DE10084656C2

DE10084656C2 - Verfahren zum Betreiben einer Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE10084656C2
Application number: DE10084656T
Authority: DE
Inventors: Keiki Tanabe; Susumu Kohketsu; Seijiro Kotooka
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2020-04-01
Also published as: GB2367588A; GB2367588B; US6457453B1; WO2001075297A1; JP3775498B2; GB0129626D0; DE10084656T1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Be treiben einer Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildet ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es ist eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, die kontinuierlich die entsprechenden Zylinder eines Dieselmotors mit Hochdruckkraftstoff versorgt, der in einem Druckspeicher gespeichert wird, um die Motorleistung in einem breiten Betriebsbereich zu verbessern. Selbst mit einer Kraft stoffeinspritzvorrichtung dieses Typs findet im Anfangsstadium der Verbrennung eine schlagartige Explosionsverbrennung statt, die einen lauten Motorbetrieb und erhöhte NOx im Abgas hervorruft, wenn die Kraftstoffeinspritzrate sofort nach dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung zu hoch ist, oder wenn die Menge an Kraftstoff, der in einem Zündverzugszeitraum einge spritzt wird, zu groß ist.

Als eine Gegenmaßnahme bei einem derartigen Problem kann eine Hilfseinspritzung vor der Haupteinspritzung in jedem Kraft stoffeinspritzzyklus durchgeführt werden. Dies verkürzt den Zündverzugszeitraum, wodurch eine Verminderung einer Menge an Kraftstoff, die in dem Zündverzugszeitraum durch die Hauptein spritzung eingespritzt wird, realisiert wird, wodurch die schlagartige Verbrennung vermieden wird, um das Motorgeräusch und die NOx-Emission zu verringern. Für den Fall, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung konfiguriert ist, Hochdruckein spritzung vom Beginn der Haupteinspritzung an - im Anschluss an die Hilfseinspritzung - durchzuführen, kann jedoch eine zufrien denstellende Verringerung von Geräusch und NOx-Emission nicht immer erreicht werden. Um die Zündverzugs-verringende Wirkung zu erhalten, sollte eine minimal erforderliche Kraftstoffmenge in der Hilfseinspritzung eingespritzt werden. Um die Kraftstoff einspritzmenge auf das erforderliche Minimum zu verringern in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Typs, der die Hilfsein spritzung bei einem relativ hohen Einspritzdruck durchführt, muss der Hilfseinspritzzeitraum verkürzt werden. Dies erfordert eine hohe Steuergenauigkeit. Falls die erforderliche Steuerge nauigkeit nicht erhalten wird, wird die Kraftstoffeinspritzmenge in der Hilfseinspritzung zu klein oder zu groß, so dass die beabsichtigten Wirkungen der Hilfseinspritzung nicht erhalten werden können, was zu einem verschlechterten Abgas und einer verschlechterten Kraftstoffersparnis führt.

Als ein anderes Mittel zur Verringerung von Motorgeräusch und NOx-Emission wurde eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritz vorrichtung vorgeschlagen, die Kraftstoff bei einer geringeren Kraftstoffeinspritzrate im Anfangsstadium der Kraftstoffein spritzung in jedem Kraftstoffeinspritzzyklus einspritzt. Zum Beispiel hat die vorgeschlagene Vorrichtung einen Niederdruck speicher zum Speichern von Niederdruckkraftstoff, einen Hoch druckspeicher zum Speichern von Hochdruckkraftstoff, ein Wahl ventil zum selektiven Verbinden des Nieder- oder Hochdruckspei chers mit einem Injektor (einer Kraftstoffeinspritzdüse), um die Einspritzrate umzuschalten, und ein Ein/Aus-Schaltventil zum Erlauben/Verhindern einer Verbindung zwischen einer Steuerkammer des Injektors und einem Kraftstofftank, um die Einspritzstart-/- endzeiten zu steuern.

Eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Art, wie zum Beispiel eine Vorrichtung, die in der Internatio nalen Veröffentlichung No. WO 98/09068 A1 offenbart wird und der des Oberbegriffs des Anspruchs 1 entspricht, ist ausgelegt, Öffnungs-/Schließzeiten eines Ein/Aus-Schaltventils zur Ein spritzzeitsteuerung und eines Wahlventils zur Einspritzratenum schaltung so zu steuern, dass nur Haupteinspritzung oder sowohl Haupteinspritzung als auch Hilfseinspritzung in jedem Kraft stoffeinspritzzyklus ausgeführt werden. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Durchführen einer Niederdruckeinspritzung im Anfangsstadium der Haupteinspritzung, gefolgt von einer Hoch druckeinspritzung, offenbart.

In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung, die in der obigen Veröffentlichung offenbart wird, eine Niederdruckhilfseinspritzung für eine kurze Zeit durchfüh ren, und die Haupteinspritzung beginnen, wenn ein vorherbe stimmter Zeitraum nach der Beendigung der Hilfseinspritzung verstrichen ist. Die Niederdruckeinspritzung wird im Anfangs stadium der Haupteinspritzung ausgeführt, und dann wird über den verbleibenden Zeitraum eine Hochdruckeinspritzung ausgeführt.

Speziell wird - durch Schließen des Ein/Aus-Schaltventils zur Einspritzzeitsteuerung und des Wahlventils zur Einspritz ratenumschaltung - ein Kraftstoffdurchgang, der das Wahlventil und eine Kraftstoffkammer des Injektors verbindet, mit Nieder druckkraftstoff gefüllt, und eine Steuerkammer des Injektors, die mit dem Kraftstoffdurchgang verbunden ist, wird mit dem Niederdruckkraftstoff versorgt, wodurch der Injektor in einem Ventilschließzustand gehalten wird. Wenn die Hilfseinspritz startzeit erreicht ist, wird das Ein/Aus-Schaltventil geöffnet, um den Kraftstoff in der Steuerkammer in den Kraftstofftank abzulassen, wodurch der Injektor geöffnet wird, um eine Nieder druckhilfseinspritzung vorzunehmen, und das Ein/Aus-Schaltventil wird geschlossen, wenn der Hilfseinspritzzeitraum abgelaufen ist. Wenn ein vorherbestimmter Zeitraum nach der Beendigung der Hilfseinspritzung abgelaufen ist, so dass die Haupteinspritz startzeit erreicht ist, wird das Ein/Aus-Schaltventil erneut geöffnet, um die Niederdruckhaupteinspritzung zu beginnen, und das Wahlventil wird im Verlauf der Haupteinspritzung geöffnet, so dass Hochdruckkraftstoff, der aus dem Hochdruckspeicher zugeführt wird, durch die Düse eingespritzt wird, wodurch eine Hochdruckeinspritzung getätigt wird.

Dadurch, dass die Niederdruckhilfseinspritzung und die Haupteinspritzung einschließlich der Nieder- und Hochdruckein spritzung in jedem Kraftstoffeinspritzzyklus wie oben beschrie ben durchgeführt wird, kann die Kraftstoffersparnis und die Abgascharakteristik des Motors verbessert werden. Jedoch gibt es einen Bedarf an einer weiteren Verbesserung der Kraftstoff ersparnis und der Abgascharakteristik.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ver fahren zum Betreiben Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrich tung bereitzustellen, das in der Lage ist, einen genauen Ein spritzdruck im Anfangsstadium der Haupteinspritzung im Anschluss an die Niederdruckhilfseinspritzung herzustellen, um dadurch die Kraftstoffersparnis und die Abgascharakteristik weiter zu ver bessern.

Um die obigen Aufgabe zu lösen wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben einer Druckspeicher-Kraftstoffeinspritz vorrichtung, die folgendes umfasst: einen ersten Druckspeicher zum Speichern von Hochdruckkraftstoff, der durch eine Pumpe mit Druck beaufschlagt wird; eine Kraftstoffeinspritzdüse, die mit dem ersten Druckspeicher durch einen Kraftstoffdurchgang verbun den ist, zum Einspritzen des Kraftstoffes in eine Verbrennungs kammer eines Motors ein Steuerventil zum Steuern des Ablassens des Hochdruckkraftstoffes in dem ersten Druckspeicher in Richtung einer stromabwärtigen Seite des Kraftstoffdurchgangs; einen zweiten Druckspeicher, der mit dem Kraftstoffdurchgang an einer stromabwärtigen Seite des Steuerventils (5) durch einen Abzweigungsdurchgang verbunden ist, zum Speichern von Nieder druckkraftstoff mit einem Druck, der geringer ist als der Druck des Hochdruckkraftstoffes in dem ersten Druckspeicher; und Kraftstoffsteuermittel zum Öffnen des Steuerventils, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Öffnen des Steuerventils für eine kurze Zeit zwischen einer kurzen Hilfseinspritzung und einer Haupteinspritzung; Öffnen des Steuerventils im Verlauf der Haupteinspritzung, und dann Schließen des Steuerventils in Über einstimmung mit der Beendigung der Haupteinspritzung, während die kurze Hilfseinspritzung und die Haupteinspritzung in dieser Reihenfolge mit einem Abstand durch die Kraftstoffeinspritzdüse ausgeführt werden.

