet ist: Steuern des Zeitraums geschlossenen Ventils des Entleerungsventils (54) durch Ändern einer Beginnzeit des Ventilschließens des Entleerungsventils (54) derart, dass eine Menge von Kraftstoff, die von der Kraftstoffpumpe (47) für eine Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil (40) zu liefern ist, bereitgestellt ist, wobei das Kraftstoffzufuhrgerät derart angeordnet ist, dass die Beginnzeit des Ventilschließens des Entleerungsventils (54), das eine maximale Menge von Kraftstoff bereitstellt, die zu liefern ist, innerhalb eines vorbestimmten Nockenwinkelbereichs auftritt, indem ein Ausmaß der relativen Bewegung zwischen dem Zylinder (48a) und dem Kolben (48b), die während der Drehung der Nocke (22a) auftritt, sich mit einem konstanten Gradienten mit Bezug auf eine Änderung der Phase der Nocke (22a) ändert.