DE10029033A1 - Gerät zum Steuern oder Regeln des Kraftstoffdrucks in einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Zylinder - Google Patents
Gerät zum Steuern oder Regeln des Kraftstoffdrucks in einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung von Kraftstoff in den ZylinderInfo
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Abstract
Es wird ein Gerät zum Regeln des Kraftstoffdrucks in einer Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder vorgeschlagen, welches das Überschwingen oder das Unterschwingen des Kraftstoffdrucks in einem Zustand unterdrückt, in welchem sich der Kraftstoffdruck ändert, um die Reaktion und die Stabilität zu verbessern. Eine Steuervorrichtung (20A) regelt den Kraftstoffdruck mittels Rückkopplung, so daß ein echter Kraftstoffdruck (PF) in Übereinstimmung mit einem Sollkraftstoffdruck (PFo) gelangt, und enthält eine Vorrichtung (204) zum Erhalten des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages zur variablen Einstellung einer Steuerverstärkung zum Regeln des Kraftstoffdrucks mittels Rückkopplung, wobei die Vorrichtung zum Erhalten des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages so arbeitet, daß sie die Steuerverstärkung ändert, wenn sich der Sollkraftstoffdruck um mehr als einen vorbestimmten Betrag geändert hat, und zwar von einer ersten Steuerverstärkung für einen Zustand, in welchem der Kraftstoffdruck stabil bleibt, auf eine zweite Steuerverstärkung für einen Zustand, in welchem sich der Kraftstoffdruck ändert.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Steuern oder
Regeln des Kraftstoffdrucks in einer Brennkraftmaschine mit
direkter Einspritzung des Kraftstoffs in den Zylinder, die
eine Hochdruckpumpe und eine
Kraftstoffdruckänderungsvorrichtung aufweist. Genauer gesagt
betrifft die Erfindung ein Gerät zum Steuern oder Regeln des
Kraftstoffdrucks in einer Brennkraftmaschine mit direkter
Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder, welches ein
verbessertes Reaktionsvermögen und eine verbesserte
Stabilität bei der Kraftstoffdrucksteuerung oder -regelung
aufweist, wenn sich der Kraftstoffdruck von einem stabilen
Zustand in einen Übergangszustand verschoben hat.
Fig. 9 zeigt schematisch den Aufbau eines üblichen Geräts
zum Steuern oder Regeln des Kraftstoffdrucks in einer
Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung in den
Zylinder, bei welchem ein Kraftstoffdruckregler
(Kraftstoffdruckänderungsvorrichtung) durch Rückkopplung
gesteuert bzw. geregelt wird, so daß der Kraftstoffdruck in
einem Hochdruckkraftstoffsystem einen Sollkraftstoffdruck
annimmt.
In Fig. 9 ist ein Kolben 2 in einem Zylinder einer
Brennkraftmaschine vorgesehen, und befindet sich eine
Brennkammer 3 oberhalb des Kolbens 2.
Ein Ansaugrohr 4 und ein Auslaßrohr 5 stehen in Verbindung
mit der Brennkammer 3, und ein Ansaugventil 6 und ein
Auslaßventil 7 sind in den Öffnungen zwischen der Brennkammer
3, dem Ansaugrohr 4 und dem Auslaßrohr 5 vorgesehen. Ein
Injektor 8 und eine Zündkerze 9 sind in der Brennkammer 3
angeordnet.
Obwohl dies hier nicht dargestellt ist, sind in dem
Ansaugrohr 4 ein Luftfilter, ein Luftflußsensor, eine
Drosselklappe, ein Ausgleichsbehälter und ein Ansaugkrümmer
von der stromaufwärtigen Seite aus in dieser Reihenfolge
vorgesehen. In dem Auslaßrohr 5 ist ein Luft-
Kraftstoffverhältnissensor zum Detektieren der
Sauerstoffkonzentration vorgesehen.
Die von der Brennkraftmaschine 1 angesaugte Luft wird in dem
Ansaugrohr 4 verteilt, das mit den Zylindern über den
Luftfilter, den Luftflußsensor, die Drosselklappe und den
Ansaugkrümmer verbunden ist.
Kraftstoff wie beispielsweise Benzin wird durch eine
Niederdruckpumpe 11 unter Druck gesetzt, und von einem
Kraftstofftank 10 einer Niederdruckleitung 12 zugeführt, und
dann durch eine Hochdruckpumpe 13 weiter unter Druck gesetzt,
und einem Injektor 8 über eine Hochdruckleitung 14 zugeführt.
Die Hochdruckleitung 14 steht mit einer
Hochdruckrückführleitung 14A über den Injektor 8 in
Verbindung, und das Ausgangsende der Hochdruckrückführleitung
14A ist mit einer Niederdruckrückführleitung 16 über einen
Kraftstoffdruckregler 15 verbunden.
Der Kraftstoffdruckregler 14 erhöht oder verringert den
Öffnungsgrad am Ausgangsende der Hochdruckrückführleitung
14A, um die Kraftstoffmenge einzustellen, die zur
Niederdruckrückführleitung 16 zurückgeführt wird, um den
realen Kraftstoffdruck PF (nachstehend einfach als
"Kraftstoffdruck" bezeichnet) des Injektors 8 auf einen
Sollkraftstoffdruck PFo einzustellen.
Der Kraftstoffdruckregler schickt einen Teil des Kraftstoffs
in der Hochdruckleitung 14 zum Kraftstofftank 10 zurück, über
die Niederdruckrückführleitung 16, um den Kraftstoffdruck PF
abzusenken, oder schließt das Ausgangsende der
Hochdruckrückführleitung 14A, um den Kraftstoffdruck PF zu
erhöhen.
Wenn kein Erregerstrom Ri dem Kraftstoffregler 15 zugeführt
wird, wird der Kraftstoffdruck PF in der Hochdruckleitung 14
durch die Zwangskraft einer Feder (die nachstehend noch
erläutert wird) in dem Kraftstoffdruckregler 15 eingestellt.
Der Kraftstoff mit einem Sollkraftstoffdruck PFo, welcher der
Hochdruckleitung 14 zugeführt wird, wird in die Brennkammer 3
über den Injektor 8 eingespritzt, der für jeden der Zylinder
vorgesehen ist.
Der Kraftstoffdrucksensor 17 detektiert den Kraftstoffdruck
PF in der Hochdruckleitung 14.
Der Luftflußsensor und der Drosselklappensensor im Ansaugrohr
4 detektieren die Flußrate der angesaugten Luft bzw. den
Drosselklappenöffnungsgrad, und ein Wassertemperatursensor 18
detektiert die Kühlwassertemperatur WT der Brennkraftmaschine
1.
Der Kurbelwinkelsensor 19 erzeugt ein Kurbelwinkelsignal CA,
welches die Drehposition der Brennkraftmaschine 1
repräsentiert. Der Luft-Kraftstoffverhältnissensor (nicht
gezeigt) in dem Auslaßrohr 5 erzeugt ein Luft-
Kraftstoffverhältnissignal, welches die
Sauerstoffkonzentration in dem Auspuffgas repräsentiert.
Die voranstehend geschilderte Sensoren schicken Signale,
welche die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1
repräsentieren, als Betriebszustandsdaten an eine
elektronische Steuereinheit (ECU) 20.
Die ECU 20 liest Betriebszustandsdaten von den Sensoren aus,
führt eine vorbestimmte arithmetische Operation durch, und
schickt Steuersignale, die als Ergebnis der Operation
erhalten werden, an die Betätigungsglieder.
