DE69505741T2

DE69505741T2 - Kraftstoffeinspritzungssystem mit Druckspeicher

Info

Publication number: DE69505741T2
Application number: DE69505741T
Authority: DE
Inventors: Akio Yokohama-Shi Kanagawa 236 Ishida
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2015-07-08
Also published as: CN1127842A; KR100196260B1; EP0691471B1; DE69505741D1; JPH0821332A; CN1061412C; JP2885076B2; US5622152A; EP0691471A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Kraftstoffeinspritzsysteme mit Druckspeicher (oder gemeinsamem Kraftstoff-Verteilerrohr), bei denen in einem Druckspeicher (oder einem gemeinsamem Kraftstoff-Verteilerrohr) gelagerter Kraftstoff unter hohem Druck zu vorbestimmten Einspritzzeitpunkten in Zylinder eingespritzt wird.

Beschreibung des Stands der Technik

Bei derartigen Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystemen wird Kraftstoff von einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einen Druckspeicher geleitet, um in diesem Druck zu speichern, und dann wird er durch Kraftstoffeinspritzventile zu durch eine elektronische Steuerung oder dergleichen vorbestimmten Einspritzzeitpunkten in Motorzylinder eingespritzt. Ein solches System ist bei großen Dieselmotoren für Schiffe von Bedeutung, und in jüngerer Zeit wurde es auf Dieselmotoren für kleine, schnelle Fahrzeuge (wie Busse und Lastwagen) angewandt.
Ein Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem ist, abweichend vom wohlbekannten stoßweise arbeitenden Kraftstoffeinspritzsystem, frei vom Nachteil einer Einspritzdruckverringerung bei niedriger Drehzahl, d. h., dass Einspritzung unter hohem Druck auch bei niedriger Drehzahl leicht realisiert werden kann. So weist es ausgeprägte Vorteile dahingehend auf, dass es eine Verringerung der Kraftstoffkosten, eine Zunahme des Abtriebsdrehmoments, Rußverringerung usw. ermöglicht.
Fig. 11 zeigt ein bekanntes Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem, wie es für reine Kraftstoffmotoren verwendet wurde.
In der Figur ist mit 10 eine Kraftstoffeinspritzventil-Anordnung bezeichnet. Diese Kraftstoffeinspritzventil-Anordnung 10 verfügt über eine Düse 16 mit einer Reihe von Kraftstoffeinspritzöffnungen 12 am Ende sowie einem Kraftstoffpool, der den Öffnungen 12 zugeführten Kraftstoff speichert.
In die Düse 16 ist ein Nadelventil 18 gleitend verschiebbar eingesetzt, um die Verbindung zwischen dem Kraftstoffpool 14 und der Kraftstoffeinspritzöffnung 12 zu steuern. Das Nadelventil 18 wird immer durch eine Feder 24 über eine in einem Düsenhalter 20 untergebrachte Schubstange 22 in Schließrichtung vorbelastet. Im Düsenhalter 20 ist eine Kraftstoffkammer 26 ausgebildet. In die Kraftstoffkammer 26 ist gleitend verschiebbar ein Druckausübungskolben 28 eingesetzt, der koaxial zum Nadelventil 18 und zur Schubstange 22 liegt.
Die Kraftstoffkammer 26 ist über ein Wegeventil 30 und einen dazu parallelen Auslass 32 mit einer ersten Auslassleitung b eines elektromagnetischen Dreiwegeventils 34 verbunden. Das Magnetventil 34 verfügt über eine Einlassleitung a, die mit einem Druckspeicher 6 und einer zweiten, mit einem Kraftstofftank 38 verbundenen Auslassleitung c in Verbindung steht. Die erste Auslassleitung b wird über einen durch ein elektromagnetisches Stellglied 40 betriebenen Ventilkörper 42 wahlweise mit der Einlassleitung a oder der zweiten Auslassleitung c verbunden. Wenn das elektromagnetische Stellglied 40 deaktiviert ist, steht die Einlassleitung a mit der ersten Auslassleitung b in Verbindung. Wenn das Stellglied 40 aktiviert ist, steht die erste Auslassleitung b in Ver bindung mit der zweiten Auslassleitung c. Im Düsenhalter 20 und der Düse 16 ist eine Kraftstoffleitung 44 vorhanden, die den Kraftstoffpool 14 mit dem Druckspeicher 36 verbindet.
Dem Druckspeicher 36 wird durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 46 Kraftstoff unter einem vorab entsprechend dem Motorbetriebszustand bestimmten hohen Druck zugeführt. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 46 verfügt über einen Plunger 50, der hin- und hergehend durch einen Exzenterring oder Nocken 48 angetrieben wird, der seinerseits in gekoppelter Beziehung zur Motorkurbelwelle angetrieben wird. Vom Kraftstofftank 38 zur Pumpenkammer 54 in der Pumpe 46 gelieferte Kraftstoff wird durch den Plunger 50 unter Druck gesetzt, um durch ein (Ubi-)Unidirektionalventil 56 zum Druckspeicher 36 herausgepumpt zu werden.
Zwischen einer auslassseitigen Leitung 58, die von der Pumpenkammer 54 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wegführt, und einer abpumpseitigen Leitung 60, die zur Speisepumpe 52 führt, ist ein Überströmventil vorhanden, das durch ein elektromagnetisches Stellglied 62 öffnend und schließend betrieben wird. Das elektromagnetische Stellglied 62 und das elektromagnetische Stellglied 40 des elektromagnetischen Dreiwegeventils 34 werden durch eine Steuerung 66 gesteuert.
Die Steuerung 66 steuert die elektromagnetischen Stellglieder 40 und 62 entsprechend Ausgangssignalen einer Zylindererkennungseinrichtung 68 zum Erkennen der einzelnen Zylinder eines Mehrzylindermotors; eines Motorlastsensors 72 und eines Kraftstoffdrucksensors 74 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks im Druckspeicher 36, wie auch entsprechend, falls erforderlich, erfasster Hilfsinformation 76 oder vorbestimmter Eingangssignale, die die Atmosphärentemperatur und den Druck, die Kraftstofftemperatur usw., wodurch der Motorbetriebszustand beeinflusst wird, repräsentieren.
Kurz gesagt, arbeitet das Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem mit dem oben beschriebenen Aufbau wie folgt.
Der Plunger 50 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 46 wird durch den Exzenterring oder den Nocken, der in gekoppelter Beziehung mit der Motorkurbelwelle angetrieben wird, seinerseits angetrieben, und der Pumpenkammer 54 durch die Speisepumpe 52 zugeführter Kraftstoff niedrigen Drucks wird unter hohen Druck gesetzt, um dem Druckspeicher 36 zugeführt zu werden.
Entsprechend dem Motorbetriebszustand liefert die Steuerung 56 ein ansteuerndes Ausgangssignal an das elektromagnetische Stellglied 62 für öffnenden und schließenden Betrieb des Überströmventils 64. So stellt das Überströmventil 64 einen vorbestimmten Druck (z. B. 20 bis 120 MPa) als Kraftstoffdruck im Druckspeicher 36 ein.
Indessen wird ein den Kraftstoffdruck im Druckspeicher 36 repräsentierendes Erfassungssignal vom Sensor 74 an die Steuerung 66 zurückgeführt.
Der Kraftstoff hohen Drucks im Druckspeicher 36 wird über die Kraftstoffleitung 44 des Kraftstoffeinspritzventils 10 zum Kraftstoffpool 14 geliefert, um das Nadelventil 18 nach oben, d. h. in öffnender Richtung, zu drücken. Indessen wird, wenn das Kraftstoffeinspritzventil 10 nicht arbeiten soll, das elektromagnetische Stellglied 40 für das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 in deaktiviertem Zustand gehalten, wodurch der Einlass a und der erste Auslass b miteinander verbunden sind. In diesem Zustand wird Kraftstoff hohen Drucks im Druckspeicher 36 über das Unidirektionalventil 30 und den Auslass 32 zur Kraftstoffkammer 26 geliefert.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Druckausübungskolben 28 in der Kraftstoffkammer 26 durch den Kraftstoffdruck in dieser Kammer 26 nach unten verschoben gehalten, und eine Ventilöffnungskraft, die die Summe der nach unten drückenden Kraft aufgrund des Kraftstoffdrucks sowie der Federkraft der Feder 24 ist, wird über die Schubstange 22 auf das Nadelventil 18 ausgeübt. So wird das Nadelventil 18 in seiner dargestellten geschlossenen Stellung gehalten, da die Fläche, über die der Kraftstoffdruck nach unten auf den Druckausübungskolben 28 wirkt, ausreichend groß im Vergleich zur Fläche eingestellt ist, auf die der Kraftstoffdruck nach unten auf das Nadelventil 18 wirkt, und ferner wirkt zusätzlich die nach unten zeigende Federkraft der Feder 24.
Wenn das elektromagnetischen Stellglied 40 durch das ansteuernde Ausgangssignal der Steuerung 66 aktiviert wird, wird die Verbindung zwischen der Einlassleitung a und der ersten Auslassleitung b gesperrt und statt dessen werden die erste Auslassleitung b und die zweite Auslassleitung c miteinander verbunden, wodurch die Kraftstoffkammer 26 über den Auslass 32 und die zweite Auslassleitung c mit dem Kraftstofftank 38 in Verbindung steht und den Kraftstoffdruck abbaut, der auf den Druckausübungskolben 28 wirkte. Der nach oben auf das Nadelventil 18 wirkende Kraftstoffdruck führt damit dazu, dass die Federkraft der Feder 24 überwunden wird, wodurch das Nadelventil 18 geöffnet wird, was das Einspritzen von Kraftstoff hohen Drucks aus dem Kraftstoffpool durch die Kraftstoffeinspritzöffnung 12 in den Zylinder bewirkt.
Nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, die entsprechend dem Motorbetriebszustand eingestellt wird, deaktiviert die Steuerung 66 das elektromagnetische Stellglied 40, woraufhin die Einlassleitung a und die erste Auslassleitung b des elektromagnetischen Dreiwegeventils 34 erneut miteinander in Verbindung stehen, was bewirkt, dass der Kraftstoffdruck im Druckspeicher 36 auf den Druckausübungskolben 28 wirkt. Im Ergebnis wird das Nadelventil 18 geschlossen, wodurch der Kraftstoffeinspritzvorgang beendet wird.
Nun wird der für die Motorfunktion optimale Kraftstoffeinspritzdruck im obigen Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem betrachtet.
(1) Bei niedriger Last beeinträchtigt der Einspritzvorgang unter hohem Druck den Kraftstoffverbrauch (d. h. die Kraftstoffverbrauchsrate). Dies bedeutet, dass es erforderlich ist, bei diesem Zustand für Einspritzen unter hohem Druck zu sorgen.
