DE19634163A1 - Doppelt pulsierende elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftstoffein­ spritzvorrichtungen für einen Verbrennungsmotor und spezieller auf eine elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der die Verstellkammer mit Kraftstoff gefüllt wird, bevor die Dosierkammer gefüllt wird.

Elektronische Kraftstoffeinspritzungen werden in heutigen Verbrennungsmotoren häufig verwendet. Die elektronische Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung liefert eine genaue und zuverlässige Kraftstofförderung in den Zylinder von Diesel- und Ottomotoren. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der elektronischen Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung hat zu den Zielen eines wirtschaftli­ chen Kraftstoffverbrauchs, einer maximalen möglichen Leistungs­ abgabe und einer Kontrolle unerwünschter Verbrennungsprodukte beigetragen. Diese und andere Vorteile von Systemen mit elek­ tronischer Kraftstoffeinspritzung sind bekannt und werden entsprechend für eine vorteilhafte Nutzung und die Konstruktion moderner Verbrennungsmotoren verwendet.

In den letzten Jahren haben auf dem Markt der Hochlei­ stungsmotoren und insbesondere auf dem Dieselmotormarkt elek­ tronisch geregelte Kraftstoffeinspritzvorrichtungen Anwendung gefunden. Ein Beispiel eines Systems, das elektronische Kraft­ stoffeinspritzvorrichtungen nutzt, ist das CELECT-Motorsteue­ rungssystem, das von Cummins Engine of Columbus, Indiana, her­ gestellt und mit dessen N-14-Motor ebenso wie auch anderen Motormodellen erhältlich ist. In diesem System wird eine elek­ tronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wie die in Fig. 1 beispielsweise dargestellte Einspritzvorrichtung 5, verwendet, um verschiedene CELECT-Strategien zur Kraftstoffversorgung auszuführen. Wie in der Technik bekannt, ist der Einspritz­ vorrichtungskörper 10 über einen Düsenhalter 36 mit einem Düsenaufbau 22 verbunden. Eine Einstell- bzw. Verstellkammer 26 (engl. timing chamber) wird durch einen Teil der zentralen zylindrischen Bohrung 14, die untere freiliegende Oberfläche des Verstellkolbens 16 und die obere freiliegende Fläche des Dosierkolbens 17 definiert. Ein Dosierrohr 34 befindet sich zwischen den inneren Teilen des Einspritzvorrichtungskörpers 10 und dem Düsenaufbau 22. Eine Dosierkammer 33 ist durch eine zylindrische Bohrung 15 des Dosierrohrs 34, die untere freilie­ gende Oberfläche des Dosierkolbens 17 und die obere freiliegen­ de Oberfläche eines Düsenabstandsstücks 23 definiert. Der Ver­ stellkolben 16 ragt in die Basis einer zentralen zylindrischen Bohrung 18 vor, ist aber mit dem Kopplungsteil 20 nicht mech­ anisch gekoppelt. Das Kopplungsteil 20 stößt so an den Ver­ stellkolben 16, daß nur eine Drucklast von dem Kopplungsteil 20 auf den Verstellkolben 16 übertragen werden kann.

Das Kopplungsteil 20 ist mit einer am Bodenende des Kopp­ lungsteils 20 gelegenen ringförmigen Stoppvorrichtung 65 ver­ sehen. Die Stoppvorrichtung 65 begrenzt die Translation des Kopplungsteils 20 in der Richtung des Einspritzhubs. Radial nach außen auf einem Flansch 72 des Kopplungsteils 20 erstreckt sich ferner ein Federsitz 66, durch den eine Rückstellfeder 68 auf das Kopplungsteil 20 so wirkt, daß sie es nach oben in Richtung des Rückzugshubs vorspannt. Das entgegengesetzte Ende der Rückstellfeder 68 wirkt auf einen Federsitz 70, der sich auf dem Einspritzvorrichtungskörper 10 an der Basis eines Halses 74 befindet.

An dem freiliegenden Ende des Kopplungsteils 20 sind eine Tasche 76 und eine Auflagefläche 80 ausgebildet, auf die ein Verbindungsglied 78 wirkt, um während des Einspritzhubs das Kopplungsteil 20 gegen die durch die Rückstellfeder 68 erzeugte Kraft zu zwingen. Das Verbindungsglied 78 steht typischerweise in direktem oder indirektem Kontakt mit der (nicht dargestell­ ten) Nockenwelle des Einspritzzuges und bewegt sich entlang der Mittelachse des Aufbaus der Einspritzvorrichtung 5 als Antwort auf die Winkeldrehung der (nicht dargestellten) Betätigungsnoc­ ke hin und her. Somit wird eine Drehbewegung der Nockenwelle in eine wechselseitige Bewegung axialer Komponenten des Aufbaus der Einspritzvorrichtung 5 umgewandelt, um so eine beim Unter­ drucksetzen der Verstellkammer 26 und schließlich der Dosier­ kammer 33 nützliche Kraft zu liefern.

