DE102004008234A1

DE102004008234A1 - Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102004008234A1
Application number: DE200410008234
Authority: DE
Inventors: Toshimi Kariya Matsumura; Takashi Kariya Kikutani
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: DE102004008234B4; JP2004251208A; JP4221574B2

Abstract

In einem Kraftstoffeinspritzsystem wird eine Kraftstoffeinspritzmenge durch einen Lernkorrekturwert (gQi) exakt korrigiert, der aus einem Vergleich zwischen einem Zylinderinnendruck, der der tatsächlichen Einspritzmenge (Pgfti') entspricht, und einem durch eine ECU (5) bestimmten Einspritzzeitsolldruck (Pgfti') erhalten wird. Ferner wird ein Korrekturkoeffizient (Ki) auf der Grundlage eines Druckunterschieds zur einspritzfreien Zeit zwischen einem durch die ECU (5) angenommenen Solldruck (Pmti) zur einspritzfreien Zeit und einem tatsächlichen Zylinderinnendruck (Pmri) erhalten, und zur Einspritzzeit wird der endgültige Einspritzzeitsolldruck (Pgfti') durch Korrigieren des durch die ECU (5) bestimmten Einspritzzeitsolldrucks (Pgfti) mit einem Druckunterschied (DELTAP) auf Grundlage des Korrekturkoeffizienten (Ki) und des gegenwärtigen Betriebszustands erhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine (im weiteren Verlauf „Kraftmaschinen" bezeichnet), und insbesondere auf ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Steuervorrichtung zum Steuern einer Einspritzmenge.
Gemäß einer herkömmlichen Steuervorrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem werden die optimale Einspritzmenge und Einspritzzeitgebung auf Grundlage verschiedener sich auf die Kraftmaschine beziehender Parameter berechnet. Kraftstoff, dessen Menge so berechnet wird, wird durch jeden Injektor zu der Kraftmaschine zugeführt.
Selbst wenn der Injektor aus Komponenten gefertigt ist, dessen Abmessungsgenauigkeit extrem hoch ist, ist es sehr schwierig, einen Unterschied zwischen der durch die Steuervorrichtung berechneten Einspritzmengen (der berechneten Einspritzmenge) und einer tatsächlichen Einspritzmenge vollständig zu beseitigen, da Schwankungen der Herstellungsabmessungen der Komponenten unvermeidbar sind und die Komponenten dazu neigen, sich aufgrund von Alterung zu verformen.
Um einen Wert des Unterschieds zwischen der berechneten und der tatsächlichen Einspritzmenge zu minimieren, ist es bereits bekannt, wie in der JP-A-2001-355500 offenbart ist, dass die berechnete Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage einer angenommenen Menge korrigiert wird, die durch Annehmen einer Verschiebung bzw. Abweichung der Einspritzmenge aus der Abweichung einer Kraftmaschinendrehzahl (Kraftmaschinengeschwindigkeit) zu einem Zeitpunkt, zu dem sich die Kraftmaschine in einem stabilen Zustand befindet (beispielsweise in einem Leerlaufzustand und unmittelbar nachdem die Kraftmaschine aufgewärmt ist), erhalten wird.
Dieses herkömmliche Verfahren hat jedoch einen Nachteil darin, dass es schon an sich schwierig ist, die Einspritzmenge mit einer hohen Genauigkeit zu korrigieren, da ein Wert der Abweichung der Einspritzmenge, die aufgrund von Herstellungsschwankungen der Systemkomponenten und aufgrund der Verformung der Komponenten infolge der Alterung variabel ist, indirekt von der Abweichung der Kraftmaschinendrehzahl angenommen wird, so dass eine Genauigkeit beim Korrigieren der Einspritzmenge nicht sonderlich hoch ist.
Gemäß dem herkömmlichen Verfahren ist es schwierig, eine höchst genaue Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnissteuerung durchzuführen, was es schwierig macht, den Kraftstoffverbrauch auf ein minimales Ausmaß zu senken und die Abgaszusammensetzung auf ein maximales Ausmaß zu verbessern.
Ferner ist es in einem Fall von Mehrfacheinspritzungen schwierig, bei denen mehrere Einspritzungen pro Verbrennung durchgeführt werden (das heißt, während einer Kraftstoffeinspritzzeitspanne in einem Durchlauf, der einen Einlass, einen Verdichtungs-, einen Expansions- und einen Auslasstakt aufweist), jede berechnete Einspritzmenge der Mehrfacheinspritzungen zu korrigieren, da es kein Verfahren zum Vergleichen jeder berechneten Einspritzmenge mit jeder tatsächlichen Einspritzmenge der Mehrfacheinspritzungen gibt. Mit anderen Worten holt das herkömmliche Mehrfacheinspritzungskorrekturverfahren nicht die meisten Vorteile aus der Mehrfacheinspritzung heraus (in Hinsicht auf das Unterdrücken von Kraftmaschinenschwingungen und Kraftmaschinengeräuschen, das Reinigen des Abgases und das Optimieren sowohl der Kraftstoffausgabe als auch des Kraftmaschinenverbrauchs).
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen, bei dem die durch eine Steuervorrichtung erhaltene und zu der Kraftmaschine zugeführte Einspritzmenge eine exakte Menge wiedergibt, die tatsächlich von der Kraftmaschine zur optimalen Steuerung gefordert wird, und zwar ungeachtet jeglicher Herstellungsschwankungen von Komponenten des Systems und Alterungsverformungen der Komponenten.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, hat das Kraftstoffeinspritzsystem einen Drucksensor zum Erfassen des Zylinderinnendrucks und eine Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung in einer Steuervorrichtung, die einen Einspritzzeitsolldruck berechnet, der zu einem Zeitpunkt, zu dem Kraftstoff eingespritzt wird, ein angenommener Zylinderinnendruck ist. Eine Einspritzmengenkorrektureinrichtung in der Steuervorrichtung ist so tätig, dass die Kraftstoffeinspritzsollmenge korrigiert wird, falls ein Druckunterschied zwischen dem durch die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung berechneten Einspritzzeitsolldruck und einem durch den Drucksensor erfassten tatsächlichen Zylinderinnendruck einen vorbestimmten Wert überschreitet, um den Druckunterschied zu beseitigen.
Gemäß dem vorstehend erwähnten System wird der erfasste tatsächliche Zylinderinnendruck direkt mit dem Einspritzzeitsolldruck verglichen, der so bestimmt ist, dass er der Einspritzmenge zu diesem Zeitpunkt entspricht, falls zwischen der tatsächlich eingespritzten Einspritzmenge und der durch die Steuervorrichtung bestimmten Einspritzmenge ein Unterschied besteht, so dass der Unterschied mit einer hohen Genauigkeit erfasst werden kann. Dementsprechend kann eine durch die Steuervorrichtung erhaltene maximale Einspritzmenge mit einer hohen Genauigkeit zu einer Kraftmaschine zugeführt werden. Das heißt, selbst wenn die in den Zylinder einzuspritzende tatsächliche Einspritzmenge von der durch die Steuervorrichtung berechneten Einspritzmenge aufgrund von Herstellungsschwankungen und Alterungsverformungen der Systemkomponenten abweicht, kann die durch die Steuervorrichtung bestimmte optimale Einspritzmenge tatsächlich zu der Kraftmaschine zugeführt werden.
Als ein Ergebnis kann eine äußerst exakte Luft-Kraftstoff-Gemisch-Verhältnissteuerung erzielt werden, so dass der Kraftstoffverbrauch auf ein minimales Ausmaß verbessert wird und die Abgaszusammensetzung auf ein maximales Ausmaß verbessert wird.
Es ist vorzuziehen, dass in einem Verbrennungsdurchlauf eine Vielzahl von Kraftmaschineneinspritzungen durchgeführt wird, und dass ferner bei jeder Kraftstoffeinspritzung der Einspritzzeitsolldruck berechnet wird und der tatsächliche Zylinderinnendruck zu einem angenommenen Zeitpunkt (zu einem Abtastwinkel) erfasst wird, zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch jede Kraftstoffeinspritzung, die bei jeder Einspritzzeitgebung im Verbrennungsdurchlauf startet, erhöht wird und falls der Druckunterschied in jeder Einspritzung zwischen dem Einspritzzeitsolldruck und dem tatsächlichen Zylinderinnendruck zum angenommenen Zeitpunkt den vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Kraftstoffeinspritzsollmenge in jeder Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage eines Lernkorrekturwerts korrigiert, der erhalten wird, um den Druckunterschied in jeder Einspritzung zu beseitigen.
