DE102004017256B4

DE102004017256B4 - Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem geeignet zum Vermeiden eines abnormal hohen Drucks

Info

Publication number: DE102004017256B4
Application number: DE102004017256A
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Kariya Hayakawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2024-04-08
Also published as: JP4045594B2; DE102004017256A1; US6964262B2; US20040200455A1; JP2004308575A

Abstract

Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem mit:
einer Kraftstoffversorgungspumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird und einen druckbeaufschlagten Kraftstoff zuführt;
einem Common-Rail zum Speichern von Hochdruck-Kraftstoff, der unter Druck durch die Kraftstoffversorgungspumpe zugeführt wird;
zumindest ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in entsprechende Zylinder eines Verbrennungsmotors;
ein Drucksicherheitsventil zum Halten eines Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail unterhalb einem vorherbestimmten oberen Grenzdruck, indem das Kraftstoffsicherheitsventil geöffnet wird, wenn der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail den vorherbestimmten oberen Grenzdruck übersteigt;
eine Kraftstoffdruck-Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail;
eine Abnorm-Hochdruck-Erfassungseinrichtung zum Erfassen, dass ein erfasster Wert des Kraftstoffdrucks im Common-Rail, der durch die Kraftstoffdruck-Erfassungseinrichtung erfasst wurde, eine Untergrenze eines abnormalen Hochdruck-Bereichs überschreitet, die niedriger eingestellt ist, als der obere Grenzdruck und in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist; und
eine Kraftstoffdruck-Erhöhungseinrichtung zum Steuern der Strömungsrate von Kraftstoff, der durch das Kraftstoffeinspritzventil einzuspritzen ist, so dass der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail den oberen Grenzdruck...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem, um Kraftstoff aus einer gemeinsamen Kraftstoffleitung bzw. einem Common-Rail, in den ein Hochdruck-Kraftstoff, der von einer Kraftstoffversorgungspumpe unter Druck zugeführt wird, unter Druck gespeichert wird, in jeden Zylinder eines Verbrennungsmotors, wie z. B. einem Dieselmotor, über ein Kraftstoffeinspritzventil einzuspritzen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Herkömmlicherweise wird in einem gut bekannten Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem (siehe beispielsweise Patentdokument 1) ein Hochdruck-Kraftstoff unter Druck durch eine Kraftstoffversorgungspumpe (nachfolgend als Versorgungspumpe bezeichnet), die durch einen Verbrennungsmotor, wie z. B. einem Dieselmotor (nachfolgend als Motor bezeichnet) drehbar angetrieben wird, an einen Common-Rail zugeführt und unter Druck darin gespeichert und gleichzeitig wird der Hochdruck-Kraftstoff, der im Common-Rail unter Druck gespeichert ist, an zwei oder mehr Elektromagnet-Kraftstoffeinspritzventile (nachfolgend als Injektoren bezeichnet) verteilt. Jedes der Elektromagnet-Kraftstoffeinspritzventile ist jeweils an einen Zylinder des Motors montiert und der Hochdruck-Kraftstoff wird durch diese Injektoren durch Einspritzen an jeden Zylinder des Motors zugeführt.
Hierbei ist eine Kraftstoffbahn, welche von einem Kraftstofftank an eine Druckkammer der Versorgungspumpe führt, mit einem Ansaugströmungs-Steuerventil versehen. Das Ansaugströmungs-Steuerventil ist ein Elektromagnetaktuator, der die Strömungsrate des Hochdruck-Kraftstoffs, der von der Druckkammer der Versorgungspumpe unter Druck an den Common-Rail zuzuführen ist, durch Einstellen der Strömungsrate des Kraftstoffs, der in die Druckkammer gesaugt wird, verändert. Die Strömungsrate des angesaugten Kraftstoffs wird durch Einstellen der Zeitdauer während der ein Ventilkörper angehoben ist oder dem Öffnungsgrad des Ventilöffnungsbereichs gemäß einem Strom, der an einen Pumpenansteuerschaltkreis angelegt wird, eingestellt.
Das Ansaugströmungs-Steuerventil verwendet ein normalerweise offenes Elektromagnetventil, dessen Öffnungsgrad einen vollständig geöffneten Zustand erreicht, wenn die Zufuhr von Strom ausgesetzt wird. Aus diesem Grund, wenn ein abnormaler Zustand, wie z. B. das Brechen eines Kabels in einer Zuleitung zum Übertragen eines Pumpenansteuersignals, auftritt, öffnet das Ansaugströmungs-Steuerventil abnormalerweise vollständig (dieser abnormale Zustand wird nachfolgend als „Voll-Öffnungs-Abnormität” bezeichnet) und die Versorgungspumpe führt übermäßig einen Hochdruck-Kraftstoff unter Druck zu. Bei diesem Zustand kann der Kraftstoffdruck in der Hochdruck-Leitungsbahn, die von der Druckkammer der Versorgungspumpe über den Common-Rail zum Ölspeicher des Injektors eines jeden Zylinders führt, insbesondere der Kraftstoffdruck im Common-Rail, einen oberen Grenzdruck übersteigen, über den hinaus der Common-Rail nicht betrieben werden darf. Daher ist ein Drucksicherheitsventil (nachfolgend als Druckbegrenzer bezeichnet), welches öffnet, wenn der Kraftstoffdruck im Common-Rail den oberen Grenzdruck übersteigt, als Vorkehrung für solch einen abnormal hohen Druck an den Common-Rail angebracht und somit wird die Zuverlässigkeit eines Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems sichergestellt.