Die Kraftstoffeinlaßöffnung 45 steht mit zwei getrennten Kraftstoffeinlaßzweigen in Verbindung. Der erste Zweig ver­ bindet die Öffnung 45 mit der Dosierkammer 33 durch einen Dosiereinlaß 49 und ein Rückschlag- bzw. Absperrventil 35. Der zweite Zweig verbindet die Öffnung 45 durch einen Steuer­ einlaßdurchgang 47 mit einer Steuerkammer 54 und schließlich mit der Verstellkammer 26. Ein Kraftstoffstrom von der Steuer­ kammer 54 zu der Verstellkammer 26 wird erreicht, indem man den Kraftstoff durch das Steuerventil 56, einen Steuerdurchgang 50, eine Steueröffnung 48 der Kolbenkammer und einen Kolbenkammer­ durchgang 46 strömen läßt, der durch eine ringförmige Lücke zwischen dem Verstellkolben 16 und der zentralen zylindrischen Bohrung 14 gebildet ist.

Die Grundfunktion der Einspritzvorrichtung ist in der Tech­ nik bekannt. Eine vorbestimmte Kraftstoffmenge wird während eines Rückzugshubs in den Aufbau der Einspritzvorrichtung 5 dosiert und während eines Einspritzhubs in den Motor einge­ spritzt. Das Dosieren des Kraftstoffs wird durch die Bewegung des Verstellkolbens 16, des Dosierkolbens 17 und das Öffnen eines Steuerventils 56 des Steuersolenoids 58 gesteuert. Am Beginn des Rückzugshubs (wie in Fig. 1 dargestellt) sitzt der Verstellkolben 16 im wesentlichen auf dem Dosierkolben 17 und der Dosierkolben 17 auf dem Düsenabstandsstück 23 auf und ist das Steuerventil 56 geschlossen.

Während der Kraftstoff in den Einspritzvorrichtungskörper 10 eintritt, gelangt Kraftstoff unter einem Zufuhrdruck (engl. rail pressure) von 10,35 bar (150 psi) durch den Einlaßdurch­ gang 49 und öffnet das Absperrventil 35 und gelangt dann in das sehr kleine Volumen der Dosierkammer 33. Der auf den Boden des Dosierkolbens 17 in der Dosierkammer 33 wirkende Druck des Kraftstoffs zwingt den Dosierkolben 17 nach oben, wobei somit in der Verstellkammer 26 ein zusätzlicher Druck erzeugt wird. Da die Nockenform erlaubt, daß sich das Verbindungsglied 78 und das Kopplungsteil 20 unter dem Zwang der Feder 68 nach oben bewegen, wirkt der Druck in der Verstellkammer 26 auf die Bodenfläche des Verstellkolbens 16, wodurch bewirkt wird, daß sich sowohl der Verstellkolben 16 als auch der Dosierkolben 17 unabhängig nach oben bewegen, wobei der Verstellkolben 16 den Kontakt mit dem Kopplungsteil 20 aufrechterhält. Der Kraftstoff strömt weiter durch das Absperrventil 35 in das expandierende Volumen der Dosierkammer 33, solange das Steuerventil 56 geschlossen ist, was einen Kraftstoffstrom durch den Durchgang 50, die Öffnung 48 und den Durchgang 46 in die geschrumpfte Verstellkammer 26 verhindert. Wenn das Steuersolenoid 58 durch bekannte Mittel betätigt wird, wird dem Steuerventil 56 befoh­ len zu öffnen, und das Dosieren von Kraftstoff in die Dosier­ kammer 33 endet. Dies wird erreicht, indem Kraftstoff, eben­ falls unter einem Zufuhrdruck von 10,35 bar (150 psi), von der Steuerkammer 54 durch das Steuerventil 56, den Durchgang 50 und die Öffnung 48 und den Durchgang 46 in die Verstellkammer 26 zugeführt wird. Dadurch wird bewirkt, daß gleiche Drücke in sowohl der Verstellkammer 26 als auch der Dosierkammer 33 herrschen. Gleiche, auf beide Enden des Dosierkolbens 17 wir­ kende Drücke führen dazu, dessen Aufwärtsbewegung zu stoppen. Somit wird eine festgelegte und vorbestimmte Kraftstoffmenge in der Dosierkammer 33 verbleiben.