Wünschenswerterweise stellt das Kraftstoffsteuermittel einen Zwischendruck in dem Kraftstoffdurchgang an der stromab wärtigen des Steuerventils im Anfangsstadium der Hauptein spritzung her, wobei der Zwischendruck höher ist als der Druck des Niederdruckkraftstoffes in dem zweiten Druckspeicher und niedriger ist als der Druck des Hochdruckkraftstoffes in dem ersten Druckspeicher.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird, wenn das Steuerventil für eine kurze Zeit nach Beendigung der Nieder druckhilfseinspritzung geöffnet wird, der Kraftstoffdurchgang mit Hochdruckkraftstoff aus dem ersten Druckspeicher für eine kurze Zeit versorgt, so dass der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchgang höher wird als ein Hilfseinspritzdruck. Im Anfangsstadium der Hauptein spritzung, die durch die Kraftstoffeinspritzdrüse getätigt wird, wird deshalb Kraftstoff bei einem Druck, der höher ist als der Hilfseinspritzdruck, eingespritzt, und zwar wünschenswerter Weise bei einem Zwischendruck höher als der Hilfseinspritzdruck und geringer als der Druck des Hochdruckkraftstoffes. Wenn das Steuerventil im Verlauf der Haupteinspritzung geöffnet wird, wird der Hochdruckkraftstoff durch den Kraftstoffdurchgang der Kraftstoffeinspritzdüse zugeführt, so dass Hochdruckeinspritzung durchgeführt wird.

Dadurch, dass Kraftstoff im Anfangsstadium der Hauptein spritzung im Anschluss an die Niederdruckhilfseinspritzung bei einem Druck, der höher ist als der Hilfseinspritzdruck, wünschenswerter Weise bei einem Zwischendruck höher als der Hilfseinspritzdruck und niedriger als der Druck des Hochdruck kraftstoffes, eingespritzt wird, steigt die Kraftstoffeinspritz menge im Anfangsstadium der Haupteinspritzung im Vergleich zu dem Fall, dass Niederdruckeinspritzung im Anfangsstadium der Haupteinspritzung durchgeführt wird. Folglich verringert sich die Kraftstoffmenge, die in dem verbleibenden Zeitraum der Haupteinspritzung eingespritzt werden muss, um die Menge, die der Zunahme der Einspritzmenge im Anfangsstadium entspricht, und daher wird der Zeitraum für die gesamte Haupteinspritzung verkürzt. Dadurch, dass die geeignete Menge an Kraftstoff im Anfangsstadium der Haupteinspritzung eingespritzt wird, um auf diese Art und Weise den Haupteinspritzzeitraum zu verkürzen, endet die Kraftstoffeinspritzung früh, und deshalb ist die Kraftstoffersparnis verbessert. Zusätzlich wird, anders als für den Fall, dass mit der Hochdruckeinspritzung vom Anfangsstadium der Haupteinspritzung an begonnen wird, eine übermäßige Kraft stoffzufuhr vor der Zündung verhindert, was zu einer Vermin derung von Motorgeräusch und NOx-Emission führt.

Darüber hinaus wird dadurch, dass die Hilfseinspritzung bei einem niedrigen Druck durchgeführt wird, die erforderliche Genauigkeit der Hilfseinspritzzeitsteuerung vermindert vergli chen mit dem Fall, bei dem die Hilfseinspritzung bei einem hohen Druck durchgeführt wird, so dass die Kraftstoffeinspritzmenge in der Hilfseinspritzung genauer auf die erforderliche Mindestmenge gesteuert werden kann, was zu einer Verbesserung der Kraftstoff ersparnis beiträgt.

Das Kraftstoffsteuermittel kann so konfiguriert sein, dass zum Beispiel die Öffnungs-/Schließzeiten von Ventilen zur Kraft stoffeinspritzzeitsteuerung und zur Einspritzratenumschaltung gesteuert werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit, eine beson ders komplizierte Anordnung zu verwenden.

Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen schematisch den Zustand des Kraft stoffnebels, der durch die Hilfseinspritzung, das Anfangsstadium der Haupteinspritzung bzw. die nachfolgende Haupteinspritzung gebildet wird, und zwar auf der Grundlage von Ergebnissen eines Verbrennungsbeobachtungsexperimentes, das von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde. In dem Experiment wurden von oben in einem Zylinder Beobachtungen an Kraftstoff nebel durchgeführt, der durch den Kraftstoff gebildet wird, der von einer Kraftstoffeinspritzdüse mit vier Düsenlöchern einge spritzt wurde. In den Darstellungen stellt der kleine Kreis die Kraftstoffeinspritzdüse dar, und der große Halbkreis stellt die Hälfte des Zylinders dar.

In der vorliegenden Erfindung wird eine Niederdruckhilfs einspritzung vor der Haupteinspritzung durchgeführt, wie oben beschrieben. Die Hilfseinspritzung wird in einem Zustar durchgeführt, in dem ein Kolben unten in dem Zylinder ist, so dass die Dichte von Gas in dem Zylinder gering ist. Das ermöglicht es, dass sich Kraftstoffnebel leicht nach außen in der radialen Richtung des Zylinders ausbreitet, jedoch ist die Ausbreitung des Kraftstoffnebels entsprechend eingeschränkt, da der Hilfseinspritzdruck gering ist. Gemäß der Fig. 1 verteilt sich der Kraftstoffnebel in einem Bereich von der Nachbarschaft der Kraftstoffeinspritzdüse bis zu einem radialen Zwischenab schnitt des Zylinders.

Wie oben beschrieben, sind einige herkömmliche Druckspei cher-Kraftstoffeinspritzvorrichtungen ausgelegt, Kraftstoff im Anfangsstadium der Haupteinspritzung bei einem niedrigen Druck einzuspritzen, der dem Hilfseinspritzdruck entspricht. Mit dieser Anordnung kann zu viel Kraftstoff in diesem Bereich vorhanden sein, da der Bereich, bis zu dem der Kraftstoffnebel reichen kann (d. h. die Kraftstoffnebelverteilung) mit der Kraftstoffnebelverteilung überlappt, die durch die Hilfsein spritzung verursacht wird. Das führt zu der Befürchtung, dass der Bereich nicht mit genügend Luft versorgt wird, die für eine gleichzeitige oder nachfolgende Verbrennung des Kraftstoffne bels, der durch die Hilfseinspritzung und die Niederdruckhaupt einspritzung gebildet wird, erforderlich ist. Insbesondere wird die Luft für die Verbrennung des Kraftstoffnebels, der mit der Niederdruckhaupteinspritzung verbunden ist, während der Verbren nung des Kraftstoffnebels verbraucht, der durch die Hilfsein spritzung gebildet wird, was eine Verknappung der Luft verur sacht, falls der Kraftstoffnebel, der durch die Hilfseinsprit zung gebildet wird, gezündet gelassen wird, und zwar kurz vor oder nach dem Start der Haupteinspritzung, mit der Zunahme von Druck und Temperatur in dem Zylinder wegen der Kolbenbewegung nach oben. Wenn Kraftstoff mit einem niedrigen Druck im Anfangs stadium der Haupteinspritzung eingespritzt wird, behindern auf jeden Fall der Kraftstoffnebel und die Flammen, die durch die Hilfseinspritzung verursacht werden, die Ausbreitung des Kraft stoffnebels, der durch die Niederdruckhaupteinspritzung gebildet wird, und behindern die Zufuhr von frischen Luft, die für die Verbrennung des Kraftstoffnebels erforderlich ist, was eine korrekte Verbrennung des Kraftstoffnebels verhindert. Folglich wird wahrscheinlich schwarzer Rauch aus dem Motor ausgestoßen werden.