[Patentdokument 1]

Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. JP 2001-295685 A

Jedoch kann in einem herkömmlichen Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem ein Fall auftreten, bei dem der Druckbegrenzer nicht öffnet, selbst wenn ein abnormal hoher Druck im Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem aufgrund der Voll-Öffnungs-Abnormität des Strömungssteuerventils erzeugt wird. Mit anderen Worten kann ein Fall auftreten, bei dem der Druck des Common-Rails bei einem höheren Druck (abnormaler Hochdruck-Bereich) als einem Betriebsdruck (tatsächlich verwendeter Druck) verbleibt, obwohl ein Betätigungsdruckbereich des Druckbegrenzers (P/L) nicht erreicht wird, wie durch die Veränderung des Kraftstoffdrucks im Common-Rail (nachfolgend als Common-Rail-Druck bezeichnet), der durch die Volllinie in 2 gekennzeichnet ist, dargestellt.
Wenn beispielsweise die Strömungsrate des Kraftstoffs, der an den Common-Rail unter Druck zugeführt wird (Strömungsrate des Kraftstoffs, der durch die Versorgungspumpe zugeführt wird) niedrig ist und die Strömungsrate des einzuspritzenden Kraftstoffs und die Strömungsrate des Kraftstoffs der aus dem Injektor aufgrund Undichtigkeit entweicht, hoch sind, wird der Common-Rail-Druck in einen abnormalen Hochdruck-Bereich beibehalten. Wenn insbesondere eine Motorgeschwindigkeit (Drehzahl) niedrig ist, so wie wenn beispielsweise der Motor gestartet wird (gekurbelt), steigt die Strömungsrate des Kraftstoffs, der in die Druckkammer der Versorgungspumpe zu saugen ist, nicht über eine Grenze an, welche durch die Motorgeschwindigkeit bestimmt wird, selbst wenn eine Voll-Öffnungs-Abnormität beim Ansaugströmungs-Steuerventil auftritt. Aufgrunddessen besteht die Möglichkeit, dass der Common-Rail-Druck in einem abnormalen Hochdruck-Bereich beibehalten wird.
Bei diesem Zustand wird der Druck in der Hochdruck-Leitungsbahn hoch gehalten, obwohl ein erlaubter Druck der Versorgungspumpe und des Injektors nicht überstiegen wird. Aufgrunddessen besteht die Möglichkeit einer Leistungsminderung der Versorgungspumpe und des Injektors und das Auftreten von Fehlfunktionen, wie beispielsweise einem Kraftstoffentweichen an Leitungs-Verbindungsteilen oder Abdichtteilen der Hochdruck-Kraftstoffbahn. Dies verursacht das Problem, dass die Zuverlässigkeit des Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems verschlechtert wird.
DE 196 26 489 C1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Einspritzsystems, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System. Eine Pumpe fördert den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich. Es sind Mittel zur Steuerung des Drucks im Hochdruckbereich vorgesehen. Ein Druckbegrenzungsventil verbindet den Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich, wenn der Druck im Hochdruckbereich einen Schwellwert übersteigt. In vorgebbaren Betriebszuständen werden die Mittel zur Steuerung des Drucks derart angesteuert, daß das Druckbegrenzungsventil im fehlerfreien Zustand den Hochdruckbereich mit dem Niederdruckbereich verbindet. Dabei wird der Druck im Hochdruckbereich zur Fehlererkennung ausgewertet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem mit einer höheren Zuverlässigkeit bereitzustellen, indem eine Leistungsminderung der Versorgungspumpe und eines Injektors verhindert wird, welche durch einen abnormal hohen Druck im Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem verursacht wird, was von einer übermäßigen Zufuhr von druckbeaufschlagtem Kraftstoff durch die Versorgungspumpe hervorgerufen wird und in dem Fehlfunktionen verhindert werden, wie beispielsweise ein Kraftstoffentweichen an Leitungsverbindungsteilen oder Abdichtteilen in der Hochdruck-Kraftstoffbahn.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Strömungsrate eines Kraftstoffs, der von einem Injektor einzuspritzen ist, so gesteuert, dass der Common-Rail-Druck den oberen Grenzdruck erreicht, wenn ein Motor in einem Zustand gestartet wird, bei dem der erfasste Wert eines Common-Rail-Drucks in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist.
Da auf diese Art und Weise der Common-Rail-Druck durch Starten des Motors selbst in einem abnormalen Zustand erhöht werden kann, in dem ein Ansaugströmungs-Steuerventil einer Versorgungspumpe abnormalerweise vollständig geöffnet ist (dieser abnormale Zustand wird als „Voll-Öffnungs-Abnormität” bezeichnet) ist es möglich den Common-Rail-Druck innerhalb eines Betätigungsdruckbereichs (tatsächlich verwendeter Bereich) durch störungsfreies Öffnen eines Druckbegrenzers zu halten. Daher ist es möglich die Zuverlässigkeit eines Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems durch Verringern der Möglichkeit einer Leistungsminderung der Versorgungspumpe und des Injektors, was von einem abnormalen Hochdruck im Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem herrührt, und durch Verringern der Möglichkeit des Auftretens von Fehlfunktionen, wie beispielsweise einem Kraftstoffentweichen an Leitungsverbindungsteilen oder Abdichtteilen in der Hochdruck-Kraftstoffbahn zu verbessern.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Common-Rail-Druck durch Aussetzen des Kraftstoffeinspritzens des Injektors in jedem Zylinder erhöht, wenn ein Motor in einem Zustand gestartet wird, bei dem der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist.