Eine Vorspannfeder 55, die in der Verstellkammer 26 gelegen ist und gegen die gegenüberliegenden Oberflächen des Verstell­ kolbens 16 und des Dosierkolbens 17 drückt, stellt sicher, daß der Dosierkolben 17 stationär bzw. unbeweglich bleibt und nicht nach oben driftet, während sich die Verstellkammer 26 mit Kraftstoff füllt, wodurch der Verstellkolben 16 weiter nach oben gezwungen wird. Am Beginn des Rückzugshubs übt, wenn der Verstellkolben 16 auf dem Dosierkolben 17 aufsitzt, die Feder 55 auf diese gegenüberliegenden Oberflächen eine Vorspannung von etwa 2,76 bar (40 psi) aus. Während sich die Verstellkammer 26 mit Kraftstoff füllt, wodurch bewirkt wird, daß sich der Verstellkolben 16 von dem Dosierkolben 17 weg bewegt, nimmt die Vorspannkraft der Feder 55 linear ab. Wenn am Ende des Rück­ zugshubs der Verstellkolben 16 von dem Dosierkolben 17 maximal verschoben ist, beträgt die Vorspannung der Feder 55 etwa 1,38 bar (20 psi). Am Ende des Rückzugshubs verringert sich somit die Vorspannung der Feder 55 auf etwa 50% ihres Vorspannungs­ wertes am Beginn des Rückzugshubs. Die Feder 55 übt durch den Dosierkolben 17 und die hydraulische Verbindung, die durch den Kraftstoff erzeugt wird, der sich in der Dosierkammer 33 befin­ det, auch eine ausreichende Kraft auf das Absperrventil 35 aus, um das Absperrventil 35 aufgesessen zu halten. Dies verhindert jegliche Änderung des in der Dosierkammer 33 enthaltenen Kraft­ stoffvolumens. Folglich ist eine genau dosierte Kraftstoffmenge in der Dosierkammer 33 eingeschlossen. Dieser Kraftstoff ist die Kraftstoffmenge, die während des nachfolgenden Einspritz­ hubs in den Motor eingespritzt werden wird. Während der Rück­ zugshub weitergeht, hebt sich der Verstellkolben 16 weiter. Die Verstellkammer 26 wird bis zum Ende des Rückzugshubs weiter mit Kraftstoff unter dem Zufuhrdruck gefüllt.

Einzelheiten des Einspritzhubs, der einen Verstellkammer­ überlauf 106, einen Einspritzbeginn 107 und ein Einspritzende 108 einschließt, gehören nicht zu der vorliegenden Erfindung, obgleich sich eine vollständige Erklärung in dem am 26. Novem­ ber 1991 an Rix et al. erteilten US-Patent Nr. 5 067 464 fin­ det, das hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.

In Fig. 2 ist ein Zeitablaufdiagramm dieser bekannten Stra­ tegie zur Kraftstoffversorgung dargestellt. Im Normalbetrieb ist das Steuerventil 56 am Beginn des Rückzugshubs 110 ge­ schlossen, wodurch der Durchfluß von Kraftstoff zur Verstell­ kammer 26 unterbunden ist. Der Zufuhrdruck des Kraftstoffs von 10,35 bar (150 psi) ist mehr als ausreichend, um die Vorspan­ nung auf der Feder 55 zu überwinden, so daß Kraftstoff in die Dosierkammer 33 gelangt und sowohl den Dosierkolben 17 als auch den Verstellkolben 16 von der Dosierkammer 33 weg verschiebt. Dies leitet den Beginn eines Dosierens 102 ein. Wenn eine vor­ bestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkammer 33 gelangt ist, öffnet das Steuerventil 56 und gestattet, daß Kraftstoff unter dem Zufuhrdruck von 10,35 bar (150 psi) in die Verstellkammer 26 eintritt. Weil der Druck in der Verstellkammer 26 nun gleich dem Druck in der Dosierkammer 33 ist, endet die Aufwärtsbewe­ gung des Dosierkolbens 17, wodurch in der Dosierkammer 33 die vorbestimmte Kraftstoffmenge eingeschlossen ist, die während des Einspritzhubs in den Motor eingespritzt werden soll. Dieses Öffnen des Steuerventils 56 signalisiert folglich das Ende des Dosierens 103. Während der Aufbau der Einspritzvorrichtung 5 seinen Rückzugshub weiter durchläuft, wird der Verstellkolben 16 durch eintretenden Kraftstoff gezwungen, sich von der Dosierkammer 33 weiter weg zu bewegen. Dieser Teil des Rück­ zugshubs ist als Verstellkammerfüllung 105 bekannt. Am Ende des Rückzugshubs 106 hält die Dosierkammer 33 eine vorbestimmte Kraftstoffmenge, die in den Motor eingespritzt werden soll, und die Verstellkammer 26 hält eine Kraftstoffmenge, die durch die Oberseite des Dosierkolbens 17 und den Boden des Verstellkol­ bens 16 definiert ist.