Bei hoher Last ist es erforderlich, für Einspritzen bei hohem Druck zu sorgen, um die Rußerzeugung herabzusetzen und die Teilchenbildung im Abgas zu verringern.
Wenn über den gesamten Bereich der Motorbetriebszustände das Einspritzen unter hohem Druck ausgeführt wird, führt dies aufgrund einer Zunahme der Anfangsverbrennung (d. h. einer vorläufigen Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs) zu erhöhten Motorgeräuschen.
Vom Standpunkt einer Unterdrückung von Motorgeräuschen aus wird der Kraftstoffeinspritzdruck wünschenswerterweise so niedrig wie möglich gemacht, und zwar in einem Ausmaß, das keine nachteiligen Auswirkungen auf den Abgaszustand und die Kraftstoffkosten hat, und der Kraftstoffeinspritzdruck im Leerlauf und bei niedriger Last des Motors beträgt zweckdienlicherweise ungefähr 20 bis 30 MPa.
Gemäß den obigen technischen Standpunkten bestehen beim in Fig. 11 dargestellten bekannten Druckspeicher-Kraftstoffein spritzsystem die folgenden Probleme.
A. Wenn Einspritzung unter hohem Druck bei niedriger Last schnell auf hohe Last geändert wird, wie dann, wenn ein Fahrzeug schnell beschleunigt wird, benötigt es eine bestimmte Zeit, bis der Druck im Druckspeicher den erforderlichen Druck erreicht. Aufgrund dieser Verzögerung bei der Reaktion des Druckanstiegs ist es unmöglich, eine große Kraftstoffmenge einzuspritzen, während Kraftstoffeinspritzung bei niedrigem Druck beibehalten wird, und es kann nicht die gewünschte Kraftstoffmenge eingespritzt werden, was bei Übergangsbetrieb, der schnelle Beschleunigung erfordert, zu einem Mangel an Motorabtriebsleistung führt.
Beim bekannten Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem, wie es in Fig. 14 dargestellt ist, muss im Leerlauf der Druck im gemeinsamen Kraftstoff-Verteilerrohr (d. h. der Druck im Druckspeicher) auf 20 MPa eingestellt werden, um Geräusche zu verringern und für gleichmäßige Drehung zu sorgen. Unter Motorbetriebsbedingungen niedriger Last muss der Druck auf 30 bis 40 MPa eingestellt werden, um eine Beeinträchtigung der Kraftstoffkosten zu verhindern. Ferner muss der Druck bei Motorbetriebsbedingungen unter hoher Last auf 80 bis 120 MPa eingestellt werden, um die Erzeugung von Ruß und Teilchenbildung zu verringern. Bei einem Aufbau, bei dem der Druck im gemeinsamen Kraftstoffverteilerrohr auf die obige Weise variiert wird, entsteht jedoch, wenn der Druck im Druckspeicher schnell von einem Einspritzvorgang bei niedrigem Druck (z. B. unter 20 MPa) bei niedriger Last auf einen Einspritzvorgang bei hohem Druck (z. B. unter 90 MPa) bei hoher Last erhöht wird, eine Verzögerung beim Anstieg des Drucks im gemeinsamen Kraftstoff-Verteilerrohr von 20 MPa auf 90 MPa, was bewirkt, dass die Kraftstoffeinspritzung im offenen Zustand des Nadelventils kleiner als die Einspritzung beim vorbestimmten Druck ist. Demgemäß wird die Motor abtriebsleistung während schneller Beschleunigung kleiner als die vorbestimmte Motorabtriebsleistung. Z. B. wird, wie es in Fig. 15 dargestellt ist, das momentane Motordrehmoment während einer Motorbeschleunigung stark kleiner als das Motordrehmoment bei einer herkömmlichen Reihen-Kraftstoffeinspritzpumpe.
Die Fig. 15(a) bis 15(c) zeigen die Beziehung zwischen dem Drehmoment der Motorkurbelwelle und der Motordrehzahl, wobei Fig. 15(a) die Beziehung zeigt, wie sie beim bekannten Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem erhalten wird, Fig. 15(b) die Beziehung zeigt, wie sie mit der wohlbekannten Reihen-Kraftstoffeinspritzpumpe erhalten wird, und Fig. 15(c) die Beziehung zeigt, wie sie mit einem später beschriebenen erfindungsgemäßen Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem erhalten wird.
B. Um den obigen Nachteil auszuschließen, kann die Ventilöffnungszeit des Kraftstoffeinspritzventils beim Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem verlängert werden, um die gewünschte Kraftstoffeinspritzung beizubehalten. In einem derartigen Fall nimmt jedoch die Kraftstoffeinspritzung bei Einspritzung unter niedrigem Druck zu, was zur Erzeugung von schwarzem Ruß und zu einer Beeinträchtigung der Teilchenbildung im Abgas führt.
C. In Verbindung mit den obigen Problemen A und B sind beim bekannten Kraftstoffeinspritzsystem mit gemeinsamem Kraftstoff-Verteilerrohr die momentanen Motordrehmomente bei mittleren und niedrigen Motordrehzahlen bei schneller Beschleunigung des Motors stark im Vergleich zum Fall bei der wohlbekannten Reihen-Kraftstoffeinspritzpumpe verringert, wenn angenommen wird, dass die maximale Motorabtriebsleistung gleich ist. Daher ist der Beschleunigungscharakter des Fahrzeugs stark beeinträchtigt.
Um dieses Problem zu überwinden, existiert ein als Erfindung vorgeschlagenes Kraftstoffeinspritzsystem, das in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 93936/1994 offenbart ist. In diesem System sind zwei gemeinsame Kraftstoff-Verteilerrohre (d. h. Druckspeicher), d. h. ein hochdruckseitiges und ein niederdruckseitiges System mit gemeinsamen Kraftstoff-Verteilerrohren, vorhanden, um zwischen den beiden abhängig vom Motorbetriebszustand umzuschalten.
Jedoch erfordert ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem mit einem hochdruckseitigen und einem niederdruckseitigen gemeinsamen Kraftstoff-Verteilerrohr zwei entsprechende, verschiedene, d. h. für hohen und niedrigen Druck vorgesehene, Kraftstoffeinspritzsysteme. Ein derartiges System hat komplizierte Konstruktion und erhöhte Größe, so dass seine Anbringung an einem Fahrzeugmotor auf Schwierigkeiten trifft.
Indessen wurden Dieselmotoren vorgeschlagen, bei denen die Kraftstoffzufuhr in einem Verbrennungszyklus für eine Vorabeinspritzung und eine reguläre Einspritzung bei einem Motorbetriebszustand wie einem solchen bei niedriger Drehzahl gesondert erfolgt, um Probleme mit Geräuschen zu meistern. Jedoch ist es in einem Zustand bei hoher Last und niedriger Drehzahl geeignet, die Vorabeinspritzung bei niedrigem Druck und die reguläre Einspritzung bei hohem Druck zuzulassen.
Ein Beispiel für ein Einspritzsystem, das eine Vorabeinspritzung bei niedrigem Druck und eine Haupteinspritzung bei hohem Druck ausführt, ist im Dokument DE-A-41 18 237 offenbart, von dem der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht. Dieses System umfasst einen Verstärkungskolben zum vorübergehenden Erhöhen des Drucks in einer Kraftstoffzuführleitung, die Kraftstoff zu einem Nadelventil für Kraftstoffeinspritzung liefert. Dieses System hat den Nachteil, dass die Verbindung zwischen dem Nadelventil, einer den Verstärkungskolben aufnehmenden Zylinderkammer und verschiedenen Steuerventilen dergestalt ist, dass der Abschaltzeitpunkt des Nadelventils schwierig zu steuern ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen, bei dem der Zeitpunkt und die Menge eingespritzten Kraftstoffs genau eingestellt werden können.
Diese Aufgabe ist durch das im Anspruch 1 dargelegte System gelöst. Die Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet. Die Ansprüche 13 bis 16 betreffen ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Systems.
Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion fließt beim Schalten des zweiten Wegeventils für die Kolbenbetätigung der unter Druck gesetzte Kraftstoff vom Druckspeicher unmittelbar in den Kraftstoffpool im Kraftstoffeinspritzventil, um das erste Wegeventil für die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung so zu schalten, dass der Druck zur Kraftstoffkammer für die Auf-zu-Steuerung des Nadelventils gesperrt ist und für eine Ableitung des unter Druck gesetzten Kraftstoff in der Kraftstoffkammer gesorgt wird, wodurch das Nadelventil öffnet, um für die Einspritzung von Kraftstoff unter niedrigem Druck im Kraftstoffpool, der nur durch den unter Druck gesetzten Kraftstoff im Druckspeicher unter Druck gesetzt wurde, in den Zylinder zu sorgen.
Anschließend wird der ölhydraulische Betriebsfluiddruck durch das zweite Wegeventil auf den Verstärkungskolben ausgeübt, um zur Verstärkungswirkung des Verstärkungskolbens zu führen, wodurch der unter Druck gesetzte Kraftstoff vom Druckspeicher durch die Wirkung des Verstärkungskolbens weiter unter Druck gesetzt wird, wodurch vorübergehend Kraftstoff unter hohem Druck erhalten wird, der in den Kraftstoffpool in Kraftstoffeinspritzventil gespeist wird. Dann wird, durch das Öffnen des Nadelventils, der Kraftstoff hohen Drucks durch die Wirkung des ersten Wegeventils entsprechend in den Zylinder eingespritzt. So ist es möglich, bei vorübergehenden Motorbetriebszuständen ein verbessertes Ansprechverhalten des Kraftstoffeinspritzdrucks zu erzielen.
Ferner führt die Steuerung einen solchen Steuerungsvorgang aus, dass sie im Anfangsstadium der Kraftstoffeinspritzung für Vorabkraftstoffeinspritzung bei niedrigem Druck unter einziger Druckausübung durch den unter Druck gesetzten Kraftstoff im Druckspeicher sorgt, während sie anschließend an die Vorabkraftstoffeinspritzung für die Hauptkraftstoffeinspritzung unter hohem Druck mit dem Kraftstoff hohen Drucks sorgt, der durch den Verstärkungskolben unter Druck gesetzt wurde.
Das Umschalten von Kraftstoffeinspritzung bei niedrigem Druck auf solche bei hohem Druck kann momentan dadurch erhalten werden, dass durch das zweite Wegeventile (d. h. das elektromagnetische Dreiwegeventil) für ein Umschalten des Verstärkungsvorgangs gesorgt wird, was durch ein vergleichsweise einfaches System erfolgt, das dadurch erhalten wird, dass zum herkömmlichen Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem der Verstärker mit dem Verstärkungskolben und das zweite Wegeventil (elektromagnetisches Dreiwegeventil) zum Umschalten des Verstärkungsvorgangs hinzugefügt werden. Z. B. erlaubt das erfindungsgemäße System ein momentanes Umschalten auf Kraftstoffeinspritzung unter hohem Druck, wenn ein vor übergehender Motorbetriebszustand vorliegt, der schnelle Beschleunigung erfordert. So ist es möglich, eine starke Verbesserung der Reaktion des Anstiegs des Kraftstoffeinspritzdrucks bei einem vorübergehenden Motorbetriebszustand zu erzielen.