Beispielsweise liefert die ECU 20 einen Erregerstrom Ri an
den Kraftstoffdruckregler 15, auf der Grundlage des
Kraftstoffdrucks PF, der von dem Kraftstoffdrucksensor 17
detektiert wird (und auf der Grundlage der Daten von
verschiedenen Sensoren), um den Kraftstoffdruck PF zu steuern
bzw. zu regeln.
Obwohl hier nicht ausdrücklich dargestellt, ist der
Kraftstoffdruckregler 15 mit einem Niederdruckregler in
Reihenschaltung vorgesehen, um pulsierende Schwankungen des
Kraftstoffdrucks in der Hochdruckleitung 14 zu unterdrücken.
Als Vorrichtungen zur Änderung des Kraftstoffdrucks in der
Hochdruckleitung 14 können jene mit unterschiedlichem Aufbau
eingesetzt werden, die bislang bekannt sind, ohne
Einschränkung auf die Hochdruckpumpe 13 und den
Kraftstoffdruckregler 15, die in Fig. 9 dargestellt sind.
Fig. 10 ist eine Vertikalschnittansicht, die im einzelnen
den Aufbau des Kraftstoffdruckreglers 15 erläutert, und bei
welcher gleiche Abschnitte wie jene, die voranstehend
beschrieben wurden (siehe Fig. 9), mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet sind, jedoch nicht erneut im
einzelnen beschrieben werden.
In Fig. 10 weist der Kraftstoffdruckregler 15 eine
Elektromagnetspule 151 auf, eine magnetische Schaltung 152,
einen Tauchkolben 153, ein Ventil 154, einen Ventilsitz 155,
ein Durchgangsloch 156, ein Verbindungsloch 157 sowie eine
Feder 158.
Bei Erregung mit einem Taststeuersignal mit einem
Erregerstrom Ri schließt die Elektromagnetspule 151 die
Hochdruckrückführleitung 14A. Die magnetische Schaltung 152
bildet einen Durchgang für einen magnetischen Fluß, der durch
die Erregung der Elektromagnetspule 151 erzeugt wird.
Der Tauchkolben 153 wird in einer Richtung angetrieben, in
welcher er vorsteht, wenn die Elektromagnetspule 151 erregt
ist. Das Ventil 154 ist einstückig an einem Ende des
Tauchkolbens 153 vorgesehen. Der Ventilsitz 155 ist
gegenüberliegend dem Ventil 154 angeordnet.
Das Durchgangsloch 156 ist im Zentrum des Ventilsitzes 155
angeordnet, und ein Ausgangsende der Hochdruckrückführleitung
14A ist an das Durchgangsloch 156 angeschlossen.
Das Verbindungsloch 157 geht durch die Seitenoberfläche in
der Nähe des Durchgangsloches 156 durch. Die
Niederdruckrückführleitung 16 ist an das Durchgangsloch 157
angeschlossen.
Die Feder 158 drückt den Tauchkolben 153 in eine Richtung, in
welcher er vorsteht.
Nunmehr werden konkrete Schritte der Einstellung des
Kraftstoffdrucks PF durch den in Fig. 10 gezeigten
Kraftstoffdruckregler 15 unter Bezugnahme auf die Fig. 11
bis 12 beschrieben.
Fig. 11 zeigt die grundlegenden Eigenschaften des
Kraftstoffdruckreglers 15, und Fig. 12 zeigt die
grundlegende Eigenschaften der Ausblasmenge der
Hochdruckpumpe 13.
In Fig. 11 ist auf der Abszisse der Tastverhältniswert
(Stromwert) des Erregerstroms Ri aufgetragen, auf der
Ordinate der Kraftstoffdruck PF, und nimmt der
Kraftstoffdruck PF bei einer Erhöhung des Erregerstroms Ri
(Stromwertes) zu, beginnend bei dem eingestellten Druck RS
infolge der Druckkraft der Feder 158.
In Fig. 12 ist auf der Abszisse die
Umdrehungsgeschwindigkeit der Hochdruckpumpe 13 entsprechend
der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne aufgetragen, und auf der
Ordinate die Menge an Kraftstoff QF, die von der
Hochdruckpumpe 13 ausgeblasen wird, und nimmt die
Ausblasmenge des Kraftstoffs QF bei Erhöhung der
Brennkraftmaschinendrehzahl Ne
(Pumpenumdrehungsgeschwindigkeit) zu.
In Fig. 10 steuert, wenn der Erregerstrom Ri von der ECU 20
geliefert wird, die Elektromagnetspule 151 in dem
Kraftstoffdruckregler 15 die Saugkraft des Tauchkolbens 153
über die magnetische Schaltung 152, welche den Magnetfluß
einsetzt, der durch den Erregerstrom Ri erzeugt wird.
In diesem Fall wird das Ventil 154 auf den Ventilsitz 155 mit
maximaler Kraft gedrückt, wenn der Erregerstrom Ri maximal
ist (wenn das Tastverhältnis maximal ist).
Der Kraftstoffdruck PF in der Hochdruckrückführleitung 14A
(Hochdruckleitung 14) wird durch die Kraftstoffmenge
gesteuert, die vom Ausgangsende der Hochdruckrückführleitung
14A in das Durchgangsloch 157 über das Loch 156 fließt.
Die hindurchfließende Kraftstoffmenge nimmt daher bei einer
Zunahme des Erregerstroms Ri ab, und der Kraftstoffdruck PF
nimmt zu.
Wenn der Strom 0 Ampere beträgt, also wenn das Tastverhältnis
des Erregerstroms Ri minimal ist (= 0%), wird die
Öffnungsfläche zwischen dem Ventil 154 und dem Ventilsitz 155
maximal, und wird der Kraftstoffdruck PF auf einen
vorbestimmten Wert infolge der Druckkraft der Feder 158
eingestellt.
Wie voranstehend geschildert ist das herkömmliche Gerät zum
Steuern oder Regeln des Kraftstoffdrucks in einer
Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung in den
Zylinder mit der durch die Brennkraftmaschine angetriebenen
Hochdruckpumpe 13 versehen, und wird Kraftstoff auf hohem
Druck direkt in die Brennkammer 3 über den Injektor 8
eingespritzt, der in jeder Brennkammer 3 vorgesehen ist.
Der Kraftstoffdruck PF in der Hochdruckleitung 14, die mit
dem Injektor 8 in Verbindung steht, wird auf einen optimalen
Sollkraftstoffdruck PFo eingestellt, der dadurch erhalten
wird, daß die Betriebsbedingungen wie beispielsweise die
Brennkraftmaschinendrehzahl und die
Brennkraftmaschinenbelastung berücksichtigt werden. Der
Kraftstoffdruck PF, der von dem Kraftstoffdrucksensor 17
detektiert wird, wird daher durch den Erregerstrom Ri von der
ECU 20 so gesteuert, daß er mit dem Sollkraftstoffdruck PFo
übereinstimmt.
Wenn sich der Sollkraftstoffdruck PFo drastisch ändert,
beispielsweise wenn der Sollkraftstoffdruck PFo momentan
zunimmt und dann abnimmt, wird jedoch der
Kraftstoffdruckrückkopplungsbetätigungsbetrag nicht
ordnungsgemäß bereitgestellt, und kann ein Überschwingen oder
Unterschwingen des Kraftstoffdruckes PF auftreten.
Um das Überschwingen oder das Unterschwingen zu unterdrücken
wurde ein Gerät zum Steuern oder Regeln des Kraftstoffdrucks
vorgeschlagen, wie es beispielsweise in der japanischen
Veröffentlichung eines ungeprüften Patents (Kokai)
No. 11-37005 beschrieben wurde.