Auf diese Art und Weise können ähnliche Effekte zu denen des ersten Aspekts erreicht werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Common-Rail-Druck durch Aussetzen des Kraftstoffeinspritzens durch einen Injektor in einigen Zylindern erhöht, wenn ein Motor in einem Zustand gestartet wird, bei dem der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist.
Auf diese Art und Weise können ähnliche Effekte zu jenen des zweiten Aspekts erreicht werden und gleichzeitig ist es möglich, die Anzahl der Zylinder zu bestimmen, bei denen das Kraftstoffeinspritzen ausgesetzt wird, indem das Gleichgewicht zwischen der Strömungsrate des durch eine Versorgungspumpe abgeführten Kraftstoffs und die Strömungsrate des durch einen Injektor einzuspritzenden Kraftstoffs berücksichtigt wird.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, nachdem ein Motor in einem Zustand gestartet wird, in dem der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist, das Kraftstoffeinspritzen in den Zylindern begonnen, in denen das Kraftstoffeinspritzen vom Injektor ausgesetzt wurde, wenn der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks aufgrund der Öffnung des Druckbegrenzers unterhalb die Untergrenze des abnormalen Hochdruck-Bereichs fällt.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, nachdem ein Motor in einem Zustand gestartet wird, bei dem der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist, die Anzahl an Zylindern, in denen das Kraftstoffeinspritzen gestartet wird, Schritt für Schritt erhöht, wenn der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks aufgrund des Öffnens des Druckbegrenzers unterhalb die Untergrenze des abnormalen Hochdruck-Bereichs fällt.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, da die Strömungsrate des vom Common-Rail einzuspritzenden Kraftstoffs Schritt für Schritt erhöht werden kann, nachdem das Kraftstoffeinspritzen gestartet wird, zu verhindern, dass der Common-Rail-Druck mit einer großen Amplitude nacheilt.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Kraftstoffeinspritzen gestartet, wenn eine vorherbestimmte Zeitdauer nach dem Starten des Motors verstrichen ist, wenn ein Motor in einem Zustand gestartet wird, bei dem der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, das Kraftstoffeinspritzen mittels eines sehr einfachen Verfahrens unter Verwendung einer Zeitsteuerung zu starten.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die vorherbestimmte Zeitdauer, nach der das Kraftstoffeinspritzen gestartet wird, durch Dazulernen verändert.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, die optimale Zeitdauer zu bestimmen, nach der das Kraftstoffeinspritzen gestartet wird, indem die Zeitdauer berücksichtigt wird, die erforderlich ist, damit der Common-Rail-Druck durch Betätigung des Druckbegrenzers innerhalb des Betätigungsdruckbereichs fällt.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Kraftstoffeinspritzen gestartet, wenn ein Motor in einem Zustand gestartet wird, bei dem der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist, wenn der Common-Rail-Druck als stabil beurteilt wird, indem der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks überwacht wird.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, Zustände zum Beurteilen, ob der Common-Rail-Druck stabil ist, gemäß der Eigenschaften und Betriebsbedingungen von jedem Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem zu bestimmen.
In einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Zustände zum Beurteilen, ob der Common-Rail-Druck stabil ist, durch Dazulernen verändert.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, Zustände zum Beurteilen, ob der Common-Rail-Druck stabil ist, zu optimieren.
Die vorliegende Erfindung kann vollständig aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
1 ist ein allgemeines Blockdiagramm, welches den gesamten Aufbau des Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Schaubild, welches die Betriebsbedingungen des Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems des Ausführungsbeispiels darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Aufbau der Ausführungsbeispiele)
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 erklärt. Ein Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem 1 der vorliegenden Erfindung spritzt Kraftstoff in jeden Zylinder eines Motors, der an ein Fahrzeug montiert ist, wie beispielsweise einem Automobil und hat einen Kraftstofftank 11, eine Versorgungspumpe 12, einen Common-Rail 2, einen Injektor 13, eine ECU 14, usw., wie in 1 dargestellt.
Die Versorgungspumpe 12 ist eine Hochdruck-Versorgungspumpe zum Ansaugen und Druckbeaufschlagen von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 11 und zum Ausstoßen von diesem als Hochdruck-Kraftstoff an den Common-Rail 2. Die Versorgungspumpe 12 hat eine Einspeispumpe (Niedrigdruck-Versorgungspumpe), Nocken, zumindest einen Kolben, zumindest eine Druckkammer, zumindest ein Ausstoßventil, usw.