Bekanntlich tritt bei dem CELECT-Kraftstoffsystem während eines Anlassens in der Startphase und beim Betrieb mit nied­ riger Umdrehungszahl ein Problem auf. Wenn der N-14-Motor bei weniger als 1.000 Umdrehungen pro Minute (rpm) läuft, kann der Kraftstoffdruck aufgrund eines internen Lecks geringer als 2,76 bar (40 psi) sein. Dies kann unzureichend sein, um die Vor­ spannung der Feder 55 am Beginn des Rückzugshubs zu überwinden und könnte daher eine nicht ausreichende Kraftstoffversorgung während der Startphase und des Betriebs unterhalb 1.000 Umdre­ hungen pro Minute (rpm) zur Folge haben. Um dieses Problem zu lösen, verwendet der N-14 eine große Kraftstoffpumpe (1,25′′ PTG-basiert), und die CELECT-Strategie erfordert eine volle Kraftstoffversorgung (350 mm³/Hub). Diese Strategie hat jedoch unkontrollierten Rauch und unkontrollierte Emissionen während der Startphase zur Folge. Vorläufige Schätzungen zeigen, daß dieser unkontrollierte Modus der Startphase für annähernd 12% der Partikelemissionen verantwortlich ist, wie an dem EPA- Zyklus gemessen wurde. Außerdem liegen Schätzungen der Kraft­ stoffversorgung, die für eine Startphase beim N-14 erforderlich ist, in dem Bereich von 100 mm³/Hub. Somit führt die gegen­ wärtige Strategie zur Kraftstoffversorgung dem Motor während des Anlassens und der Startphase und bei Motorgeschwindigkeiten von weniger als 1.000 Umdrehungen pro Minute (rpm) zuviel Kraftstoff zu.

Falls das Dosieren später während des Rückzugshubs statt­ finden könnte, wenn die Last auf die Vorspannfeder 55 nahe 1,38 bar (20 psi) ist, könnte ein gesteuertes volumetrisches Dosieren von Kraftstoff in die Dosierkammer 33 erreicht werden. Solch eine Strategie zur Kraftstoffversorgung würde eine bes­ sere Rauch- und Partikelkontrolle während der Startphase zur Folge haben, weil während des Rückzugshubs eine genaue Kraft­ stoffmenge dosiert werden könnte. Außerdem kann eine kleinere Zahnradpumpe (0,75-1,00′′ PTG-basiert) ausreichend sein, um den ganzen Arbeitsbereich hindurch Kraftstoff zuzuführen. Eine kleinere und somit billigere Pumpe wäre wünschenswert, falls sie die Stromanforderungen beim Anlassen erfüllen könnte. Schließlich kann ein spätes Dosieren insofern vorteilhaft sein, als es die Steuerverzögerung zwischen einer befohlenen Kraft­ stoffversorgung und Verbrennung verringert, wodurch eine ge­ nauere Steuerung der Geschwindigkeit, des Drehmoments, der Emissionen und des Rauchs ermöglicht wird.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Kraftstoff­ versorgungssystem mit Einspritzvorrichtung, worin unter be­ stimmten vorgeschriebenen Bedingungen ein Dosieren von Kraft­ stoff spät während des Rückzugshubs stattfindet. Gemäß der Erfindung ist die Einspritzvorrichtung von der Art, die eine in dem Einspritzvorrichtungskörper gebildete Bohrung und einen Verstellkolben und einen Dosierkolben enthält, die darin ver­ schiebbar angeordnet sind. In der Bohrung zwischen dem Ver­ stellkolben und dem Dosierkolben ist eine Verstellkammer defi­ niert. Ferner ist in der Bohrung unter dem Dosierkolben eine Dosierkammer definiert. Zwischen den Verstellkolben und den Dosierkolben ist eine Feder gekoppelt, um den Dosierkolben von dem Verstellkolben weg vorzuspannen. Die Vorspannkraft der Feder nimmt zu, während sich der Dosierkolben auf den Verstell­ kolben zu bewegt, und nimmt ab, während sich der Dosierkolben von dem Verstellkolben weg bewegt. In dem Einspritzvorrich­ tungskörper ist ein Durchgang gebildet, um von der Kraftstoff­ quelle eine durchgehende Kraftstoffverbindung zur Dosierkammer zu schaffen, und ein Steuerventil ist vorgesehen, um den Durch­ fluß von Kraftstoff in die Verstellkammer entweder zu gestatten oder zu unterbinden.