So ist es möglich, eine Verringerung der Motorabtriebsleistung, die Erzeugung von schwarzem Ruß, eine Beeinträchtigung der Teilchenbildung im Abgas und andere Mängel zu vermeiden, wie sie sich andernfalls aus einer unzureichenden Zunahme des Kraftstoffeinspritzdrucks bei einem vorübergehenden Motorbetriebszustand bei schneller Beschleunigung eines Fahrzeugs ergeben würden.
Ferner können bei einer Kraftstoffeinspritzung, bei der Kraftstoff durch eine Vorabkraftstoffeinspritzung und eine Hauptkraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungszyklus zweimal eingespritzt wird, die Vorabkraftstoffeinspritzung, d. h. die Einspritzung bei niedrigem Druck, und die Hauptkraftstoffeinspritzung, d. h. die Einspritzung bei hohem Druck, unter Verwendung des Verstärkers nach Wunsch kombiniert werden. So ist es möglich, Betrieb bei hoher Abtriebsleistung zu erzielen, während Motorgeräusche unterdrückt sind.
Ferner kann der Kraftstoff auf der Seite des Druckspeichers bei niedrigem Druck vorliegen. Dies bedeutet, dass auf die Rohrleitungs-Verbindungsdichtungen niedriger Druck wirkt, d. h., dass die Belastung auf die Abdichtungselemente durch den Kraftstoffdruck gelindert werden kann, so dass es möglich ist, Kraftstofflecks zu beseitigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Wiedergabe eines Ausführungs beispiels eines erfindungsgemäßen Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems;
Fig. 2(a) bis 2(c) sind Ansichten zum Erläutern eines Kraftstoffeinspritzvorgangs, der mit dem alleinigen Druck eines Druckspeichers 36 erfolgt, wobei Fig. 2(a) den Zustand vor der Kraftstoffeinspritzung zeigt, Fig. 2(b) den Zustand bei Beginn der Kraftstoffeinspritzung zeigt und Fig. 2(c) den Zustand am Ende der Kraftstoffeinspritzung zeigt;
Fig. 3 zeigt Kurvenbilder betreffend den in den Fig. 2(a) bis 2(c) dargestellten Kraftstoffeinspritzmodus.
Fig. 4(a) bis 4(d) sind Ansichten zum Erläutern eines Kraftstoffeinspritzvorgangs unter Verwendung eines Verstärkers, wobei Fig. 4(a) den Zustand vor der Kraftstoffeinspritzung zeigt, Fig. 4(b) einen Zustand zeigt, in dem der Verstärkungsvorgang abläuft, Fig. 4(c) den Zustand bei Beginn der Kraftstoffeinspritzung zeigt und Fig. 4(d) den Zustand am Ende der Kraftstoffeinspritzung zeigt;
Fig. 5 zeigt Kurvenbilder betreffend den in den Fig. 4(a) bis 4(d) dargestellten Kraftstoffeinspritzmodus;
Fig. 6(a) bis 6(f) sind Ansichten zum Erläutern des Betriebs bei Vorabkraftstoffeinspritzung und bei Hauptkraftstoffeinspritzung mittels einer Kombination aus einem Druckspeicher und einem Verstärker, wobei Fig. 6(a) den Zustand vor der Kraftstoffeinspritzung zeigt, Fig. 6(b) den Zustand zu Beginn der Vorabkraftstoffeinspritzung zeigt, Fig. 6(c) den Zustand am Ende der Vorabkraftstoffeinspritzung zeigt; Fig. 6(d) einen Zustand zeigt, bei dem der Verstärkungsvorgang abläuft, Fig. 6(e) den Zustand bei Beginn der Hauptkraftstoffeinspritzung zeigt und Fig. 6(f) den Zustand am Ende der Kraftstoffeinspritzung zeigt;
Fig. 7 zeigt Kurvenbilder betreffend den in den Fig. 6(a) bis 6(f) dargestellten Kraftstoffeinspritzmodus;
Fig. 8(a) bis 8(f) sind Ansichten zum Erläutern des Betriebs bei Vorabkraftstoffeinspritzung und Hauptkraftstoffeinspritzung, die beide alleine durch den Druckspeicher erzielt werden, wobei Fig. 8(a) den Zustand vor der Kraftstoffeinspritzung zeigt, Fig. 8(b) den Zustand bei Beginn der Vorabkraftstoffeinspritzung zeigt, Fig. 8(c) den Zustand am Ende der Vorabkraftstoffeinspritzung zeigt, Fig. 8(d) den Zustand vor der Hauptkraftstoffeinspritzung zeigt, Fig. 8(e) einen Zustand zeigt, bei dem die Hauptkraftstoffeinspritzung abläuft, und Fig. 8(f) den Zustand am Ende der Haupteinspritzung zeigt;
Fig. 9 zeigt Kurvenbilder betreffend den in den Fig. 8(a) bis 8(f) dargestellten Kraftstoffeinspritzmodus;
Fig. 10 ist eine schematische Wiedergabe eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckspeicher- Kraftstoffeinspritzsystems;
Fig. 11 ist eine schematische Wiedergabe eines bekannten Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems;
Fig. 12 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzdruck (in MPa), dem Kraftstoffverbrauch be, der Graphitmenge R, der Teilchenbildung PM und HC zeigt, wenn der Motor bei Lastbedingungen bei niedriger und mittlerer Drehzahl betrieben wird;
Fig. 13 ist ein Kurvenbild, das den Kraftstoffeinspritzdruck (in MPa), den Kraftstoffverbrauch be, die Graphitmenge R, die Teilchenbildung PM und HC für den Fall zeigt, dass der Motor bei hoher Last betrieben wird;
Fig. 14 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen dem Druck im Druckspeicher (gemeinsames Kraftstoff-Verteilerrohr) und dem Drehmoment an der Motorkurbelwelle sowie der Motordrehzahl beim bekannten Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem zeigt; und
Fig. 15 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen dem Drehmoment an der Motorkurbelwelle und der Motordrehzahl zeigt, wobei die Kurve (a) die durch das bekannte Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem erhaltene Beziehung repräsentiert, die Kurve (b) die durch eine bekannte Kraftstoffeinspritzpumpe vom Reihentyp erzielte Beziehung repräsentiert und die Kurve (c) die mit dem erfindunsgemäßen Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem erzielte Beziehung repräsentiert; und
Fig. 16 zeigt Kurvenbilder betreffend einen Kraftstoffeinspritzmodus, in dem optimale Steuerung der Kraftstoffeinspritzrate für die Verbrennung erzielt werden kann, während Hauptkraftstoffeinspritzung im Anfangsstadium bei niedriger oder mittlerer Last durch Einstellung des Ventilöffnungszeitpunkts oder der Ventilöffnung eines elektromagnetischen Dreiwegeventils durch eine Steuerung unterdrückt wird.
In den Zeichnungen bezeichnet die Bezugszahl 10 ein Kraftstoffeinspritzventil, 12 eine Kraftstoffeinspritzöffnung, 14 einen Kraftstoffpool, 18 ein Nadelventil, 26 eine Kraftstoffkammer, 28 einen Druckausübungskolben, 34 ein elektromagnetisches Dreiwegeventil für das Kraftstoffeinspritzventil, 36 einen Druckspeicher (gemeinsames Kraftstoff-Verteilerrohr), 44 eine Kraftstoffzuführleitung, 46 eine Druckausübungspumpe, 100 einen Druckspeicher, 101 einen Verstärkungskolben, 101a einen Abschnitt des Verstärkungskolbens mit großem Durchmesser, 101b einen Abschnitt des Verstärkungskolbens mit kleinem Durchmesser, 105 ein elektromagnetisches Dreiwegeventil für den Verstärker, 109 eine Kraftstoffkammer kleinen Durchmessers, 126 eine Kraftstoffkammer mittleren Durchmessers, 125 eine Kraftstoffkammer großen Durchmessers, 108, 111, 112, 113, 119 Leitungen und 200 eine Steuerung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nun werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft im Einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Auslegung soll so erfolgen, dass, solange nichts anderes angegeben ist, die Größen, Materialien, Formen, Relativpositionen usw. von Teilen in den beschriebenen Ausführungsbeispielen ohne jede Absicht, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken, sondern als bloße Beispiele angegeben sind.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, bei einem Fahrzeugmotor angewandten Kraftstoffeinspritzsystems mit Druckspeicher (gemeinsamem Kraftstoff-Verteilerrohr) zeigt, und die Fig. 2(a) bis 9 sind Ansichten zur Erläuterung der Funktion sowie Kurvenbilder zum Kraftstoffeinspritzmodus betreffend dasselbe Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist mit 10 eine Kraftstoffeinspritzventil-Anordnung bezeichnet, mit 52 eine Kraftstoffpumpe, mit 46 eine Druckausübungspumpe, die dazu dient, den Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 62 unter Druck zu setzen, mit 36 ein Druckspeicher (gemeinsames Kraftstoff-Verteilerrohr) zum Speichern von von der Druckausübungspumpe 46 geliefertem Kraftstoff unter Druck, und mit 200 eine Steuerung.
Die Kraftstoffeinspritzventil-Anordnung 10 umfasst eine Düse 16 mit einer Reihe von Kraftstoffeinspritzöffnungen 12, die am Ende vorhanden sind, und einem Kraftstoffpool 14 zum Speichern von Kraftstoff, wie er jeder Kraftstoffeinspritzöffnung 12 zuzuführen ist.
In der Düse 16 ist eine Nadel 18 verschiebbar aufgenommen, die die Verbindung zwischen dem Kraftstoffpool 14 und jeder Kraftstoffeinspritzöffnung 12 steuert. Das Nadelventil 18 wird durch eine Feder 24 über eine im Düsenhalter 20 untergebrachte Schubstange 22 dauernd in der Schließrichtung vorgespannt. Im Düsenhalter 20 ist eine Kraftstoffkammer 26 ausgebildet. In die Kraftstoffkammer 26 ist ein Kolben 28 gleitend verschiebbar eingesetzt, der koaxial zum Nadelventil 18 und zur Schubstange 22 verläuft.