Im Gegensatz dazu wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Haupteinspritzung in einem Zustand gestartet, in dem ein Kraft stoffdruck, der höher als der Hilfseinspritzdruck ist, in dem Kraftstoffdurchgang an der stromabwärtigen Seite des Steuerven tils hergestellt ist, wie oben beschrieben. Da der Kraftstoff einspritzdruck im Anfangsstadium der Haupteinspritzung höher ist als der Hilfseinspritzdruck, erreicht der Kraftstoffnebel gemäß der Fig. 2 einen Bereich außerhalb des Kraftstoffnebels und der Flammen, die durch die Hilfseinspritzung gebildet werden, wie in der radialen Richtung des Zylinders zu sehen. Genügend Luft, die in dem Außenbereich übrig ist, erlaubt eine korrekte Verbrennung des Kraftstoffnebels. Während der bei einem Zwischendruck einge spritzte Kraftstoff sich so verbreitet, dass er den Kraftstoff nebel und die Flammen, die durch die Hilfseinspritzung gebildet werden, wie oben beschrieben, durchdringt, wird umgebende Luft in den Kraftstoffnebel einbezogen, so dass das Volumen des gesamten Kraftstoffnebels zunimmt. Das bedeutet, dass der Kraft stoffnebel sich zufriedenstellend in dem Zylinder ausbreitet, um eine geeignete Kraftstoffnebelverteilung in dem Zylinder bereit zustellen.

Unter einer solchen Bedingung wird der Kraftstoffein spritzdruck von Zwischendruck zu einem Hochdruck geändert. Der Hochdruckkraftstoffnebel breitet sich korrekt in dem Zylinder aus, wie in der Fig. 3 schwarz angedeutet ist, während er sein Volumen vergrößert durch Ansaugen von umgebender Luft und Ver brennungsrückständen wie Ruß, die durch die Hilfseinspritzung und die Zwischendruckhaupteinspritzung gebildet wurden. Da der sich ausbreitende Hochdruckkraftstoffnebel die Verbrennung in dem Zylinder aktiviert, verbrennt der gesamte Kraftstoffnebel zufriedenstellend, wodurch die Bildung von schwarzem Rauch ver hindert wird. Bezugnehmend auf die Fig. 3 ist der Verteilungs bereich des Hochdruckkraftstoffnebels gegenüber dem des Zwi schendruckkraftstoffnebels in der Umfangsrichtung des Zylinders verlagert. Vermutlich wird das durch einen Wirbel verursacht, der im Zylinder gebildet wird.

Wie oben beschrieben, werden gemäß der vorliegenden Erfin dung die Zwischendruckhaupteinspritzung und die Hochdruckhaupt einspritzung nacheinander in einem Zustand durchgeführt, in dem die Ausbreitung von Kraftstoffnebel, der in dem Zylinder durch die Niederdruckhilfseinspritzung gebildet wird, entsprechend eingeschränkt ist, so dass eine korrekte Verbrennung des Kraftstoffnebels verwirklicht wird. Dies ermöglicht es, die Kraftstoffersparnis und die Abgascharakteristik des Motors zu verbessern und das Motorgeräusch zu verringern.

In der vorliegenden Erfindung hat wünschenswerter Weise der Zwischendruck, der in dem Kraftstoffdurchgang an der stromab wärtigen Seite des Steuerventils im Anfangsstadium der Hauptein spritzung durch das Kraftstoffsteuermittel gebildet wird, einen Wert näher an dem Druck des Niederdruckkraftstoffes in dem zweiten Druckspeicher in einem Motorbetriebsbereich mit geringerer Motordrehzahl und mit geringerer Last, und näher an dem Druck des Hochdruckkraftstoffes in dem ersten Druckspeicher in einem Motorbetriebsbereich mit höherer Motordrehzahl und mit höherer Last.

Im Allgemeinen ist die Distanz, über die der eingespritzte Kraftstoff fliegt, größer in einem Betriebsbereich mit geringerer Motordrehzahl und mit geringerer Last, in dem der Druck im Zylinder gering ist, während der eingespritzte Kraftstoff über eine kleinere Distanz fliegt in einem Betriebs bereich mit höherer Motordrehzahl und mit höherer Last, in dem der Druck im Zylinder hoch ist. In der bevorzugten Anordnung wird der Einspritzdruck der Zwischendruckhaupteinspritzung abhängig vom Motorbetriebszustand variiert. Somit sind der Druck des eingespritzten Kraftstoffes, die Distanz, über die der Kraftstoff fliegt, und der Ausbreitungszustand des Kraftstoff nebels im Anfangsstadium der Haupteinspritzung für den Motorbetriebszustand passend.

Wünschenswerter Weise steuert das Kraftstoffsteuermittel den Druck des Hochdruckkraftstoffes in dem ersten Druckspeicher und den Druck des Niederdruckkraftstoffes in dem zweiten Druckspeicher auf der Grundlage des Betriebszustandes des Motors, zum Beispiel der Motordrehzahl und der Last des Motors. In diesem Fall ist der Zwischendruck, der in dem Kraft stoffdurchgang an der stromabwärtigen Seite des Steuerventils im Anfangszustand der Haupteinspritzung gebildet wird, passend für den Motorbetriebszustand.

Wünschenswerter Weise steuert das Kraftstoffsteuermittel variabel den Zeitraum, für den das Steuerventil zwischen der Hilfseinspritzung und der Haupteinspritzung geöffnet ist. Der Steuerventilöffnungszeitraum bestimmt den Zwischendruck, der in dem Kraftstoffdurchgang an der stromabwärtigen Seite des Steuerventils im Anfangsstadium der Haupteinspritzung gebildet wird. Folglich kann der Zwischendruck durch die variable Steuerung des Steuerventilöffnungszeitraums genau und leicht variiert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die hinsichtlich der Hälfte eines Zylinders den Zustand des Kraftstoffnebels zum Zeitpunkt der Hilfseinspritzung zeigt;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand des Kraftstoffnebels zum Zeitpunkt der Zwischendruckhauptein spritzung zeigt;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand des Kraftstoffnebels zum Zeitpunkt der Hochdruckhaupteinsprit zung zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrich tung zeigt;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Verbindung zwischen Hauptelementen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die in der Fig. 4 dargestellt ist, und von entsprechenden Injektoren von Zylindern eines Motors zeigt;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Einspritzwellenform für einen Kraftstoffeinspritzzyklus zeigt, der durch die Kraftstoff einspritzvorrichtung durchgeführt wird, die in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt ist, zusammen mit Änderungen mit Ablauf der Zeit in dem Ein-/Aus-Zustand eines Injektoransteuersignals und eines Wahlventilansteuersignals und des Injektoreingangsdrucks;

Fig. 7 ist ein Flussdiagramm, das eine Injektor-/ Wahlventilsteuerroutine zeigt, die durch ein in Fig. 4 und Fig. 5 dargestelltes Steuergerät ausgeführt wird;

Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Haupteinspritzzeit verringernde Wirkung zeigt, die durch Ausführung der Zwischen druckhaupteinspritzung und der Hochdruckhaupteinspritzung im Anschluss an die Niederdruckhilfseinspritzung erreicht wird;

Fig. 9 ist ein Diagramm, die Abbildungstabellen für Nieder druckhilfseinspritzung, Zwischendruckhaupteinspritzung und Hoch druckhaupteinspritzung für die Verwendung zum Bestimmen der erforderlichen Drücke zeigt, die abhängig von der Motordrehzahl und Motorlast variieren; und

Fig. 10 ist eine Kurve, die das Verhältnis zwischen erfor derlichem Druck für Zwischendruckhaupteinspritzung und Hoch druckkraftstoffzufuhrzeitraum ΔT zum Erzeugen des Zwischendrucks zeigt.

BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, wird unten beschrieben werden.

Die Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist zum Beispiel in einen Sechszylinder-Reihendieselmotor (nicht darge stellt) eingebaut und schließt eine Hochdruckpumpe 1 ein, wie in der Fig. 4 und Fig. 5 gezeigt. Die Hochdruckpumpe 1 wird durch den Motor angetrieben, um Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 17 anzuziehen und unter Druck zu setzen. Die Hochdruckpumpe 1 ist zum Beispiel eine Verdrängungskolbenpumpe, deren Kraftstoffaus lassdruck durch das Regeln einer wirksamen Länge des Druckhubs (Zwangszuführungs-Hub) geregelt werden kann. Der Druckhub wird zum Beispiel durch Einstellen der Zeit zum Schließen eines Mag netventils (nicht dargestellt) geregelt. Während das Magnetven til geöffnet ist, werden Druckzufuhr-Aktionen unwirksam gemacht. Die Hochdruckpumpe 1 der Vorrichtung der vorliegenden Ausfüh rungsform, die für einen Sechs-Zylinder-Motor angepasst ist, hat zum Beispiel zwei Kolben. Jeder Kolben ist mit drei Zylindern verbunden und macht drei Druckhübe während einer Umdrehung einer Hochdruckpumpenwelle.

