DE60120632T2

DE60120632T2 - Kraftstoffversorgungseinrichtung und Verfahren zur Steuerung

Info

Publication number: DE60120632T2
Application number: DE60120632T
Authority: DE
Inventors: Hitachi Kenichiro Chiyoda-ku Tokuo; Hitachi Kenji Chiyoda-ku Hiraku; Hitachi Tadahiko Chiyoda-ku Nogami; Hitachi Kunihiko Chiyoda-ku Takao; Hitachi Hiroyuki Chiyoda-ku Yamada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2021-08-17
Also published as: JP4123729B2; EP1683954B1; DE60120632D1; JP2002276506A; EP1241349B1; US6701898B2; US20020129793A1; EP1683954A1; EP1241349A2; EP1241349A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungsvorrichtung für Motoren mit Direkteinspritzung und insbesondere ein Förderdurchflussraten-Steuerverfahren.
US 5 771 864 A betrifft ein Kraftstoffeinspritzdüsensystem, das eine leichtere Steuerung des Öffnens und Schließens eines Überlaufsteuerungs-Magnetventils einer Hochdruck-Versorgungspumpe ermöglicht. Daher wird vorgeschlagen, die Fördermenge des zum Erzeugen oder Aufrechterhalten des Drucks der gemeinsamen Druckleitung erforderlichen Kraftstoffs entsprechend der Last des Motors zu steuern, indem die Anzahl von Förderhüben während einer Drehung der Antriebswelle eingestellt wird.
Es ist eine herkömmliche Kraftstoffversorgungsvorrichtung bekannt, die die Förderdurchflussratensteuerung durchführt, indem sie an einen Aktuator für jeden Förderhub ein Antriebssignal gibt und einen Zeitablauf des Anlegens des Antriebssignals steuert, wie beispielsweise in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 00/47888 beschrieben.
Die vorstehend beschriebene herkömmliche Hochdruck-Kraftstoffpumpe weist jedoch insofern ein Problem auf, als eine Zeitverzögerung vom Anlegen des Antriebssignals bis zum Antrieb des Aktuators besteht und, wenn ein Hin- und Herbewegungszyklus eines Tauchkolbens kurz ist, der Betrieb des Aktuators nicht mit der Hin- und Herbewegungstätigkeit des Tauchkolbens Schritt halten kann.
In derzeitigen Kraftfahrzeugen kann eine solche Situation auftreten, wenn die Motordrehzahl hoch ist. In Vorrichtungen, die Kraftstoff zu Motoren mit großen Verdrängungen liefern, tritt eine ähnliche Situation auch auf, wenn die Anzahl von Hin- und Herbewegungen des Tauchkolbens während jeder Drehung eines Nockens, d. h. die Anzahl von Erhebungen des Antriebsnockens, erhöht wird, um den Förderdurchfluss von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe für jede Umdrehung des Nockens zu steigern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kraftstoffversorgungsvorrichtung für Hochdruck-Kraftstoffpumpen mit variabler Verdrängung zu schaffen, die eine Förderdurchflussratensteuerung selbst dann ermöglicht, wenn ein Hin- und Herbewegungszyklus eines Tauchkolbens kurz ist, ohne das Ansprechvermögen eines Aktuators oder eines Mechanismus mit variabler Verdrängung steigern zu müssen.
Die obige Aufgabe wird durch eine Kraftstoffversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffversorgungsvorrichtung nach Anspruch 4 gelöst.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konstruktion einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe zeigt, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
2 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Beispielsteuerung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Beispielsteuerung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konstruktion einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe zeigt, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Beispielsteuerung in einem System von 4 zeigt.
6 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Beispielsteuerung im System von 4 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. 1 stellt einen Umriss eines Kraftstoffversorgungssystems unter Verwendung einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die eine Ausführungsform der Erfindung beinhaltet, dar.
In 1 ist ein Pumpenkörper 1 mit einem Kraftstoffsaugdurchgang 10, einem Förderdurchgang 11 und einer Druckbeaufschlagungskammer 12 gebildet. In der Druckbeaufschlagungskammer 12 ist ein Tauchkolben 2, der ein Druckbeaufschlagungselement bildet, verschiebbar installiert. Im Kraftstoffsaugdurchgang 10 und im Förderdurchgang 11 sind ein Saugventil 5 bzw. ein Förderventil 6 installiert, die jeweils durch eine Feder in eine Richtung gedrückt werden, so dass sie als Rückschlagventil dienen, um die Richtung, in der der Kraftstoff strömen kann, zu begrenzen. Ein Aktuator 8 wird im Pumpenkörper 1 gehalten umfasst eine Magnetspule 90, eine Stange 91 und eine Feder 92. Die Stange 91 wird durch die Feder 92 in eine Richtung gedrückt, die das Saugventil 5 öffnet, wenn dem Aktuator 8 kein Antriebssignal gegeben wird. Da die Kraft der Feder 92 größer eingestellt ist als die Kraft der Feder des Saugventils 5, ist das Saugventil 5 offen, wie in 1 gezeigt, wenn das Antriebssignal nicht an den Aktuator 8 angelegt wird.