Die Kraftstoffkammer 26 steht über ein Unidirektionalventil 30 und einen dazu parallelen Auslass 32 mit einer ersten Ausleitung (Steuerleitung) eines elektromagnetischen Dreiwegeventils (d. h. eines gesteuerten Kraftstoffeinspritz-Steuerventils) 34 in Verbindung. Das Magnetventil 34 verfügt ferner über eine Einlassleitung a, die mit einem später zu beschreibenden Verstärker 100 in Verbindung steht, und eine zweite Auslassleitung c, die mit einem Kraftstofftank 38 in Verbindung steht. Die erste Auslassleitung b wird durch einen durch ein elektromagnetisches Stellglied 40 betriebenen Ventilkörper selektiv mit der Einlassleitung a oder der zweiten Auslassleitung c verbunden. Wenn das elektromagnetische Stellglied 40 deaktiviert wird, wird die Einlassleitung a mit der Auslassleitung b verbunden. Wenn das elektromagnetische Stellglied 40 aktiviert wird, wird die erste Auslassleitung b mit der zweiten Auslassleitung c verbunden. Im Düsenhalter 20 und der Düse 16 ist eine Kraftstoffleitung (d. h. Kraftstoffzuführleitung) 44 vorhanden, die den Kraftstoffpool 14 mit dem Verstärker 100 verbindet. Von der Druckausübungspumpe 46 wird Kraftstoff unter hohem Druck (z. B. 20 bis 40 MPa), der entsprechend dem Motorbetriebszustand vorbestimmt wird, dem Druckspeicher 36 zugeführt. Die Ausübungspumpe 46 umfasst einen Plunger 50, der hin- und hergehend durch einen Exzenterring oder Nocken 48 angetrieben wird, der seinerseits in gekoppelter Beziehung zur Motorkurbelwelle angetrieben wird. Kraftstoff unter niedrigem Druck, wie er von einem Kraftstofftank 38 durch eine Kraftstoffpumpe 52 in eine Pumpenkammer 54 der Pumpe 46 geliefert wird, wird durch den Plunger 50 unter Druck gesetzt, um durch ein Unidirektionalventil 56 in den Druckspeicher 36 gepumpt zu werden.
Zwischen einer auslassseitigen Leitung 58 der Pumpenkammer 54 der Druckausübungspumpe und einer abpumpseitigen Leitung 60 der Kraftstoffpumpe 52 ist ein Überströmventil 64 vorhanden, das entsprechend einem elektromagnetischen Stellglied 62 auf und zu gesteuert wird.
Das elektromagnetische Stellglied 62, das elektromagnetische Stellglied 40 für das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 sowie ein Stellglied 114 für den später zu beschreibenden Verstärker 100 werden durch die Steuerung 200 gesteuert.
Die Steuerung 200 steuert die elektromagnetischen Stellglieder 40 und 62 sowie das Verstärkerstellglied 114 entsprechend Ausgangssignalen einer Zylindererkennungseinrichtung 68 zum Erkennen der einzelnen Zylinder eines Mehrzylindermotors, eines Motordrehzahl/Kurbelwellenwinkel-Detektors 70, eines Motorlastdetektors 72 und eines Kraftstoffdrucksensors 74 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks im Druckspeicher 36, wie auch, falls erforderlich, entsprechend erfasster Hilfsinformation 76 und vorbestimmter Signale die die Atmosphärentemperatur und den Druck, die Kraftstofftemperatur usw., die den Motorbetriebszustand beeinflussen, repräsentieren.
Mit 100 ist der Verstärker bezeichnet, mit 105 ein elektromagnetisches Dreiwegeventil (d. h. ein zweites Wegeventil für den Kolbenbetrieb) für den Verstärker 100, und mit 114 ein elektromagnetisches Stellglied zum Steuern des elektromagnetischen Dreiwegeventils 105.
Der Verstärker 100 umfasst einen Verstärkungskolben 101 mit einem Kolben 101a großen Durchmessers und einem Kolben 101b kleinen Durchmessers mit kleinerem Durchmesser, einen Zylinder 106 großen Durchmessers, in den der Kolben 101a großen Durchmessers eingesetzt ist, einen Zylinder 107 kleinen Durchmessers, in den der Kolben 101b kleinen Durchmessers eingesetzt ist, eine Rückstellfeder 104 auf der Seite des großen Durchmessers sowie eine Rückstellfeder 103 auf der Seite des kleinen Durchmessers. Die Kolben 101a und 101b mit großem bzw. kleinem Durchmesser können gesonderte Teile sein, was zur Herstellung geschickter ist.
Mit 110 ist eine Auslassleitung (d. h. Kraftstoffzuführleitung) des Druckspeichers 36 bezeichnet. Diese Auslassleitung 110 verzweigt in drei Leitungen, nämlich eine Leitung (zweite Leitung) 111, die zu einer ersten Öffnung 105a des elektromagnetischen Dreiwegeventils 105 für den Verstärker führt, eine Leitung (erste Leitung) 108, die mit einer Kraftstoffkammer großen Durchmessers (einer von Teilkammern) 125 in Verbindung steht, die vom Kolben 101a großen Durchmessers des Verstärkungskolbens belegt ist, und eine Leitung (Kraftstoffzuführleitung) 119, die mit einer Kraftstoffkammer kleinen Durchmessers (d. h. der ersten Zylinderkammer) 109 in Verbindung steht, die vom Kolben 101b kleinen Durchmessers belegt ist.
Mit 112 ist eine Leitung bezeichnet, die eine zweite Öffnung 105b des elektromagnetischen Dreiwegeventils 105 mit einer mittleren Kraftstoffkammer (die andere der Teilkammern) 104 verbindet, die durch die Rückseite des Kolbens 101a großen Durchmessers belegt ist. Mit 113 ist eine Auslassleitung bezeichnet, die eine dritte Öffnung 103e des elektromagnetischen Dreiwegeventils 105 mit dem Kraftstofftank 38 verbindet. Wenn ein Ölhydraulikkreis zum Zuführen von ölhydraulischem Betriebsfluiddruck zum Verstärker 100 unabhängig vom Kraftstoff hohen Drucks im Druckspeicher 36 vorhanden ist, ist es erforderlich, einen Betriebsfluidbehälter und eine Druckausübungspumpe gesondert anzubringen.
Eine Öffnung 121 der Leitung 119 zur kleinen Kraftstoffkammer 109 liegt an einer solchen Position, dass sie durch die Stirnfläche 122 des Kolbens 101b kleinen Durchmessers geöffnet und geschlossen werden kann. Im Fall eines Mehrzylindermotors, gemäß diesem Ausführungsbeispiel, sind für jeden Zylinder ein Verstärker 100 und ein Kraftstoffeinspritzventil 10 vorhanden, während der Druckspeicher 36 für alle Zylinder gemeinsam liegt und über eine Auslassleitung 10 für jeden Zylinder zu jedem Verstärker 100 angeschlossen ist.
Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels eines Druckspeicher- Kraftstoffeinspritzsystems wird nun beschrieben.
Als erstes wird, wenn der Plunger 50 der Druckausübungspumpe 46 durch den Exzenterring oder Nocken 48, der in gekoppelter Beziehung zur Motorkurbelwelle angetrieben wird, seinerseits angetrieben wird, wird bei niedrigem Druck zugeführter Kraftstoff, wie der Pumpenkammer 54 durch die Speisepumpe 52 zugeführt, auf einen vorbestimmten hohen Druck unter Druck gesetzt, bevor er dem Druckspeicher 36 zugeführt wird.
Abhängig vom Motorbetriebszustand gibt die Steuerung 200 ein ansteuerndes Ausgangssignal an das elektromagnetische Stellglied 62 aus, um das Überströmventil 64 öffnend oder schlie ßend zu betreiben, das so den Kraftstoffdruck im Druckspeicher 36 auf einen vorbestimmten hohen Druck (z. B. 20 bis 40 MPa) einstellt. Indessen wird ein den Kraftstoffdruck im Druckspeicher 36 repräsentierendes Erfassungssignal vom Sensor 74 an die Steuerung 200 zurückgeführt.
Wenn der Verstärkungskolben 101 nicht wirkt (d. h., wenn er sich in seiner linken Endstellung befindet), wird der im Druckspeicher 36 unter Druck gesetzte Kraftstoff durch die Kraftstoffleitung 119 und die Kraftstoffkammer 109 kleinen Durchmessers zum Kraftstoffeinspritzventil 10 und dann durch die Kraftstoffleitung 44 zum Kraftstoffpool 14 geleitet, um das Nadelventil 18 nach oben, d. h. in öffnender Richtung, zu drücken. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 10 nicht wirkt, wird das elektromagnetische Stellglied 40 für das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 deaktiviert gehalten. In diesem Zustand stehen die Einlasskraftstoffleitung a und die erste Auslasskraftstoffleitung b in Verbindung miteinander, und Kraftstoff unter hohem Druck im Druckspeicher 36 wird durch das Unidirektionalventil 30 und den Auslass 32 zur Kraftstoffkammer 26 geleitet.
In diesem Zustand wird der Kolben 28 in der Kraftstoffkammer 26 durch den Kraftstoffdruck in der Kammer 26 im nach oben gedrückten Zustand gehalten, und über die Schubstange 22 wirkt eine Ventilschließkraft, die die Summe aus der auf dem Kraftstoffdruck beruhenden, nach unten drückenden Kraft und der Federkraft der Feder 24 ist, auf das Nadelventil 18. So wird das Nadelventil 18 in der dargestellten geschlossenen Stellung gehalten. Dies, da die Fläche, über die der nach unten auf den Kolben 28 wirkende Kraftstoffdruck aufgenommen wird, ausreichend groß im Vergleich zur Fläche eingestellt ist, über die der nach oben auf das Nadelventil 18 wirkende Kraftstoffdruck aufgenommen wird, wobei zusätzlich die nach unten gerichtete Federkraft der Feder 24 wirkt.
Wenn das elektromagnetische Stellglied 40 anschließend durch das ansteuernde Ausgangssignal der Steuerung 200 aktiviert wird, wird die Verbindung zwischen der Einlasskraftstoffleitung a und der ersten Auslasskraftstoffleitung b gesperrt, und statt dessen werden die erste und die zweite Auslasskraftstoffleitung b und c miteinander verbunden. Im Ergebnis wird die Kraftstoffkammer 26 über den Auslass 32 und die zweite Auslasskraftstoffleitung c mit dem Kraftstofftank 38 verbunden, um so den Kraftstoffdruck wegzunehmen, der auf den Kolben 28 wirkte. So überwindet die Federkraft der Feder 24 den nach oben gerichteten, auf das Nadelventil 18 wirken den Kraftstoffdruck, um so das Nadelventil 18 zu öffnen, was dafür sorgt, dass Kraftstoff unter hohem Druck im Kraftstoffpool 14 durch die Kraftstoff-Einspritzöffnung 12 in den Zylinder eingespritzt wird.
Nach einer vorbestimmten Zeitspanne, die entsprechend dem Motorbetriebszustand bestimmt wird, deaktiviert die Steuerung 200 das elektromagnetische Stellglied 40, um die Einlass- und die erste Auslasskraftstoffleitung a und b des elektromagnetischen Dreiwegeventils 34 miteinander zu verbinden, um so den Kraftstoffdruck im Druckspeicher 36 auf den Kolben 28 zu geben. Im Ergebnis schließt das Nadelventil 18, wodurch der Kraftstoff-Einspritzvorgang zu seinem Ende gebracht wird.
Nun wird die Funktion des Kraftstoffeinspritzsystems unter Verwendung des Verstärkers 100 und des Druckspeichers 36 in Kombination unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) bis 6(f) beschrieben.
Gemäß der folgenden Beschreibung werden das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 für das Kraftstoffeinspritzventil sowie dasjenige 105 für den Verstärker durch Steuersignale ge schaltet, wie sie von der Steuerung 200 an die Stellglieder 40 und 114 für die jeweiligen Magnetventile geliefert werden.