Die Einspeispumpe ist eine allgemein bekannte Pumpe zum Pumpen des Kraftstoffs in den Kraftstofftank 11 und wird durch Drehen der Antriebswelle der Versorgungspumpe 12 angetrieben. Die Antriebswelle der Versorgungspumpe 12 ist mit einer Kurbelwelle des Motors verbunden und wird durch Drehen der Kurbelwelle drehbar angetrieben. Die Nocken werden drehbar durch die Drehung der Antriebswelle angetrieben und die Kolben werden durch Drehen der Nocken so angetrieben, dass sie sich zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin- und herbewegen. Die Druckkammer wird durch einen Kolben und einen Zylinder ausgebildet, indem der Kolben sich gleitfähig hin- und herbewegt. Der Kraftstoff, der durch die Einspeispumpe gepumpt wird, wird in die Druckkammer eingesaugt und darin druckbeaufschlagt. Wenn der Kraftstoffdruck in der Druckkammer auf einen Druck erhöht wird, der gleich oder größer als ein vorherbestimmter Wert ist, öffnet das Ausstoßventil und Kraftstoff, dessen Druck auf einen Hochdruck angestiegen ist (Hochdruck-Kraftstoff) wird an den Common-Rail 2 ausgestoßen.
Die Kraftstoffbahn, welche von der Einspeispumpe zur Druckkammer führt, ist mit einem Ansaugströmungs-Steuerventil 15 versehen. Das Ansaugströmungs-Steuerventil 15 ist ein Elektromagnetaktuator zum Verändern der Strömungsrate des Hochdruck-Kraftstoffs, der von der Versorgungspumpe zum Common-Rail ausgestoßen wird, indem die Strömungsrate des Kraftstoffs, der in die Druckkammer gesaugt wird, eingestellt wird. Das Einstellen der Strömungsrate des Kraftstoffs, der in die Druckkammer eingesaugt wird, wird durch Einstellen des Öffnungsgrads der Kraftstoffbahn im Ansaugströmungs-Steuerventil 15 ausgeführt. Dieses Einstellen des Öffnungsgrads wird elektronisch durch ein Pumpenansteuersignal, welches von der ECU 14 über einen Pumpenansteuerschaltkreis (nicht dargestellt) ausgesendet wird, gesteuert. Durch Verändern der Strömungsrate des Kraftstoffs, der von der Versorgungspumpe 12 ausgestoßen wird, wird der Common-Rail-Druck, d. h., der Kraftstoffeinspritzdruck an jeden Zylinder des Motors vom Injektor 13, gesteuert. Das Strömungssteuerventil 15 ist ein normalerweise offenes Elektromagnetventil, und ist vollständig offen, wenn die Zufuhr von (elektrischem) Strom ausgesetzt wird.
Der Common-Rail 2 ist ein Druckspeicherbehälter zum Speichern eines Hochdruck-Kraftstoffs, dessen Druck dem Kraftstoffeinspritzdruck an jeden Zylinder des Motors entspricht. Der Common-Rail 2 hat einen Common-Rail-Drucksensor (nachfolgend als PC-Sensor bezeichnet) 21, einen Druckbegrenzer 22, usw. Der PC-Sensor 21 ist eine Kraftstoffdruck-Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Common-Rail-Drucks und das erfasste Sensorsignal, d. h., der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks, wird an die ECU 14 übertragen.
Der Druckbegrenzer 22 ist ein Drucksicherheitsventil zum Freilassen des Hochdruck-Kraftstoffs in den Kraftstofftank 11, um den Druck zu verringern, wenn der Common-Rail-Druck einen oberen Grenzdruck übersteigt. Nach dem Öffnen, wenn der Common-Rail-Druck den oberen Grenzdruck übersteigt, schließt der Druckbegrenzer 22, wenn der Druck auf oder unterhalb einen vorherbestimmten Wert fällt. Der Druckbegrenzer 22 hat ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse, einen Ventilkörper (Ventilgehäusekörper), eine Ventilnadel (Ventil), eine Feder, usw.
Das Gehäuse ist flüssigkeitsdicht zwischen dem linken Endabschnitt des Common-Rails 2, der in 1 dargestellt ist und einem Entlastungsrohr angeschlossen und der Ventilkörper ist an einem Vorderende des Gehäuses näher zum Common-Rail 2 fixiert. Eine Ventilöffnung, die in dem Ventilkörper ausgebildet ist, wird durch die Ventilnadel geöffnet und geschlossen und die Feder drängt die Ventilnadel mit einer vorherbestimmten Drängkraft in die Richtung, in der die Ventilnadel auf dem Ventilsitz aufsitzt (in der Richtung, in der das Ventil geschlossen ist). Der Ventilöffnungsdruck, bei dem der Druckbegrenzer 22 öffnet, wird basierend auf dem Aufsitzdurchmesser der Ventilnadel und der Aufsitzlast der Feder bestimmt.
Der Injektor 13 ist ein Elektromagnet-Kraftstoffeinspritzventil mit einer Düse, einem Elektromagnetaktuator, einer Feder, einem Kommandokolben, usw., und ist mit den stromabwärtigen Enden von zwei oder mehr Hochdruck-Rohren verbunden, welche sich vom Common-Rail 2 abzweigen. Die Düse hat einen Düsenkörper mit einer Einspritzöffnung und einer Düsennadel zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung. Die Düsennadel wird gleitfähig innerhalb des Düsenkörpers unterstützt. Der Elektromagnetaktuator treibt die Düsennadel in die Ventilöffnungsrichtung, wenn ein Strom angelegt wird. Die Feder drängt die Düsennadel immer in die Ventilschließrichtung. Der Kommandokolben ist einstückig mit der Düsennadel ausgebildet, bildet eine Gegendruck-Steuerkammer und treibt die Düsennadel in die Ventilschließrichtung, wenn er den Gegendruck des Hochdruck-Kraftstoffs empfängt.