Am Beginn des Rückzugshubs sitzt der Dosierkolben im wesentlichen in der Dosierkammer auf, und der Verstellkolben sitzt im wesentlichen auf dem Dosierkolben auf. Somit weisen sowohl die Dosierkammer als auch die Verstellkammer am Beginn des Rückzugshubs minimale Volumina auf.

Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird dem Steuerventil mit dem Beginn des Rückzugshubs zusammenfal­ lend befohlen zu öffnen. Weil in die Verstellkammer eintre­ tender Kraftstoff den gleichen Druck wie die Kraftstoffquelle hat, bleibt der Dosierkolben in der Dosierkammer aufgesessen, und es gelangt kein Kraftstoff in die Dosierkammer. Statt dessen gelangt Kraftstoff in die Verstellkammer, was bewirkt, daß sich der Verstellkolben in der Bohrung hebt, wodurch die Kraft der Vorspannfeder verringert wird. Während sich die Einspritzvorrichtung dem Ende ihres Rückzugshubs nähert, wird dem Steuerventil befohlen zu schließen. Weil nun die Verstell­ kammer von dem Druck der Kraftstoffquelle isoliert ist, bewirkt der Kraftstoffdruck gegen den Boden des Dosierkolbens, daß sich der Kolben nach oben bewegt, wodurch zugelassen wird, daß eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkammer dosiert wird. Weil der Verstellkolben während des Hauptteils des Rückzugshubs durch das Füllen der Verstellkammer von dem Dosierkolben weg verschoben worden ist, sollte die Federvorspannung nahe dem Ende des Rückzugshubs um etwa 50% verringert sein. Somit ist es möglich, daß ein niedrigerer Kraftstoffdruck den Dosier­ kolben bewegt und dadurch die Dosierkammer mit der vor­ bestimmten Kraftstoffmenge füllt, die für einen Betrieb bei niedriger Umdrehungszahl notwendig ist.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Ver­ fahren zum Dosieren einer vorbestimmten Kraftstoffmenge in solch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine nachfolgende Einspritzung in einen Verbrennungsmotor zu schaffen. Das Ver­ fahren umfaßt die Schritte: (a) Bestimmen der Motordrehzahl; (b) Ausführen der Schritte (c)-(f), solange die Motordrehzahl geringer als ein vorbestimmter Wert ist; (c) Bestimmen des Beginns des Rückzugshubs; (d) Einschalten des Steuermittels, um am Beginn des Rückzugshubs unter Druck gesetzten Kraftstoff zur Verstellkammer zu fördern; (e) Ausschalten des Steuermittels, damit nahe dem Ende des Rückzugshubs unter Druck gesetzter Kraftstoff nicht zur Verstellkammer gefördert wird, wodurch ermöglicht wird, daß Kraftstoff in die Dosierkammer eintritt; und (f) Einschalten des Steuermittels, um unter Druck gesetzten Kraftstoff zur Verstellkammer zu fördern, nachdem eine vor­ bestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkammer dosiert worden ist.