(1) Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage nur des Drucks im Druckspeicher (Fig. 2(a) bis 2(c))

In diesem Modus werden die Kraftstoffleitungen 111 und 112 durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 miteinander in Verbindung gehalten.
Der unter Druck stehende Kraftstoff im Druckspeicher 36 wird so in alle Kraftstoffkammern 125, 126 und 109 mit großem, mittlerem und kleinem Durchmesser im Verstärker 100 eingeleitet und der Verstärkungskolben 101 wird in der linken Endstellung in Fig. 1 unwirksam gehalten.

(a) Zustand vor einer Kraftstoffeinspritzung (Fig. 2(a))

In diesem Zustand werden die Kraftstoffleitungen a und b durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 in Verbindung miteinander gehalten. So wird Kraftstoff unter Druck von der Kraftstoffkammer 109 kleinen Durchmessers im Verstärker 100 durch das Magnetventil 34, den Auslass 32 und das Unidirektionalventil 30 in die Kraftstoffkammer 36 im Kraftstoffeinspritzventil geführt, um den Kolben 28 gegen das Nadelventil 18 zu drücken. So wird das Nadelventil 18 nicht geöffnet.

(b) Zustand zu Beginn einer Kraftstoffeinspritzung (Fig. 2(b))

Zu diesem Zustand kommt es, wenn die Kraftstoffleitungen b und c über das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 miteinander verbunden werden. So wird der Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 26 durch die Kraftstoffleitung c zum Kraftstoff tank 38 ausgelassen, um den Kraftstoffdruck wegzunehmen, der auf den Kolben 28 wirkte.
Indessen wird Kraftstoff unter Druck zur Kraftstoffkammer 109 kleinen Durchmessers des Verstärkers 100 geführt und dann durch die Kraftstoffleitung 144 in den Kraftstoffpool 14 eingespeist, um so das Nadelventil 18 nach oben zu drücken, um für Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzöffnung 12 in den Zylinder zu sorgen.

(c) Zustand am Ende einer Kraftstoffeinspritzung (Fig. 2(c))

Zu diesem Zustand kommt es, wenn die Kraftstoffleitungen a und b über das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 miteinander verbunden werden. So wird Kraftstoff unter Druck in die Kraftstoffkammer 26 eingeleitet, um auf den Kolben 28 zu wirken und dadurch das Nadelventil 18 zu schließen, wodurch sich derselbe Zustand wie vor der Kraftstoffeinspritzung ergibt, wie in Fig. 2(a) dargestellt.
Die Kurvenbilder in Fig. 3 veranschaulichen die folgenden Kraftstoffeinspritzmodi:
(1) wie in den Fig. 2(a) bis 2(c) dargestellt;
(2) Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage alleine des Verstärkers 100 (Fig. 4(a) bis 4(d)).

(a) Zustand vor einer Kraftstoffeinspritzung (Fig. 4(a))

In diesem Zustand werden die Kraftstoffleitungen 111 und 112 über das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 miteinander in Verbindung gehalten. D. h., dass sich das Magnetventil 105 zu diesem Zeitpunkt im selben Zustand wie im obigen Modus (1) befindet, und so wird der Verstärkungskolben 101 unwirksam gehalten.
Auch werden die Kraftstoffleitungen a und b über das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 in Verbindung miteinander gehalten; d. h., dass sich das Magnetventil 34 im selben Zustand wie dem Zustand (a) im Modus (1) befindet und so das Nadelventil 18 durch den Kolben 28 gegen den Ventilsitz gedrückt wird und daher geschlossen ist.

(b) Zustand einer Verstärkung durch den Verstärker (Fig. 4(b))

Nun werden die Kraftstoffleitungen 112 und 113 über das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 miteinander verbunden, während die Kraftstoffleitungen a und b über das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 miteinander verbunden werden.
So wird Kraftstoff unter Druck aus dem Druckspeicher 36 durch die Kraftstoffleitungen 110 und 108 herausgeleitet, um in die Kraftstoffkammer 25 großen Durchmessers einzutreten und auf den Teil 101a des Verstärkungskolbens mit großem Durchmesser zu wirken.
Indessen wird Kraftstoff unter Druck in der Kraftstoffkammer 126 mittleren Durchmessers durch die Kraftstoffleitung 112, das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 und die Kraftstoffleitung 113 in den Tank 118 ausgelassen, und so wird der Verstärkungskolben 101 in der Richtung des Pfeils Z verschoben, um so die Kraftstoffleitung 119 mit der Stirnseite 101c des Teils 101b kleinen Durchmessers des Kolbens zu verschließen, um den Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 109 kleinen Durchmessers auf einen höheren Druck zu bringen.
Dieser Kraftstoff mit erhöhtem Druck wird durch die Kraftstoffleitung a, das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 und die Kraftstoffleitung b in die Kraftstoffkammer 26 geführt, um auf den Kolben 28 zu drücken, um so das Nadelventil 18 geschlossen zu halten.

(c) Zustand des Beginns der Kraftstoffeinspritzung (Fig. 4(c))

Zu diesem Zustand kommt es, wenn die Kraftstoffleitungen b und c über das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 miteinander in Verbindung gebracht werden, wobei das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 im selben Zustand wie dem obigen Zustand (b) gehalten wird. So wird Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 26 durch die Kraftstoffleitung b, das Magnetventil 34 und die Kraftstoffleitung c in den Tank 38 ausgelassen, und der auf dem Nadelventil 18 lastende Kraftstoffdruck wird abgebaut.
Da beim obigen Prozess (b) der Kraftstoff, der auf einen höheren Druck als dem hohen Druck des Kraftstoff im Druckspeicher 36 gebracht wurde, durch die Kraftstoffleitung 44 zum Kraftstoffpool 14 geleitet wird, drückt er das Nadelventil 18 nach oben und öffnet es, um für Einspritzung des unter den verstärkten Druck gesetzten Kraftstoffs durch die Kraftstoffeinspritzöffnung 12 in den Zylinder zu sorgen.