Wenn der Kraftstoffdruck im Normalbetrieb stabil bleibt, wird
in diesem Fall das Ausgangstastverhältnis des Erregerstroms
Ri so gesteuert, daß es konstant bleibt, und wird der
Kraftstoffdruck PF so durch Rückkopplung gesteuert oder
geregelt, daß er in Übereinstimmung mit dem
Sollkraftstoffdruck PFo gelangt.
Wenn sich der Sollkraftstoffdruck PFo, der durch die
Betriebsbedingungen bestimmt wird, um mehr als einen
vorbestimmten Betrag geändert hat, wird andererseits die
Kraftstoffdruckrückkopplungsregelung unterbrochen, und wird
der Kraftstoffdruck auf der Rücklage des
Kraftstoffdruckrückkopplungsbetrages bei Unterbrechung der
Kraftstoffdruckrückkopplungsregelung gesteuert, und auf der
Grundlage eines Bezugssteuerbetrages (Tastverhältniswertes),
der durch die Betriebsbedingungen in diesem Moment festgelegt
wird.
Dann wird die Kraftstoffdruckrückkopplungsregelung wieder
aufgenommen, wenn eine Differenz zwischen dem
Sollkraftstoffdruck PFo und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck
PF auf einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches
konvergiert (der in Abhängigkeit von der Temperatur des
Kraftstoffdruckreglers 15, der angelegten Spannung beim
Liefern des Erregerstroms Ri, der Alterung, usw. festgelegt
wird), und wenn dieser Zustand über mehr als einen
vorbestimmten Zeitraum angehalten hat.
Die Kraftstoffdruckrückkopplungsregelung wird daher unter
Bedingungen wieder aufgenommen, bei denen die Differenz
zwischen dem Sollkraftstoffdruck PFo und dem tatsächlichen
Kraftstoffdruck PF innerhalb eines vorbestimmten Bereiches
liegt, und dieser Zustand über einen vorbestimmten Zeitraum
andauert.
Wenn die Differenz zwischen dem Sollkraftstoffdruck PFo und
dem Kraftstoffdruck PF nicht auf innerhalb des vorbestimmten
Bereiches konvergiert, infolge irgendeiner unerwarteten
Ursache, während sich der Kraftstoffdruck entsprechend einer
Änderung des Sollkraftstoffdruckes PFo ändert, konvergiert
die Differenz in Bezug auf den Kraftstoffdruck nicht,
unabhängig davon, wieviel Zeit vergangen ist, da die
Kraftstoffdruckrückkopplungsregelung unterbrochen bleibt, und
wird die Kraftstoffdruckrückkopplungsregelung nicht wieder
auf genommen.
Wenn bei dem herkömmlichen, voranstehend geschilderten Gerät
zum Steuern oder Regeln des Kraftstoffdrucks in einer
Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung in den
Zylinder sich der Sollkraftstoffdruck PFo stark geändert hat,
wird die Kraftstoffdruckrückkopplungsregelung unterbrochen,
bis die Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck und dem
Kraftstoffdruck PF auf einen Wert innerhalb eines
vorbestimmten Bereiches konvergiert, um das Überschwingen
oder Unterschwingen des Kraftstoffdrucks PF zu unterdrücken,
wenn sich der Kraftstoffdruck ändert. Wenn die Differenz der
Kraftstoffdrucke nicht auf einen Wert innerhalb des
vorbestimmten Bereiches konvergiert, wird daher die
Kraftstoffdruckrückkopplungsregelung nicht wieder
aufgenommen.
Die vorliegende Erfindung wurde zu dem Zweck entwickelt, das
voranstehend geschilderte Problem zu lösen, und ihr Ziel
besteht in der Bereitstellung eines Gerätes zum Steuern oder
Regeln des Kraftstoffdruckes in einer Brennkraftmaschine mit
direkter Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder, welches das
Überschwingen oder das Unterschwingen des Kraftstoffdrucks
bei einem Kraftstoffdruckübergangszustand unterdrückt, bei
welchem sich der Sollkraftstoffdruck um mehr als einen
vorbestimmten Betrag ändert, und verläßlich eine Konvergenz
der Differenz der Kraftstoffdrucke zeigt, um die
Kraftstoffdruckübergangsregelleistung zu verbessern.
Ein Gerät zum Steuern oder Regeln des Kraftstoffdrucks in
einer Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung
in den Zylinder gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf:
Verschiedene Sensoren zum Detektieren der Betriebszustände einer Brennkraftmaschine;
einen Injektor zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine;
eine Pumpe zum Liefern von Kraftstoff zu dem Injektor;
ein Leitungssystem zum Verbinden der Pumpe mit dem Injektor;
eine Kraftstoffdruckdetektorvorrichtung zum Detektieren des tatsächlichen Kraftstoffdrucks, der auf den Injektor einwirkt;
eine Kraftstoffdruckänderungsvorrichtung zur Einstellung des tatsächlichen Kraftstoffdruckes; und
eine Steuer- oder Regelvorrichtung zum derartigen Steuern bzw. Regeln des Kraftstoffdruckes mittels Rückkopplung, so daß der tatsächliche Kraftstoffdruck in Übereinstimmung mit einem Sollkraftstoffdruck gebracht wird; wobei
die Steuer- oder Regelvorrichtung eine Vorrichtung zum Betätigen des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages aufweist, um variabel eine Steuer- oder Regelverstärkung zum Steuern bzw. Regeln des Kraftstoffdruckes mittels Rückkopplung einzustellen; und
die Vorrichtung zur Betätigung des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages die Steuer- oder Regelverstärkung ändert, wenn sich der Sollkraftstoffdruck um mehr als einen vorbestimmten Betrag geändert hat, von einer ersten Steuer- oder Regelverstärkung, wenn der Kraftstoffdruck stabil bleibt, zu einer zweiten Steuer- oder Regelverstärkung, wenn sich der Kraftstoffdruck ändert.