Mit dem vorstehend erwähntem System wird jede durch die Steuervorrichtung bestimmte Einspritzmenge der Mehrfacheinspritzungen mit jeder tatsächlichen Einspritzung verglichen, so dass jede Einspritzmenge der Mehrfacheinspritzungen genau korrigiert wird.
Dementsprechend kann das System die meisten Vorteile aus der Mehrfacheinspritzung herausziehen (in Hinsicht auf das Unterdrücken von Kraftmaschinenschwingungen und Kraftmaschinengeräuschen, das Reinigen von Abgas und das Optimieren sowohl der Kraftmaschinenausgabe als auch des Kraftstoffverbrauchs).
Wenn jeder Einspritzzeitsolldruck an jedem Mehrfachpunkt (kontinuierlichen) erhalten wird und mit jedem tatsächlichen Zylinderinnendruck an jedem der Mehrfachpunkte verglichen wird, wird eine sehr hohe Berechnungslast auf die Steuervorrichtung beaufschlagt.
Jedoch wird bei diesem Kraftstoffeinspritzsystem jeder Einspritzzeitsolldruck zu einem Zeitpunkt erhalten (zu jedem Prüfwinkel), zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch jede Einspritzung der Mehrfacheinspritzungen erhöht wird, und er wird zu diesem Zeitpunkt mit dem tatsächlichen Zylinderinnendruck verglichen, sodass eine geringere Berechnungslast auf die Steuervorrichtung aufgebracht wird.
Als eine Alternative kann eine einzelne Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungsdurchlauf durchgeführt werden. In diesem System wird der Einspritzzeitsolldruck berechnet und der tatsächliche Zylinderinnendruck wird zu einem angenommenen Zeitpunkt erfasst, zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch die Kraftstoffeinspritzung, die zu einer Einspritzzeitgebung startet, zunimmt, und falls der Druckunterschied zwischen dem Einspritzzeitsolldruck und dem tatsächlichen Zylinderinnendruck zu dem angenommenen Zeitpunkt den vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Kraftstoffeinspritzsollmenge auf Grundlage eines zum Beseitigen des Druckunterschieds erhaltenen Lernkorrekturwerts korrigiert.
Mit diesem System wird die durch die Steuervorrichtung bestimmte Einspritzmenge einer einzelnen Einspritzung mit jeder tatsächlichen Einspritzung verglichen, sodass die Einspritzmenge der einzelnen Einspritzung genau korrigiert wird.
Dementsprechend kann das System die meisten Vorteile aus der Einzeleinspritzung herausziehen (in Hinsicht auf die Optimierung sowohl der Kraftmaschinenausgabe als auch des Kraftstoffverbrauchs und dem Reinigen des Abgases).
Wenn der Einspritzzeitsolldruck an jedem Mehrfachpunkt (kontinuierlich) erhalten wird und mit dem gegenwärtigen Zylinderinnendruck an jedem der Mehrfachpunkte verglichen wird, wird die Steuervorrichtung mit einer sehr großen Berechnungslast beaufschlagt.
Jedoch wird in diesem Kraftstoffeinspritzsystem der Einspritzzeitsolldruck zu einem Zeitpunkt (einem Prüfwinkel) erhalten, zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch die Einzeleinspritzung zunimmt, und wird mit dem tatsächlichen Zylinderinnendruck zu diesem Zeitpunkt verglichen, sodass die Steuervorrichtung mit einer geringeren Berechnungslast beaufschlagt wird.
Ferner hat die Steuervorrichtung bevorzugterweise eine Nichteinspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung zum Berechnen eines Solldrucks zur einspritzfreien Zeit, der ein angenommener Zylinderinnendruck zu einem gegebenen Zeitpunkt nach der Einspritzzeitgebung in einem Fall ist, in dem die Einspritzung zur Einspritzzeitgebung nicht durchgeführt wird, und hat eine Einspritzsolldruckkorrektureinrichtung zum Korrigieren des durch die Einspritzzeitsollannahmeeinrichtung berechneten Einspritzzeitsolldrucks auf so eine Weise, dass, falls ein Druckunterschied zur einspritzfreien Zeit zwischen dem durch die Nichteinspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung berechnete Solldruck zur einspritzfreien Zeit und dem zum gegebenen Zeitpunkt erfassten tatsächlichen Zylinderinnendruck besteht, ein Korrekturwert des Einspritzzeitsolldrucks dem Druckunterschied zur einspritzfreien Zeit entspricht.
Als ein Ergebnis können verschiedene Schwankungen, wie zum Beispiel charakteristische Schwankungen des Zylinderinnendrucksensors, dessen Schwankungen aufgrund von Temperatur, und Schwankungen der Kraftmaschine kompensiert werden, so dass ein fehlerhafter Unterschied zwischen dem endgültigen Einspritzzeitsolldruck, der durch die Steuervorrichtung erhalten wird, und dem tatsächlichen Zylinderinnendruck, der durch den Zylinderinnendrucksensor erfasst wird, minimiert werden, was im exakten Korrigieren der Einspritzmenge resultiert.
Außerdem ist es zum Erhöhen der Korrekturgenauigkeit der Einspritzmenge vorzuziehen, dass der Zylinderinnendrucksensor den Zylinderinnendruck der Kraftmaschine direkt erfasst.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ebenso wie Betriebsverfahren und die Funktionen der zugehörigen Teile aus einem Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung, der beiliegenden Ansprüche und der Zeichnungen ersichtlich, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden. In den Zeichnungen ist:
1 eine schematische Ansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems der Common-Rail-Bauweise gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Graph, der eine Änderung des Zylinderinnendrucks in Antwort auf Kurbelwinkel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ein Ablaufdiagramm, das eine Einspritzsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ein weiteres Ablaufdiagramm, das die Einspritzsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ein Graph, der ein Verhältnis zwischen der Kraftmaschinendrehzahl und dem Zylinderinnendruck gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
6 ein Graph, der eine Änderung des Zylinderinnendrucks in Antwort auf Kurbelwinkel gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(erstes Ausführungsbeispiel)
Unter Bezugnahme auf 1 bis 4 wird ein Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauweise gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, besteht das Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauweise, welches ein System zum Einspritzen beispielsweise zu einer Dieselkraftmaschine (Kraftmaschine) 1 ist, aus einer Common-Rail 2, Injektoren 3, einer Zuführpumpe 4 und einer ECU (Abkürzung einer Kraftmaschinensteuereinheit oder einer Steuervorrichtung) 5.
Die Kraftmaschine 1 ist mit einer Vielzahl von Zylindern versehen, wobei in jedem dieser Zylinder ein Einlasstakt, ein Verdichtungstakt, ein Expansionstakt und ein Auslasstakt fortlaufend ausgeführt werden. Auch wenn in diesem Ausführungsbeispiel vier Stück Zylinder vorgesehen sind, kann die Stückanzahl der Zylinder jede andere Anzahl annehmen.
Die Common-Rail 2 ist ein Druckspeicherbehälter, in dem ein zu den Injektoren 3 zuzuführender Hochdruckkraftstoff angesammelt wird. Die Common-Rail 2 ist über ein Kraftstoffrohr (einen Hochdruckkraftstoffdurchlass) 6 an einer Ausgabeöffnung einer Zufuhrpumpe 4 angeschlossen, um den Hochdruckkraftstoff zu fördern, so dass darin ein einem Kraftstoffeinspritzdruck entsprechender Common-Rail-Druck angesammelt wird.
Von den Injektoren 3 leckender Kraftstoff wird durch ein Leckagerohr (Kraftstoffrückführdurchlass) 7 zu einem Kraftstofftank 8 zurückgeführt.
Ein Druckbegrenzer 11 ist an einem Ablassrohr (Kraftstoffrückführdurchlass) 9 montiert, der zwischen der Common-Rail 2 und dem Kraftstofftank 8 verbindet. Der Druckbegrenzer 11 ist ein Druckablassventil, das geöffnet wird, wenn der Kraftstoffdruck in der Common-Rail einen voreingestellten Wert überschreitet, sodass der Kraftstoffdruck in der Common-Rail unter dem voreingestellten Wert gehalten wird.