Zumindest eines dieser Ziele wird durch eine Kraftstoffein­ spritzvorrichtung und ein Verfahren zum Dosieren einer vorbe­ stimmten Kraftstoffmenge in die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 7 erreicht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsformen und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer elektronischen Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung bekannter Konstruktion, für die die Strategie zur Kraftstoffversorgung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm, das eine bekannte Strategie zur Kraftstoffversorgung darstellt, die bei der elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung von Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm, das die Strategie zur Kraft­ stoffversorgung der vorliegenden Erfindung darstellt, die bei der elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung von Fig. 1 verwendet werden soll; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Abfolge der Schritte zeigt, die beim Versorgen der elektronischen Kraftstoffein­ spritzvorrichtung von Fig. 1 mit Kraftstoff gemäß dem Zeit­ ablaufdiagramm von Fig. 3 ausgeführt werden sollen.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich in der bevorzugten Ausführungsform mit einer neuen Strategie zur Kraftstoffversor­ gung für eine elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung des in Fig. 1 dargestellten Typs. Es versteht sich jedoch, daß andere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, die das Problem haben, auf das die vorliegende Erfindung abzielt, wie im allgemeinen Stand der Technik diskutiert wurde, zur Verwendung mit der Strategie zur Kraftstoffversorgung dieser Erfindung in Betracht gezogen werden.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Strategie zur Kraftstoffversorgung für den Rückzugshub einer elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung geschaffen, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Gemäß den Strukturkom­ ponenten von Fig. 1 und den Zeitablaufkomponenten von Fig. 3 wird dem Steuerventil 56 am Beginn des Rückzugshubs 210 befoh­ len zu öffnen. Weil der in die Verstellkammer 26 eintretende Kraftstoff den gleichen Druck hat, wie der Kraftstoff im Einlaßdurchgang 49, bleibt der Dosierkolben 17 in der Dosier­ kammer 33 aufgesessen, und es gelangt kein Kraftstoff in die Dosierkammer 33. Statt dessen gelangt Kraftstoff in die Ver­ stellkammer 26, was den Teil der Verstellkammerfüllung 211 des Rückzugshubs einleitet. Weil der Verstellkolben 16 mit dem Kopplungsteil 20 nicht mechanisch verbunden ist, wird Kraft­ stoff mit geringem Druck bewirken, daß der Verstellkolben 16 einen Kontakt mit dem Kopplungsteil 20 aufrechterhält, während es sich aus der Bohrung 18 unter dem Druck der Rückstellfeder 68 zurückzieht. Die Aufwärtsbewegung des Verstellkolbens 16 wird ferner durch die Vorspannung der Feder 55 unterstützt. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt am Beginn des Rückzugs­ hubs die Vorspannung der Feder 55 annähernd 2,76 bar (40 psi).

Während sich die Einspritzvorrichtung dem Ende ihres Rück­ zugshubs nähert, wird dem Steuerventil 56 befohlen zu schlie­ ßen, wodurch der Dosierbeginn 212 eingeleitet wird. Weil kein Kraftstoff in die Verstellkammer 26 gelangen kann, veranlaßt der Kraftstoffdruck gegen den Boden des Dosierkolbens 17 durch den Einlaßdurchgang 49 den Kolben 17, den Verstellkolben 16 in Kontakt mit dem sich zurückziehenden Kopplungsteil 20 zu hal­ ten, wodurch gestattet wird, daß eine vorbestimmte Kraftstoff­ menge in eine Dosierkammer 33 dosiert wird, nur falls der Kraftstoffdruck hoch genug ist, um die Vorspannung der Feder 55 zu überwinden. Weil die Verstellkammer 26 seit dem Beginn des Rückzugshubs gefüllt worden ist und weil noch kein Kraftstoff in die Dosierkammer 33 gelangt ist, sollte jedoch die Vorspan­ nung auf der Feder 55 wesentlich verringert sein. In der bevor­ zugten Ausführungsform beträgt die Vorspannung auf der Feder 55 am Ende des Rückzugshubs, wenn der Verstellkolben 16 von dem Dosierkolben 17 maximal verschoben ist, etwa 1,38 bar (20 psi). Somit zieht die vorliegende Erfindung in Betracht, daß die Vorspannung auf der Feder 55 am Ende des Rückzugshubs auf etwa 50% ihrer Vorspannkraft am Beginn des Rückzugshubs verringert ist. Diese Strategie zur Kraftstoffversorgung erfordert somit einen geringeren Kraftstoffdruck, um die Dosierkammer 33 zu füllen, als den Kraftstoffdruck, der gemäß der herkömmlichen Strategie zur Kraftstoffversorgung erforderlich ist. Weil der Kraftstoffdruck während der Startphase und beim Betrieb mit niedriger Umdrehungszahl ausreichend ist, um die verringerte Federvorspannung zu überwinden, ist eine übermäßige Kraftstoff­ versorgung der Dosierkammer 33 nicht länger notwendig, um eine Startphase und einen Motorbetrieb bei niedriger Umdrehungszahl zu gewährleisten. Somit erlaubt die Strategie zur Kraftstoff­ versorgung der vorliegenden Erfindung, daß die Dosierkammer 33 mit einer genaueren Kraftstoffmenge gefüllt wird, die für eine Startphase und einen Betrieb bei niedriger Umdrehungszahl not­ wendig ist. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt diese Menge 100 mm³/Hub, aber Mengen in dem Bereich von 5-350 mm³/Hub werden in Betracht gezogen. Bei oder nahe dem Ende des Rück­ zugshubs wird dem Steuerventil 56 befohlen zu öffnen, wodurch das Ende des Dosierens 213 in der gleichen Weise bewirkt wird, wie im allgemeinen Stand der Technik diskutiert wurde.