Kraftstoffeinspritzen von dem Injektor 13 an jeden Zylinder des Motors wird elektronisch durch die Zufuhr von Strom und durch das Aussetzen der Stromzufuhr an ein Einspritzsteuer-Elektromagnetventil (nachfolgend als Elektromagnetventil bezeichnet) gesteuert, das ein Elektromagnetaktuator ist. Mit anderen Worten, während ein Strom an das Elektromagnetventil zugeführt wird, wird die Ventilnadel in die Ventilschließrichtung getrieben und der Hochdruck-Kraftstoff im Common-Rail 2 wird durch Einspritzen an jeden Zylinder des Motors zugeführt.
Wenn die Zufuhr von Strom ausgesetzt wird, steigt der Gegendruck des Hochdruck-Kraftstoffs, der an den Kommandokolben angelegt wird, an und die Düsennadel wird geschlossen, was dazu führt, dass die Zufuhr von Hochdruck-Kraftstoff durch Einspritzen ausgesetzt wird. In diesem Ausführungsbeispiel kehrt Kraftstoff, welcher vom Injektor 13 entweicht und Kraftstoff, welcher von der Gegendrucksteuerkammer ausgestoßen wird zum Kraftstofftank 11 zurück.
Die ECU 14 ist eine Motorsteuereinheit zum elektronischen Steuern der Versorgungspumpe 12 und des Elektromagnetaktuators des Injektors 13. Die ECU 14 hat einen Mikrocomputer mit einem allgemein bekannten Aufbau. Der Mikrocomputer beinhaltet Funktionen einer CPU zum Ausführen von Steuerprozessen und Berechnungsprozessen, eine Speichereinheit zum Speichern verschiedener Steuerprogramme und Daten, einen Eingabe-Schaltkreis, einen Ausgabe-Schaltkreis, eine Leistungsversorgung, einen Injektor-Ansteuerschaltkreis, einen Pumpen-Ansteuerschaltkreis, usw. In die Einheit 14 werden Sensorsignale von verschiedenen Sensoren eingegeben, wie beispielsweise einem PC-Sensor 21, welche in einem A/D-Wandler A/D-umgewandelt wurden.
Mit der ECU 14 ist ein Startstromzuführschaltkreis zum Zuführen eines Stroms an einen Anlasser verbunden, der als eine Motorstartvorrichtung zum Starten eines Motors dient. Wenn der Zündschlüssel in einen Schlüsselzylinder eingeführt wird und in die Startstellung gedreht wird, wird ein Anlassschalter eingeschaltet und ein Startrelais des Startstromzuführschaltkreises wird eingeschaltet. Infolgedessen wird der Motor gekurbelt und gestartet. Wenn der Anlassschalter eingeschaltet ist, oder der Zündschlüssel in die Zündstellung gedreht wird und der Zündschalter eingeschaltet wird, nachdem der Motor gekurbelt wurde, werden das Elektromagnetventil des Injektors 13, das Ansaugströmungs-Steuerventil 15 der Versorgungspumpe 12 und die Aktuatoren der entsprechenden Steuerbauteile, wie beispielsweise Startrelais des Startstromzuführschaltkreises, elektronisch basierend auf verschiedenen Steuerprogrammen gesteuert.
Die ECU 14 hat eine Einspritzströmungsraten- und Zeitsteuerungs-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen der optimalen Strömungsrate und Zeitsteuerung des Einspritzens gemäß der Betriebsbedingungen und dem Betriebszustand des Motors, einer Einspritzandauerbestimmungseinrichtung zum Bestimmen des Andauerns des Einspritzens gemäß der Betriebsbedingungen des Motors und der Strömungsrate des Einspritzens, einer Einspritzansteuereinrichtung zum Zuführen eines Stroms an das Elektromagnetventil eines jeden Injektors 13 über den Injektoransteuerschaltkreis, usw. Mit anderen Worten wird die Strömungsrate und Zeitsteuerung des Einspritzens gemäß der Motorgeschwindigkeit, dem Öffnungsgrad einer Beschleunigungseinrichtung usw. bestimmt und des weiteren wird das Andauern des Einspritzens gemäß dem Common-Rail-Druck und der Strömungsrate des Einspritzens berechnet. Der Kraftstoff wird in jeden Zylinder eingespritzt, indem ein Pulssignal (Injektoransteuerimpuls) entsprechend einer Zeitdauer des Kraftstoffeinspritzens in das Elektromagnetventil des Injektors 13 eingegeben wird.
Des weiteren hat die ECU 14 eine Ausstoßströmungsraten-Veränderungseinrichtung zum Verändern der Strömungsrate von Hochdruck-Kraftstoff der von der Versorgungspumpe an den Common-Rail 12 abgeführt wird. Die Ausstoßströmungsraten-Veränderungseinrichtung berechnet zuerst den optimalen Kraftstoffeinspritzdruck entsprechend den Betriebsbedingungen und dem Betriebszustand des Motors. Dann wird die Strömungsrate des abgeführten Kraftstoffs so verändert, dass der Common-Rail-Druck im Wesentlichen gleich zum Kraftstoffeinspritzdruck wird. Mit anderen Worten wird die Strömungsrate des Kraftstoffs, der in die Druckkammer gesaugt wird, durch Einstellen des Pumpenansteuersignals und Ausgeben dieses an das Ansaugströmungs-Steuerventil 15 so eingestellt, dass der Öffnungsgrad des Ansaugströmungs-Steuerventils 15 auf einen Öffnungsgrad eingestellt wird, der der Zielströmungsrate des abgeführten Kraftstoffs entspricht.