Verschiedene Sensoren zum Detektieren der Betriebszustände einer Brennkraftmaschine;
einen Injektor zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine;
eine Pumpe zum Liefern von Kraftstoff zu dem Injektor;
ein Leitungssystem zum Verbinden der Pumpe mit dem Injektor;
eine Kraftstoffdruckdetektorvorrichtung zum Detektieren des tatsächlichen Kraftstoffdrucks, der auf den Injektor einwirkt;
eine Kraftstoffdruckänderungsvorrichtung zur Einstellung des tatsächlichen Kraftstoffdruckes; und
eine Steuer- oder Regelvorrichtung zum derartigen Steuern bzw. Regeln des Kraftstoffdruckes mittels Rückkopplung, so daß der tatsächliche Kraftstoffdruck in Übereinstimmung mit einem Sollkraftstoffdruck gebracht wird; wobei
die Steuer- oder Regelvorrichtung eine Vorrichtung zum Betätigen des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages aufweist, um variabel eine Steuer- oder Regelverstärkung zum Steuern bzw. Regeln des Kraftstoffdruckes mittels Rückkopplung einzustellen; und
die Vorrichtung zur Betätigung des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages die Steuer- oder Regelverstärkung ändert, wenn sich der Sollkraftstoffdruck um mehr als einen vorbestimmten Betrag geändert hat, von einer ersten Steuer- oder Regelverstärkung, wenn der Kraftstoffdruck stabil bleibt, zu einer zweiten Steuer- oder Regelverstärkung, wenn sich der Kraftstoffdruck ändert.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gerät zum Steuern oder
Regeln des Kraftstoffdrucks in einer Brennkraftmaschine mit
direkter Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder, bei
welcher die Vorrichtung zum Betätigen des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages die Steuer- oder
Regelverstärkung in einem Moment zurück auf die erste Steuer-
oder Regelverstärkung einstellt, wenn ein vorbestimmter
Zeitraum von jenem Zeitpunkt, an welchem die Steuer- oder
Regelverstärkung von der ersten Steuer- oder Regelverstärkung
auf die zweite Steuer- oder Regelverstärkung umgeschaltet
wurde, vergangen ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gerät zum Steuern oder
Regeln des Kraftstoffdrucks in einer Brennkraftmaschine mit
direkter Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder, bei
welcher die Vorrichtung zur Betätigung des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages die Steuer- oder
Regelverstärkung zurück auf die erste Steuer- oder
Regelverstärkung zurückstellt, nachdem ein Zustand, in
welchem eine Differenz zwischen einem Sollkraftstoffdruck und
einem tatsächlichen Kraftstoffdruck innerhalb eines
vorbestimmten Bereiches liegt, über einen vorbestimmten
Zeitraum angedauert hat.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gerät zum Steuern oder
Regeln des Kraftstoffdrucks in einer Brennkraftmaschine mit
direkter Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder, bei
welchem die Vorrichtung zur Betätigung des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages variabel die zweite Steuer-
oder Regelverstärkung in Abhängigkeit von den
Betriebsbedingungen einstellt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gerät zum Steuern oder
Regeln des Kraftstoffdrucks in einer Brennkraftmaschine mit
direkter Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder, bei
welchem die Vorrichtung zur Betätigung des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages variabel die zweite Steuer-
oder Regelverstärkung in Abhängigkeit von einer Differenz
zwischen dem Sollkraftstoffdruck und dem tatsächlichen
Kraftstoffdruck einstellt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des Aufbaus einer
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm, welches die Verbrennungsbetriebsarten
bei den Betriebsbedingungen erläutert, wobei die
Achsen die Brennkraftmaschinendrehzahl und die
Brennkraftmaschinenbelastung darstellen, die von
einer Vorrichtung zur Betätigung des
Kraftstoffdrucks von Fig. 1 verwendet werden;
Fig. 3 ein Diagramm, welches die Tastverhältnis-Strom-
Spannungseigenschaften eines Kraftstoffdruckreglers
von Fig. 1 erläutert;
Fig. 4 ein Zeitablaufdiagramm, welches den Betrieb bei der
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung
erläutert;
Fig. 5 ein Flußdiagramm, welches den Betrieb zur
Einstellung der
Kraftstoffdruckrückkopplungssteuerverstärkung bei
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung
erläutert;
Fig. 6 ein Diagramm, welches den Unterschied in Bezug auf
die Kraftstoffdruck-Steuerverstärkungseigenschaften
zur Betätigung der Steuer- oder Regelverstärkung
erläutert, die bei der Vorrichtung zur Betätigung
des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages von Fig. 1
verwendet wird;
Fig. 7 ein Zeitablaufdiagramm, welches den Vorgang zur
zwangsweisen Umschaltung der
Kraftstoffdruckrückkopplungssteuerverstärkung
während des Betriebs mit hoher Drehzahl bei der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
erläutert;
Fig. 8 ein Zeitablaufdiagramm, welches den Betrieb zur
zwangsweisen Umschaltung der
Kraftstoffdruckrückkopplungssteuerverstärkung
während des Betriebs mit niedriger Drehzahl bei der
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung
erläutert;
Fig. 9 ein Diagramm, welches schematisch den Aufbau eines
herkömmlichen Geräts zum Steuern oder Regeln des
Kraftstoffdrucks in einer Brennkraftmaschine mit
direkter Kraftstoffeinspritzung in einem Zylinder
erläutert;
Fig. 10 eine Vertikalschnittansicht, welche den Aufbau
eines Kraftstoffdruckreglers von Fig. 9 erläutert;
Fig. 11 ein Diagramm, welches die grundlegenden
Eigenschaften des Kraftstoffdruckreglers von Fig.
9 erläutert; und
Fig. 12 ein Diagramm, welches die grundlegenden
Eigenschaften einer Hochdruckpumpe von Fig. 9
erläutert.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nunmehr eine
Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches schematisch den
Aufbau der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung
darstellt. Der nicht dargestellte Aufbau ist ebenso wie in
den Fig. 9 und 10. Darüber hinaus sind in Fig. 1 die
gleichen Abschnitte wie jene, die voranstehend beschrieben
wurden (siehe Fig. 9), mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet, werden jedoch nicht erneut mit sämtlichen
Einzelheiten beschrieben.
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches die
Verbrennungsbetriebsarten erläutert, die in Abhängigkeit von
den Betriebsbedingungen (Brennkraftmaschinendrehzahl Ne,
Brennkraftmaschinenbelastung) eingestellt werden.
In Fig. 2 wird die Verbrennungsbetriebsart nacheinander
umgeschaltet von der Verdichtungsmagerbetriebsart auf die
Ansaugmagerbetriebsart, die stöchiometrische
Rückkopplungsbetriebsart, und die Offenschleifenbetriebsart,
in Abhängigkeit von einer Erhöhung der
Brennkraftmaschinendrehzahl Ne und der Belastung.
In der Verdichtungsmagerbetriebsart wird der Kraftstoff in
dem Verdichtungshub so eingespritzt, daß eine äußerst magere,
geschichtete Verbrennung durchgeführt wird.
In der Ansaugmagerbetriebsart wird der Kraftstoff in dem
Ansaughub eingespritzt, um die Verbrennung im Zustand eines
mageren Kraftstoffes durchzuführen (eines Luft-
Kraftstoffverhältnisses, das weiter auf der mageren Seite
liegt als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis),
obwohl dieser Zustand nicht so mager ist wie bei der
Verdichtungsmagerbetriebsart.
Bei der stöchiometrischen Rückkopplungsbetriebsart wird die
Verbrennung bei dem stöchiometrischen Luft-
Kraftstoffverhältnis durchgeführt, auf der Grundlage eines
Sauerstoffkonzentrationssignals von dem Luft-
Kraftstoffverhältnissensor.
In der Offenschleifenbetriebsart wird die Rückkopplung nicht
durchgeführt, und wird die Verbrennung in einem Zustand
durchgeführt, in welchem der Kraftstoff übermäßig fett ist.
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem
Tastverhältniswert des Erregerstroms Ri und dem Stromwert
darstellt.
In Fig. 3 unterscheiden sich die Eigenschaften des
Stromwertes im Verhältnis zum Tastverhältniswert, wie dies
durch eine durchgezogene Linie, eine gestrichelte Linie und
eine gepunktet-gestrichelte Linie angedeutet ist, in
Abhängigkeit von der Stärke der Batteriespannung VB in Bezug
auf eine Bezugsspannung Vr.
In Fig. 1 sind ein Drosselklappensensor 21 und ein
Batteriespannungssensor 22 an die ECU 20 angeschlossen,
zusätzlich zum Kraftstoffdrucksensor 17 und dem
Kurbelwinkelsensor 19.
Der Drosselklappensensor 21 detektiert den
Drosselklappenöffnungsgrad θ, und der Batteriespannungssensor
22 detektiert die Batteriespannung VB.
Die ECU 20A enthält eine Vorrichtung 201 zur Betätigung eines
Sollkraftstoffdruckes, eine Vorrichtung 202 zur Betätigung
eines Basisstroms, eine Vorrichtung 203 zum Detektieren eines
tatsächlichen Kraftstoffdrucks, eine Vorrichtung 204 zum
Betätigen des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages, eine
Vorrichtung 205 zur Korrektur des Stroms, eine Vorrichtung
206 zur Korrektur des Ausgangstastverhältnisses, einen
Subtrahierer 207 sowie einen Addierer 208.