Ein Steuergerät (ECU) 8 der Druckspeicher-Kraftstoffein spritzvorrichtung regelt variabel den Druckhub der Pumpe 1 auf der Grundlage der Motordrehzahl Ne und der Gaspedal-Stellung (ein Gaspedal-Öffnungsmaß) ACC, die durch einen Motordrehzahl sensor 8a bzw. einen Gaspedal-Öffnungsmaßsensor 8b detektiert werden, und führt eine Rückkopplungsregelung des Druckhubs (Kraftstoffdrucks) auf der Grundlage des tatsächlichen Drucks P_HP in einem Hochdruckspeicher (erster Druckspeicher) 3 aus, die von einem Drucksensor 3a (Fig. 2) detektiert wird, um dadurch einer Hochdruckkraftstoff passend für den Motorbetriebs zustand zu erhalten.

Der Kraftstoff, der durch die Pumpe 1 unter Druck gesetzt wird, wird in dem Hochdruckspeicher 3 gespeichert. Der Hoch druckspeicher 3 wird gemeinsam für alle Zylinder bereitgestellt und ist mit den Kraftstoffdurchgängen 10a verbunden. Die Kraftstoffdurchgänge 10a sind jeweils mit einem Wahlventil (Steuerventil) 5, z. B. ein Zwei-Wege-Magnetventil, ausgestattet zum Umschalten der Kraftstoffeinspritzrate. Ein Absperrventil 32 wird ebenfalls in dem Kraftstoffdurchgang 10a an der Seite unmittelbar stromabwärtig vom Wahlventil 5 bereitgestellt.

Der Kraftstoffdurchgang 10a ist mit einem Niederdruck speicher (zweiter Druckspeicher) 4, der für alle Zylinder bereitgestellt wird, durch einen Kraftstoffdurchgang 10b verbunden, der von dem Kraftstoffdurchgang 10a an der stromabwärtigen Seite des Absperrventils 32 abgezweigt ist. Ein Absperrventil 6, angeordnet in dem Kraftstoffdurchgang 10b, ist ausgelegt, zu öffnen, wenn der Kraftstoffdruck in dem Kraft stoffdurchgang 10b auf der Seite nahe dem Niederdruckspeicher 4 höher ist als der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchgang 10a an der stromabwärtigen Seite des Absperrventils 32. Der Kraft stoffdurchgang 10b ist mit einem Bypass-Kraftstoffdurchgang ausgebildet, der das Absperrventil 6 umgeht und der eine Öffnung 6a aufweist. Wenn der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchgang 10a höher ist als der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchgang 10b, strömt der Kraftstoff in dem Kraftstoffdurchgang 10a in den Kraftstoffdurchgang 10b durch die Öffnung 6a, und strömt dann in den Niederdruckspeicher 4. Zwischen dem Niederdruckspeicher 4 und dem Kraftstofftank 17 ist ein Drucksteuermagnetventil 34 (Fig. 4) angeordnet, um den Kraftstoffdruck in dem Niederdruck speicher 4 auf einen vorherbestimmten Wert zu regeln.

Anstelle des Drucksteuerventils 34, das in der Fig. 4 gezeigt ist, kann ein Drucksteuerventil 34 (Fig. 5) verwendet werden, das unter der Kontrolle des Steuergerätes 8 den Kraftstoffdruck in dem Niederdruckspeicher 4 auf einen vorherbe stimmten Druck regelt. Im Folgenden wird die Kraftstoffein spritzvorrichtung mit dem Drucksteuerventil 34, das in der Fig. 5 gezeigt ist, beschrieben. In der Fig. 5 bezeichnet das Bezugs zeichen 4a einen Drucksensor zum Detektieren eines Kraftstoff drucks P_LP in dem Niederdruckspeicher 4.

Das Steuergerät 8 steuert das Drucksteuerventil 34 auf der Grundlage des tatsächlichen Kraftstoffdrucks P_LP, der vom Kraft stoffsensor 4a (Fig. 5) detektiert wird, so dass der Kraftstoff druck in dem Niederdruckspeicher 4 passend für den Motor betriebszustand erzeugt wird, der durch Motordrehzahl Ne und Gaspedal-Stellung ACC dargestellt wird.

Jeder der Injektoren (Kraftstoffeinspritzdüsen) 9, die für jeden Zylinder des Motors vorgesehen sind, hat eine Steuerkammer 11 und eine Kraftstoffkammer 12, die mit dem Kraftstoffdurchgang 10a verbunden sind. Die Steuerkammer 11 ist mit dem Kraft stofftank 17 durch einen Kraftstoffrücklaufdurchgang 10c verbun den. Bezugszeichen 15, 16 bezeichnen Öffnungn. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet ein Ein/Aus-Schaltventil, das in dem Kraftstoff rücklaufdurchgang 10c angeordnet ist, wie zum Beispiel ein Zwei- Wege-Magnetventil, zum Steuern der Kraftstoffeinspritzzeit. Das Ein/Aus-Schaltventil 7 kann in den Injektor eingebaut sein.

Der Injektor 9 hat ein Nadelventil 13, das unter dem Kraftstoffdruck, der von der Kraftstoffkammer 12 geliefert wird, in die Richtung beweglich ist, um ein Düsenloch zu öffnen, einen hydraulischen Kolben 14, der in die Richtung beweglich ist, um das Düsenloch unter dem Kraftstoffdruck, der von der Steuer kammer 11 geliefert wird, zu schließen, und eine Feder (nicht dargestellt), die das Nadelventil in die Richtung antreibt, um das Düsenloch zu schließen.

Wenn die Steuerkammer 11 und die Kraftstoffkammer 12 mit Kraftstoff des gleichen Drucks von dem Kraftstoffdurchgang 10a versorgt werden und das Ein/Aus-Schaltventil 7 für die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung geschlossen ist, ist die Summe der Kräfte, die durch den Kraftstoffdruck und die Feder gebildet werden und auf den Hydraulikkolben 14 einwirken, größer als die Kraft, die durch den Kraftstoffdruck gebildet wird und auf das Nadelventil 13 einwirkt, und daher schließt das Nadelventil 13 das Düsenloch. Andererseits, wenn das Ein/Aus-Schaltventil 7 geöffnet ist, so dass der Kraftstoff in der Steuerkammer 11 zum Tank 17 abgelassen wird, verringert sich die Kraft, die auf den Hydraulikkolben 14 einwirkt, oder sie verschwindet, und daher drückt das Nadelventil 13 den Hydraulikkolben 14 nach oben, um das Düsenloch zu öffnen, so dass der Kraftstoff in der Kraft stoffkammer 12 in eine Verbrennungskammer (nicht dargestellt) des Motors eingespritzt wird.

Die Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vor liegenden Ausführungsform, die konfiguriert ist, um die Haupt einspritzung und die Hilfseinspritzung, die der Haupteinsprit zung vorausgeht, auszuführen, beabsichtigt hauptsächlich eine Verkürzung des Haupteinspritzzeitraums ohne übermäßige Zunahme des Einspritzdrucks im Anfangsstadium der Haupteinspritzung, insbesondere des Einspritzdrucks vor der Zündung, und beab sichtigt auch, durch die Hilfseinspritzung, die Lieferung des Mindestmenge an Kraftstoff, die erforderlich ist, um einen Zünd verzug des Kraftstoffes zu verhindern, der durch die Hauptein spritzung zugeführt wird, wodurch gleichzeitig eine verbesserte Kraftstoffersparnis, ein verringertes Motorgeräusch und eine verringerte NOx-Emission erreicht wird.

Spezieller erläutert, beginnt, wie im obersten Abschnitt von Fig. 6 dargestellt, in jedem Kraftstoffeinspritzzyklus die Kraftstoffeinspritzvorrichtung die Haupteinspritzung bei einem Zwischendruck, wenn ein vorherbestimmter Zeitraum nach Beendi gung der Hilfseinspritzung bei einem niederen Druck verstrichen ist, und schaltet den Einspritzdruck während der Haupteinsprit zung von Zwischendruck auf Hochdruck um.