Kraftstoff wird von einem Tank 50 zu einer Kraftstoffeinleitungsöffnung des Pumpenkörpers 1 durch eine Niederdruckpumpe 51 geliefert, während er gleichzeitig durch einen Druckregler 52 auf einen konstanten Druck geregelt wird. Der Kraftstoff wird dann durch den Pumpenkörper 1 mit Druck beaufschlagt und unter Druck von einer Kraftstoffförderöffnung zu einer gemeinsamen Druckleitung 53 befördert. Die gemeinsame Druckleitung 53 weist Einspritzdüsen 54 und einen Drucksensor 56, der daran installiert ist, auf. Die Einspritzdüsen 54 entsprechen in der Anzahl den Zylindern im Motor und spritzen Kraftstoff gemäß Signalen von einer Steuereinheit 57 ein.
Der Tauchkolben 2 wird durch einen Nocken 100, der durch eine Motornockenwelle gedreht wird, hin- und herbewegt, um das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 12 zu ändern.
Wenn sich das Saugventil 5 während des Förderhubs des Tauchkolbens 2 schließt, nimmt der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 12 zu, was bewirkt, dass sich das Förderventil 6 automatisch öffnet, um Kraftstoff unter Druck zur gemeinsamen Druckleitung 53 zu befördern.
Wenn der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 12 unter jenen der Kraftstoffeinleitungsöffnung fällt, öffnet sich das Saugventil 5 automatisch. Das Schließen des Saugventils 5 wird durch den Betrieb des Aktuators 8 bestimmt.
Wenn dem Aktuator 8 ein Antriebssignal gegeben und dieses gehalten wird, erzeugt die Magnetspule 90 eine elektromagnetische Kraft, die größer ist als die Druckkraft der Feder 92, was die Stange 91 zur Magnetspule 90 hin anzieht, mit dem Ergebnis, dass sich die Stange 91 vom Saugventil 5 trennt. In diesem Zustand arbeitet das Saugventil 5 als normales Rückschlagventil, das sich synchron mit der Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens 2 automatisch öffnet und schießt. Beim Förderhub schließt sich daher das Saugventil 5 und die Menge an Kraftstoff, die gleich einem Volumen ist, um das die Druckbeaufschlagungskammer 12 komprimiert wird, schiebt das Förderventil 6 auf und wird unter Druck zur gemeinsamen Druckleitung 53 befördert. Die Pumpenförderdurchflussrate ist daher am größten.
Wenn dem Aktuator 8 andererseits kein Antriebssignal gegeben wird, bewirkt die Druckkraft der Feder 92, dass die Stange 91 das Saugventil 5 aufschiebt und es offen hält. Daher bleibt der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 12 selbst während des Förderhubs auf einem niedrigen Druck, der fast gleich jenem der Kraftstoffeinleitungsöffnung ist, so dass das Förderventil 6 nicht geöffnet werden kann. Die Menge an Kraftstoff, die gleich einem Volumen ist, um das die Druckbeaufschlagungskammer 12 komprimiert wird, wird daher durch das Saugventil 5 zur Seite der Kraftstoffeinleitungsöffnung zurückgeführt. Die Pumpenförderdurchflussrate wird daher Null.
Während des Förderhubs wird, wenn ein Antriebssignal an den Aktuator 8 angelegt wird, der Kraftstoff unter Druck mit einer Ansprechverzögerung des Aktuators 8 zur gemeinsamen Druckleitung 53 befördert. Sobald die Kraftstoffförderung begonnen hat, nimmt der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 12 zu, wobei das Saugventil 5 geschlossen gehalten wird, selbst nachdem das Antriebssignal zum Aktuator 8 abgeschaltet wird. Danach öffnet sich das Saugventil 5 automatisch synchron mit dem Beginn des Saughubs des Tauchkolbens 2. Beim Förderhub kann daher der Zeitablauf des Anlegens eines Antriebssignals an den Aktuator 8 den Förderdurchfluss in einem variablen Bereich zwischen Null und dem maximalen Förderdurchfluss einstellen. Ein Verhältnis des Förderdurchflusses zum maximalen Förderdurchfluss über die Zeit gemittelt wird nachstehend Auslastung genannt.