Jeder Injektor 3 ist in jedem Zylinder der Kraftmaschine 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder installiert und jeweils mit dem stromabwärts liegenden Ende einer Vielzahl von sich von der Common-Rail 2 abzweigenden Rohren verbunden. Der Injektor 3 hat eine Kraftstoffeinspritzdüse, durch die der in der Common-Rail 2 angesammelte Hochdruckkraftstoff zu jedem Zylinder der Kraftstoffmaschine eingespritzt wird, und er hat ein Ventilöffnungsstellglied (beispielsweise ein elektromagnetisches Ventil unter Verwendung piezoelektrischer Elemente), welches eine Hubsteuerung einer in der Kraftstoffeinspritzdüse aufgenommenen Nadel durchführt.
Jedes Ventilöffnungsstellglied des Injektors 3 ist betätigbar, um die Einspritzzeitgebung und die Einspritzmenge in jedem Zylinder zu steuern. Wenn jedes Einspritzventilöffnungssignal (Q1 bis Q4, die später beschrieben werden) von der ECU 5 in das Ventilöffnungsstellglied eingegeben wird, wird das Ventilöffnungsstellglied so angetrieben, dass zu jedem Zylinder ein Hochdruckkraftstoff eingespritzt wird. Wenn das in das Ventilöffnungsstellglied eingegebene Injektorventilöffnungssignal ausgeschaltet wird, wird die Hochdruckkraftstoffeinspritzung zu dem Zylinder gestoppt.
Die Zufuhrpumpe 4, die eine Kraftstoffpumpe zum Speisen von Hochdruckkraftstoff zu der Common-Rail 2 unter Druck ist, besteht aus einer Speisepumpe zum Pumpen von Kraftstoff in dem Kraftstofftank 8 zu der Zufuhrpumpe 4 und einer Hochdruckpumpe zum Druckbeaufschlagen des durch die Speisepumpe gepumpten Kraftstoffs und zum Fördern des Hochdruckkraftstoffs zu der Common-Rail 2. Die Speisepumpe und die Hochdruckpumpe werden gemeinsam durch eine Nockenwelle 12 angetrieben. Die Nockenwelle 12 ist, wie in 1 gezeigt ist, typischerweise durch eine Kurbelwelle 13 der Kraftmaschine 1 drehangetrieben.
Ein Pumpensteuerventil (nicht gezeigt), welches dazu fähig ist, eine Menge des in die Hochdruckpumpe einzusaugenden Kraftstoffs einzustellen, ist an der Zufuhrpumpe 4 montiert. Das Pumpensteuerventil wird durch die ECU 5 gesteuert, um den Common-Rail-Druck zu regeln.
Die ECU 5 hat einen Mikrocomputer, dessen Konstruktion wohlbekannt ist, einschließlich CPUs zum Ausführen von Steuerprozessen und Berechnungsprozessen, Speichereinheiten (einschließlich Speichern wie zum Beispiel ROM, RAM oder EEPROM und RAM) und weiteren funktionalen Einheiten, wie zum Beispiel Eingabeschaltungen, Ausgabeschaltungen, Stromquellenschaltungen, Injektortreiberschaltungen und Pumpentreiberschaltungen. Die ECU 5 führt verschiedene Berechnungsprozesse auf Grundlage von Signalen von Sensoren aus (Kraftmaschinenparameter: Signale, die gemäß Zuständen eines Fahrers oder Betriebsbedingungen der Kraftmaschine 1 variieren), die in die ECU 5 gelesen werden.
Nun wird nachstehend die Kraftstoffeinspritzsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden Kraftstoffeinspritzungen mehrmals pro Verbrennung (Mehrfacheinspritzungen) durchgeführt, um Kraftmaschinenschwingungen und Kraftmaschinengeräusche zu unterdrücken, Abgas zu reinigen und sowohl die Kraftmaschinenausgabe als auch den Kraftmaschinenverbrauch auf ein maximales Ausmaß zu optimieren. Eine einmalige Kraftstoffeinspritzmenge wird durch Teilen der Kraftstoffeinspritzmenge pro Verbrennung in eine im wesentlichen gleiche Vielzahl (in diesem Ausführungsbeispiel sind es vier) geteilt. Das heißt, in diesem Ausführungsbeispiel wird eine Mehrfacheinspritzung mit jeweils gleichen Mengen durchgeführt.
Auf Grundlage der in dem ROM gespeicherten Programmen (Kennfeldern und so weiter) und der in dem RAM gelesenen Kraftmaschinenparametern bestimmt die ECU 5 in jeder Kraftstoffeinspritzung eine Einspritzmenge Qib in einem gegenwärtigen Antriebszustand (mit Bezugnahme auf später beschriebenen Schritt 103) und bestimmt dann eine Einspritzmenge Qi in jeder Kraftstoffeinspritzung durch Korrigieren der Einspritzmenge Qib mit einem Lernkorrekturwert gQi (siehe später beschriebenen Schritt 104).
Ferner bestimmt die ECU 5 in jeder Kraftstoffeinspritzung eine Einspritzzeitgebung auf Grundlage der in der ROM (Kennfeldern und so weiter) gespeicherten Programme und der in dem RAM eingelesenen Kraftmaschinenparametern, und sie bestimmt ferner Einspritzzeitgebungsanweisungswerte, die Werte zum Starten des Ventilöffnungsvorgangs und zum Stoppen des Ventilöffnungsvorgangs sind (siehe später beschriebenen Schritt 105), um die Einspritzung der Einspritsollmenge Qi auszuführen.
Ein Beschleunigungssensor 21 zum Erfassen eines Öffnungsgrads eines Beschleunigungsventils, ein Drehzahlsensor 2 zum Erfassen einer Kraftmaschinendrehzahl, ein Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur eines Kühlmittels der Kraftmaschine 1, ein Common-Rail-Drucksensor 24 zum Erfassen des Drucks in der Common-Rail 2 und ein weiterer Sensor 25, die alle Sensoren zum Erfassen der Kraftmaschinenparameter sind, sind an der ECU 5 angeschlossen.
Wie bereits in einem den Stand der Technik beschreibenden Absatz erwähnt wurde, gibt es selbst dann, wenn die Komponenten des Injektors mit äußerst hoher Abmessungsgenauigkeit hergestellt sind, einen Unterschied zwischen der Einspritzmenge Qib in dem durch die ECU 5 bestimmten gegenwär tigen Antriebszustand und der tatsächlichen Einspritzmenge, da die Schwankungen in den Herstellungsabmessungen der Komponenten unvermeidbar sind und die Komponenten dazu neigen sich aufgrund des Alterns zu verformen.
Gemäß dem Stand der Technik wird zum Minimieren des Werts dieses Unterschieds eine Verschiebung bzw. Abweichung der Einspritzsollmenge aus einer Abweichung der Kraftmaschinendrehzahl zu einem Zeitpunkt, zu dem die Kraftmaschine 1 sich in einem stabilen Zustand befindet (beispielsweise einem Leerlaufzustand direkt nach dem Aufwärmen der Kraftmaschine 1), angenommen, und dann wird ein Lernkorrekturwert gQi auf Grundlage der angenommen Verschiebung der Einspritzsollmenge bestimmt. Die Einspritzsollmenge Qi wird in dem gegenwärtigen Antriebszustand durch Korrigieren der Einspritzmenge Qib mit dem Lernkorrekturwert gQi erhalten.
Jedoch hat dieses herkömmliche Verfahren einen Nachteil darin, das eine Genauigkeit beim Korrigieren der Einspritzmenge nicht so hoch ist, da der Lernkorrekturwert gQi durch Annehmen eines Werts der Abweichung der Einspritzmenge indirekt aus der Abweichung der Kraftmaschinendrehzahl erhalten wird.
Andererseits wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Zylinderinnendruck, der eine Einspritzmenge der von dem Injektor 3 tatsächlich eingespritzten Kraftstoff (tatsächliche Einspritzmenge) direkt wiedergibt, erfasst und die Kraftstoffmenge Qib in dem gegenwärtigen Antriebszustand wird auf Grundlage des erfassten Zylinderinnendrucks korrigiert, so dass die Einspritzmenge mit einer hohen Genauigkeit korrigiert werden kann.