Was die Kraftstoffeinspritzsteuerung anbetrifft, so bestimmt das Steuergerät 8 einen Motorbetriebszustand auf der Grundlage von zum Beispiel Motordrehzahl Ne und Gaspedal- Stellung Acc. Auf der Grundlage des bestimmten Motorbetriebszu standes steuert das Steuergerät 8 die Zeit zum Öffnen/Schließen eines Magnetventils (nicht dargestellt) für die Druckhubein stellung, so dass der Druckhub von Hochdruckpumpe 1 geregelt wird, wodurch ein Kraftstoffdruck in dem Hochdruckspeicher 3 passend für den Motorbetriebszustand festgelegt wird. Das Steuergerät 8 steuert auch den Betrieb des Drucksteuerventils 34 auf der Grundlage des Motorbetriebszustandes, um dadurch den Kraftstoffdruck in dem Niederdruckspeicher 4 zu steuern, so dass er für den Motorbetriebszustand passend ist. Darüber hinaus bestimmt das Steuergerät 8 die Werte der Einspritzsteuerpara meter auf der Grundlage des Motorbetriebszustandes, zum Beispiel durch Bezugnahme auf Abbildungstabellen. Gemäß der Fig. 6 gehören zu den Einspritzsteuerparametern zum Beispiel Hilfsein spritzstartzeit t1, Hilfseinspritzzeitraum ΔT1 (= t2 - t1), Hoch druckkraftstoffzufuhrstartzeit t3 zum Bilden des Zwischendrucks, Hochdruckkraftstoffzufuhrzeitraum ΔTm (= t4 - t3), Haupteinspritz startzeit t5, Zwischendruckeinspritzzeitraum ΔTM (= t6 - t5) und Haupteinspritzzeitraum ΔTMH (= t7 - t6). Auf der Grundlage der Einspritzsteuerparameterwerte bestimmt das Steuergerät 8 weiter Injektoransteuersignal-Einschaltzeiten t1, t5, Injektoransteuer signal-Abschaltzeiten t2, t7, Wahlventilansteuersignal-Ein schaltzeiten t3, t6 und Wahlventilansteuersignal-Abschaltzeiten t4, t8.

Als Nächstes wird die Wirkungsweise der Kraftstoffein spritzvorrichtung mit der oben beschriebenen Struktur beschrie ben.

Während des Motorbetriebs führt das Steuergerät 8 die Kraftstoffdrucksteuerroutine (nicht dargestellt) und die Injektor-/Wahlventilsteuerroutine, die in der Fig. 7 dargestellt ist, parallel und periodisch aus. Beide Steuerroutinen starten jedes Mal, wenn der Zeitpunkt zum Start des Kraftstoffeinspritz zyklus für jeden Zylinder erreicht ist, ein Punkt, der zum Beispiel auf der Grundlage der verstrichenen Zeit erkannt wird, nachdem ein Zylinderunterscheidungssignal oder ein Kurbelwellen rotationspositionssignal (nicht dargestellt) auftritt.

Zur Vereinfachung der Darstellung und der Erklärung umfasst die Steuerroutine, die in der Fig. 7 dargestellt ist, nur eine Steuerprozedur für einen Zylinder. Ein Teil der Steuerprozedur, zum Beispiel die Bestimmung des Motorbetriebszustandes, kann für alle Zylinder nur einmal in einem Kraftstoffeinspritzzyklus ausgeführt werden.

In der Kraftstoffdrucksteuerroutine werden das Magnetventil zur Druckhubeinstellung und das Drucksteuerventil für ihre Öffnungs-/Schließzeiten und das Ventilöffnungsmaß auf der Grundlage des bestimmten Motorbetriebszustandes gesteuert, so dass die jeweiligen Kraftstoffdrücke in den Druckspeichern 3, 4 ihren entsprechenden Zieldruck passend für den Motorbetriebs zustand erhalten. In der Kraftstoffdrucksteuerroutine der vor liegenden Ausführungsform liest das Motor-Steuergerät (ECU) 8 als Motorbetriebszustandsparameter eine Motordrehzahl Ne, die durch den Motordrehzahlsensor 8a detektiert wird, und ein Gaspedal-Öffnungsmaß ACC, das durch den Gaspedal-Öffnungs maßsensor 8b detektiert wird und die Motorlast darstellt, und bestimmt den Ziel-Hochdruck- und den Ziel-Niederdruck-Kraft stoffdruck, die der detektierten Motordrehzahl Ne und dem detektierten Gaspedal-Öffnungsmaß ACC entsprechen, durch Bezugnahme auf die HP- und LP-Abbildungstabellen, die in der Fig. 9 jeweils dargestellt sind.

Wie in der Fig. 9 gezeigt, steigt der Ziel-Niederdruck- Kraftstoffdruck in der LP-Abbildungstabelle mit zunehmender Motordrehzahl und mit zunehmender Motorlast. Der Ziel-Hochdruck- Kraftstoffdruck in der HP-Abbildungstabelle ist höher als der Ziel-Niederdruck-Kraftstoffdruck in der LP-Abbildungstabelle bei gleicher Motordrehzahl und Motorlast. Der Ziel-Hochdruck-Kraft stoffdruck steigt mit zunehmender Motordrehzahl und Motorlast mit höheren Zunahmeraten als die Rate, mit der der Ziel- Niederdruck-Kraftstoffdruck steigt, wenn die Motordrehzahl und die Motorlast zunehmen. Im Allgemeinen haben die LP- und HP- Abbildungstabellen die Form von gekrümmten Flächen in einem dreidimensionalen Koordinatensystem, wie in der Fig. 9 dargestellt ist.

Im Allgemeinen variieren die geeigneten Kraftstoffein spritzmengen in der Hilfseinspritzung und der Haupteinspritzung nicht nur abhängig von den Hauptmotorbetriebszustandsparametern wie Motordrehzahl und Motorlast (Gaspedal-Öffnungsmaß), sondern auch von anderen Motorbetriebszustandsparametern wie Motorkühl wassertemperatur, Kraftstofftemperatur, Ansauglufttemperatur und EGR-Menge (Abgasrückführungsmenge). Wünschenswerter Weise werden die LP- und HP-Abbildungstabellen, die zum Bestimmen des Ziel- Kraftstoffdrucks verwendet werden, um die Kraftstoffeinspritz menge zu beeinflussen, bestimmt, indem mindestens einige der oben genannten anderen Motorbetriebszustandsparameter in Be tracht gezogen werden. Zum Beispiel ist es relativ leicht, die LP- und HP-Abbildungstabellen unter Berücksichtigung der EGR- Menge (EGR-Mengen-korrigierte Abbildungstabellen) zu bestimmen, da die EGR-Menge abhängig vom Motorbetriebsbereich (Motordreh zahl und -last) variiert. Wie für die Temperaturparameter können die LP- und HP-Abbildungstabellen zum Beispiel für jeden Temperaturbereich gebildet werden. Alternativ dazu können die EGR-Mengenkorrektur und verschiedene Temperaturkorrekturen für die Ziel-Kraftstoffdrücke, die aus den LP- und HP-Abbildungs tabellen bestimmt wurden, vorgenommen werden.

Nach Bestimmen der Ziel-Kraftstoffdrücke regelt das ECU 8 die Zeiten zum Schließen des Magnetventils zur Druckhubein stellung, so dass der tatsächliche Druck P_HP im Hochdruckspeicher 3, der von dem Drucksensor 3a detektiert wird, mit dem Ziel- Hochdruck-Kraftstoffdruck übereinstimmen kann, und regelt die Zeiten zum Öffnen/Schließen des Drucksteuerventils 34 und dessen Ventilöffnungsmaß, so dass der tatsächliche Druck P_LP im Nieder druckspeicher 4, der von dem Drucksensor 4a detektiert wird, mit dem Ziel-Niederdruck-Kraftstoffdruck übereinstimmen kann.

Die Injektor-/Wahlventilsteuerroutine, die in der Fig. 7 dargestellt ist, startet jedes Mal, wenn der Zeitpunkt zum Starten des Kraftstoffeinspritzzyklus erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Zeitgeber (nicht dargestellt), der zum Beispiel in dem Steuergerät 8 bereitgestellt wird, gestartet, um die Zeit zu messen, die seit dem Start des Kraftstoffeinspritz zyklus verstrichen ist.