Auf der Basis eines Signals vom Drucksensor 56 berechnet die Steuereinheit 57 einen geeigneten Förderzeitablauf und steuert die Stange 91, um den Druck in der gemeinsamen Druckleitung 53 auf einem fast konstanten Wert zu halten.
Als nächstes wird ein Beispiel, in dem der Aktuator 8 einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe durch das Steuerverfahren der Erfindung angetrieben wird, mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben.
2 stellt eine Ausführungsform eines Steuerzeitablaufs dar, wenn die Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit einer Auslastung von 50% oder weniger betrieben wird. Diese Betriebsbedingung ist erforderlich, wenn die Motorlast klein ist, beispielsweise während einer Stationärfahrt, Abbremsung und eines Leerlaufs eines Kraftfahrzeugs.
Mit anderen Worten, unter dieser Betriebsbedingung erfordert der Motor fast keine zusätzlichen Ausgangsdrehmomente und der Kraftstoffverbrauch ist klein. Die Förderdurchflussratensteuerung wird in diesem Fall durch Anlegen eines Antriebssignals an den Aktuator 8 einmal alle zwei Hin- und Herbewegungen des Tauchkolbens 2 durchgeführt. In einem von jeweils zwei Förderhüben wird der Kraftstoff nicht gefördert und der Förderdurchfluss im restlichen Förderhub wird so gesteuert, dass der mittlere Förderdurchfluss in den zwei Kompressionshüben gesteuert wird. Im Förderhub, der den Förderdurchfluss steuert, wird ein Antriebssignal zu einem Zeitpunkt an den Aktuator 8 angelegt, der von einem Zielförderstartzeitpunkt um ein Zeitintervall vorverlegt ist, das gleich der Ansprechverzögerung des Aktuators 8 ist. Dies zieht die Stange 91 zurück, um zu ermöglichen, dass sich das Saugventil 5 schließt, so dass der Kraftstoff zum Zielförderstartzeitpunkt komprimiert und gefördert werden kann. Der durch die zwei Kompressionshübe erzeugte Förderdurchfluss ist gleich dem Förderdurchfluss dieses einen Kompressionshubs. Der Zeitablauf und die Dauer, mit denen das Antriebssignal an den Aktuator 8 angelegt wird, werden von der Steuereinheit 57 berechnet.
Wenn ein Antriebssignal an den Aktuator 8 angelegt wird, wird die Magnetspule 90 erregt und der durch die Magnetspule 90 fließende Strom steigt mit einer Zeitverzögerung erster Ordnung, die durch eine Induktivität der Magnetspule verursacht wird, an. Die Zeit, die verstreicht, nachdem ein Antriebssignal an den Aktuator angelegt wird, bis der Strom durch die Magnetspule 90 hoch genug ansteigt, so dass die elektromagnetische Kraft der Magnetspule 90 die Stange 91 zurückziehen kann, ist die Ansprechverzögerungszeit des Aktuators 8, wenn er angetrieben wird. Diese Zeitlänge wird nachstehend Rückzugsverzögerungszeit t1 genannt. Wenn das Antriebssignal abgeschaltet wird, verstreicht aufgrund der Induktivität der Magnetspule 90 eine gewisse Zeitdauer, bevor der Strom durch die Magnetspule 90 unter einen Grenzstrom zum Halten der Stange 91 fällt. Die Zeit, die ab dann, wenn das Antriebssignal abgeschaltet wird, bis die Stange 91 herunterfällt, vergeht, wird nachstehend Abwärtszugverzögerungszeit t2 genannt.
Wenn beispielsweise eine gewünschte Auslastung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 25% ist, wird eine zeitlich gemittelte Auslastung von 25% erhalten, indem in einem von jeweils zwei Förderhüben 0% des Volumens, das durch den Tauchkolben 2 verdrängt wird, gefördert wird und 50% des durch den Tauchkolben 2 verdrängten Volumens im anderen Förderhub gefördert wird. Während des Förderhubs sendet die Steuereinheit 57 ein Antriebssignal zum Aktuator 8 zu einem Zeitpunkt, der von der Rückzugsverzögerungszeit t1 gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem der Tauchkolben den Förderhub von 50% beendet, vorverlegt ist. Dann schaltet die Steuereinheit 57 das Antriebssignal ab, so dass die Stange 91 zurückkehrt, bevor der nächste Förderhub beginnt.