Das Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat einen Zylinderinnendrucksensor 26, der den In nendruck jedes Zylinders der Kraftmaschine 1 erfasst. Der Zylinderinnendrucksensor 26, der wie eine Glühkerze gestaltet ist, ist an seinem axialen Ende mit einem Sensorelement versehen. Das Sensorelement ist in der Brennkammer jedes Zylinders der Kraftmaschine 1 angeordnet und erfasst den Zylinderinnendruck direkt mit hoher Genauigkeit.
Um die Einspritzmenge mit hoher Genauigkeit zu korrigieren hat die ECU 5 eine Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a, die einen Einspritzzeitsolldruck Pgfti' bestimmt (siehe die durchgezogene Linie zur Einspritzzeit in 2), der den Zylinderinnendruck beim Einspritzen des Kraftstoffs wiedergibt. Ferner hat die ECU eine Einspritzmengenkorrektureinrichtung 5b, welche, falls ein Druckunterschied ΔP' (siehe 2) zwischen dem durch die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a bestimmten Solldruck Pgfti' und einem durch den Zylinderinnendrucksensor 26 erfassten tatsächlichen Druck Pgfti (siehe punktstrichlierte Linie in 2) vorhanden ist, die Solleinspritzmenge Qi korrigiert, um den Druckunterschied ΔP' zu beseitigen.
In 2 gibt TDC einen oberen Totpunkt wieder, BTDC gibt einen Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt wieder und ATDC gibt einen Kurbelwinkel hinter dem oberen Totpunkt wieder.
Da das vorliegende Ausführungsbeispiel Mehrfacheinspritzungen (Mehrfacheinspritzungen mit gleichen Mengen) betrifft, bei denen Kraftstoffeinspritzungen mehrmals in einem Verbrennungsdurchlauf durchgeführt werden, bestimmt die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a in jeder Einspritzung den Einspritzzeitsolldruck Pgfti' (siehe Schritte 116 und 117 in einem Ablaufdiagramm) zu einem Zeitpunkt (siehe Prüfwinkel θ1 bis θ4 in 2), zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch jede Ein spritzung zunimmt, nachdem jede Einspritzzeitgebung (siehe jedes Ventilöffnungssignal Q1 bis Q4) angewiesen wird.
Ferner bestimmt die Einspritzmengenkorrektureinrichtung 5b einen zum Beseitigen des Druckunterschieds ΔP' notwendigen Korrekturwert gQi und korrigiert die Einspritzsollmenge Qi in jeder Einspritzung mit dem Lernkorrekturwert gQi, wenn der Druckunterschied ΔP' zwischen dem durch die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a bestimmten Solldruck Pgfti' und dem durch den Zylinderinnendrucksensor 26 zu einem Zeitpunkt, zu dem angenommen wird, dass der Einspritzzeitsolldruck Pgfti' erzeugt wird, erfassten gegenwärtigen Druck Pgfri vorhanden ist. Der Lernkorrekturwert gQi wird als ein Lernwert gespeichert (siehe Schritte 118 bis 126 im Ablaufdiagramm).
Nun werden nachstehend weitere Details der Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a und der Einspritzmengenkorrektureinrichtung 5b beschrieben.
Die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a berechnet in jeder Einspritzung (siehe Schritt 116 im Ablaufdiagramm) den Einspritzzeitsolldruck Pgfti in einem gegenwärtigen Antriebszustand (siehe punktierte Linie zur Einspritzzeit in 2) aus Kennfeldern auf Grundlage der Kraftmaschinenparametern zu einem Zeitpunkt (siehe jeder Prüfwinkel θ1 bis θ4 in 2), zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch jede Einspritzung zunimmt, und bestimmt einen Endwert des Einspritzzeitsolldrucks Pgfti' durch Korrigieren des Solldrucks Pgfti mit dem Druckunterschied ΔP (siehe Ablaufdiagramm), der durch die später beschriebene Korrektureinrichtung erhalten wurde (siehe Schritt 117 in dem Ablaufdiagramm).
In dem Speicher der ECU 5 mit Bezug auf den Einspritzzeitsolldruck Pgfti gespeicherte Daten sind Mittelwerte unter Daten, die als ein Ergebnis eines vorläufigen Tests von Beispielen der Kraftmaschine 1 und des Einspritzsystems erhalten wurden.
Die Einspritzmengenkorrektureinrichtung 5b liest den tatsächlichen Zylinderinnendruck Pgfri, der durch den Zylinderinnendrucksensor 26 erfasst wurde (siehe Schritt 118 in dem Ablaufdiagramm) zu einem Zeitpunkt (siehe Prüfwinkel θ1 bis θ4 in 2), zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wurden, dass er durch jede Einspritzung zunimmt, und vergleicht den Zylinderinnendruck Pgfri mit dem durch die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a bestimmten Einspritzzeitsolldruck Pgfti' (siehe Schritt 119 in dem Ablaufdiagramm).
Wenn ein tatsächlicher Wert des Zylinderinnendrucks Pgfri um mehr als einen gegebenen Wert (siehe Wert α in dem Ablaufdiagramm) größer als ein durch die ECU 5 bestimmter Wert des Einspritzzeitsolldrucks Pgfti' ist (Berechnungswert), wird ein Lernkorrekturwert gQi (siehe Schritt 120 in dem Ablaufdiagramm) zum Verringern der Einspritzmenge erhalten und die endgültige Einspritzsollmenge Qi wird bestimmt (siehe Schritt 121 im dem Ablaufdiagramm), indem der Lernkorrekturwert gQi von dem durch die ECU 5 erhaltenen Einspritzsollwert Qi abgezogen wird.
Wenn andererseits der Wert des durch die ECU 5 bestimmten Einspritzzeitsolldruck Pgfti' (Berechnungswert) um mehr als einen gegebenen Wert (siehe Wert β in dem Ablaufdiagramm) größer als der tatsächliche Wert des Zylinderinnendrucks Pgfri ist, wird ein Lernkorrekturwert gQi (siehe Schritt 122 in dem Ablaufdiagramm) zum Erhöhen der Einspritzmenge erhalten und die endgültige Einspritzsollmenge Qi wird durch Addieren des Lernkorrekturwerts gQi zu der durch die ECU 5 erhaltenen Einspritzsollmenge Qi bestimmt (siehe Schritt 123 in dem Ablaufdiagramm).
Ferner wird, wenn ein Differenzwert zwischen dem durch die ECU 5 bestimmten Wert des Einspritzzeitsolldrucks Pgfti' und dem tatsächlichen Wert des Zylinderinnendrucks Pgfri innerhalb eines vorgegebenen Bereichs fällt, die endgültige Einspritzsollmenge Qi bestimmt (siehe Schritt 124 im dem Ablaufdiagramm), ohne die durch die ECU 5 erhaltene Einspritzsollmenge Qi zu korrigieren.
Ferner speichert die Einspritzmengenkorrektureinrichtung 5b den Lernkorrekturwert gQi in dem RAM, wenn die Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels innerhalb eines vorbestimmten Werts liegt, und wenn sich die Kraftmaschine 1 in einem stabilen Zustand befindet (siehe Schritte 125 und 126 in dem Ablaufdiagramm). Der so gespeicherte Lernkorrekturwert gQi wird bei der nächsten Einspritzsteuerung wiedergegeben.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat die ECU 5 eine Nichteinspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5c, die einen Solldruck Pmti zur einspritzfreier Zeit bestimmt (siehe gepunktete Linie zur einspritzfreien Zeit in 2), der den Zylinderinnendruck in einem Fall wiedergibt, in dem Kraftstoff bei einer Einspritzzeitgebung nicht eingespritzt wird (siehe Schritte 109 bis 110). Ferner hat die ECU eine Einspitzzeitsolldruckkorrektureinrichtung 5d, die, falls ein Druckunterschied zu einer einspritzfreien Zeit (Druckunterschied zur einspritzfreien Zeit) zwischen dem durch die Solldruckannahmeeinrichtung 5c zur einspritzfreien Zeit bestimmten Solldruck Pmti zur einspritzfreien Zeit und dem durch den Zylinderinnendrucksensor 26 erfassten tatsächlichen Druck Pmri (siehe eine durchgezogene Linie zur einspritzfreien Zeit in 2) vorhanden ist, einen Korrek turkoeffizienten Ki auf Grundlage des Druckunterschieds zur einspritzfreien Zeit bestimmt und einen endgültigen Wert des Einspritzzeitsolldrucks Pgfti' durch Korrigieren des durch die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a erhaltenen Einspritzzeitsolldruck Pgfti mit dem Korrekturkoeffizienten Ki bestimmt (siehe Schritte 111 bis 117 im dem Ablaufdiagramm).