In der Steuerroutine in der Fig. 7 werden eine Motor drehzahl Ne und eine Gaspedal-Stellung ACC gelesen, um einen Motorbetriebszustand zu bestimmen (Schritt S1). Dann werden entsprechende Werte der Hilfseinspritzstartzeit t1, des Hilfseinspritzzeitraums ΔTL, die Hochdruckkraftstoffzufuhrzeit t3, des Hochdruckkraftstoffzufuhrzeitraums ΔTm, die Hauptein spritzstartzeit t5, des Zwischendruckeinspritzzeitraums ΔTM und des Haupteinspritzzeitraums ΔTMH bestimmt auf der Grundlage des in Schritt S1 bestimmten Motorbetriebszustandes durch Bezugnahme auf Abbildungstabellen. Auf der Grundlage dieser Kraftstoffein spritzsteuerparameterwerte werden die Injektoransteuersignal-/ Wahlventilansteuersignal-Ein-/Ausschaltzeiten t1 bis t8 bestimmt (Schritt S2).

In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt das ECU 8, um den Zwischendruck-bildenden Hochdruckkraftstoffzufuhrzeitraum ΔTm zu bestimmen, einen Ziel-Haupteinspritzanfangsdruck (erfor derlicher Kraftstoffdruck) passend für die Motordrehzahl Ne und das Gaspedal-Öffnungsmaß ACC durch Bezugnahme auf eine MP- Abbildungstabelle, die in der Fig. 9 dargestellt ist. Als nächstes bestimmt das ECU 8 einen Hochdruckkraftstoffzufuhr zeitraum ΔTm aus einer ΔTm-Abbildungstabelle, die in der Fig. 10 dargestellt ist.

Wie in der Fig. 9 gezeigt, ist der Ziel-Haupteinspritzan fangsdruck (Ziel-Zwischendruck-Kraftstoffdruck) in der MP- Abbildungstabelle höher als der Ziel-Niederdruck-Kraftstoffdruck in der LP-Abbildungstabelle und niedriger als der Ziel- Hochdruck-Kraftstoffdruck in der HP-Abbildungstabelle, bei der gleichen Motordrehzahl und der gleichen Motorlast. Der Ziel- Haupteinspritzanfangsdruck steigt mit zunehmender Motordrehzahl und Motorlast mit höheren Anstiegsraten als die Raten, mit denen die Ziel-Nieder- und -hochdruckkraftstoffdrücke mit zunehmender Motordrehzahl und Motorlast steigen. In der MP-Abbildungstabelle in der Fig. 9 hat der Ziel-Haupteinspritzanfangsdruck einen Wert näher an dem Ziel-Niederdruck-Kraftstoffdruck in einem Motor betriebsbereich mit geringerer Motordrehzahl und geringerer Last, und näher an dem Ziel-Hochdruck-Kraftstoffdruck in einem Motorbetriebsbereich mit höherer Motordrehzahl und mit höherer Last. Diese Art der Ziel-Druckwerteinstellung ist konform mit der Tatsache, dass in einem Bereich mit geringerer Motordrehzahl und geringerer Last der Ladedruck und die Gasdichte im Zylinder geringer sind, und die Distanz, über die der eingespritzte Kraftstoff fliegt, größer ist, während in dem Bereich mit höherer Motordrehzahl und mit höherer Last der Ladedruck und die Gasdichte im Zylinder höher sind und die Flugdistanz des eingespritzten Kraftstoffes kleiner ist. Folglich wird eine korrekte Kraftstoffnebelverteilung in dem Zylinder gebildet, die zu einer korrekten Verbrennung beiträgt. Im Allgemeinen hat die Abbildungstabelle die Form einer gekrümmten Fläche in einem dreidimensionalen Koordinatensystem, wie in der Fig. 9 dar gestellt ist. Wie in dem Fall der LP- und HP-Abbildungstabelle wird die MP-Abbildungstabelle gebildet, indem die Einflüsse von EGR-Menge und verschiedener Temperaturparameter in Betracht gezogen werden, oder alternativ dazu werden verschiedene Korrekturen an dem Zieldruck vorgenommen, der aus der MP- Abbildungstabelle erhalten wird.

In der Fig. 10 bezeichnen die Symbole HP und LP Ziel- Hochdruck- und Ziel-Niederdruck-Kraftstoffdrücke, die beobachtet werden, wenn der Hochdruckkraftstoffzufuhrzeitraum ΔTm bestimmt wird, wobei die Drücke abhängig von Motordrehzahl und von Gaspedal-Öffnungsmaß zu dieser Zeit variieren. Das Verhältnis zwischen Hochdruckkraftstoffzufuhrzeitraum ΔTm und Zwischen druck, der durch Einspeisung des Hochdruckkraftstoffes über diesen Zeitraum gebildet wird, wird nach Spezifikationen bestimmt wie das Volumen der Leitungen, einschließlich des Kraftstoffdurchgangs 10a, in der Druckspeicher-Kraftstoffein spritzvorrichtung und der Strömungsgeschwindigkeit des Hoch druckkraftstoffes in einem Zustand, in dem das Wahlventil 5 geöffnet ist. Mit anderen Worten, der Hochdruckkraftstoffzufuhr zeitraum ΔTm zum Erhalten des erforderlichen Zwischendrucks kann experimentell bestimmt werden.

Bezugnehmend erneut auf die Fig. 7 wird nach der Bestimmung der Injektoransteuersignal-/Wahlventilansteuersignal-Ein-/Aus schaltzeiten t1 bis t8 in Schritt S2 der Steuerroutine eine Bestimmung vorgenommen, ob die Hilfseinspritzstartzeit t1 erreicht ist oder nicht, und zwar auf der Grundlage der Zeit, die seit dem Start des Kraftstoffeinspritzzyklus verstrichen ist. Gemäß der Fig. 6 sind sowohl das Wahlventil 5 als auch das Ein/Aus-Schaltventil 7 geschlossen, bis die Hilfseinspritzstart zeit t1 erreicht ist, so dass Niederdruckkraftstoff aus dem Niederdruckspeicher 4 an den Kraftstoffdurchgang 10a an der stromabwärtigen Seite des Wahlventils 5 geliefert wird, um zu der Steuerkammer 11 und der Steuerkammer 12 geliefert zu werden. Da das Ein/Aus-Schaltventil 7 geschlossen ist, ist die Summe der Kraft durch den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11, die auf den Hydraulikkolben 14 einwirkt, und der Kraft durch die Feder, die auf das Nadelventil einwirkt, größer als die Kraft durch den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer 12, die auf das Nadelventil 13 einwirkt. Deshalb ist das Düsenloch des Injektors 9 mit dem Nadelventil 13 geschlossen.

An dieser Stelle wird der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer 12 (Injektoreingangsdruck) auf einem Druck gehalten, der im wesentlichen der gleiche ist, wie der Druck des Niederdruckkraftstoffes in dem Niederdruckspeicher 4. Spezieller erläutert, öffnet, wenn der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoff durchgang 10a an der stromabwärtigen Seite des Absperrventils 32 kleiner wird als der Druck des Niederdruckkraftstoffes, das Absperrventil 6 in dem Kraftstoffdurchgang 10b, so dass der Niederdruckkraftstoff aus dem Niederdruckspeicher 4 in den Kraftstoffdurchgang 10a geliefert wird. Andererseits, wenn der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchgang 10a an der strom abwärtigen Seite des Absperrventils 32 größer wird als der Druck des Niederdruckkraftstoffes, fließt der Kraftstoff in dem Kraft stoffdurchgang 10a durch die Öffnung 6a in den Niederdruck speicher 4.

Wenn die Hilfseinspritzstartzeit t1 erreicht ist, wird das Injektoransteuersignal eingeschaltet, und nur das Ein/Aus- Schaltventil 7 wird geöffnet (Schritt S3). Folglich wird der Niederdruckkraftstoff in der Steuerkammer 11 durch die Öffnung 16 in den Kraftstoffrücklaufdurchgang 10c entleert. Zu der Zeit, zu der die Summe der Kraft, die auf den Hydraulikkolben 14 einwirkt, und der Kraft durch die Feder, die auf das Nadelventil einwirkt, kleiner wird als die Kraft, die auf das Nadelventil 13 einwirkt, bewegt sich das Nadelventil 13 nach oben, um das Düsenloch zu öffnen, so dass der Niederdruckkraftstoff von dem Injektor 9 eingespritzt wird. Somit startet die Hilfsein spritzung mit einem relativ niedrigen Einspritzdruck, oder mit einer relativen niedrigen Kraftstoffeinspritzrate (Kraftstoff einspritzmenge pro Zeiteinheit).