Des weiteren hat die ECU 14 eine Abnorm-Hochdruck-Erfassungseinrichtung, eine Kraftstoffdruck-Erhöhungseinrichtung und eine Kraftstoffeinspritzstarteinrichtung. Die Abnorm-Hochdruck-Erfassungseinrichtung erfasst, ob der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist und die Untergrenze des abnormalen Hochdruck-Bereichs übersteigt, die niedriger eingestellt ist, als ein oberer Grenzdruck. Der abnormale Hochdruck-Bereich ist ein Bereich des Common-Rail-Drucks, in dem die Möglichkeit der Leistungsminderung der Versorgungspumpe 12 und des Injektors 13 und die Möglichkeit des Auftretens von Fehlfunktionen, wie beispielsweise einem Kraftstoffentweichen an Verbindungsteilen oder Abdichtteilen in der Hochdruck-Kraftstoffbahn, besteht. Mit anderen Worten ist der abnormale Hochdruck-Bereich ein Bereich des Common-Rail-Drucks, in dem die Zuverlässigkeit des Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems 1 verschlechtert wird.
Der vorstehend genannte abnormale Hochdruck des Common-Rail-Drucks tritt auf, wenn eine übermäßige druckbeaufschlagte Kraftstoffzufuhr von der Versorgungspumpe 12 auftritt, mit anderen Worten eine Voll-Öffnungs-Abnormität des Ansaugströmungs-Steuerventils 15 auftritt. Die Voll-Öffnungs-Abnormität des Strömungssteuerventils 15 tritt auf, wenn Fehlfunktionen, wie beispielsweise Kabelbruch in der Zuleitung zum Übertragen eines Pumpenansteuersignals, auftreten, oder wenn eine Ausgabe-Abnormität in einem Mikrocomputer auftritt, usw.
Die Kraftstoffdruck-Erhöhungseinrichtung steuert die Strömungsrate von Kraftstoff der von dem Injektor 13 eingespritzt wird, so dass der Common-Rail-Druck den oberen Grenzdruck erreicht, wenn ein Motor in einem Zustand gestartet wird, bei dem der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks als in einem abnormalen Hochdruck-Bereich befindlich durch die Abnorm-Hochdruck-Erfassungseinrichtung erfasst wird. Mit anderen Worten erhöht die Kraftstoffdruck-Erhöhungseinrichtung den Common-Rail-Druck, wenn ein Motor in einem Zustand gestartet wird, bei dem die druckbeaufschlagte Zufuhr durch die Versorgungspumpe 12 aufgrund der Voll-Öffnungs-Abnormität des Ansaugströmungs-Steuerventils 15 oder dergleichen abnormal wurde.
Genauer bedeutet dies, nachdem ein Motor gestartet wurde, wird die Ausgabe eines Injektoransteuerimpulses bei jedem Zylinder ausgesetzt, um den Common-Rail-Druck zu erhöhen. Aufgrunddessen wird das Kraftstoffeinspritzen von dem Injektor 13 bei jedem Zylinder ausgesetzt, der Common-Rail-Druck wird erhöht und der Common-Rail-Druck wird innerhalb einem tatsächlich verwendeten Bereich gehalten, indem der Druckbegrenzer 22 geöffnet wird.
Die Kraftstoffeinspritzstarteinrichtung startet das Kraftstoffeinspritzen von dem Injektor 13, wenn der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks unterhalb die Untergrenze des abnormalen Hochdruck-Bereichs fällt. Genauer bedeutet dies, dass die Kraftstoffeinspritzstarteinrichtung die Abgabe eines Einspritzansteuerimpulses an jedem Zylinder startet, wenn der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks innerhalb den Betriebsdruckbereich fällt. Aufgrunddessen startet das Kraftstoffeinspritzen gleichzeitig an den Injektoren 13 aller Zylinder und die Motorgeschwindigkeit wird erhöht. Übrigens ist der Betriebsdruckbereich ein Bereich des Common-Rail-Drucks, der niedriger als der abnormale Hochdruck-Bereich ist und ist außerdem ein Bereich, in dem die Möglichkeit des Auftretens von verschiedenen Fehlfunktionen des abnormalen Hochdruck-Bereichs extrem klein ist und in dem die Zuverlässigkeit des Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems 1 nicht verschlechtert wird.
(Funktion des Ausführungsbeispiels)
Die Funktionen und Eigenschaften des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden unter Bezugnahme auf 2 erklärt. Wenn der Zündschlüssel in den Schlüsselzylinder eingeführt wird und in die Startstellung gedreht wird und wenn der Anlassschalter eingeschaltet wird, wird der Motor gekurbelt und gestartet. Während der Motors in einem Kurbelzustand ist (während der Motor bei einer Kurbelgeschwindigkeit in Betrieb ist), wird die Ausgabe eines Injektoransteuerimpulses ausgesetzt und es wird kein Kraftstoff eingespritzt. Aufgrunddessen wird der Hochdruck-Kraftstoff in dem Common-Rail 2 nicht konsumiert und der Common-Rail-Druck wird erhöht. Wenn der Common-Rail-Druck den oberen Grenzdruck übersteigt (die Untergrenze des P/L-Betriebsbereichs in 2), öffnet der Druckbegrenzer 22, so dass der Common-Rail-Druck innerhalb des tatsächlich verwendeten Bereichs gehalten wird.