Der Verstellkammerüberlauf 215, der Einspritzbeginn 216 und das Einspritzende 217 bleiben gegenüber der in Fig. 2 darge­ stellten Strategie zur Kraftstoffversorgung unverändert.

Mit Verweis auf die Fig. 3 und 4 (und Fig. 1 für die Struk­ turkomponenten) wird nun ein Flußdiagramm des Algorithmus zum Ausführen der Strategie zur Kraftstoffversorgung der vorliegen­ den Erfindung während des Rückzugshubs einer elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wie z. B. der in Fig. 1 dar­ gestellten Einspritzvorrichtung, dargestellt. Bei Schritt 119 wird die Motorgeschwindigkeit unter Verwendung bekannter Techniken bestimmt. Bei Schritt 120 wird die Motorgeschwindig­ keit geprüft. Falls die Motorgeschwindigkeit unter einem vorbestimmten Wert liegt, wird die Strategie zur Kraftstoffver­ sorgung der vorliegenden Erfindung ausgeführt. In der bevor­ zugten Ausführungsform beträgt dieser vorbestimmte Pegel 100 Umdrehungen pro Minute (rpm), aber die Erfindung zieht vorbe­ stimmte Pegel in dem Bereich von 50-150 Umdrehungen pro Minute in Betracht. Falls die Motorgeschwindigkeit bei oder über dem vorbestimmten Pegel liegt, wird der Algorithmus von Fig. 4 umgangen.

Bei Schritt 122 bestimmt der Algorithmus aus der Nocken­ stellung unter Verwendung bekannter Techniken den Beginn des Rückzugshubs 210. Wenn der Rückzugshub beginnt, wird dem Steuerventil 56 bei Schritt 124 befohlen zu öffnen, wodurch eine Kraftstofförderung zur Verstellkammer 26 ermöglicht und eine Verstellkammerfüllung 211 begonnen wird. Bei Schritt 126 prüft der Algorithmus, ob innerhalb des Rückzugshubs genug Zeit verstrichen ist, um mit dem Dosieren zu beginnen 212. Die Zeit­ dauer des Rückzugshubs bei irgendeiner gegebenen Motorgeschwin­ digkeit kann unter Verwendung bekannter Verfahren bestimmt werden. Somit ist die einzige Beschränkung für den Dosierbeginn 212, daß innerhalb des verbleibenden Rückzugshubs ausreichend Zeit zugestanden werden muß, um die gewünschte Kraftstoffmenge in die Dosierkammer 33 zu dosieren. Am gewünschten Punkt nahe dem Ende des Rückzugshubs 218 befiehlt der Algorithmus bei Schritt 128 dem Steuerventil 56 zu schließen, wodurch ermög­ licht wird, daß Kraftstoff in die Dosierkammer 33 eintritt, und mit dem Dosieren begonnen wird 212. Bei Schritt 130 untersucht der Algorithmus, ob innerhalb der Dosierphase des Rückzugshubs genug Zeit verstrichen ist, um die Dosierkammer 33 mit dem gewünschten Kraftstoffvolumen zu füllen. Falls nicht, wird die Dosierkammer 33 weiter mit Kraftstoff gefüllt. Wenn die Dosier­ kammer 33 das gewünschte Kraftstoffvolumen enthält, befiehlt der Algorithmus bei Schritt 132 dem Steuerventil 56 zu öffnen, wodurch das Ende des Dosierens 213 eingestellt wird. Für den Rest des Rückzugshubs füllt sich die Verstellkammer 26 weiter­ hin mit Kraftstoff. Somit tritt in einer Ausführungsform das Ende des Dosierens 213 vor dem Ende des Rückzugshubs 218 auf. In einer anderen Ausführungsform fällt das Ende des Dosierens 213 mit dem Ende des Rückzugshubs 218 zusammen, wodurch das Dosieren von Kraftstoff in die Dosierkammer 33 verzögert wird, bis sich die Vorspannung auf der Feder 55 auf ihren minimalen Wert verringert hat.