Die Vorrichtung 201 zur Betätigung des Sollkraftstoffdruckes
bestimmt einen Sollkraftstoffdruck PFo entsprechend den
Betriebsbedingungen, auf der Grundlage der
Brennkraftmaschinendrehzahl Ne, die aus einem
Kurbelwinkelsignal CA erhalten wird, der
Brennkraftmaschinenbelastung, die aus dem
Drosselklappenöffnungsgrad θ erhalten wird, und eines
vierdimensionalen Kennfeldes entsprechend den
Verbrennungsbetriebsarten (siehe Fig. 2).
Die Vorrichtung 202 zur Betätigung des Basisstroms bestimmt
einen Basissollstromwert ib in dem Sollkraftstoffdruck PFo
aus dem dreidimensionalen Kennfeld, entsprechend dem
Sollkraftstoffdruck PFo und der Brennkraftmaschinendrehzahl
Ne.
Die Vorrichtung 203 zum Detektieren des tatsächlichen
Kraftstoffdruckes wandelt den Kraftstoffdruck PF (Meßsignal)
von dem Kraftstoffdrucksensor 17 in ein Signal um, um ihn als
tatsächlichen Kraftstoffdruck zu detektieren.
Der Subtrahierer 207 erhält eine Differenz ΔPF des
Kraftstoffdruckes zwischen dem echten Kraftstoffdruck PF und
dem Sollkraftstoffdruck PFo.
Die Vorrichtung 204 zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages betätigt den
Kraftstoffdruckkorrekturbetrag (Stromwert) PFc mittels PI-
Regelung, um den Kraftstoffdruck zurückzukoppeln, auf der
Grundlage der Differenz ΔPF des Kraftstoffdruckes, und
schaltet die Kraftstoffdruckrückkopplungssteuerverstärkung
(die nachstehend noch erläutert wird) um, in Abhängigkeit von
dem stabilen Kraftstoffdruck und dem
Übergangskraftstoffdruck.
Wenn sich nämlich der Sollkraftstoffdruck PFo um mehr als
einen vorbestimmten Betrag geändert hat, ändert die
Vorrichtung 204 zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages die Steuerverstärkung
(Regelverstärkung) zu einer zweiten Steuerverstärkung
(Regelverstärkung), für einen Betriebszustand, an dem sich
der Kraftstoffdruck ändert, die kleiner ist als eine erste
Steuerverstärkung (Regelverstärkung), die dann eingesetzt
wird, wenn der Kraftstoffdruck stabil bleibt.
Weiterhin hat die Vorrichtung 204 zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages die Funktion, die
Steuerverstärkung (Steuern und Regeln wird nachstehend
synonym benutzt) zurück auf die erste Steuerverstärkung
zurückzustellen, nachdem ein vorbestimmter Zeitraum
abgelaufen ist, seit dem die Steuerverstärkung von der ersten
Steuerverstärkung auf die zweite Steuerverstärkung
umgeschaltet wurde (nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums
seit dem Zeitpunkt, an welchem der Kraftstoffdruck sich zu
ändern begann).
Die Vorrichtung 204 zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages hat weiterhin die Funktion,
die Steuerverstärkung auf die erste Steuerverstärkung
zurückzustellen, wenn ein Zustand, in welchem eine Differenz
zwischen dem Sollkraftstoffdruck und dem tatsächlichen
Kraftstoffdruck innerhalb eines vorbestimmten Bereiches
liegt, über einen vorbestimmten Zeitraum angedauert hat.
Weiterhin hat die Vorrichtung 204 zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages die Funktion, variabel die
zweite Steuerverstärkung einzustellen, in Abhängigkeit von
den Betriebsbedingungen, und die zweite Steuerverstärkung
variabel in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem
Sollkraftstoffdruck und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck
einzustellen.
Der Addierer 208 addiert den Basisstromwert ib und den
Kraftstoffdruckkorrekturbetrag PFc, um einen Sollstromwert io
zu erhalten.
Die Vorrichtung 205 zum Korrigieren des Stroms ändert den
Stromwert (Tastverhältniswert) id auf der Grundlage einer
Differenz Δi zwischen dem Sollstromwert io und dem
tatsächlichen Stromwert ir, und führt die
Stromrückkopplungsregelung so durch, daß der Sollstromwert io
in Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Stromwert ir
gelangt.
Der Stromwert id, der durch die Vorrichtung 205 zum
Korrigieren des Stroms erhalten wird, wird durch die
Eigenschaften bei der Bezugsspannung Vr festgelegt, und wird
dadurch erhalten, daß ein Tastverhältniswert bei einer
tatsächlichen Batteriespannung VB zu einem Wert entsprechend
der Bezugsspannung korrigiert wird.
Die Vorrichtung 106 zur Korrektur des Tastverhältnisses
korrigiert Eigenschaften auf der Grundlage der
Batteriespannung VB in Bezug auf den Stromwert id, der von
der Vorrichtung 205 für den Korrekturstrom (siehe Fig. 3)
erhalten wird, und erhält einen Tastverhältniswert des
Erregerstroms Ri, der schließlich von der ECU 20A an den
Kraftstoffdruckregler 15 ausgegeben wird.
Fig. 4 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches eine Änderung des
Sollstromwertes io beim Umschalten des Sollkraftstoffdruckes
PFo erläutert, wobei gestrichelte Linien entsprechend den
durchgezogenen Linien einen tatsächlichen Kraftstoffdruck PF
und einen tatsächlichen Stromwert ir angeben.
In Fig. 4 repräsentiert der Bereich A einen Zustand, in
welchem das Fahrzeug stabil bei einem bestimmten
Kraftstoffdruck fährt, repräsentiert die Zeit B einen
Zeitpunkt, an welchem der Sollkraftstoffdruck PFo infolge
einer Änderung der Betriebsbedingungen drastisch ansteigt,
repräsentiert der Bereich C einen Zustand, in welchem das
Fahrzeug stabil unter erhöhten Kraftstoffdruck fährt, und
repräsentiert die Zeit D einen Zeitpunkt, an welchem der
Sollkraftstoffdruck PFo drastisch abnimmt.
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches den Betriebsablauf zur
Umschaltung der Steuerverstärkung bei der
Kraftstoffdruckrückkopplungsregelung erläutert, und zeigt den
Betrieb zur Umschaltung der Steuerverstärkung, wenn sich der
Sollkraftstoffdruck PFo um mehr als einen vorbestimmten
Betrag (wenn sich der Kraftstoffdruck geändert hat) zu
Zeitpunkten B und C in Fig. 4 geändert hat.
Fig. 6 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der
Differenz ΔPF des Kraftstoffdrucks und der Steuerverstärkung
G erläutert.
In Fig. 6 unterscheiden sich die Eigenschaften der
Steuerverstärkung G für die Differenz ΔPF des
Kraftstoffdrucks, wie durch eine durchgezogene Linie G1 und
eine gestrichelte Linie G2 angedeutet ist, in Abhängigkeit
davon, ob der Kraftstoffdruck stabil ist, oder sich der
Kraftstoffdruck ändert.
Im Grundsatz wird die Steuerverstärkung G2 für den Zustand,
in welchem sich der Kraftstoffdruck ändert, kleiner als die
Steuerverstärkung G1 für jenen Zustand, in welchem der
Kraftstoffdruck stabil ist.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, nimmt darüber hinaus dann, wenn
die Steuerverstärkung G variabel ist, die Steuerverstärkung G
bei Abnahme der Differenz ΔPF des Kraftstoffdruckes ab, was
allerdings keine absolute Bedingung darstellt, so daß die
Steuerverstärkung G auch einen festen Wert aufweisen kann.