Danach wird, wenn der Hilfseinspritzzeitraum ΔTL seit der Hilfseinspritzstartzeit t1 abgelaufen ist, so dass die Hilfsein spritzendzeit t2 erreicht ist, das Injektoransteuersignal ab geschaltet und das Ein/Aus-Schaltventil 7 wird geschlossen (Schritt S3), wodurch das Düsenloch mit dem Nadelventil 13 geschlossen wird. Somit endet die Hilfseinspritzung bei einem niedrigen Druck.

Der Kraftstoff, der so in die Verbrennungskammer des Motors eingespritzt wird, brennt nicht notwendigerweise sofort. Er wird jedoch chemisch aktiviert, was die Zündung des Kraftstoffes erleichtert, der nachfolgend dem Motor durch die Haupteinsprit zung zugeführt wird, oder anders ausgedrückt, er verringert den Zündverzug. Der Hilfseinspritzzeitraum ΔTL wird bestimmt, um die Mindestmenge an Kraftstoff zuzuführen, die erforderlich ist, um den Zündverzug zu verhindern, damit die Kraftstoffersparnis verbessert wird. Wie bereits auf der Grundlage von Fig. 1 beschrieben, wird der Kraftstoffnebel, der durch die Nieder druckhilfseinspritzung gebildet wird, in einem Bereich von der Nachbarschaft der Kraftstoffeinspritzdüse bis zu einem radialen Zwischenabschnitt des Zylinders verteilt. Mit einer derartigen Kraftstoffnebelverteilung breiten sich Flammen korrekt im Zylinder aus. Ausdrücklicher erläutert, beginnt die Zündung des Kraftstoffes auf der radialen Innenseite des Zylinders, und Flammen breiten sich von dem Innenbereich nach außen auf den gesamten Bereich des Zylinders aus.

Wenn die Hilfseinspritzung bei einem niedrigen Druck ausgeführt wird, wie oben beschrieben, wird die erforderliche Genauigkeit der Hilfseinspritzzeitsteuerung vermindert im Ver gleich zu dem Fall, in dem die Hilfseinspritzung bei einem hohen Druck ausgeführt wird. Das ermöglicht es, dass die Kraftstoff einspritzmenge in der Hilfseinspritzung genauer auf die erforderliche Mindestmenge gesteuert werden kann, wodurch sie zu einer Verbesserung der Kraftstoffersparnis beiträgt.

Als nächstes wird, um die Kraftstoffkammer 12 des Injektors 9 und des stromabwärtigen Abschnitts des Kraftstoffdurchgangs 10a mit Zwischendruckkraftstoff für die Zwischendruckeinsprit zung im Anfangsstadium der Haupteinspritzung zu füllen, Hoch druckkraftstoff zum Bilden des Zwischendrucks aus dem Hochdruck speicher 3 dem stromabwärtigen Abschnitt des Kraftstoffdurch gangs 10a zugeführt.

Ausdrücklicher erläutert, wird, wenn die Hochdruckkraft stoffzufuhrstartzeit t3, die in Schritt S2 bestimmt wurde, erreicht ist, das Wahlventilansteuersignal eingeschaltet. Folglich wird das Wahlventil 5 zur Einspritzratenumschaltung geöffnet (Schritt S4), so dass der Hochdruckkraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 3 das Absperrventil 32 öffnet, in den strom abwärtigen Abschnitt des Kraftstoffdurchgangs 10a fließt, und dann in die Steuerkammer 11 und die Kraftstoffkammer 12 des Injektors 9 fließt. Als ein Ergebnis steigt, wie in dem unteren Abschnitt von Fig. 6 gezeigt, der Injektoreingangsdruck von dem Einspritzdruck in der Hilfseinspritzung (niedriger Druck) an.

Wenn der Hochdruckkraftstoffzufuhrzeitraum ΔTm seit der Kraftstoffdruckzufuhrstartzeit t3 verstrichen ist, so dass die Hochdruckkraftstoffzufuhrzeit t4 erreicht ist, wird das Wahl ventilansteuersignal abgeschaltet, mit der Beurteilung, dass der Zwischendruck in der Kraftstoffkammer 12 und dem stromabwärtige Abschnitt des Kraftstoffdurchgangs 10a gebildet worden ist, und das Wahlventil 5 wird geschlossen (Schritt S4). Damit endet die Zufuhr von Hochdruckkraftstoff zum Bilden des Zwischendrucks.

Ein Teil des Zwischendruckkraftstoffes in der Kraftstoff kammer 12 und dem stromabwärtigen Abschnitt des Kraftstoffdurch gangs 10a fließt nach und nach in den Niederdruckspeicher 4 durch die Öffnung 6a. Deshalb verringert sich gemäß der Fig. 6 der Injektoreingangsdruck nach und nach etwas. Auch wenn es in der Fig. 6 nicht deutlich ist, verringert sich der Injektorein gangsdruck steiler als vorher, wenn das Injektoransteuersignal zu dem Zeitpunkt t5 eingeschaltet wird, um das Ein/Aus- Schaltventil 7 zu öffnen.

Wenn die Haupteinspritzstartzeit t5 erreicht ist, wird das Injektoransteuersignal eingeschaltet, um das Ein/Aus-Schalt ventil 7 für die Einspritzzeitsteuerung zu öffnen (Schritt S5). Folglich wird das Düsenloch des Injektors 9 veranlasst, sich zu öffnen, und der Zwischendruckkraftstoff in der Kraftstoffkammer 12 wird in die Verbrennungskammer des Motors eingespritzt. Da der Haupteinspritzkraftstoff in Gegenwart von Kraftstoff, der durch die Hilfseinspritzung zugeführt wurde und bis zu dieser Zeit aktiviert ist, zugeführt wird, entzündet sich der Haupteinspritzkraftstoff sofort. Typischer Weise entzündet sich der Haupteinspritzkraftstoff während des Wechsels von Zwischen druckeinspritzung zu Hochdruckeinspritzung, oder vor oder nach dem Wechsel. Wie bereits auf der Grundlage von Fig. 2 beschrieben, erreicht der Kraftstoffnebel, der durch die Zwischendruckhaupteinspritzung gebildet wird, einen Bereich, der von dem Kraftstoffnebel und den Flammen, die durch die Nieder druckhilfseinspritzung gebildet werden, radial nach außen geht, und verbrennt korrekt unter Verbrauch der Luft, die in diesem Bereich übrig geblieben ist. Gemäß der vorliegenden Ausfüh rungsform variiert darüber hinaus der Einspitzdruck in der Zwischendruckhaupteinspritzung abhängig von dem Motorbetriebs zustand unter Bezugnahme auf die MP-Abbildungstabelle, wodurch eine korrekte Verbrennungsgeschwindigkeit des Haupteinspritz kraftstoffes im Anfangsverbrennungsstadium hergestellt wird.

Durch das Durchführen der Zwischendruckeinspritzung im Anfangsstadium der Haupteinspritzung im Anschluss an die Niederdruckhilfseinspritzung, wie durch eine durchgezogene Linie in der Fig. 6 und der Fig. 8 angezeigt, steigt die Kraft stoffeinspritzmenge im Anfangsstadium der Haupteinspritzung ver glichen mit dem Fall, bei dem die Niederdruckeinspritzung im Anfangsstadium der Haupteinspritzung vorgenommen wird (wie durch die gestrichelte Linie in der Fig. 8 angezeigt). Da die Kraftstoffmenge, die in dem verbleibenden Zeitraum der Hauptein spritzung einzuspritzen ist, sich um die Menge verringert, die der Zunahme der Einspritzmenge im Anfangsstadium entspricht, verkürzt sich der Zeitraum für die gesamte Haupteinspritzung. Daher endet die Kraftstoffeinspritzung früh und die Kraftstoff ersparnis wird verbessert. Zusätzlich wird, anders als für den Fall, in dem die Hochdruckeinspritzung sofort im Anfangsstadium der Haupteinspritzung gestartet wird, vermieden, dass über schüssiger Kraftstoff vor der Zündung zugeführt wird, wodurch sich das Motorgeräusch und die NOx-Emission verringern. Da die Zwischendruckeinspritzung zwischen Hilfseinspritzung und Haupt einspritzung nur durch Öffnen/Schließen des Wahlventils 5 zur Einspritzratenumschaltung vorgenommen werden kann, ist es nicht erforderlich, dass die Vorrichtung eine besonders komplizierte Struktur hat.