Weiter Einzelheiten der Nichteinspritzsolldruckannahmeeinrichtung 5c und der Einspritzzeitsolldruckkorrektureinrichtung 5d werden nachstehend beschrieben.
Die Nichteinspritzsolldruckannahmeeinrichtung 5c liest aus den Speichervorrichtungen (wie zum Beispiel Kennfeldern) der ECU 5 Daten aus, die die Zunahme des Zylinderinnendrucks bei einer einspritzfreien Zeit zeigen, welche der Kraftmaschinendrehzahl entsprechen (einspritzfreier Solldruck Pmti) (siehe Schritte 109 und 110 in dem Ablaufdiagramm).
Die in der Speichervorrichtung der ECU 5 gespeicherten Daten des Solldrucks Pmti zur einspritzfreien Zeit sind Mittelwerte unter Daten, die als ein Ergebnis eines vorläufigen Versuchs von Beispielen der Kraftmaschine 1 und dem Einspritzsystem erhalten wurden.
Die Einspritzzeitsolldruckkorrektureinrichtung 5d liest den tatsächlichen Zylinderinnendruck Pmri unter Verwendung des Zylinderinnendrucksensors 26 (siehe Schritt 111 in dem Ablaufdiagramm) zu einem Zeitpunkt ein (siehe Prüfwinkel θ1 bis θ4 in 2), zu dem der Zylinderinnendruck durch die Einspritzung so beeinflusst wird, dass er zunimmt, wenn angenommen wird, dass jede Kraftstoffeinspritzung bei einer einspritzfreien Zeit durchgeführt wird, und vergleicht dann den tatsächlichen Zylinderinnendruck Pmri zu dem vorstehend erwähnten Zeitpunkt (siehe jeden Prüfwinkel θ1 bis θ4 in 2) mit dem Solldruck zur einspritzfreien Zeit Pmti, sodass der Korrekturkoeffizient Ki gemäß der Kraftmaschinendrehzahl auf Grundlage des Druckunterschieds zur einspritzfreien Zeit erhalten wird. Der Korrekturkoeffizient Ki wird in den Speichervorrichtungen als die Lernwerte gespeichert (siehe Schritt 112 in dem Ablaufdiagramm).
Wenn der Kraftstoff eingespritzt wird, wird der Solldruck zur einspritzfreien Zeit Pgti unter der Annahme, dass kein Kraftstoff eingespritzt wird, auf Grundlage der Kraftmaschinenparameter erhalten (siehe Schritt 113 in dem Ablaufdiagramm), und dann wird der (korrigierte) Solldruck Pgsi zur einspritzfreien Zeit durch Multiplizieren des Solldrucks Pgti zur einspritzfreien Zeit unter der Annahme, dass kein Kraftstoff eingespritzt wird, mit dem Korrekturkoeffizienten Ki erhalten (siehe Schritt 114 in dem Ablaufdiagramm). Die in den Speichervorrichtungen der ECU 5 gespeicherten Daten des Solldrucks zur einspritzfreien Zeit sind Mittelwerte unter Daten, die als Ergebnis eines vorläufigen Tests von Beispielen der Kraftmaschine und des Einspritzsystems erhalten werden.
Als nächster Schritt wird der Druckunterschied ΔP zwischen dem Solldruck zur einspritzfreien Zeit vor der Korrektur Pgti und der Solldruck der einspritzfreien Zeit nach der Korrektur Pgsi erhalten (siehe Schritt 115 in dem Ablaufdiagramm).
Dann wird, wie dies vorstehend erwähnt ist, der endgültige Einspritzzeitsolldruck Pgfti" durch Multiplizieren des Einspritzzeitsolldrucks in dem gegenwärtigen Antriebszustand Pgfti mit dem Druckunterschied ΔP erhalten, so dass eine Genauigkeit des endgültigen Einspritzzeitsolldrucks Pgfti', der durch die ECU 5 angenommen wird, hoch ist (siehe Schritt 117 in dem Ablaufdiagramm).
Nun wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm aus 3 und 4 ein Ablauf der Kraftstoffeinspritzsteuerung beschrieben.
Nach dem Anschalten eines Zündschalters (Start) werden durch jeden Sensoren Kraftmaschinenparameter eingelesen (Schritt 101).
Der Lernkorrekturwert gQi zum Korrigieren der Einspritzmenge und der Korrekturkoeffizient Ki zum Korrigieren des angenommenen Zylinderdrucks und des tatsächlichen Drucks werden aus den Speichervorrichtungen ausgelesen (Schritt 102).
Die Einspritzmenge in dem gegenwärtigen Antriebszustand (Anweisungswert) Qib wird aus den ausgelesenen Parametern und den Kennfeldern berechnet (Schritt 103). Der Einspritzwert Qib wird mit dem Lernkorrekturwert gQi korrigiert (Schritt 104). Dann wird die Einspritzzeitgebung Ti in dem gegenwärtigen Antriebszustand (Anweisungswert) berechnet. (Schritt 105). Dann wird der Common-Rail-Solldruck Pct in dem gegenwärtigen Antriebszustand berechnet (Schritt 106). Als nächstes wird ein Ventilöffnungsanweisungswert Dscv eines Pumpensteuerventils (nicht gezeigt), das an der Zufuhrpumpe 4 montiert ist, aus einem Unterschied zwischen dem Common-Rail-Solldruck Pct und einem durch den Common-Rail-Drucksensor 24 eingelesen tatsächlichen Druck Pcr berechnet (Schritt 107).
Als nächstes wird beurteilt, ob sich der gegenwärtige Antriebszustand in dem einspritzfreien Zustand zu einer Verzögerungszeit bzw. Verlangsamungszeit (Drehzahlverminderung) befindet (Schritt 108).
Wenn eine Antwort bei Schritt 108 JA lautet (einspritzfreier Zustand zu einer Verzögerungs- bzw. Drehzahlverminderungszeit), schreitet der Prozess nach dem Ausführen von Schritten 109 und 112 zu Schritt 127 vor.
Wenn die Antwort bei Schritt 108 NEIN lautet (kein einspritzfreier Zustand zu einer Verzögerungs- bzw. Drehzahlverminderungszeit), schreitet der Prozess nach dem Ausführen von Schritten 113 und 126 zu Schritt 127 vor.
Beim Schritt 127 wird die vorstehend berechnete Einspritzsollmenge Qi zur Ausgabe als der endgültige Anweisungswert gesetzt. Der bei Schritt 107 erhaltene Ventilöffnungsanweisungswert Dscv wird zur Ausgabe als der endgültige Anweisungswert gesetzt (Schritt 128). Dann kehrt der Prozess zurück und wird wiederholt.
In dem Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauweise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Kraftstoffeinspritzmenge mit hoher Genauigkeit korrigiert, da der tatsächlich erfasste Zylinderinnendruck Pgfri zur Einspritzzeitgebung (der Wert, der der tatsächlichen Einspritzmenge entspricht) direkt mit dem Einspritzzeitsolldruck Pgfti" verglichen wird, der so bestimmt ist, dass er der Einspritzmenge zu diesem Zeitpunkt entspricht (der Wert, der der durch die ECU 5 berechneten Einspritzmenge entspricht). Das heißt, die durch die ECU 5 mit hoher Genauigkeit bestimmte optimale Einspritzmenge (Einspritzsollmenge Qi) kann tatsächlich zu der Kraftmaschine 1 zugeführt werden.
Dementsprechend kann selbst dann, wenn die durch den Injektor 3 zu dem Zylinder einzuspritzende tatsächliche Einspritzmenge von der durch die ECU 5 berechneten Einspritz menge in Folge von Herstellungsungenauigkeiten und Alterungserscheinungen von Systemkomponenten abweicht, die durch die ECU 5 bestimmte optimale Einspritzmenge (Einspritzsollmenge Qi), die mit hoher Genauigkeit mit dem Lernkorrekturwert gQi korrigiert wurde, tatsächlich zu der Kraftmaschine 1 zugeführt werden.