(d) Zustand nach dem Ende der Kraftstoffeinspritzung (Fig. 4(d))

Zu diesem Zustand kommt es, wenn die Kraftstoffleitungen a und b über das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 miteinander verbunden werden, wobei das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 im selben Zustand wie dem obigen Zustand (c) gehalten wird.
So wird Kraftstoff unter hohem Druck in der Kraftstoffkammer 109 kleinen Durchmessers in die Kraftstoffkammer 26 eingeleitet, um auf den Kolben 28 zu wirken. So wird das Nadel ventil 18 durch die Federkraft der Feder 24 geschlossen, was die Kraftstoffeinspritzung zu ihrem Ende bringt. Nach dem Ende der Kraftstoffeinspritzung schaltet die Steuerung 200 das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 um, um schnell den Zustand (a) wiederherzustellen, um für den nächsten Kraftstoffeinspritzzyklus bereit zu sein.
Die Kurvenbilder der Fig. 5 veranschaulichen den in den Fig. 4(a) bis 4(d) dargestellten Kraftstoffeinspritzmodus (2).
Geeigneterweise wird die Kraftstoffeinspritzung so gesteuert, dass für Motorbetrieb vom Leerlauf bis auf ein Drehmoment bei niedriger und mittlerer Last Kraftstoffeinspritzung alleine mit dem Druck im Druckspeicher 36 ausgeführt wird, wie in den Fig. 2(a) bis 2(c) und 3 dargestellt, und dass für Motorbetrieb mit Drehmoment bei mittlerer und hoher Last Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung des Verstärkers 100 ausgeführt wird, wie in den Fig. 4(a) bis 4(d) und 5 dargestellt.
Geeigneterweise wird der Druck im Druckspeicher 36 auf 20 bis 40 MPa, vorzugsweise 25 bis 30 MPa, eingestellt, und der Verstärkungsdruck des Verstärkers 100 wird auf ungefähr 70 bis 120 MPa, vorzugsweise 70 bis 80 MPa eingestellt.
Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzdruck (MPa), der Kraftstoff-Verbrauchsrate be, Ruß R, Teilchenbildung PM und HC, jeweils für Motorbetrieb bei 40% Last und 100%, ungefähr 80% und ungefähr 60% der maximalen Drehzahl (d. h. 2.700, 2.200 bzw. 1.600 U/Min.). Aus dem Kurvenbild ist erkennbar, dass dann, wenn der Motor bei einem Drehmoment bei niedriger und mittlerer Last und auch bei 60% der Drehzahl arbeitet, der Kraftstoffeinspritzdruck geeigneterweise auf 20 bis 40 MPa, vorzugsweise 25 bis 30 MPa, eingestellt wird, d. h., dass es zweckdienlich ist, den Druck im Druckspeicher 36 im oben angegebenen Druckbereich einzustellen.
Fig. 13 zeigt jeweils die Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzdruck (MPa), be, R, PM und HC, wenn der Motor bei 95% Last und 100%, ungefähr 80% bzw. ungefähr 60% der maximalen Drehzahl (d. h. 2.700, 2.200 bzw. 1.600 U/Min.) betrieben wird. Aus dem Kurvenbild ist es erkennbar, dass dann, wenn der Motor bei Drehmoment unter hoher Last und bei 60% der Drehzahl betrieben wird, der Kraftstoffeinspritzdruck geeigneterweise auf 70 MPa oder höher, speziell ungefähr 70 bis 120 MPa eingestellt wird. Wenn jedoch der Verstärkungsdruck übermäßig erhöht wird, nehmen Motorgeräusche proportional zu. Aus diesem Grund wird der Verstärkungsdruck geeigneterweise auf ungefähr 70 bis 120 MPa, vorzugsweise 70 bis 80 MPa eingestellt.
Ferner besteht bei diesem Ausführungsbeispiel, abweichend vom oben beschriebenen, in Fig. 11 dargestellten Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem, nicht das Erfordernis, den Druck im Druckspeicher (gemeinsames Kraftstoff-Verteilerrohr) stark zu erhöhen. So ist es selbst dann, wenn der Druck schnell von Niederdruck-Kraftstoffeinspritzung (mit einem Kraftstoffeinspritzdruck von 20 MPa) bei niedriger Last auf Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung (mit einem Kraftstoffeinspritzdruck von 90 MPa) bei hoher Last erhöht wird, möglich, den Kraftstoffeinspritzdruck schnell zu erhöhen, wie es durch die Kurve (c) in Fig. 15 dargestellt ist, und es besteht keine Möglichkeit mangelnder Motorausgangsleistung bei einem vorübergehenden Motorbetriebszustand, wenn das Fahrzeug schnell beschleunigt wird, hervorgerufen durch eine Verzögerung der Motordrehzahl.
Ferner kann, wie es in Fig. 16 dargestellt ist, die Steuerung 200 den Öffnungszeitpunkt und den Öffnungsgrad des elektromagnetischen Dreiwege-Steuerventils 105 durch eine Kombination der in den Fig. 3 und 5 dargestellten Kraftstoffeinspritzmodi steuern. In diesem Fall ist es möglich, den Kraftstoffeinspritzfaktor durch Steuerung des Anhebezeitpunkts des Nadelventils sich schwach ändernd auszubilden. Dies kann erfolgen, wenn es erwünscht ist, dass der Anfangsdruck bei der Hauptkraftstoffeinspritzung geringfügig höher als der Druck im Druckspeicher ist. Anders gesagt, kann bei niedriger oder mittlerer Last eine Steuerung auf einen optimalen Kraftstoffeinspritzfaktor für die Verbrennung erzielt werden, während der Anfangszustand der Hauptkraftstoffeinspritzung unterdrückt wird.
Nicht nur durch dieses Ausführungsbeispiel eines Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems, sondern auch durch ein universelles Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem werden Motorgeräusche im Vergleich zur bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe vom Reihentyp stark erhöht.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, erfolgt bei der Erfindung eine sogenannte Vorabkraftstoffeinspritzung, bei der das Nadelventil 18 leicht verstellt wird, vor der Hauptkraftstoffeinspritzung, wenn ein Motorbetriebszustand mit niedriger Drehzahl vorliegt, um Geräusche zu verringern. (In diesem Fall erfolgt die Kraftstoffeinspritzung doppelt, d. h. als Vorabkraftstoffeinspritzung und Hauptkraftstoffeinspritzung, innerhalb eines Verbrennungszyklus.)
Nun wird die Funktion des Ausführungsbeispiels beschrieben, wie sie erhalten wird, wenn die Vorabkraftstoffeinspritzung in Kombination erfolgt.

(3) Vorabkraftstoffeinspritzung mit dem Druck im Druckspeicher und Hauptkraftstoffeinspritzung mit dem Verstärker (Fig. 6(a) bis 6(d))

(a) Zustand vor der Kraftstoffeinspritzung (Fig. 6(a))

In diesem Zustand werden die Kraftstoffleitungen 111 und 112 durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 in Verbindung miteinander gehalten, und es werden auch die Kraftstoffleitungen a und b durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 in Verbindung miteinander gehalten.
Dieser Zustand ist derselbe wie derjenige vor der Kraftstoffeinspritzung in den oberen Modi (1) und (2).

(b) Zustand zu Beginn der Vorabkraftstoffeinspritzung (Fig. 6(b))

Das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 wird so umgeschaltet, dass es die Kraftstoffleitungen b und c miteinander verbindet, wobei die Kraftstoffleitungen 111 und 112 über das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 in Verbindung miteinander stehen, wie im obigen Zustand (a). Dieser Zustand stimmt mit dem Zustand (b) zu Beginn der Kraftstoffeinspritzung durch den Verstärker 36 im obigen Fall (1) überein, und Kraftstoff unter Druck aus dem Druckspeicher 36 wird durch die Kraftstoffkammer 109 kleinen Durchmessers im Verstärker 100, die Kraftstoffleitung 44 und den Kraftstoffpool 14 geleitet, um durch die Kraftstoffeinspritzöffnung 12 in den Zylinder gespritzt zu werden.

(c) Zustand am Ende der Vorabkraftstoffeinspritzung (Fig. 6(c))

Zu diesem Zeitpunkt sind, wie in den obigen Zuständen (a) und (b), die Kraftstoffleitungen 111 und 112 durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 miteinander in Verbindung gehalten. Zu diesem Zustand kommt es, wenn das elektromagne tische Dreiwegeventil 34 so umgeschaltet wird, dass es die Kraftstoffleitungen a und b miteinander verbindet.
Dieser Zustand ist derselbe wie der Zustand (c) im Modus (1), und so wird Kraftstoff unter Druck zu diesem Zeitpunkt in die Kraftstoffkammer 26 eingeleitet, um auf den Kolben 28 zu drücken, um das Nadelventil 18 zu schließen, um so die Vorabkraftstoffeinspritzung zum Ende zu bringen.

(d) Zustand der Verstärkung mit dem Verstärker (Fig. 6(d))

In diesem Zustand werden die Kraftstoffleitungen 112 und 113 durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 miteinander in Verbindung gehalten, während die Kraftstoffleitungen a und b durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 in Verbindung miteinander gehalten werden.
Dieser Zustand ist derselbe wie der Zustand (b) im Modus (1). So wird Kraftstoff, der durch den Verstärkungskolben 101 auf höheren Druck gebracht wurde, zum Kraftstoffpool 14 im Kraftstoffeinspritzventil geleitet, so dass das Nadelventil 18 gegen den Ventilsitz gedrückt wird und durch den Druckausübungskolben 26 geschlossen gehalten wird.

(e) Zustand zu Beginn der Hauptkraftstoffeinspritzung (Fig. 6(e))

Zu diesem Zeitpunkt sind die Kraftstoffleitungen 112 und 113 durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 miteinander verbunden, und die Kraftstoffleitungen b und c sind durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 miteinander verbunden.
Dieser Zustand ist derselbe wie der Zustand (c) im Modus (2), und Kraftstoff in der Kraftstoffkammer 26 im Kraft stoffeinspritzventil wird in den Tank 38 ausgelassen, um das Nadelventil 18 zu öffnen, woraufhin Kraftstoff, der durch den Verstärker 100 auf einen Druck über demjenigen des Hochdruck-Kraftstoffs im Druckspeicher 36 gebracht wurde, durch die Kraftstoffeinspritzöffnung 12 in den Zylinder eingespritzt wird.