Wenn der Zwischendruckeinspritzzeitraum ΔTM seit der Hauptkraftstoffstartzeit t5 verstrichen ist, so dass die Wahlventilansteuersignal-Einschaltzeit t6 erreicht ist, wird das Wahlventil 5 zur Einspritzratenumschaltung geöffnet, während das Ein/Aus-Schaltventil 7 zur Einspritzzeitsteuerung geöffnet ist (Schritt S6). Folglich wird Hochdruckkraftstoff von dem Hoch druckspeicher 3 durch den Kraftstoffdurchgang 10a zu der Kraft stoffkammer 12 zugeführt, um von dem Injektor 9 eingespritzt zu werden (Fig. 6 und 8). Somit wird die Kraftstoffeinspritzung (Hochdruckhaupteinspritzung) bei einer höheren Kraftstoffein spritzrate als die für die Zwischendruckeinspritzung durchge führt. Wie bereits auf der Grundlage von Fig. 3 beschrieben, breitet sich der Kraftstoff, der durch die Hochdruckeinspritzung eingespritzt wird, korrekt in dem Zylinder aus, unter Einbeziehung von umgebender Luft und Kraftstoffnebel, insbe sondere von Verbrennungsrückständen wie Ruß, die durch die Hilfseinspritzung und Zwischendruckhaupteinspritzung gebildet wurden, wodurch die Verbrennung in dem Zylinder aktiviert wird und zu einer korrekten Verbrennung und einer Verminderung von schwarzem Rauch beigetragen wird.

Wenn der Haupteinspritzzeitraum ΔTMH seit der Hauptein spritzstartzeit t5 verstrichen ist, so dass die Kraftstoffein spritzendzeit t7 erreicht ist, wird das Injektoransteuersignal abgeschaltet und das Ein/Aus-Schaltventil 7 für die Einspritz zeitsteuerung wird geschlossen (Schritt S7). Folglich wird die Summe der Kraft durch den Hochdruckkraftstoff in der Steuer kammer 11, die auf den Hydraulikkolben 14 wirkt, und der Kraft durch die Feder, die auf das Nadelventil wirkt, größer als die Kraft durch den Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 12, die auf das Nadelventil 13 wirkt. Als Ergebnis wird das Düsenloch mit dem Nadelventil 13 geschlossen, und die Haupteinspritzung ist beendet.

Unterdessen vermindert sich durch die Öffnung 16, die so ausgelegt ist, dass sie einen relativ großen Strömungsquer schnitt besitzt, die Kraftstoffeinspritzrate schnell bei der Kraftstoffeinspritzendzeit t7, was zur Verringerung von schwar zem Rauch und aus Partikel bestehenden Substanzen beiträgt, die von dem Motor ausgestoßen werden.

Dann wird das Wahlventil 5 zur Einspritzratenumschaltung zu dem Zeitpunkt t8 geschlossen, zu dem ein vorherbestimmter Zeitraum seit der Kraftstoffeinspritzendzeit t7 verstrichen ist (Schritt S8). Alternativ dazu kann das Wahlventil 5 zu dem Zeitpunkt von t7 geschlossen werden.

Zu und nach dem Zeitpunkt t8, zu dem das Wahlventil 5 geschlossen wird, fließt ein beachtlicher Teil des Hochdruck kraftstoffs in dem Kraftstoffdurchgang 10a an der stromab wärtigen Seite des Absperrventils 32 durch den Bypass- Kraftstoffdurchgang, der mit der Öffnung 6a ausgerüstet ist, in den Niederdruckspeicher 4, wo er zur Niederdruckkraftstoff bildung verwendet wird. Der Rest des Hochdruckkraftstoffes fließt in die Steuerkammer 11 oder läuft aus der Gegend um die Steuerkammer 11 herum aus in Richtung des Kraftstofftanks 17. Folglich erniedrigen sich der Kraftstoffdruck in dem stromab wärtigen Abschnitt des Kraftstoffdurchgangs 10a und der Injektoreingangsdruck auf einen niederen Druck mit Ablauf der Zeit, bis die Hilfskraftstoffeinspritzung im nächsten Kraft stoffeinspritzzyklus beginnt, wie in der Fig. 6 gezeigt ist.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausfüh rungsform beschränkt und kann verschieden modifiziert werden.

Zum Beispiel wird in der Ausführungsform die Zwischen druckeinspritzung immer im Anfangsstadium der Haupteinspritzung durchgeführt, die der Niederdruckhilfseinspritzung in jedem Kraftstoffeinspritzzyklus folgt, wie durch eine durchgezogene Linie in der Fig. 8 angezeigt wird. Es ist jedoch nicht zwangsläufig erforderlich, immer die Kombination aus Nieder druckhilfseinspritzung, Zwischendruckhaupteinspritzung und Hoch druckhaupteinspritzung in jedem Kraftstoffeinspritzzyklus durch zuführen. Alternativ dazu kann es möglich sein, je nach Motorbetriebszustand, eine Kombination aus Niederdruckhilfsein spritzung, Zwischendruckhaupteinspritzung und Hochdruckhauptein spritzung, wie durch eine durchgezogene Linie in der Fig. 8 angezeigt ist, oder eine Kombination aus der Niederdruck hilfseinspritzung, Niederdruckhaupteinspritzung und Hochdruck haupteinspritzung, wie durch eine gestrichelte Linie in der Fig. 8 angezeigt ist, selektiv durchzuführen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Druckspeicher-Kraftstoff einspritzvorrichtung, die folgendes umfasst:
einen ersten Druckspeicher (3) zum Speichern von Hochdruck kraftstoff, der durch eine Pumpe (1) mit Druck beaufschlagt wird;
eine Kraftstoffeinspritzdüse (9), die mit dem ersten Druck speicher (3) durch einen Kraftstoffdurchgang (10a) verbunden ist, zum Einspritzen des Kraftstoffes in eine Verbrennungskammer eines Motors;
ein Steuerventil (5) zum Steuern des Ablassens des Hoch druckkraftstoffes in dem ersten Druckspeicher (3) in Richtung einer stromabwärtigen Seite des Kraftstoffdurchgangs (10a);
einen zweiten Druckspeicher (4), der mit dem Kraftstoff durchgang (10a) an einer stromabwärtigen Seite des Steuerventils (5) durch einen Abzweigungsdurchgang (10b) verbunden ist, zum Speichern von Niederdruckkraftstoff mit einem Druck, der gerin ger ist als der Druck des Hochdruckkraftstoffes in dem ersten Druckspeicher (3); und
Kraftstoffsteuermittel (8) zum Öffnen des Steuerventils (5), gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Öffnen des Steuerventils (5) für eine kurze Zeit zwischen einer kurzen Hilfseinspritzung und einer Haupteinspritzung,
Öffnen des Steuerventils (5) im Verlauf der Haupteinsprit zung, und dann
Schließen des Steuerventils (5) in Übereinstimmung mit der Beendigung der Haupteinspritzung,
während die kurze Hilfseinspritzung und die Haupteinsprit zung in dieser Reihenfolge mit einem Abstand durch die Kraft stoffeinspritzdüse (9) ausgeführt werden.

2. Verfahren zum Betreiben einer Druckspeicher-Kraftstoff einspritzvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Öffnen des Steuerventils (5) für eine kurze Zeit zwischen der kurzen Hilfseinspritzung und der Hauptein spritzung einen Zwischendruck in dem Kraftstoffdurchgang (10a) an der stromabwärtigen Seite des Steuerventils (5) erzeugt, wobei der Zwischendruck höher ist als ein Druck des Nieder druckkraftstoffes in dem zweiten Druckspeicher (4) und niedriger ist als ein Druck des Hochdruckkraftstoffes in dem ersten Druck speicher (3).

3. Das Verfahren zum Betreiben einer Druckspeicher-Kraft stoffeinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 2, worin der Zwischen druck, der in dem Kraftstoffdurchgang (10a) an der stromabwärti gen Seite des Steuerventils (5) erzeugt wird, einen Wert auf weist näher an dem Druck des Niederdruckkraftstoffes in dem zweiten Druckspeicher (4) in einem Motorbetriebsbereich mit geringerer Motordrehzahl und mit geringerer Last, und näher an dem Druck des Hochdruckkraftstoffes in dem ersten Druckspeicher (3) in einem Motorbetriebsbereich mit höherer Motordrehzahl und mit höherer Last.