Als ein Ergebnis kann eine äußerst genaue Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnissteuerung erreicht werden, so dass der Kraftstoffverbrauch auf ein minimales Ausmaß verbessert wird und die Abgaszusammensetzung auf ein maximales Ausmaß verbessert wird.
Ferner wird in den Mehrfacheinspritzungen des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel jede Einspritzmenge der Mehrfacheinspritzungen mit hoher Genauigkeit korrigiert, da der Einspritzzeitsolldruck Pgfti', der der durch die ECU 5 erhaltenen Einspritzsollmenge entspricht, in jeder Einspritzung mit dem tatsächlichen Zylinderinnendruck Pgfri verglichen wird, dessen Wert dem Wert der Einspritzmenge entspricht (tatsächliche Einspritzmenge).
Dementsprechend kann das System die meisten Vorteile der Mehrfacheinspritzung hervorbringen (und zwar in Hinsicht auf das Unterdrücken von Kraftmaschinenschwingungen und Kraftmaschinengeräuschen, das Reinigen von Abgas und das Optimieren sowohl der Kraftmaschinenausgabe als auch des Kraftstoffverbrauchs).
Außerdem wird in dem Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der zur einspritzfreien Zeit durch die ECU 5 angenommene Solldruck Pmti zur einspritzfreien Zeit mit dem durch den Zylinderinnendrucksensor 26 erfassten tatsächlichen Zylinderinnendruck verglichen und der Korrekturkoeffizient Ki wird auf Grundlage der Druckdifferenz zur einspritzfreien Zeit erhalten. Dann wird der Druckunterschied ΔP zur Einspritzzeit aus dem Korrekturkoeffizienten Ki und dem gegenwärtigen Antriebszustand bestimmt, und der Einspritzzeitsolldruck Pgfti, die aus den Speichervorrichtungen der ECU 5 ausgelesen wurden, werden mit dem Druckunterschied ΔP korrigiert, um so den endgültigen Einspritzzeitsolldruck Pgfti' zu erhalten.
Als ein Ergebnis können verschiedene Schwankungen, wie zum Beispiel charakteristische Schwankungen des Zylinderinnendrucksensors 26, dessen Schwankungen aufgrund von Temperaturen und Schwankungen der Kraftmaschine 1 kompensiert werden, sodass eine Fehlerdifferenz zwischen dem durch die ECU 5 erhaltenen endgültigen Einspritzzeitsolldruck Pgfti' und dem durch den Zylinderinnendrucksensor 26 erfassten tatsächlichen Zylinderinnendruck Pgfri minimiert werden kann, was in der Korrekturgenauigkeit der Einspritzmenge resultiert.
Wenn jeder Einspritzzeitsolldruck Pgfti' an jedem der Mehrfachpunkte (fortlaufend) erhalten wird und mit jedem tatsächlichen Zylinderinnendruck Pgfri an jedem der Mehrfachpunkte verglichen wird, wird die ECU 5 mit einer sehr großen Berechnungslast beaufschlagt.
Jedoch wird in dem Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel jeder Einspritzzeitsolldruck Pgfti' zu einem Zeitpunkt erhalten (zu jedem Prüfwinkel θ1 bis θ4 in 2), zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er erhöht wird, indem jede Einspritzung nach jeder Einspritzzeitgebung (jedem Ventilöffnungssignal Q1 bis Q4) für die Mehrfacheinspritzungen angewiesen wird, und er wird zu diesem Zeitpunkt mit dem tatsächlichen Zylinderin nendruck Pgfri verglichen, so dass die ECU 5 mit einer geringeren Berechnungslast beaufschlagt wird.
Überdies erfasst der Zylinderinnendrucksensor 26 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Zylinderinnendruck der Kraftmaschine 1 direkt, so dass der tatsächliche Zylinderinnendruck Pgfri, Pmri mit einer hohen Genauigkeit überwacht werden kann, was im Verbessern der Korrekturgenauigkeit der Einspritzmenge resultiert.
(zweites Ausführungsbeispiel)
Ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Dabei sind den im wesentlichen gleichen Funktionskomponenten die gleichen Bezugszeichen wie jenen des ersten Ausführungsbeispiels zugeordnet.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Druckunterschied zur einspritzfreien Zeit durch Vergleichen eines Solldrucks Pdl zur einspritzfreien Zeit (beispielsweise ein Prüfwinkel θ1), der durch die ECU 5 bestimmt ist, und eines durch den Zylinderinnendrucksensor 26 erfassten tatsächlichen Zylinderinnendrucks erhalten, und aus dem Druckunterschied zur einspritzfreien Zeit wird ein Lernwert erhalten. Dann wird der Solldruck Pdl zur einspritzfreien Zeit mit dem Lernwert korrigiert, so dass ein durch das Lernen korrigierter Solldruck zur einspritzfreien Zeit Pdlg erhalten wird. Diese Steuerung wird ausgeführt, wenn die Kraftmaschinendrehzahl über einem vorbestimmten Wert liegt.
Wie vorstehend erwähnt wurde, wird die Vergleichssteuerung lediglich dann durchgeführt, wenn die Kraftmaschinendrehzahl über einem vorbestimmten Wert liegt und das Lernen wird in einem Zustand, in dem der Druckunterschied zur ein spritzfreien Zeit gering ist (bei einer niedrigen Kraftmaschinendrehzahl), nicht ausgeführt. Mit anderen Worten wird der Solldruck zur einspritzfreien Zeit Pdlg auf Grundlage eines Druckunterschieds zur einspritzfreien Zeit erhalten, dessen Wert relativ groß ist, so dass die Genauigkeit des so korrigierten Solldrucks zur einspritzfreien Zeit Pdlg höher ist.
Wenn die Kraftmaschinendrehzahl unter dem vorbestimmten Wert liegt, das heißt, bei einer Leerlaufdrehzahl, wie dies in 5 gezeigt ist, wird der Solldruck zur einspritzfreien Zeit Pdli auf Grundlage der Leerlaufdrehzahl durch die ECU 5 erhalten. Der einspritzfreie Solldruck Pdli auf Grundlage der Leerlaufdrehzahl wird unter Berücksichtigung des Verhältnisses zwischen dem Solldruck zur einspritzfreien Zeit pdl und dem Solldruck zur einspritzfreien Zeit pdli korrigiert, die bei einer gegebenen Lerndrehzahl (Lerndrehzahl NE in 5) erhalten werden, die über dem vorbestimmten Wert liegt, wodurch nach dem Lernen ein Leerlaufwert Pdlig erhalten wird (Pdlig = Pdli × Pdlg/Pdl).
Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft beschrieben ist, dass die Steuerung zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird (einem Prüfwinkel θ1), zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst ist, dass er durch eine erste Einspritzung der Mehrfacheinspritzungen zunimmt, wird die Steuerung auf ähnliche Weise zu jedem Zeitpunkt durchgeführt (jedem Prüfwinkel θ1 bis θ1), zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch die zweite und nachfolgende Einspritzungen der Mehrfacheinspritzungen ansteigt.
(drittes Ausführungsbeispiel)
Nun wird unter Bezugnahme auf 6 ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel be schrieben. Den im wesentlichen gleichen Funktionskomponenten sind die gleichen Bezugszeichen wie jenen des ersten Ausführungsbeispiels zugeordnet.
Das erste und das zweite Ausführungsbeispiel zeigen Beispiele der Mehrfacheinspritzung, in der in einem Verbrennungsdurchlauf mehrere Einspritzungen ausgeführt werden. Das dritte Ausführungsbeispiel zeigt jedoch ein Beispiel einer Einzeleinspritzung, in der eine einzelne Einspritzung in einem Verbrennungsdurchlauf ausgeführt wird.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat die ECU eine Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a und eine Einspritzmengenkorrektureinrichtung 5b. Die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a bestimmt einen Einspritzzeitsolldruck Pgfti', der ein Zylinderinnendruck in jeder Einspritzung ist (siehe eine durchgezogene Linie zur Einspritzzeit in 6). Wenn zwischen dem durch die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a bestimmten Einspritzzeitsolldruck Pgfti' und dem durch den Zylinderinnendrucksensor 26 erfassten tatsächlichen Druck Pgfri (siehe die durchgezogene Linie in 6) ein Druckunterschied ΔP' vorhanden ist, korrigiert die Einspritzmengenkorrektureinrichtung 5b die Einspritzsollmenge Qi, um den Druckunterschied ΔP' zu beseitigen.