(f) Zustand am Ende der Hauptkraftstoffeinspritzung (Fig. 6 (f))

Zu diesem Zustand kommt es, wenn das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 so umgeschaltet wird, dass es die Kraftstoffleitungen a und b miteinander verbindet, wobei das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 im selben Zustand wie im obigen Zustand (e) gehalten wird.
Dieser Zustand ist derselbe wie der Zustand (d) im Modus (2), und Kraftstoff mit erhöhtem Druck vom Verstärker 100 wird in die Kraftstoffkammer 26 im Kraftstoffeinspritzventil eingeleitet, um auf den Kolben 28 zu wirken, um so das Nadelventil 18 zu öffnen.
Die Kurvenbilder in Fig. 17 veranschaulichen den Kraftstoffeinspritzmodus gemäß einer Kombination der Vorabkraftstoffeinspritzung mittels des Druckspeichers 36 und der Hauptkraftstoffeinspritzung bei durch den Verstärker 100 verstärktem Druck wie zuvor in Verbindung mit den Fig. 6(a) bis 6(f) beschrieben.
Gemäß der Figur erfolgt vorab Kraftstoffeinspritzung mittels des Verstärkers 100 für eine Periode ab einem Punkt (b) bis zu einem Punkt (c), und die Hauptkraftstoffeinspritzung mit dem durch den Verstärker 100 verstärkten Druck erfolgt für eine Periode ab einem Punkt (e) bis (f).

(4) Vorabkraftstoffeinspritzung alleine auf Grundlage des Verstärkers, und Hauptkraftstoffeinspritzung (Fig. 8(a) bis 8(f))

In diesem Fall werden, ähnlich wie im obigen Fall (1), die Kraftstoffleitungen 111 und 112 durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 105 in Verbindung miteinander gehalten, um den Verstärker 100 unwirksam zu halten.

(a) Zustand vor der Kraftstoffeinspritzung (Fig. 8(a))

Dieser Zustand ist derselbe wie der Zustand (a) im Modus (1), wobei die Kraftstoffleitungen a und b durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 in Verbindung miteinander gehalten sind, so dass das Nadelventil 18 durch die Schubkraft des Kolbens 28 geschlossen gehalten wird.

(b) Zustand zu Beginn der Vorabkraftstoffeinspritzung (Fig. 8(b))

Dieser Zustand ist derselbe wie der Zustand (b) im Modus (1). Zu diesem Zustand kommt es, wenn die Kraftstoffleitungen b und c durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 miteinander verbunden werden. So wird der auf den Kolben 28 wirkende Kraftstoffdruck abgebaut, um das Nadelventil 18 zu öffnen, was Kraftstoffeinspritzung vom Druckspeicher 36 in den Zylinder hervorruft.

(c) Zustand am Ende der Vorabkraftstoffeinspritzung (Fig. 8(c))

Dieser Zustand ist derselbe wie der Zustand (c) im Modus (1). Zu diesem Zustand kommt es, wenn die Kraftstoffleitungen a und b durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 miteinander verbunden werden. Unter Druck stehender Kraft stoff vom Druckspeicher 36 wird so dazu gebracht, auf den Kolben 28 zu wirken, um das Nadelventil 18 zu öffnen.
Anschließend wird die Hauptkraftstoffeinspritzung auf Grundlage alleine des Druckspeichers 36 mit der unten beschriebenen Abfolge (d) auf (f) herbeigeführt. Diese Abfolge ist dieselbe wie bei der Vorabkraftstoffeinspritzung gemäß den obigen Punkten (a) bis (c).
In diesem Fall steuert die Steuerung 200 jedoch die eingespritzte Kraftstoffmenge und die Kraftstoffeinspritzperiode auf einen größeren bzw. längeren Wert als bei der Vorabkraftstoffeinspritzung.

(d) Zustand vor der Hauptkraftstoffeinspritzung (Fig. 8(d))

In diesem Zustand werden die Kraftstoffleitungen a und b durch das elektromagnetische Dreiwegeventil miteinander in Verbindung gehalten, um das Nadelventil 18 geschlossen zu halten.

(e) Zustand der Hauptkraftstoffeinspritzung (Fig. 8(e))

Zu diesem Zustand kommt es, wenn die Kraftstoffleitungen b und c durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 miteinander verbunden werden, um das Nadelventil 18 zu öffnen, um so für Kraftstoffeinspritzung aus dem Druckspeicher 36 zu sorgen.

(f) Zustand am Ende der Hauptkraftstoffeinspritzung (Fig. 8(f))

Zu diesem Zustand kommt es, wenn die Kraftstoffleitungen a und b durch das elektromagnetische Dreiwegeventil 34 miteinander verbunden werden, um das Nadelventil 18 zu schließen.
Die Kurvenbilder in Fig. 9 veranschaulichen den Kraftstoffeinspritzmodus gemäß einer Kombination aus der Vorabkraftstoffeinspritzung mit alleinigem Druck aus dem Druckspeicher sowie Hauptkraftstoffeinspritzung gemäß den oben beschriebenen Punkten (a) bis (f).
Die Steuerung 200 schaltet die oben beschriebenen Modi (1) bis (4) der Kraftstoffeinspritzung abhängig vom Motorbetriebszustand von einem Modus auf einen anderen.
Genauer gesagt, wird im Leerlauf und bei niedriger Last der Kraftstoffeinspritzmodus (1) oder (4) ausgewählt, d. h., es erfolgt Niederdruck-Kraftstoffeinspritzung alleine mit dem Druck des Druckspeichers 36. Bei einer vorbestimmten hohen Last und darüber wird der Verstärker 100 für die Motorbetriebssteuerung betätigt, d. h., dass Kraftstoffeinspritzung im Modus (3) ausgeführt wird. Anders gesagt, erfolgt die Kraftstoffeinspritzung als Kombination aus der Niederdruck- Vorabkraftstoffeinspritzung zum im Anfangsstadium und der Hochdruck-Hauptkraftstoffeinspritzung.
Beim obigen Kraftstoffeinspritzsystem erlaubt das elektromagnetische Dreiwegeventil ein augenblickliches Umschalten von Niederdruck-Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage des Drucks im Druckspeicher auf Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung des Verstärkers. So ist es möglich, das Ansprechverhalten bei einem vorübergehenden Motorbetriebszustand stark zu verbessern.
Ferner ist es durch Kombinieren der Niederdruck-Vorabkraftstoffeinspritzung und der Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung des Verstärkers möglich, den Motorgeräuschpegel stark zu verringern.
Fig. 10 ist eine schematische Wiedergabe eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckspeicher- Kraftstoffeinspritzsystems. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem Anspruch 14.
Dieses Ausführungsbeispiel wird hauptsächlich in Verbindung mit seinem Unterschied gegenüber dem vorangehenden, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Bezugszahl 100 bezeichnet einen Verstärker, 105 ein elektromagnetisches Dreiwegeventil für den Verstärker (d. h. ein zweites Wegeventil für die Kolbenbetätigung) und 114 ein elektromagnetisches Stellglied zum Steuern des elektromagnetischen Dreiwegeventils 105.
Der Verstärker 100 enthält, wie der beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1, einen Verstärkungskolben 101 mit einem Kolben 101a großen Durchmessers und einem Kolben 101b kleinen Durchmessers, der kleiner als der Kolben 101a großen Durchmessers ist, mit einstückiger Ausbildung, einen Zylinder 106 großen Durchmessers, in den der Kolben 101a großen Durchmessers eingeführt ist, einen Zylinder 107 kleinen Durchmessers, in den der Kolben 101b kleinen Durchmessers eingeführt ist, eine Rückstellfeder 104 auf der Seite großen Durchmessers sowie eine Rückstellfeder 103 auf der Seite kleinen Durchmessers.
Die Bezugszahl 110 bezeichnet eine Auslasskraftstoffleitung (Kraftstoffzuführleitung) eines Druckspeichers 36. Diese Kraftstoffleitung 110 unterscheidet sich von der beim vorigen Ausführungsbeispiel dahingehend, dass sie in zwei Kraftstoffleitungen verzweigt ist, nämlich eine Kraftstoffleitung (zweite Kraftstoffleitung) 111, die zu einer ersten Öffnung 105a des elektromagnetischen Dreiwegeventils 105 für den Verstärker führt, und eine Kraftstoffleitung (Kraftstoffzu führleitung) 119, die mit einer Kraftstoffkammer kleinen Durchmessers (erste Zylinderkammer) 109 verbunden ist, die durch den Kolben 101b kleinen Durchmessers des Verstärkungskolbens 101 gebildet ist. Abweichend vom vorigen Ausführungsbeispiel steht die Auslasskraftstoffleitung 110 nicht mit der ersten Kraftstoffleitung 108 in Verbindung, die mit der Kraftstoffkammer großen Durchmessers (eine der Unterkammern) 125 in Verbindung steht, die durch den Teil 101a großen Durchmessers des Verstärkungskolbens 101 gebildet ist.
Die erste Kraftstoffleitung 108 steht unabhängig mit der zweiten Öffnung 105b des elektromagnetischen Dreiwegeventils 105 in Verbindung.
Eine Kraftstoffleitung (d. h. eine dritte Kraftstoffleitung) 112b, die mit einer Kraftstoffkammer mittleren Durchmessers (d. h. einer anderen Unterkammer) 126 in Verbindung steht, die durch die Rückseite des Teils 101a großen Durchmessers des Verstärkungskolbens 101 gebildet ist, steht, abweichend vom Fall beim vorigen Ausführungsbeispiel, nicht mit der zweiten Öffnung 105b des elektromagnetischen Dreiwegeventils 105 in Verbindung, sondern sie steht mit dem Kraftstofftank 38 in Verbindung, d. h., sie ist zur Atmosphäre hin offen.
Bei dieser Konstruktion wird, wenn eine Verbindung zwischen der ersten und zweiten Öffnung 105a und 105b des elektromagnetischen Dreiwegeventils 105, d. h. eine Verbindung zwischen der Auslasskraftstoffleitung 110 des Druckspeichers 36 und der ersten Kraftstoffleitung 108 hergestellt wird, wodurch der ölhydraulische Betriebsfluiddruck (d. h. der Kraftstoffdruck) im Druckspeicher 36 in die Kraftstoffkammer 125 großen Durchmessers gegeben wird, der Kolben 101a großen Durchmessers des Verstärkungskolbens 101 verstellt, d. h., dass dieser Verstärkungskolben 101 betätigt wird, wodurch eine Erhöhung des Kraftstoffdrucks erzielt wird.
Außerdem kann durch Umschalten des elektromagnetischen Dreiwegeventils 105 zum Herstellen einer Verbindung zwischen der zweiten Öffnung 105b und der Kraftstoffauslassleitung 113 der ölhydraulische Betriebsfluiddruck (d. h. der Kraftstoffdruck) in der Kraftstoffkammer 125 großen Durchmessers auf die Seite des Kraftstofftanks hin abgebaut werden. Ferner kann, da die Kraftstoffkammer mittleren Durchmessers (d. h. die andere Unterkammer) 126, die auf der entgegengesetzten Seite zum Teil 101a großen Durchmessers des Verstärkungskolbens 101 liegt, über die dritte Kraftstoffleitung 112b mit dem Kraftstofftank 38 verbunden wird, d. h. zur Atmosphäre geöffnet wird, eine Verstellung des Teils 101a großen Durchmessers verhindert werden, um den Verstärkungskolben 101 unwirksam zu machen.
So sind mit diesem Ausführungsbeispiel dieselben Wirkungen wie beim vorigen Ausführungsbeispiel erzielbar.