Während der Common-Rail-Druck innerhalb des Betriebsdruckbereichs gehalten wird, wird die Ausgabe eines Einspritzansteuerimpulses gestartet und Kraftstoff wird eingespritzt. Inzwischen erhöht sich die Motorgeschwindigkeit von der Kurbelgeschwindigkeit auf eine Leerlaufgeschwindigkeit und gleichzeitig wird der Anlassschalter ausgeschaltet. Auf diese Art und Weise wird das Starten des Motors fertiggestellt.
(Wirkungen des Ausführungsbeispiels)
Wie vorstehend beschrieben, wenn ein Motor in einem Zustand gestartet wird, in dem der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist, wird der Common-Rail-Druck erhöht und der Druckbegrenzer 22 wird, durch Aussetzen von Kraftstoffeinspritzen von dem Injektor 13 an jedem Zylinder, geöffnet.
Da aufgrunddessen der Common-Rail-Druck durch Starten des Motors selbst in einem Zustand erhöht werden kann, in dem eine Voll-Öffnungs-Abnormität in dem Ansaugströmungsratensteuerventil der Versorgungspumpe 12 aufgetreten ist, ist es möglich, den Common-Rail-Druck innerhalb dem tatsächlich verwendeten Bereich zu halten, in dem der Druckbegrenzer 22 störungsfrei geöffnet wird. Daher ist es möglich, die Zuverlässigkeit des Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems zu verbessern, durch Verringern der Möglichkeit der Leistungsminderung der Versorgungspumpe 12 und des Injektors 13 aufgrund eines abnormalen Hochdrucks in dem Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem und durch Verringern des Auftretens von Fehlfunktionen, wie beispielsweise einem Kraftstoffentweichen an Verbindungsteilen oder Abdichtteilen in der Hochdruck-Kraftstoffbahn.
Wenn dann der erfasste Wert des Common-Rail-Drucks unter die Untergrenze des abnormalen Hochdruck-Bereichs fällt, wird das Kraftstoffeinspritzen an den Zylindern gestartet, an denen Kraftstoffeinspritzen von dem Injektor 13 ausgesetzt wurde. Aufgrunddessen, wenn der Common-Rail-Druck innerhalb dem tatsächlich verwendeten Bereich gehalten wird, kann Kraftstoffeinspritzen von dem Injektor 13 gestartet werden und deshalb kann der Common-Rail-Druck innerhalb dem Betriebsdruckbereich stabilisiert werden.
(Andere Ausführungsbeispiele)
Der Druckbegrenzer 22 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel öffnet, wenn der Common-Rail-Druck den oberen Grenzdruck übersteigt und der Druckbegrenzer 22 schließt, wenn der Common-Rail-Druck nach dem Öffnen unterhalb einen vorherbestimmten Wert fällt, aber der Druckbegrenzer 22 kann eine Druckregulierfunktion haben. In diesem Fall steuert der Druckbegrenzer 22 nachdem er einmal geöffnet hat, den Ventilöffnungsdruck so, dass er einen Druck aufrecht erhält (Regulierdruck), der erforderlich ist, um einem Fahrzeug ein fortwährendes Fahren zu ermöglichen.
Die Kraftstoffdruck-Erhöhungseinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels setzt Kraftstoffeinspritzen von dem Injektor 13 an jedem Zylinder aus, um den Common-Rail-Druck zu erhöhen, aber Kraftstoffeinspritzen kann in einigen der Zylinder ausgesetzt werden, in dem das Gleichgewicht zwischen der Strömungsrate des Kraftstoffs, der von der Versorgungspumpe 12 ausgestoßen wird und der Strömungsrate des Einspritzens von dem Injektor 13 berücksichtigt wird.
Die Kraftstoffeinspritzstarteinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels startet Kraftstoffeinspritzen von dem Injektor 13 gleichzeitig an jedem Zylinder, aber die Anzahl der Zylinder, an denen Kraftstoffeinspritzen gestartet wird, kann Schritt für Schritt erhöht werden, um zu verhindern, dass der Common-Rail-Druck nacheilt.
Die Kraftstoffeinspritzstarteinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels startet Kraftstoffeinspritzen des Injektors 13, wenn der Common-Rail-Druck unterhalb die Untergrenze des abnormalen Hochdruck-Bereich fällt, d. h., wenn der Common-Rail-Druck innerhalb den tatsächlich verwendeten Bereich fällt, aber das Kraftstoffeinspritzen kann auch gestartet werden, wenn eine vorherbestimmte Zeitdauer nach dem der Motor gestartet wird, verstreicht (wenn der Anlassschalter eingeschaltet ist), indem ein einfaches Zeitsteuersystem verwendet wird. In diesem Fall kann das Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem 1 eine Startzustandslerneinrichtung aufweisen, die in der Lage ist, die Einstellung der vorherbestimmen Zeitdauer durch Dazulernen zu verändern.