In der Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird der Einspritzzeitsolldruck Pgfti' zu einem Zeitpunkt erhalten (siehe Prüfwinkel 81 in 6), zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch eine einzelne Einspritzung aufgrund einer einmal in einem Verbrennungsdurchlauf angewiesenen Einzeleinspritzungsstartzeitgebung (siehe Ventilöffnungssignal Q1 in 6) zunimmt.
Ferner bestimmt die Einspritzmengenkorrektureinrichtung 5b einen zum Beseitigen des Druckunterschieds ΔP' notwendigen Lernkorrekturwert gQi, wenn der Druckunterschied ΔP' zwischen dem durch die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a bestimmten Solldruck Pgfti' und dem durch den Zylinderinnendrucksensor 26 erfassten tatsächlichen Druck Pgfri zu einem Zeitpunkt vorhanden ist, zu dem angenommen wird, dass der Einspritzzeitsolldruck Pgfti' erzeugt wird, und korrigiert die Einspritzsollmenge Qi mit dem Lernkorrekturwert gQi. Der Lernkorrekturwert gQi wird als ein Lernwert gespeichert.
Die Einspritzmengenkorrektureinrichtung 5b liest den durch den Zylinderinnendrucksensor 26 erfassten tatsächlichen Zylinderinnendruck Pgfri zu einem Zeitpunkt (siehe Prüfwinkel θ1 in 6) aus, zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch die Einspritzung zunimmt, und vergleicht den Zylinderinnendruck Pgfri mit dem durch die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a bestimmten Einspritzzeitsolldruck Pgfti'.
Wenn ein tatsächlicher Wert des Zylinderinnendrucks Pgfri um mehr als einen gegebenen Wert größer als ein durch die ECU 5 bestimmten Wert des Einspritzzeitsolldrucks Pgfti' ist, wird ein Lernkorrekturwert gQi zum Verringern der Einspritzmenge erhalten und die endgültige Einspritzsollmenge Qi wird durch Abziehen des Korrekturwerts gQi von der durch die ECU 5 erhaltenen Einspritzsollmenge Qi bestimmt.
Wenn andererseits der Wert des durch die ECU 5 bestimmten Einspritzzeitsolldrucks Pgfti' um mehr als einen anderen gegebenen Wert größer als der tatsächliche Wert des Zylinderinnendrucks Pgfri ist, wird ein Lernkorrekturwert gQi zum Erhöhen der Einspritzmenge erhalten, und die endgültige Einspritzsollmenge Qi wird durch Addieren des Lernkorrek turwerts gQi auf die durch die ECU 5 erhaltene Einspritzsollmenge Qi bestimmt.
Wenn ferner ein Differenzwert zwischen dem Wert des durch die ECU 5 bestimmten Einspritzzeitsolldruck Pgfti' und dem tatsächlichen Wert des Zylinderinnendrucks Pgfri in einen gegebenen Bereich fällt, wird die endgültige Einspritzsollmenge Qi bestimmt, ohne dass der durch die ECU 5 erhaltene Einspritzsollmenge Qi korrigiert wird.
Außerdem wird der Lernkorrekturwert gQi ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel in dem RAM gespeichert, wenn die Temperatur des Kühlmittels innerhalb eines vorbestimmten Werts liegt und sich die Kraftmaschine 1 in einem stetigen Zustand befindet. Der so gespeicherte Lernkorrekturwert gQi wird bei der nächsten Einspritzsteuerung wiedergegeben.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat die ECU 5 eine Nichteinspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5c, die einen Solldruck Pmti zur einspritzfreien Zeit (siehe gepunktete Linie zur einspritzfreien Zeit in 6) bestimmt, welcher den Zylinderinnendruck in einem Fall wiedergibt, in dem kein Kraftstoff zu einer Einspritzzeitgebung eingespritzt wird, was ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Ferner hat die ECU 5 eine Einspritzzeitsolldruckkorrektureinrichtung 5d, welche, falls eine Druckdifferenz zur einspritzfreien Zeit zwischen dem durch die Nichteinspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5c bestimmten Solldruck Pmti zur einspritzfreien Zeit und einem durch den Zylinderinnendrucksensor 26 bestimmten tatsächlichen Druck Pmri (siehe durchgezogene Linie zur einspritzfreien Zeit in 6) vorhanden ist, einen Korrekturkoeffizienten Ki auf Grundlage des Druckunterschieds zur einspritzfreien Zeit bestimmt und einen endgültigen Wert des Einspritzzeitsolldrucks Pgfti' (siehe durchgezogene Linie zur Einspritzzeit in 6) bestimmt, indem sie den Einspritzzeitsolldruck Pgfti (siehe gepunktete Linie zur Einspritzzeit in 6), der durch die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5a erhalten wurde, mit dem Korrekturkoeffizienten Ki korrigiert.
Die Nichteinspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung 5c zur einspritzfreien Zeit und die Einspritzsolldruckkorrektureinrichtung sind gleich wie jene des ersten Ausführungsbeispiels und daher wird die Beschreibung von deren Details ausgelassen.
Die in der Speichervorrichtung der ECU 5 gespeicherten Daten des Solldrucks zur einspritzfreien Zeit Pmti sind Mittelwerte unter Daten, die als ein Ergebnis eines vorläufigen Tests von Beispielen der Kraftmaschine 1 und des Einspritzsystem erhalten wurden.
Der Steuerablauf der Kraftstoffeinspritzung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen gleich wie jener des ersten Ausführungsbeispiels, der in 3 und 4 gezeigt ist. Die Steuerung bei Schritt 111 besteht darin, zu einem gegebenen Prüfwinkel 81 unter Verwendung des Zylinderinnendrucksensors 26 den tatsächlichen Zylinderinnendruck Pmri einzulesen (zu einem Zeitpunkt, zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch die durch ein Ventilöffnungssignal Q1 angesteuerte Einspritzung erhöht wird). Die weitere Steuerung ist gleich wie jene des ersten Ausführungsbeispiels.
In dem Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauweise gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Kraftstoffeinspritzmenge mit hoher Genauigkeit ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel korrigiert, da der tatsächlich erfasste Zylinderinnendruck Pgfri direkt mit dem Einspritzzeitsolldruck Pgfti' verglichen wird, der so zeitsolldruck Pgfti' verglichen wird, der so bestimmt wurde, dass er der Einspritzmenge zu diesem Zeitpunkt entspricht. Das heißt, die optimale Einspritzmenge (Einspritzsollmenge Qi), die durch die ECU 5 mit hoher Genauigkeit bestimmt wird, kann tatsächlich zu der Kraftmaschine 1 zugeführt werden.
Dementsprechend kann selbst dann, wenn die tatsächliche durch den Injektor 3 zu dem Zylinder einzuspritzende Einspritzmenge von der durch die ECU 5 berechnete Einspritzmenge in Folge von Herstellungsungenauigkeiten und Alterungsverformungen der Systemkomponenten verschoben ist, die durch die ECU 5 bestimmte optimale Einspritzmenge (Einspritzsollmenge Qi) bei hoher Genauigkeit tatsächlich zu der Kraftmaschine 1 zugeführt werden.
Im Ergebnis kann eine äußerst genaue Luft-Kraftstoff-Gemischverhältnissteuerung erzielt werden, so dass der Kraftstoffverbrauch auf ein minimales Ausmaß verbessert wird und die Abgaszusammensetzung auf ein maximales Ausmaß verbessert wird.
(Modifikationen)
Das erste Ausführungsbeispiel beschreibt als ein Beispiel von Mehrfacheinspritzungen die Mehrfacheinspritzung bei gleichen Mengen, in der Einspritzungen mehrmals in einem Verbrennungsdurchlauf ausgeführt werden und in der die Einspritzmenge innerhalb des Durchlaufs im wesentlichen in gleiche Teile geteilt ist, so dass jede Einspritzmenge gleich ist. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf andere Mehrfacheinspritzungen angewendet werden, wie zum Beispiel auf eine Mehrfacheinspritzung, bei der die Einspritzung innerhalb eines Verbrennungsdurchlaufs in eine Haupteinspritzung und eine Nebeneinspritzung aufgeteilt: ist und eine einzige Nebeneinspritzung oder eine Vielzahl von Einspritzungen vor oder nach der Haupteinspritzung ausgeführt werden.