Die Fig. 7 und 8 sind Zeitablaufdiagramme, welche eine
Änderung des tatsächlichen Kraftstoffdruckes PF im Verlauf
der Zeit zeigen, wenn sich der Kraftstoffdruck ändert (wenn
der Sollkraftstoffdruck PFo drastisch ansteigt), wobei Fig.
7 einen Fall erläutert, in welchem die Brennkraftmaschine mit
hoher Drehzahl läuft, und Fig. 8 einen Zustand erläutert, in
welchem die Brennkraftmaschine mit niedriger Drehzahl läuft.
In den Fig. 7 und 8 werden die vorbestimmten Zeiträume T1a
und T1b zum Rückstellen der Steuerverstärkung G2 für den
Zustand, in welchem der Kraftstoffdruck zurückändert, auf die
Steuerverstärkung G1 für jenen Zustand, in welchem der
Kraftstoffdruck stabil bleibt, so eingestellt, daß sie in
Abhängigkeit von dem Kurbelwinkelsignal CA (der
Brennkraftmaschinendrehzahl Ne) verschieden sind.
Der vorbestimmte Zeitraum T1a wird daher dann, wenn mit hoher
Drehzahl gefahren wird (siehe Fig. 7), kürzer eingestellt
als der vorbestimmte Zeitraum T1b beim Fahren mit niedriger
Drehzahl (siehe Fig. 8).
Die gestrichelten Linien in den Fig. 7 und 8 geben eine
Änderung des Kraftstoffdrucks PF im Verlauf der Zeit in jenem
Fall an, in welchem die Bedingung zur Rückkehr zur
Steuerverstärkung G1 nach dem Ablauf des vorbestimmten
Zeitraums T1 aufgehoben ist.
Nunmehr wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf
die Fig. 2 bis 8 der Vorgang zur Umschaltung der
Steuerverstärkung in dem
Kraftstoffdruckrückkopplungsregelvorgang durch die
Vorrichtung 204 zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages gemäß Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 1 erläutert.
Hier wird der Fall beschrieben, in welchem der
Sollkraftstoffdruck PFo zum Zeitpunkt B drastisch ansteigt,
an welchem stabil gefahren wird (Bereich A), und dann der
Sollkraftstoffdruck PFo stark zum Zeitpunkt B abnimmt, an
welchem stabil gefahren wird (Bereich C), wie dies in Fig. 4
gezeigt ist.
Die Kraftstoffdruckregellogik wird mit einem vorbestimmten
Zyklus zu sämtlichen Zeiten ausgeführt, wenn die
Kraftstoffdruckrückkopplungszulässigkeitsbedingung erfüllt
ist.
In Fig. 5 erhält die Vorrichtung 201 zum Erhalten des
Sollkraftstoffdruckes zunächst einen Sollkraftstoffdruck PFo
aus der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne und der
Brennkraftmaschinenbelastung (Schritt S1).
Daraufhin vergleicht die Vorrichtung 204 zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages einen Absolutwert einer
Differenz zwischen dem Sollkraftstoffdruck PFo zu diesem
Zeitpunkt und dem Sollkraftstoffdruck PFo(n - 1) bei einem
vorherigen Zeitpunkt mit einem vorbestimmten Betrag α, und
beurteilt, ob sich der Sollkraftstoffdruck PFo um mehr als
den vorbestimmten Betrag α geändert hat (Schritt S2).
Wenn im Schritt S2 beurteilt wird, daß |PFo - Pfo(n - 1)| ≧ α
ist (also JA), so wird dies so angesehen, daß sich der
Sollkraftstoffdruck PFo gerade drastisch geändert hat (der
Kraftstoffdruck sich geändert hat). Dann wird beurteilt, ob
ein vorbestimmter Zeitraum T1 seit der Änderung des
Sollkraftstoffdruckes PFo abgelaufen ist (Schritt S3).
Im Schritt S3 wird daher beurteilt, ob der vorbestimmte
Zeitraum T1 seit jenem Zeitpunkt abgelaufen ist, an welchem
sich der Sollkraftstoffdruck PFo um mehr als einen
vorbestimmten Betrag α geändert hat (seit dem Zeitpunkt des
Beginns der Änderung des Kraftstoffdruckes).
Wenn sich die Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine nicht um
einen vorbestimmten Kurbelwinkel seit einem Zeitpunkt gedreht
hat, an welchem die Änderung des Kraftstoffdrucks begonnen
hat, und wenn im Schritt S3 beurteilt wird, daß der
vorbestimmte Zeitraum T1 nicht abgelaufen ist (also NEIN),
ist die Bedingung zum zwangsweisen Zurückstellen der
Steuerverstärkung zurück auf die (erste) Steuerverstärkung G1
für den Zustand mit stabilem Kraftstoffdruck nicht erfüllt.
Dann wird beurteilt, ob der Zustand, in welchem die Differenz
ΔPF des Kraftstoffdrucks auf einen Wert innerhalb eines
vorbestimmten Bereiches β konvergiert, über einen
vorbestimmten Zeitraum T2 angehalten hat (< T1) (Schritt S4).
Der vorbestimmte Bereich β wird so eingestellt, daß die
Temperatur des Kraftstoffdruckreglers 15, die Spannung, die
Alterung und dergleichen berücksichtigt werden.
Wenn im Schritt S4 beurteilt wird, daß der vorbestimmte
Zeitraum T2 nicht abgelaufen ist (also NEIN), trotz ΔPF < β
(also NEIN) oder ΔPF ≦ β, stellt die Vorrichtung 204 zum
Erhalten des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages selektiv die
(zweite) Steuerverstärkung G2 für jenen Zustand, in welchem
sich der Kraftstoffdruck ändert, als Steuerverstärkung G zur
Rückkopplung des Kraftstoffdrucks (Schritt S5) ein, und endet
der Verarbeitungsablauf von Fig. 5.
Wenn im Schritt S4 beurteilt wird, daß der Zustand ΔPF ≦ β
über den vorbestimmten Zeitraum T2 angehalten hat (also JA),
stellt die Vorrichtung 204 zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages selektiv die (erste)
Steuerverstärkung G1 für den Zustand, in welchem der
Kraftstoffdruck stabil bleibt, also die Steuerverstärkung G
zum Rückkoppeln des Kraftstoffdruckes ein (Schritt S6), und
endet der Verarbeitungsablauf von Fig. 5.
Daraufhin wird die Steuerverstärkung G bis zum nächsten
Steuerzyklus beibehalten.
Der Kraftstoffdruck PF wird daher durch Rückkopplung
geregelt, auf der Grundlage der Steuerverstärkung G1 oder G2
(siehe Fig. 6), die sich in Abhängigkeit von der momentanen
Differenz ΔPF der Kraftstoffdrucke ändern.
Wenn andererseits im Schritt S2 beurteilt wird, daß
|PFo - PFo(n - 1)| < α ist (also NEIN), so geschieht dies nicht
unmittelbar nach einer Änderung des Kraftstoffdrucks. Daher
wird dann beurteilt, ob sich der Kraftstoffdruck nunmehr
ändert, auf der Grundlage der Größe der Differenz ΔPF der
Kraftstoffdrucke (Schritt S7).
Wenn die Differenz ΔPF der Kraftstoffdrucke immer noch groß
ist, und im Schritt S7 festgestellt wird, daß sich der
Kraftstoffdruck ändert (also JA), dann geht der
Betriebsablauf zum Schritt S3 über, um die voranstehend
geschilderten Verarbeitungsvorgänge zu wiederholen.
Wenn andererseits die Differenz ΔPF der Kraftstoffdrucke
nahezu gleich 0 ist (der Kraftstoffdruck ist stabil), und im
Schritt S7 festgestellt wird, daß sich der Kraftstoffdruck
nicht ändert (also NEIN), dann geht der Betriebsablauf zum
Schritt S6 über, in welchem die Steuerverstärkung G zur
Rückkopplung des Kraftstoffdrucks selektiv als die
Steuerverstärkung G1 für jenen Fall eingestellt wird, in
welchem der Kraftstoffdruck stabil bleibt.