Der Vorteil der Steuerung der Förderdurchflussrate in dieser Weise besteht darin, dass, da der Aktuator nicht jedes Mal, wenn sich der Tauchkolben 2 hin- und herbewegt, angetrieben wird, sich das Intervall zwischen den Antriebssignalen vergrößert. Mit den herkömmlichen Steuerverfahren kann der Aktuator die Durchflussförderrate nicht steuern, wenn nicht die Summe der Rückzugsverzögerungszeit t1 und der Abwärtszugverzögerungszeit t2 kürzer ist als mindestens der Hin- und Herbewegungszyklus des Tauchkolbens. Die Steuerung gemäß dieser Ausführungsform kann jedoch die Förderdurchflussrate selbst dann steuern, wenn der Hin- und Herbewegungszyklus des Tauchkolbens kurz ist. Daher muss die Ansprechgeschwindigkeit des Aktuators der Kraftstoffversorgungsvorrichtung nicht erhöht werden, was es möglicht macht, eine erforderliche Menge an Kraftstoff zu einem mit hoher Drehzahl laufenden Motor zu liefern. Da die Anzahl von Malen, die der Aktuator 8 erregt wird, abnimmt, werden ferner auch der Leistungsverbrauch und die Menge an erzeugter Wärme verringert.
Wenn der Nocken 100, der den Tauchkolben 2 antreibt, eine erhöhte Anzahl von Erhebungen, beispielsweise vier oder fünf Erhebungen, anstatt zwei wie im Fall von 1 aufweist, kann dieses Steuerverfahren auch verwendet werden. Die Zeit, zu der eine erhöhte Anzahl von Nockenerhebungen verwendet wird, ist, wenn eine große Menge an Kraftstoff zu einem Motor geliefert wird oder wenn Kraftstoff zu einem Motor mit einer großen Verdrängung oder einem Motor mit einem Turbolader geliefert wird.
In der obigen Ausführungsform kann die Förderdurchflussrate einer Pumpe in einem Auslastungsbereich von 50% oder weniger gesteuert werden. Wenn die Förderdurchflussrate in einem Auslastungsbereich von 50% oder mehr gesteuert werden soll, kann ein nachstehend beschriebenes Steuerverfahren verwendet werden.
Es sollte zuerst beachtet werden, dass die Zeit, zu der die Kraftstoffpumpe in Kraftfahrzeugen unter einer solchen Bedingung betrieben werden muss, ist, wenn eine Motorlast groß ist, wie während der Beschleunigung oder des Hochfahrens einer Steigung. Das heißt, die Steuerung der Förderdurchflussrate im Auslastungsbereich von 50% oder mehr wird ausgeführt, wenn der Motor eine große Menge an Kraftstoff verbraucht, um hohe Ausgangsdrehmomente zu erhalten.
Auch in diesem Fall wird dem Aktuator einmal alle zwei Hin- und Herbewegungen des Tauchkolbens 2 ein Antriebssignal gegeben, um die Förderdurchflussrate zu steuern. In diesem Betrieb steuert jedoch von den zwei Förderhüben ein Förderhub einen Förderzeitablauf und der andere Förderhub fördert die volle Menge an Kraftstoff, um die mittlere Förderdurchflussrate der zwei Förderhübe zu steuern. Das heißt, ein Antriebssignal wird an den Aktuator zur Rückzugsverzögerungszeit t1 vor dem Zeitpunkt, zu dem die Förderung begonnen werden soll, angelegt. Dies bewirkt, dass die Stange 91 hochgezogen oder zurückgezogen wird, um zu ermöglichen, dass sich das Saugventil 5 schließt, so dass der Kraftstoff zu einem Zeitpunkt, zu dem die Förderung begonnen werden soll, komprimiert und gefördert werden kann. Danach wird, bis der nächste Förderhub beginnt, die Stange 91 gehalten und daran gehindert, dass sie herunterfällt oder vorsteht. Für diesen Zweck muss das Antriebssignal ab zumindest der Abwärtszugverzögerungszeit t2 vor dem Beginn des nächsten Förderhubs ausgegeben gehalten werden. Wenn die Stange 91 am Beginn des nächsten Förderhubs zurückgezogen oder hochgezogen bleibt, wird das Saugventil 5 durch den Flüssigkeitsdruck und die Kraft seiner Feder automatisch geschlossen und der Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 12 wird mit Druck beaufschlagt. Wenn der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer hoch wird, wirkt ein hoher Gegendruck auf das Saugventil, der verhindert, dass das Saugventil aufgeschoben wird, selbst wenn die Stange 91 herunterfällt oder vorsteht. Folglich wird das Saugventil am Beginn des nächsten Förderhubs geschlossen und die Menge an Kraftstoff, die gleich einem Volumen ist, das durch den Tauchkolben 2 verdrängt wird, wird gefördert. Der Zeitpunkt, zu dem das Anlegen eines An triebssignals an den Aktuator 8 begonnen werden soll, und die Breite des Antriebssignals werden von der Steuereinheit 57 berechnet.