Claims (10)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Einspritzhub und einem Rückzugshub zur Verwendung in einem Verbrennungs­ motor, wobei die Einspritzvorrichtung aufweist:
einen Einspritzvorrichtungskörper mit einer darin gebilde­ ten Bohrung;
einen Verstellkolben, der an einer ersten Stelle in der Bohrung angeordnet ist, wobei der Verstellkolben während des Rückzugshubs in der Bohrung frei verschiebbar ist;
einen Dosierkolben, der an einer zweiten Stelle in der Bohrung verschiebbar angeordnet ist;
eine Verstellkammer, die in der Bohrung zwischen dem Ver­ stellkolben und dem Dosierkolben definiert ist;
einem Mittel, um den Dosierkolben mit einer veränderlichen Kraft von dem Verstellkolben weg vorzuspannen;
eine Dosierkammer, die in der Bohrung unter dem Dosierkol­ ben definiert ist, wobei die Dosierkammer und die Verstellkam­ mer am Beginn des Rückzugshubs minimale Volumina aufweisen, wobei die Volumina zunehmen können, während die Einspritz­ vorrichtung den Rückzugshub durchläuft;
einen Durchgang, der in dem Einspritzvorrichtungskörper gebildet ist, um eine durchgehende Kraftstoffverbindung zu der Dosierkammer zu schaffen; und
ein Steuermittel, um den Durchfluß von Kraftstoff in die Verstellkammer zu gestatten und zu unterbinden, dadurch gekennzeichnet, daß
das Steuermittel den Durchfluß von Kraftstoff in die Verstellkammer am Beginn des Rückzugshubs gestattet, wodurch der Verstellkolben von dem Dosierkolben weg gezwungen und die Vorspannkraft des Vorspannmittels verringert wird, und ferner daß
das Steuermittel den Durchfluß von Kraftstoff in die Ver­ stellkammer nahe dem Ende des Rückzugshubs unterbindet, wodurch eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkammer gezwungen und bewirkt wird, daß sich der Dosierkolben auf den Verstell­ kolben zu bewegt,
wodurch eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkam­ mer dosiert wird, nachdem sich die Kraft des Vorspannmittels verringert hat, wonach die vorbestimmte Kraftstoffmenge während des nachfolgenden Einspritzhubs in den Motor eingespritzt wird.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel den Durchfluß von Kraft­ stoff in die Verstellkammer gestattet, nachdem die vorbestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkammer gezwungen worden ist, aber vor dem Ende des Rückzugshubs.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannmittel am Beginn des Rückzugs­ hubs eine erste Vorspannkraft aufweist, wobei sich die Vor­ spannkraft auf eine zweite Vorspannkraft am Ende des Rückzugs­ hubs verringert.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwingen einer vorbestimmten Kraftstoff­ menge in die Dosierkammer stattfindet, kurz bevor das Vorspann­ mittel während des Rückzugshubs die zweite Vorspannkraft erreicht.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Vorspannen eine Feder ein­ schließt, die innerhalb der Verstellkammer angeordnet ist, wo­ bei die Feder an einem Ende mit dem Verstellkolben und an ihrem entgegengesetzten Ende mit dem Dosierkolben verbunden ist.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorspannkraft annähernd 2,76 bar (40 psi) beträgt und die zweite Vorspannkraft annähernd 1,38 bar (20 psi) beträgt.

7. Verfahren zum Dosieren einer vorbestimmten Kraftstoff­ menge in eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung während des Rück­ zugshubs für eine nachfolgende Einspritzung in einen Verbren­ nungsmotor bei niedriger Motordrehzahl, worin die Einspritzvor­ richtung eine Dosierkammer in durchgehender Fluidverbindung mit einer Quelle für unter Druck gesetzten Kraftstoff, eine Ver­ stellkammer und ein Steuermittel zum Steuern der Förderung von unter Druck gesetztem Kraftstoff zu entweder der Verstellkammer oder der Dosierkammer enthält, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

• (a) Bestimmen der Motordrehzahl;
• (b) Ausführen der Schritte (c)-(f), solange die Motordreh­ zahl geringer als ein vorbestimmter Wert ist;
• (c) Bestimmen des Beginns des Rückzugshubs;
• (d) Einschalten des Steuermittels, um am Beginn des Rück­ zugshubs unter Druck gesetzten Kraftstoff zur Verstellkammer zu fördern;
• (e) Ausschalten des Steuermittels, damit nahe dem Ende des Rückzugshubs unter Druck gesetzter Kraftstoff nicht zur Ver­ stellkammer gefördert wird, wodurch ermöglicht wird, daß Kraftstoff in die Dosierkammer gelangt; und
• (f) Einschalten des Steuermittels, um unter Druck gesetzten Kraftstoff zur Verstellkammer zu fördern, nachdem ein vorbe­ stimmtes Kraftstoffvolumen in die Dosierkammer dosiert worden ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert der Motordrehzahl 1.000 Umdrehungen pro Minute beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, das den Schritt einer Bestim­ mung des Endes des Rückzugshubs enthält, und dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt (f) mit dem Ende des Rückzugshubs zusammenfällt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbestimmte Kraftstoffvolumen etwa 100 mm³ beträgt.