Wenn im Schritt S3 beurteilt wird, daß der vorbestimmte
Zeitraum T1 abgelaufen ist (sich die Kurbelwelle um einen
vorbestimmten Winkel gedreht hat), nachdem sich der
Sollkraftstoffdruck PFo um mehr als den vorbestimmten Betrag
a geändert hat (also JA), dann geht der Betriebsablauf zum
Schritt S6 über.
In diesem Fall zeigt die Differenz ΔPF der Kraftstoffdrucke
eine schlechte Konvergenz, und ist für die Konvergenz ein
längerer Zeitraum erforderlich. Im Schritt S6 wird daher die
Steuerverstärkung G zum Rückkoppeln des Kraftstoffdrucks
zwangsweise von der Steuerverstärkung G2 für den Zustand, in
welchem sich der Kraftstoffdruck ändert, auf die
Steuerverstärkung G1 für den Zustand umgeschaltet, in welchem
der Kraftstoffdruck stabil bleibt.
Selbst wenn die Differenz ΔPF der Kraftstoffdrucke eine
schlechte Konvergenz zeigt, wird daher das Reaktionsvermögen
auf den Kraftstoffdruck PF durch die
Rückkopplungsregelungsoperation auf der Grundlage der
Steuerverstärkung G1 (< G2) verbessert, und wird der
Kraftstoffdruck PF in Übereinstimmung mit dem
Sollkraftstoffdruck PFo zu einem frühen Zeitpunkt gebracht.
Die vorbestimmten Zeiträume T1 und T2 in den Schritten S3 und
S4 werden eingestellt in Abhängigkeit von dem Ausblasausmaß
der Hochdruckpumpe 13 (der Umdrehungsgeschwindigkeit der
Hochdruckpumpe 13), und weisen dieselben Bedeutungen auf wie
dann, nachdem sich die Kurbel um einen vorbestimmten Winkel
gedreht hat.
Die vorbestimmten Zeiträume T1 und T2 werden daher in
Abhängigkeit von der Drehzahl (Transientenreaktion des
Kraftstoffdrucks PF) der Brennkraftmaschine 1 (Hochdruckpumpe
13) eingestellt.
Der vorbestimmte Zeitraum T1 wird kurz, wenn die
Hochdruckpumpe mit hoher Drehzahl läuft, und wird lang, wenn
die Hochdruckpumpe mit niedriger Drehzahl läuft, wie dies
durch die vorbestimmten Zeiträume T1a und T1b in den Fig.
7 und 8 angedeutet ist.
Durch selektive Einstellung der Steuerverstärkung G2 bei der
Kraftstoffdruckrückkopplungsregeloperation für den Zustand,
in welchem sich der Kraftstoffdruck ändert, auf solche Weise,
daß sie kleiner ist als die Steuerverstärkung G1 für jenen
Zustand, in welchem der Kraftstoffdruck stabil bleibt, wird
es daher ermöglicht, das Ausmaß des Überschwingens oder des
Unterschwingens des Kraftstoffdruckes PF, wenn sich der
Kraftstoffdruck ändert, auf ein Ausmaß zu unterdrücken, das
die Regeloperation nicht behindert.
Durch Unterbrechung der Rückkopplungsregeloperation, wenn
sich der Kraftstoffdruck ändert, kann darüber hinaus der
Kraftstoffdruck PF in Übereinstimmung mit dem
Sollkraftstoffdruck PFo dadurch gebracht werden, daß der
Kraftstoffdruck mittels Rückkopplung geregelt wird, auf der
Grundlage der Steuerverstärkung G2, selbst wenn die Differenz
ΔPF der Kraftstoffdrucke nicht auf einen Wert innerhalb des
vorbestimmten Bereiches β konvergiert.
In diesem Fall wird die Regelbarkeit in dem Zustand, in
welchem sich der Kraftstoffdruck ändert, nicht
beeinträchtigt, verglichen mit dem Stand der Technik, bei
welchem die Rückkopplungsregelung unterbrochen wird, wenn
sich der Kraftstoffdruck ändert.
Als Bedingung für die Rückstellung der Steuerverstärkung G2
für jenen Zustand, in welchem sich der Kraftstoffdruck
ändert, auf die Steuerverstärkung G1 für den Zustand, in
welchem der Kraftstoffdruck stabil bleibt, kann der Ablauf
des vorbestimmten Zeitraums T1 von dem Zeitpunkt an, an dem
sich der Sollkraftstoffdruck PFo um mehr als einen
vorbestimmten Betrag α geändert hat (seit dem Zeitpunkt des
Beginns der Änderung des Kraftstoffdrucks) eingestellt
werden, oder die Fortsetzung des vorbestimmten Zeitraums T2
in einem Zustand, in welchem die Differenz ΔPF der
Kraftstoffdrucke innerhalb des vorbestimmten Bereiches β
liegt, um die Regelbarkeit und die Konvergenzreaktion weiter
zu verbessern, wenn sich der Kraftstoffdruck ändert.
Wenn der Kraftstoffdruck PF, der durch Rückkopplung geregelt
wird, wenn sich der Kraftstoffdruck ändert, sich stark von
dem Sollkraftstoffdruck PFo unterscheidet, infolge von
Schwankungen des Kraftstoffdruckreglers 15, der Temperatur,
der Spannung, Alterungsvorgängen und dergleichen, ist ein
verlängerter Zeitraum dazu erforderlich, damit die Differenz
ΔPF der Kraftstoffdrucke konvergiert, wenn die
Rückkopplungsregelung unter Verwendung der Steuerverstärkung
G2 eingesetzt wird, und nimmt die Zeit zur Korrektur des
Kraftstoffdrucks (die Regelungsbelastung) zu.
Nach zwangsweiser Änderung der Steuerverstärkung auf die
Steuerverstärkung G1 für jenen Zustand, in welchem der
Kraftstoffdruck stabil bleibt, nach dem Ablauf des
vorbestimmten Zeitraums T1 seit jenem Zeitpunkt, an welchem
der Kraftstoffdruck sich zu ändern begann, kann jedoch das
Konvergenzverhalten der Differenz ΔPF der Kraftstoffdrucke
verbessert werden.
Es ist daher zulässig, und zwar wenn der Kraftstoffdruck
stabil bleibt, aber auch, wenn er sich ändert, den
Kraftstoffdruck unter Beibehaltung einer guten Stabilität
einer guten Genauigkeit des Kraftstoffdrucks und eines guten
Reaktionsvermögens des Kraftstoffdrucks zu regeln, unabhängig
von Schwankungen des Erregerstroms Ri und des
Kraftstoffdrucks PF, die durch Schwankungen beim
Kraftstoffdruckregler 15, der Temperatur, der Spannung sowie
durch Alterungsvorgänge hervorgerufen werden.
Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform wurde der
vorbestimmte Zeitraum T1 als Bedingung dafür eingestellt, zur
Steuerverstärkung G1 zurückzukehren, um die Konvergenz der
Differenz ΔPF der Kraftstoffdrucke zu dem Zeitpunkt zu
beschleunigen, an welchem sich der Kraftstoffdruck ändert.
Allerdings kann die Bedingung für die Rückkehr zur
Steuerverstärkung nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums
T1 (Schritt S3 in Fig. 5) auch weggelassen werden.