Wenn beispielsweise eine gewünschte Auslastung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 75% ist, ist es möglich, eine mittlere Auslastung von 75% in zwei Förderhüben zu erhalten, indem 50% der Auslastung in einem Förderhub und 100% im anderen Förderhub geliefert wird. In dem Hub, der eine Förderung von 50% durchführt, sendet die Steuereinheit 57 ein Antriebssignal zum Aktuator 8 um die Rückzugsverzögerungszeit t1 vor dem Zeitpunkt, zu dem der Tauchkolben den Kompressionshub mit 50% beendet, und sendet weiterhin das Antriebssignal bis zu einem Zeitpunkt um die Abwärtszugverzögerungszeit t2, bevor der nächste Förderhub beginnt, um die Stange 91 davon abzuhalten herunterzufallen, bis der nächste Förderhub beginnt.
Da die Steuerung der Förderdurchflussrate in dieser Weise das Antriebssignal abschalten kann, bevor der Förderhub mit 100% beginnt, wird das Intervall bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das nächste Antriebssignal ausgegeben wird, länger. Dies macht es möglich, eine erforderliche Menge an Kraftstoff zu einem mit hoher Drehzahl laufenden Motor zu liefern, ohne die Ansprechgeschwindigkeit des Aktuators zu erhöhen, selbst wenn der Hin- und Herbewegungszyklus des Tauchkolbens kurz ist. Ferner kann ein Nocken mit mehr Erhebungen beim Liefern von Kraftstoff zu einem Motor mit einer größeren Verdrängung verwendet werden, wie vorstehend beschrieben.
Die Förderdurchflussrate kann in einem Auslastungsbereich zwischen 0% und 100% gesteuert werden, indem verschiedene Steuerungen in zwei separaten Fällen durchgeführt werden, d. h. Verwen dung des Steuerverfahrens von 2, wenn die erforderliche Auslastung 50% oder geringer ist, und des Steuerverfahrens von 3, wenn die erforderliche Auslastung 50% oder mehr ist.
Da in dieser Ausführungsform das Saugventil 5 und der Aktuator 8 separate Elemente sind und das Saugventil 5 automatisch geöffnet wird, können die Steuerverfahren von 2 und 3 verwendet werden. In einer Konstruktion, in der das Saugventil 5 und der Aktuator 8 als ein Stück betrieben werden, kann, da das Saugventil 5 geschlossen wird, während der Aktuator 8 angetrieben wird, ob im Saug- oder im Förderhub, das Steuerverfahren von 3, das das Saugventil 5 automatisch öffnet oder schließt, um Kraftstoff in einer Menge zu fördern, die gleich einem Volumen ist, das durch eine Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens verdrängt wird, nicht implementiert werden. Obwohl das Steuerverfahren von 2 in einer Konstruktion implementiert werden kann, in der das Saugventil und der Aktuator einteilig gebildet sind, ist das Verfahren dieser Ausführungsform beim Verwirklichen einer Durchflussratensteuerung in einem breiteren Bereich erwünscht.
Obwohl in dieser Ausführungsform ein Aktuator vom Zugtyp beschrieben wurde, der, wenn ein Antriebssignal angelegt wird, die Stange 91 hochzieht oder zurückzieht, ist es auch möglich, einen Aktuator vom Schubtyp zu verwenden, der, wenn ein Antriebssignal angelegt wird, die Stange 91 nach unten schiebt oder vorschiebt. In diesem Fall muss das EIN/AUS des Antriebssignals umgekehrt werden und die Förderdurchflussratensteuerung ähnlich jenen von 2 und 3 kann angewendet werden.
Obwohl dieses Steuerverfahren auch angewendet werden kann, wenn die Motordrehzahl niedrig ist, muss es nicht verwendet werden, wenn der Hin- und Herbewegungszyklus des Tauchkolbens ausreichend länger ist als die Ansprechverzögerungszeit des Verdrängungssteuermechanismus, und ein geeignetes Steuerverfahren der Kraftstoffversorgungsvorrichtung kann gemäß der Drehzahl des Motors ausgewählt werden.
5 und 6 sind Zeitablaufdiagramme, wenn das Steuerverfahren dieser Erfindung auf eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit einer anderen Konstruktion, die in 4 gezeigt ist, angewendet wird.