Des weiteren kann Kraftstoffeinspritzen gestartet werden, wenn der Common-Rail-Druck durch Überwachen des erfassten Werts des Common-Rail-Drucks als stabil beurteilt wird. In diesem Zustand kann das Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem eine Startzustandslerneinrichtung aufweisen, die in der Lage ist, die Zustände zum Beurteilen, ob der Common-Rail-Druck stabil ist, durch Dazulernen zu verändern. Die Zustände zum Beurteilen, ob der Common-Rail-Druck stabil ist, beinhalten, ob der Common-Rail-Druck unterhalb einen vorherbestimmten Wert in den tatsächlich verwendeten Bereich fällt, ob der Common-Rail-Druck innerhalb dem tatsächlich verwendeten Bereich für eine vorherbestimmte Zeitdauer oder länger bleibt usw.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele die zum Zwecke der Veranschaulichung ausgewählt wurden, beschrieben wurde, sollte ersichtlich sein, dass zahlreiche Modifikationen durch jene, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, an ihr gemacht werden können, ohne vom Basiskonzept und dem Rahmen der Erfindung abzuweichen.
Ein Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem 1 hat einen PC-Sensor 21 zum Erfassen eines Common-Rail-Drucks, einen Druckbegrenzer 22 zum Halten des Common-Rail-Drucks unterhalb einem oberen Grenzdruck, indem er sein Ventil öffnet, wenn der Common-Rail-Druck den oberen Grenzdruck übersteigt und eine ECU 14 zum Steuern der Strömungsrate des Kraftstoffs, der von einem Injektor 13 einzuspritzen ist, so dass der Common-Rail-Druck den oberen Grenzdruck erreicht, wenn ein Motor in einem Zustand gestartet wird, bei dem eine Abnormität in der druckbeaufschlagten Zufuhr durch eine Versorgungspumpe 12 aufgetreten ist. Es ist möglich, den Common-Rail-Druck innerhalb eines tatsächlich verwendeten Bereichs zu halten, indem der Druckbegrenzer geöffnet wird, nachdem der Motor gestartet wurde, selbst in einem Zustand, in dem eine Voll-Öffnungs-Abnormität bei einem Ansaugströmungs-Steuerventil 15 aufgetreten ist.

Claims

Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem mit: einer Kraftstoffversorgungspumpe, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird und einen druckbeaufschlagten Kraftstoff zuführt; einem Common-Rail zum Speichern von Hochdruck-Kraftstoff, der unter Druck durch die Kraftstoffversorgungspumpe zugeführt wird; zumindest ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in entsprechende Zylinder eines Verbrennungsmotors; ein Drucksicherheitsventil zum Halten eines Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail unterhalb einem vorherbestimmten oberen Grenzdruck, indem das Kraftstoffsicherheitsventil geöffnet wird, wenn der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail den vorherbestimmten oberen Grenzdruck übersteigt; eine Kraftstoffdruck-Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail; eine Abnorm-Hochdruck-Erfassungseinrichtung zum Erfassen, dass ein erfasster Wert des Kraftstoffdrucks im Common-Rail, der durch die Kraftstoffdruck-Erfassungseinrichtung erfasst wurde, eine Untergrenze eines abnormalen Hochdruck-Bereichs überschreitet, die niedriger eingestellt ist, als der obere Grenzdruck und in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist; und eine Kraftstoffdruck-Erhöhungseinrichtung zum Steuern der Strömungsrate von Kraftstoff, der durch das Kraftstoffeinspritzventil einzuspritzen ist, so dass der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail den oberen Grenzdruck erreicht, wenn der Verbrennungsmotor in einem Zustand gestartet wird, in dem der durch die Abnorm-Hochdruck-Erfassungseinrichtung erfasste Wert des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail in einem abnormalen Hochdruck-Bereich ist.
Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem, gemäß Anspruch 1, wobei die Kraftstoffdruck-Erhöhungseinrichtung Kraftstoffeinspritzen über das Kraftstoffeinspritzventil bei jedem Zylinder aussetzt.
Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Kraftstoffdruck-Erhöhungseinrichtung über das Kraftstoffeinspritzventil an einigen Zylindern Kraftstoffeinspritzen aussetzt.
Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 2 oder 3, mit einer Kraftstoffeinspritzstarteinrichtung zum Starten des Kraftstoffeinspritzens bei den Zylindern, bei denen Kraftstoffeinspritzen über das Kraftstoffeinspritzventil ausgesetzt wurde, wenn der erfasste Wert des Kraftstoffdrucks im Common-Rail unterhalb die Untergrenze des abnormalen Hochdruck-Bereichs fällt.
Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 4, wobei die Kraftstoffeinspritzstarteinrichtung die Anzahl der Zylinder Schritt für Schritt erhöht, bei denen Kraftstoffeinspritzen gestartet wird.
Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die Kraftstoffeinspritzstarteinrichtung Kraftstoffeinspritzen startet, wenn eine vorherbestimmte Zeitdauer nach dem Starten des Verbrennungsmotors verstrichen ist.
Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 6, mit einer Startzustandslerneinrichtung zum Verändern der Einstellung der vorherbestimmten Zeitdauer durch Dazulernen.
Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die Kraftstoffeinspritzstarteinrichtung Kraftstoffeinspritzen startet, wenn der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail durch Überwachen des erfassten Werts des Kraftstoffdrucks im Common-Rail als stabil beurteilt wird.
Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 8 mit einer Startzustandslerneinrichtung zum Verändern der Zustände zum Beurteilen, ob der Kraftstoffdruck im Common-Rail stabil ist, durch Dazulernen.