Claims

1. Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem, aufweisend:

eine Kraftstoffzuführeinrichtung (46) zur Lieferung von Kraftstoff bei einem vorbestimmten Druck,

einen Druckspeicher (36), um unter Druck von der Kraftstoffzuführeinrichtung gelieferten Kraftstoff zu speichern,

eine Kraftstoffzuführleitung (44, 110, 121), die den Druckspeicher und einen in einem Kraftstoffeinspritzventil (10) für einzuspritzenden Kraftstoff vorgesehenen Kraftstoffpool (14) verbindet,

eine Kraftstoffsteuerleitung (a, b), die von der Kraftstoffzuführleitung abzweigt und zu einer Kraftstoffkammer (26), um ein Nadelventil (18) in dem Kraftstoffeinspritzventil auf- oder zuzusteuern, führt,

ein erstes Wegeventil (34) in der Kraftstoffsteuerleitung (a, b) zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung,

eine erste Zylinderkammer (109) in der Kraftstoffzuführleitung,

einen Verstärkungskolben (101) zur Verringerung des Volumens der ersten Zylinderkammer (109), um den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuführleitung stromabwärts der ersten Zylinderkammer zu erhöhen,

eine ölhydraulische Druckeinrichtung (108, 111, 112, 113, 125, 126) zum Anlegen eines ölhydraulischen Drucks an den Verstärkungskolben (101),

ein zweites Wegeventil (105) zum Ein- oder Ausschalten des ölhydraulischen Drucks und somit zum Ansteuern des Verstärkungskolbens, und

eine Steuerung (200) zur Lieferung von Steuersignalen an das erste und das zweite Wegeventil (34, 105), um den Betrieb des Nadelventils (18) und den Betrieb des Verstärkungskolbens (101) zu steuern,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zylinderkammer (109) in einem Abschnitt der Kraftstoffzuführleitung stromaufwärts der Abzweigung der Kraftstoffsteuerleitung (a, b) von der Kraftstoffzuführleitung (44, 110, 121) eingerichtet ist, um das erste Wegeventil (34) in der Kraftstoffsteuerleitung (a, b) die Kraftstoffeinspritzung steuern zu lassen, indem die Kraftstoffkammer (26) mit einem Kraftstoffdruck beaufschlagt wird, so daß sich das Nadelventil (18) schließt, oder indem mit dem Kraftstoffdruck der Kraftstoffkammer (26) nachgelassen wird, so daß sich das Nadelventil (18) öffnet.

2. System nach Anspruch 1, wobei der Verstärkungskolben (101) beinhaltet:

ein in der ersten Zylinderkammer (109) gleitend angeordnetes Teil (101b) kleinen Durchmessers,

ein in einer der ersten Zylinderkammer (109) benachbarten zweiten Zylinderkammer (125) gleitend angeordnetes Teil (101a) großen Durchmessers, das mit dem Teil (101b) kleinen Durchmessers gekoppelt ist.

3. System nach Anspruch 2, wobei in der ersten und/oder der zweiten Zylinderkammer (109, 125) eine Feder (103, 104) angeordnet ist, um das Teil (101b) kleinen Durchmessers des Verstärkungskolbens in Richtung einer Volumenvergrößerung der ersten Zylinderkammer (109) zu treiben.

4. System nach Anspruch 3, wobei die Feder (103, 104) in der ersten Zylinderkammer (109) angeordnet ist.

5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Teil (101b) kleinen Durchmessers und das Teil (101a) großen Durchmessers des Verstärkungskolbens getrennte Teile sind.

6. System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die zweite Zylinderkammer (125) durch das Teil großen Durchmessers des Verstärkungskolbens in zwei Unterkammern (125, 126) unterteilt ist, von denen eine (125) der ersten Zylinderkammer (109) nicht benachbart und die andere (126) der ersten Zylinderkammer benachbart ist.

7. System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die ölhydraulische Druckeinrichtung eingerichtet ist, den ölhydraulischen Druck an eine Unterkammer (125, 126) der zweiten Zylinderkammer anzulegen, um eine Gleiten des Teils (101a) großen Durchmessers des Verstärkungskolbens mit einem der Flächendifferenz zwischen den Teilen (101a, b) großen und kleinen Durchmessers entsprechenden Druck so gleiten zu lassen, daß das Volumen der ersten Zylinderkammer (109) verringert wird und somit der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuführleitung, stromabwärts der ersten Zylinderkammer erhöht wird.

8. System nach Anspruch 6, wobei die ölhydraulische Druckeinrichtung eine erste Ölhydraulikleitung (108) zum Anlegen eines ölhydraulischen Drucks an die genannte eine Unterkammer (125) und eine zweite Ölhydraulikleitung (111, 112) zum Anlegen des ölhydraulischen Drucks an die andere Unterkammer (126) aufweist und das zweite Wegeventil (105) in der zweiten Ölhydraulikleitung (111, 112) eingerichtet ist, Betriebsmitteldruck an die andere Unterkammer (126) anzulegen, so daß ein Gleiten des Teils (101a) großen Durchmessers des Verstärkungskolbens verhindert und der Verstärkungskolben somit außer Betrieb gesetzt wird, oder mit dem Anlegen von Betriebsmitteldruck an die andere Unterkammer (126) nachzulassen, so daß ein Gleiten des Teils großen Durchmessers des Verstärkungskolbens erlaubt und der Verstärkungskolben somit zur Erhöhung des Kraftstoffdrucks in Betrieb gesetzt wird.

9. System nach Anspruch 6, wobei die ölhydraulische Druckeinrichtung eine erste Ölhydraulikleitung zum Anlegen von Betriebsmitteldruck an die genannte eine Unterkammer (125) und eine dritte Ölhydraulikleitung (113) zur Verbindung, der anderen Unterkammer (126) mit der Atmosphäre umfaßt, das Anlegen des Betriebsmitteldrucks an die genannte eine Unterkammer (125) das Gleiten des Teils (101a) großen Durchmessers des Verstärkungskolbens erlaubt und somit den Verstärkungskolben zum Erhöhen des Kraftstoffdrucks in Betrieb setzt, und wobei mit dem Anlegen von Betriebsmitteldruck an die genannte eine Unterkammer nachgelassen wird, um ein Gleiten des Teils großen Durchmessers des Verstärkungskolbens zu verhindern und den Verstärkungskolben außer Betrieb zu setzen.

10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der ölhydraulische Druck in der ölhydraulischen Druckeinrichtung der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuführleitung (110) stromaufwärts der ersten Zylinderkammer (109), der Druck über einen ölhydraulischen Kreis zugeführt wird, oder in dem Druckspeicher (36) ist.

11. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das ölhydraulische Betriebsmittel in der ölhydraulischen Druckeinrichtung vom Kraftstoff verschieden ist und durch Pumpen einer getrennt von der Kraftstoffzuführeinrichtung vorgesehenen Druckpumpe unter Erzeugung des ölhydraulischen Drucks geliefert wird.

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste Zylinderkammer (109) als Abschnitt vergrößerter Querschnittsfläche der Kraftstoffzuführleitung (121) ausgebildet ist und der Auslaß der Kraftstoffzuführleitung zur ersten Zylinderkammer bei außer Betrieb gesetztem Verstärkungskolben (101) geöffnet und bei in Betrieb gesetztem Verstärkungskolben geschlossen wird.

13. Verfahren zum Betrieb eines Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die genannte Steuerung (200) ein Steuersignal an das erste Wegeventil (34) liefert, um bei außer Betrieb gesetztem Zustand des Verstärkungskolbens (101) eine Niedrigdruckeinspritzung zu bewirken, und Steuersignale an das erste und das zweite Wegeventil (34, 105) liefert, um bei in Betrieb gesetztem Zu stand des Verstärkungskolbens (101) eine Hochdruckeinspritzung zu bewirken.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Steuerung (200) als Motorbetriebszustand zumindest die Motorlast erfaßt und im Betriebszustand niedriger Motorlast eine Niedrigdruck- Kraftstoffeinspritzung und im Betriebszustand hoher Motorlast eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung bewirkt.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Steuerung die Kraftstoffeinspritzung durch Schalten des Kraftstoffeinspritzdrucks steuert, so daß in einem Verbrennungszyklus als Pilot-Kraftstoffeinspritzung eine geringe Kraftstoffmenge und als Haupt-Kraftstoffeinspritzung eine große Kraftstoffmenge eingespritzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Steuerung (200) als Pilot-Kraftstoffeinspritzung eine Kraftstoffeinspritzung kleiner Menge in dem Niedrigdruck-Kraftstoffeinspritzmodus und als Haupt-Kraftstoffeinspritzung danach eine Kraftstoffeinspritzung großer Menge entsprechend dem Motorbetriebszustand, wobei bei einem Motorbetriebszustand unter niedriger Last eine Niedrigdruck-Kraftstoffeinspritzung und bei einem Motorbetriebszustand hoher Last eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung bewirkt wird, vornimmt.