In 4 weist die Pumpe einen ersten Durchgang zum Liefern von Kraftstoff durch ein Saugventil 22 in eine Druckbeaufschlagungskammer, einen zweiten Durchgang zum Freigeben des Kraftstoffs in der Druckbeaufschlagungskammer an einen Niederdruckweg (stromaufwärts des Saugventils 22) und ein Magnetventil 81 zum Öffnen und Schließen des zweiten Durchgangs auf. Das Saugventil 22 öffnet und schließt sich automatisch und das Magnetventil 81 schließt sich, wenn ein Antriebssignal an dieses angelegt wird. Kraftstoff wird durch eine Niederdruckpumpe 51 von einem Tank 50 durch das Saugventil 22 in die Druckbeaufschlagungskammer gepumpt. Während des Förderhubs wird, wenn an das Magnetventil 81 kein Antriebssignal angelegt wird, der Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer zum Niederdruckweg zurückgeführt, ohne mit Druck beaufschlagt zu werden. Wenn an das Magnetventil 81 ein Antriebssignal in der Mitte des Förderhubs angelegt wird, wird der zweite Durchgang zum Niederdruckweg geschlossen, mit dem Ergebnis, dass der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer zunimmt, wobei Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe gefördert wird. Eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit einer solchen Konstruktion kann das Steuerverfahren dieser Erfindung wie bei der Hochdruck-Kraftstoffpumpe von 1 anwenden.
5 zeigt ein Beispiel eines Steuerzeitablaufs, wenn Kraftstoff mit einer Auslastung von 50% oder weniger gefördert wird. In 5 besteht eine Zeitverzögerung ab der Anwendung eines Antriebssignals auf den Betrieb des Magnetventils wie beim Aktuator von 1. Die Zeit, die es dauert, wenn ein Antriebssignal angelegt wird, bis sich das Magnetventil schließt, wird als Schließverzögerungszeit t1' bezeichnet; und die Zeit, die es dauert, wenn das Antriebssignal abgeschaltet wird, bis sich das Magnetventil öffnet, wird als Öffnungsverzögerungszeit t2' bezeichnet. Die Förderdurchflussrate von jeweils zwei Förderhüben wird gesteuert, indem Kraftstoff in einem von jeweils zwei Förderhüben nicht gefördert wird, und indem die Förderdurchflussrate im anderen gesteuert wird. Dies erzeugt eine Toleranz zwischen einem Zeitpunkt, der die Öffnungsverzögerungszeit t2', nachdem das Antriebssignal für das Magnetventil 81 abgeschaltet wurde, ist, und einem Zeitpunkt, wenn das nächste Antriebssignal ausgegeben werden soll. Anstatt kleine Mengen von Kraftstoff in zwei Fördervorgängen zu fördern, kann das Liefern von Kraftstoff in einem Fördervorgang ein breiteres Zeitintervall zwischen den aufeinander folgenden Antriebssignalen erzeugen. Da die Anzahl von Malen, die das Magnetventil 81 erregt wird, abnimmt, nehmen ferner auch der Leistungsverbrauch und die Menge an erzeugter Wärme ab.
6 zeigt ein Beispiel eines Steuerzeitablaufs, wenn Kraftstoff mit einer Auslastung von 50% oder mehr gefördert wird. In 6 wird an das Magnetventil 81 ein Antriebssignal einmal alle zwei Hin- und Herbewegungen des Tauchkolbens wie im vorherigen Beispiel angelegt. Die Förderdurchflussrate von jeweils zwei Förderhüben wird gesteuert, indem der Förderzeitpunkt in einem von jeweils zwei Förderhüben gesteuert wird und die volle Menge an Kraftstoff im anderen Förderhub gefördert wird. Das Antriebssignal wird um die Schließverzögerungszeit t1', bevor die Förderung beginnen soll, ausgegeben und wird ausgegeben gehalten, um das Magnetventil offen zu halten, bis der nächste Förderhub beginnt. Kraftstoff wird durch das Saugventil 22 zur Druckbeaufschlagungskammer geliefert und am Beginn des nächsten Förderhubs wird das Saugventil 22 automatisch geschlossen und der Kraftstoff gefördert. Im zweiten Förderhub mit einer vollen Auslastung muss das Magnetventil geschlossen gehalten werden. Wenn der Ventilteller des Magnetventils von einem außen offenen Typ ist, wie in 4 gezeigt, wirkt, wenn der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer hoch wird, ein Gegendruck auf das Ventil, das sich daher nicht öffnet, selbst wenn das Antriebssignal abgeschaltet wird. Daher muss das Antriebssignal nur weiterhin bis zu einem Zeitpunkt um die Öffnungsverzögerungszeit t2', bevor der nächste Förderhub beginnt, wie in der vorherigen Ausführungsform angelegt werden. Da dieses Verfahren eine Zeittoleranz, die vorliegt, bevor das nächste Antriebssignal ausgegeben wird, erhöht, wie im Beispiel von 3, ist es möglich, die Förderdurchflussrate zu steuern, selbst wenn der Hin- und Herbewegungszyklus des Tauchkolbens kurz ist.