In den vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen wird der Korrekturkoeffizient Ki aus dem Druckunterschied zur einspritzfreien Zeit zwischen dem zur einspritzfreien Zeit durch die ECU 5 erhaltenen Zylinderinnendruck Pmti und dem durch den Zylinderinnendrucksensor 26 erfassten tatsächlichen Zylinderinnendruck Pmri bestimmt, der Druckunterschied ΔP wird unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten Ki berechnet, und der endgültige Einspritzzeitsolldruck Pgfti' wird durch Korrigieren des Einspritzzeitsolldrucks Pgfti mit dem Druckunterschied ΔP erhalten, so dass die Berechnungsgenauigkeit des endgültigen Einspritzzeitsolldrucks Pgfti' hoch ist. Jedoch kann in der Kraftmaschine 1, in der Schwankungen des einspritzfreien Druckunterschieds vernachlässigbar klein sind, der von der Speichervorrichtung der ECU 5 ausgelesene Einspritzzeitsolldruck Pgfti ohne Korrektur verwendet werden. Das heißt, die Zylinderinnendruckdaten, die Mittelwerte von Beispielen sind, können ohne Korrektur verwendet werden.
In den vorstehend erwähnten Ausführungsbeispielen ist der Zylinderinnendrucksensor 26 in den Zylinder der Kraftmaschine 1 eingesetzt, so dass der Zylinderinnendruck direkt erfasst wird. Jedoch kann der Zylinderinnendruck aus durch einen an der Kraftmaschine 1 montierten Beschleunigungssensor erfassten Schwingungen berechnet werden.
Ferner kann der Zylinderinnendrucksensor 26 ein ringförmiger Drucksensor sein, der an einem Dichtring des Injektors 3, einer Glühkerze oder einer Zündkerze (Ottomotor) angeordnet ist.
In dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Erfindung beispielsweise auf das Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauweise angewendet, in der eine Kraftstoffleckage erzeugt wird, wenn der Injektor 3 betätigt wird. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauweise angewendet werden, in dem ein an dem Injektor 3 montiertes lineares Solenoid eine Nadel direkt antreibt, so dass die Kraftstoffleckage nicht erzeugt wird, das heißt, auf ein Kraftstoffeinspritzsystem mit dem Injektor 3, in dem die Nadel direkt durch ein piezoelektrischen Injektor angetrieben wird.
Die vorliegende Erfindung kann nicht nur auf das Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauweise, dass die Dieselkraftmaschine hat, verwendet werden, sondern kann auch auf andere Kraftstoffeinspritzsysteme, wie zum Beispiel ein System, dass den Ottomotor hat, verwendet werden.
In einem Kraftstoffeinspritzsystem wird eine Kraftstoffeinspritzmenge durch einen Lernkorrekturwert (gQi) exakt korrigiert, der aus einem Vergleich zwischen einem Zylinderinnendruck, der der tatsächlichen Einspritzmenge (Pgfti') entspricht, und einem durch eine ECU (5) bestimmten Einspritzzeitsolldruck (Pgfti') erhalten wird. Ferner wird ein Korrekturkoeffizient Ki auf Grundlage eines Druckunterschieds zur einspritzfreien Zeit zwischen einem durch die ECU (5) angenommenen Solldruck (Pmti) zur einspritzfreien Zeit und einem tatsächlichen Zylinderinnendruck (Pmri) erhalten, und zur Einspritzzeit wird der endgültige Einspritzzeitsolldruck (Pgfti') durch Korrigieren des durch die ECU (5) bestimmten Einspritzzeitsolldrucks (Pgfti) mit einem Druckunterschied (ΔP) auf Grundlage des Korrekturkoeffizienten (Ki) und des gegenwärtigen Betriebszustands erhalten.

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem mit: einer Steuervorrichtung (5) zum Steuern einer Einspritzzeitgebung und einer Einspritzmenge von Kraftstoff, wobei die Steuervorrichtung folgendes aufweist: eine Kraftstoffeinspritzsollmengenberechnungseinrichtung zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzsollmenge; und eine Einspritzmengenkorrektureinrichtung zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzsollmenge auf Grundlage von Sensorsignalen, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Drucksensor (26) zum Erfassen eines Zylinderinnendrucks einer Brennkraftmaschine hat, und die Steuervorrichtung eine Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung (5a) zum Berechnen eines Einspritzzeitsolldrucks (Pgfti') hat, der ein angenommener Zylinderinnendruck zu einem Zeitpunkt ist, zu dem Kraftstoff eingespritzt wird, wobei die Einspritzmengenkorrektureinrichtung (5b) auf so eine Weise betätigbar ist, dass, falls der Druckunterschied (ΔP') zwischen dem durch die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung berechneten Einspritzzeitsolldruck (Pgfti') und einem durch den Drucksensor erfassten tatsächlichen Zylinderinnendruck (Pgfri) einen vorbestimmten Wert (α, β) über schreitet, eine Kraftstoffeinspritzsollmenge (Qi) korrigiert wird, um den Druckunterschied zu beseitigen.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, wobei in einem Verbrennungsdurchlauf eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen durchgeführt werden, und wobei ferner in jeder Kraftstoffeinspritzung der Einspritzzeitsolldruck (Pgfti') berechnet wird und der tatsächliche Zylinderinnendruck (Pgfri) zu einem angenommenen Zeitpunkt (θ1 bis θ4) erfasst wird, zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch jede Kraftstoffeinspritzung, die zu jeder Einspritzzeitgebung (Q1 bis Q4) in dem Verbrennungsdurchlauf startet, ansteigt, und falls der Druckunterschied (ΔP') in jeder Einspritzung zwischen dem Einspritzzeitsolldruck und dem tatsächlichen Zylinderinnendruck zu dem angenommenen Zeitpunkt einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird der Kraftstoffeinspritzsollwert (Qi) in jeder Kraftstoffeinspritzung auf Grundlage eines Lernkorrekturwerts (gQi) korrigiert, der erhalten wird, um den Druckunterschied in jeder Einspritzung zu beseitigen.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, wobei in einem Verbrennungsdurchlauf eine einzige Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird und wobei ferner der Einspritzzeitsolldruck (Pgfti') berechnet wird und der tatsächliche Zylinderinnendruck (pgfri) zu einem angenommenen Zeitpunkt (θ1) erfasst wird, zu dem der Zylinderinnendruck so beeinflusst wird, dass er durch die zu einer Einspritzzeitgebung (Q1) startende Kraftstoffeinspritzung erhöht wird, und wobei, falls der Druckunterschied (ΔP') zwischen dem Einspritzzeitsolldruck und dem tatsächlichen Zylinderinnendruck zu dem angenommenen Zeitpunkt den vorbestimmten Wert (α, β) überschreitet, die Kraftstoffeinspritzsollmenge (Qi) auf Grundlage eines zum Beseitigen des Druckunter schieds erhaltenen Lernkorrekturwerts (gQi) korrigiert wird.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuervorrichtung ferner folgendes aufweist: eine Nichteinspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung (5c) zum Berechnen eines Solldrucks (Pmti) zur einspritzfreien Zeit, der zu einem gegebenen Zeitpunkt nach der Einspritzzeitgebung in einem Fall, in dem die Einspritzung zur Einspritzzeitgebung nicht durchgeführt wird, ein angenommener Zylinderinnendruck ist, und eine Einspritzsolldruckkorrektureinrichtung (5d) zum Korrigieren des durch die Einspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung (5a) auf so eine Weise berechneten Einspritzzeitsolldrucks (Pgfti'), dass, falls ein Druckunterschied (ΔP) zur einspritzfreien Zeit zwischen dem durch die Nichteinspritzzeitsolldruckannahmeeinrichtung (5c) berechneten Solldruck (Pgti) zur einspritzfreien Zeit und dem zu dem gegebenen Zeitpunkt erfassten tatsächlichen Zylinderinnendruck (Pmri) vorhanden ist, ein Korrekturwert des Einspritzzeitsolldrucks dem Druckunterschied (ΔP) zur einspritzfreien Zeit entspricht.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Zylinderinnendrucksensor (26) den Zylinderinnendruck der Brennkraftmaschine direkt erfasst.