In diesem Fall ist die Rückstellbedingung (Schritt S4) nach
dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums T2, seit dem
Zeitpunkt, an welchem die Differenz ΔPF der Kraftstoffdrucke
auf den Wert innerhalb des vorbestimmten Bereichs β
konvergiert hat, erfüllt, und geht die Steuerverstärkung G2
zur Steuerverstärkung G1 zurück.
Wie durch gestrichelte Linien in den Fig. 7 und 8
dargestellt ist, kann daher der Kraftstoffdruck PF verläßlich
auf den Sollkraftstoffdruck PFo konvergieren, obwohl die
Konvergierungszeit länger als die Zeit für die Änderung des
Kraftstoffdruckes PF (vgl. die durchgezogene Linie) wird, zu
dem Zeitpunkt, an welchem die Rückstellbedingung des
Schrittes S3 hinzugefügt wird.
Bei der vorstehend geschilderten Ausführungsform 1
entsprechen die vorbestimmten Zeiträume T1 und T2 dem
Drehwinkel der Kurbel, und werden in Abhängigkeit von der
Brennkraftmaschinendrehzahl Ne unterschiedlich eingestellt.
Allerdings können die vorbestimmten Zeiträume T1 und T2 auch
unabhängig von der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne konstant
gewählt werden.
Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform 1 werden
die Steuerverstärkungen G1 und G2 variabel eingestellt, in
Abhängigkeit von der Differenz ΔPF der Kraftstoffdrucke, wie
dies in Fig. 6 gezeigt ist. Allerdings können die
Steuerverstärkungen G1 und G2 auch unabhängig von der
Differenz ΔPF der Kraftstoffdrucke konstant gewählt werden.
Wie aus Fig. 6 hervorgeht, werden darüber hinaus die
Steuerverstärkungen G1 und G2 variabel eingestellt, unter
Verwendung einer primären Funktion, die exklusiv durch die
Differenz ΔPf der Kraftstoffdrucke eingestellt wird.
Allerdings können die Steuerverstärkungen G1 und G2 auch
variabel auf unterschiedliche Werte eingestellt werden,
abhängig davon, ob sich die Differenz ΔPF der
Kraftstoffdrucke in positiver Richtung oder in negativer
Richtung ändert.
Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform 1 gemäß
Fig. 9 wird der Kraftstoffdruckregler 15 als die
Kraftstoffdruckänderungsvorrichtung zur Einstellung der
Kraftstoffmenge verwendet, die von der
Hochdruckrückführleitung 14A zurückgeführt wird. Dies läßt
sich allerdings auch bei jeder abgeänderten Ausführungsform
einsetzen.
Beispielsweise kann irgendeine andere
Kraftstoffdruckänderungsvorrichtung verwendet werden, die an
der stromaufwärtigen Seite der Hochdruckpumpe 13 vorgesehen
ist.
Claims (5)
1. Gerät zum Regeln des Kraftstoffdrucks in einer
Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung
in den Zylinder, welches aufweist:
verschiedene Sensoren zum Detektieren der Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine (1);
einen Injektor (8) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine (1);
eine Pumpe (13) zum Zuführen von Kraftstoff zu dem Injektor;
ein Leitungssystem (14) zum Verbinden der Pumpe (13) mit dem Injektor (8);
eine Kraftstoffdruckdetektorvorrichtung (17) zum Detektieren des tatsächlichen Kraftstoffdruckes (PF), der auf den Injektor (8) einwirkt;
eine Kraftstoffdruckänderungsvorrichtung (15) zum Einstellen des echten Kraftstoffdrucks (PF); und
eine Steuervorrichtung (20A) zur derartigen Rückkopplungsregelung des Kraftstoffdruckes, daß der echte Kraftstoffdruck (PF) in Übereinstimmung mit einem Sollkraftstoffdruck (PFo) gebracht wird; wobei
die Steuervorrichtung (20A) eine Vorrichtung (204) zum Erhalten des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages zur variablen Einstellung einer Steuerverstärkung zum Regeln des Kraftstoffdrucks mittels Rückkopplung aufweist; und
die Vorrichtung (204) zum Erhalten des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages die Steuerverstärkung ändert, wenn sich der Sollkraftstoffdruck (PFo) um mehr als einen vorbestimmten Betrag (α) geändert hat, von einer ersten Steuerverstärkung (G1) für jenen Zustand, in welchem der Kraftstoffdruck stabil bleibt, zu einer zweiten Steuerverstärkung (G2) für jenen Zustand, in welchem sich der Kraftstoffdruck ändert.
verschiedene Sensoren zum Detektieren der Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine (1);
einen Injektor (8) zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine (1);
eine Pumpe (13) zum Zuführen von Kraftstoff zu dem Injektor;
ein Leitungssystem (14) zum Verbinden der Pumpe (13) mit dem Injektor (8);
eine Kraftstoffdruckdetektorvorrichtung (17) zum Detektieren des tatsächlichen Kraftstoffdruckes (PF), der auf den Injektor (8) einwirkt;
eine Kraftstoffdruckänderungsvorrichtung (15) zum Einstellen des echten Kraftstoffdrucks (PF); und
eine Steuervorrichtung (20A) zur derartigen Rückkopplungsregelung des Kraftstoffdruckes, daß der echte Kraftstoffdruck (PF) in Übereinstimmung mit einem Sollkraftstoffdruck (PFo) gebracht wird; wobei
die Steuervorrichtung (20A) eine Vorrichtung (204) zum Erhalten des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages zur variablen Einstellung einer Steuerverstärkung zum Regeln des Kraftstoffdrucks mittels Rückkopplung aufweist; und
die Vorrichtung (204) zum Erhalten des Kraftstoffdruckkorrekturbetrages die Steuerverstärkung ändert, wenn sich der Sollkraftstoffdruck (PFo) um mehr als einen vorbestimmten Betrag (α) geändert hat, von einer ersten Steuerverstärkung (G1) für jenen Zustand, in welchem der Kraftstoffdruck stabil bleibt, zu einer zweiten Steuerverstärkung (G2) für jenen Zustand, in welchem sich der Kraftstoffdruck ändert.
2. Gerät zum Regeln des Kraftstoffdrucks in einer
Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung
in einen Zylinder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung (204) zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages die Steuerverstärkung
zurück auf die erste Steuerverstärkung (G1) zu einem
Zustand einstellt, wenn ein vorbestimmter Zeitraum (T1)
seit dem Zeitpunkt abgelaufen ist, an welchem die
Steuerverstärkung von der ersten Steuerverstärkung (G1)
auf die zweite Steuerverstärkung (G2) umgeschaltet
wurde.
3. Gerät zum Regeln des Kraftstoffdrucks in einer
Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung
in einen Zylinder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung (204) zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages die Steuerverstärkung
zurück auf die erste Steuerverstärkung (G1)
zurückstellt, nachdem ein Zustand, in welchem eine
Differenz zwischen dem Sollkraftstoffdruck (PFo) und dem
echten Kraftstoffdruck (PF) innerhalb eines
vorbestimmten Bereiches (β) liegt, über einen
vorbestimmten Zeitraum (T2) angedauert hat.
4. Gerät zum Regeln des Kraftstoffdrucks in einer
Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung
in einen Zylinder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung (204) zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages variabel die zweite
Steuerverstärkung (G2) in Abhängigkeit von den
Betriebsbedingungen einstellt.
5. Gerät zum Regeln des Kraftstoffdrucks in einer
Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung
in eine Zylinder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung (204) zum Erhalten des
Kraftstoffdruckkorrekturbetrages variabel die zweite
Steuerverstärkung (G2) einstellt, in Abhängigkeit von
einer Differenz zwischen dem Sollkraftstoffdruck (PFo)
und dem echten Kraftstoffdruck (PF).
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