Obwohl die wie in 4 gezeigt konstruierte Kraftstoffversorgungsvorrichtung dieses Steuerverfahren auch dann übernehmen kann, wenn die Motordrehzahl niedrig ist, besteht kein Bedarf, dieses Verfahren zu verwenden, wenn der Hin- und Herbewegungszyklus des Tauchkolbens ausreichend länger ist als die Ansprechverzögerungszeit des Verdrängungssteuermechanismus, und ein geeignetes Steuerverfahren für die Kraftstoffversorgungsvorrichtung kann ge mäß der Drehzahl des Motors ausgewählt werden.
Obwohl die Zeitablaufdiagramme von 5 und 6 diejenigen für die Vorrichtung, die ein Magnetventil vom normalerweise offenen Typ verwendet, sind, kann das Steuerverfahren dieser Erfindung auch in einer Vorrichtung implementiert werden, die ein Magnetventil vom normalerweise geschlossenen Typ verwendet, indem das EIN/AUS des Antriebssignals umgekehrt wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der Erfindung möglich, eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu verwirklichen, die die Förderdurchflussratensteuerung ohne Erhöhen des Ansprechvermögens des Mechanismus mit variabler Verdrängung durchführen kann, selbst wenn der Hin- und Herbewegungszyklus des Tauchkolbens kurz ist. Wenn die Auslastung klein ist, ist ferner die Antriebszeit für den Mechanismus mit variabler Verdrängung kurz, was den Leistungsverbrauch und die Wärmeerzeugung verringert.
In tatsächlichen Kraftfahrzeugen ist es möglich, eine erforderliche Menge an Kraftstoff in einem hohen Motorumdrehungsbereich zu liefern. Wenn die Anzahl von Nockenerhebungen erhöht wird, um die Anzahl von Hin- und Herbewegungen des Tauchkolbens und daher die maximale Menge an geliefertem Kraftstoff zu erhöhen, kann ferner eine variable Verdrängungssteuerung ohne Erhöhen des Ansprechvermögens des Aktuators verwirklicht werden. Dies ermöglicht, dass eine ausreichende Menge an Kraftstoff zu Motoren mit großer Verdrängung und Motoren mit Turbolader geliefert wird, die große Mengen an Kraftstoff verbrauchen.
Da eine Art von Hochdruck-Kraftstoffpumpe gemeinsam für einen breiten Bereich von Motoren, von Motoren mit kleiner Verdrängung bis zu Motoren mit großer Verdrängung, verwendet werden kann, indem einfach die Anzahl von Nockenerhebungen geändert wird, können die Herstellungskosten durch Massenproduktion gesenkt werden. Die Beschaffung und das Management von Teilen können auch vereinfacht werden.
Gemäß der Erfindung kann eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe verwirklicht werden, die eine Förderdurchflussratensteuerung durchführen kann, ohne das Ansprechvermögen des Mechanismus mit variabler Verdrängung zu erhöhen, selbst wenn der Hin- und Herbewegungszyklus des Tauchkolbens kurz ist.

Claims

Kraftstoffversorgungsvorrichtung, die umfasst: – eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe eines Einzelzylinder-Tauchkolbentyps; – eine Steuereinheit (57), – ein Förderventil (6), das durch den durch einen Tauchkolben (2) mit Druck beaufschlagten Kraftstoff geöffnet werden kann; und – einen Mechanismus mit variabler Verdrängung, der durch die Steuereinheit (57) gesteuert wird und versehen ist mit – einem Aktuator (8); und – einem Saugventil (5), das durch den Aktuator (5) geöffnet werden kann, um eine geforderte Auslastung, die die Bedeutung eines über die Zeit gemittelten Verhältnisses einer Förderströmung zu einer maximalen Förderströmung hat, in einem Bereich von 0% bis 100% zu steuern; dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die geforderte Auslastung in einem Bereich von 0% bis 50% liegt, in einem von jeweils zwei oder mehr Förderhüben der Aktuator (8) durch die Steuereinheit (57) so gesteuert wird, dass er das Saugventil (5) öffnet, um einen Kraftstoffversorgungsbereich von 0% zu erzielen, und in dem anderen der zwei oder mehr Förderhübe der Aktuator (8) durch die Steuereinheit (57) so gesteuert wird, dass er das Saugventil (5) öffnet, wenn eine Gesamtkraftstoffmenge, die der Auslastung entspricht, über die zwei oder mehr Förderhübe gefördert worden ist, wodurch die Auslastung als eine zeitlich gemit telte Auslastung erhalten wird; und dann, wenn die geforderte Auslastung in einem Bereich von 50% bis 100% liegt, in einem von jeweils zwei oder mehr Förderhüben der Aktuator (8) durch die Steuereinheit (57) so gesteuert wird, dass er das Saugventil (5) schließt, um einen Kraftstoffversorgungsbereich von 100% zu erzielen und in dem anderen der zwei oder mehr Förderhübe der Aktuator (8) durch die Steuereinheit (57) so gesteuert wird, dass er das Saugventil (5) öffnet, wenn die Gesamtkraftstoffmenge, die der Auslastung entspricht, über die zwei oder mehr Förderhübe gefördert worden ist, wodurch die Auslastung als eine über die Zeit gemittelte Auslastung erhalten wird.
Kraftstoffversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sollauslastung von 25% in zwei Förderhüben dadurch erhalten wird, dass in einem von jeweils zwei Förderhüben ein Kraftstoffversorgungsbereich von 0% gefördert wird und in dem anderen der zwei Förderhübe ein Kraftstoffversorgungsbereich von 50% gefördert wird, wodurch die Auslastung von 25% als eine über die Zeit gemittelte Auslastung erhalten wird.
Kraftstoffversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sollauslastung von 75% in zwei Förderhüben dadurch erhalten wird, dass in einem von jeweils zwei Förderhüben ein Kraftstoffversorgungsbereich von 50% gefördert wird und im anderen der zwei Förderhübe ein Kraftstoffversorgungsbereich von 100% gefördert wird, wodurch die Auslastung von 75% als eine über die Zeit gemittelte Auslastung erhalten wird.
Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffversorgungsvorrichtung, die umfasst: – eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe eines Einzelzylinder-Tauchkolbentyps, eine Steuereinheit (57) und – ein Förderventil (6), wobei der durch einen Tauchkolben (2) mit Druck beaufschlagte Kraftstoff das Förderventil (6) öffnet und die Steuereinheit (57) einen Mechanismus mit variabler Verdrängung steuert, der umfasst: – einen Aktuator (8) und – ein Saugventil (5), wobei das Saugventil (5) durch den Aktuator (8) geöffnet wird, um eine geforderte Auslastung, die die Bedeutung eines über die Zeit gemittelten Verhältnisses einer Förderströmung zu einer maximalen Förderströmung hat, in einem Bereich von 0% bis 100% zu steuern; dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die geforderte Auslastung in einem Bereich von 0% bis 50% liegt, in einem von jeweils zwei oder mehr Förderhüben die Steuereinheit (57) den Aktuator (8) so steuert, dass er das Saugventil (5) öffnet, um einen Kraftstoffversorgungsbereich von 0% zu erzielen, und in dem anderen der zwei oder mehr Förderhübe die Steuereinheit (57) den Aktuator (8) so steuert, dass er das Saugventil (5) öffnet, wenn eine Gesamtkraftstoffmenge, die der Auslastung entspricht, über die zwei oder mehr Förderhübe gefördert worden ist, wodurch die Auslastung als eine über die Zeit gemittelte Auslastung erhalten wird; und – dann, wenn die geforderte Auslastung in einem Bereich von 50% bis 100% liegt, in einem von jeweils zwei oder mehr Förderhüben die Steuereinheit (57) den Aktuator (8) so steuert, dass er das Saugventil (5) schließt, um einen Kraftstoffversorgungsbereich von 100% zu erzielen, und in dem anderen der zwei oder mehr Förderhübe die Steuereinheit (57) den Aktuator (8) so steuert, dass er das Saugventil (5) öffnet, wenn eine Gesamtkraftstoffmenge, die der Auslastung entspricht, über die zwei oder mehr Förderhübe gefördert worden ist, wodurch die Auslastung als eine über die Zeit gemittelte Auslastung erhalten wird.
Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffversorgungsvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den Schritt des Förderns eines Kraftstoffversorgungsbereichs von 0% in einem von jeweils zwei Förderhüben und des Förderns eines Kraftstoffversorgungsbereichs von 50% in dem anderen der zwei Förderhübe, um in den zwei Förderhüben eine Sollauslastung von 25% zu erhalten, wodurch die Auslastung von 25% als eine über die Zeit gemittelte Auslastung erhalten wird.
Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffversorgungsvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch den Schritt des Förderns eines Kraftstoffversorgungsbereichs von 50% in einem von jeweils zwei Förderhüben und des Förderns eines Kraftstoffversorgungsbereichs von 100% in dem anderen der zwei Förderhübe, um in zwei Förderhüben eine Sollauslastung von 75% zu erhalten, wobei die Auslastung von 75% als eine über die Zeit gemittelte Auslastung erhalten wird.