DE102005001501B4

DE102005001501B4 - Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005001501B4
Application number: DE102005001501.8A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Komatsu
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: JP2005201091A; DE102005001501A1; JP4211610B2

Abstract

Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, das einen Injektor (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine (1) und eine Steuerungseinrichtung (100) zum Steuern des Injektors (2) entsprechend einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) aufweist und Mehrfacheinspritzungen in einem Verbrennungstakt der Brennkraftmaschine (1) ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (100) aufweist: eine Injektorantriebsschaltung (121) zur Ausgabe eines Antriebssignals zu dem Injektor (2) zum Antrieb des Injektors (2), eine ECU-Temperaturerfassungseinrichtung (60, S201, S203) zur Erfassung oder zum Schätzen der Temperatur der Injektorantriebsschaltung (121), und eine Einspritzungsbegrenzungseinrichtung (S205, S206, S207, S208, S209, S210, S506, S508, S510) zur Begrenzung einer spezifischen Einspritzung unter den Mehrfacheinspritzungen, um eine Wärmeerzeugungsgröße der Injektorantriebsschaltung (121) zu unterdrücken, wenn die durch die ECU-Temperaturerfassungseinrichtung (60, S201, S203) erfasste oder geschätzte Temperatur der Injektorantriebsschaltung (121) eine vorbestimmte Temperatur überschreitet und ein Anstieg der Temperatur während der vorbestimmten Zeitdauer einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei die Einspritzbegrenzungseinrichtung (S205, S206, S207, S208, S209, S210, S506, S508, S510) aufweist: eine Temperaturanstiegstrendbestimmungseinrichtung (S201, S203) zur Bestimmung, ob die von der ECU-Temperaturerfassungseinrichtung (60) bereitgestellte Temperatur der Injektorantriebsschaltung (121) sich auf einem ansteigenden Trend befindet, wenn die Temperatur die vorbestimmte Temperatur überschreitet, die Einspritzbegrenzungseinrichtung (S205, S206, S207, S208, S209, S210, S506, S508, S510) eine Verringerung einer Einspritzmenge und/oder eine Änderung des Einspritzzeitverlaufs der spezifischen Einspritzung als eine Korrektur der spezifischen Einspritzung entsprechend einer Einspritzbetriebsart der Mehrfacheinspritzungen in dem einen Verbrennungstakt unter einer Bedingung, dass die Temperaturanstiegstrendbestimmungseinrichtung (S201, 203) bestimmt, dass die Temperatur sich auf dem ansteigenden Trend befindet, als eine wesentliche Bedingung zur Begrenzung der Einspritzung durchführt, und ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine.
Ein allgemein bekanntes Kraftstoffeinspritzsystem der Druckakkumulations- bzw. Druckspeicherungsbauart akkumuliert (speichert) Hochdruckkraftstoff in einem Common-Rail als Druckakkumulationskammer und spritzt den Hochdruckkraftstoff in eine Diesel-Brennkraftmaschine über Injektoren ein. In dieser Art des Kraftstoffeinspritzsystems wird eine Mehrfacheinspritzung (Multieinspritzung) zur mehrfachen Einspritzung von Kraftstoff während eines Verbrennungstakts in den letzten Jahren praktisch verwendet, da Abgasregelungen und gesellschaftliche Forderungen nach einer Verringerung von Verbrennungsgeräuschen sich verschärfen. Eine Steuerungsvorrichtung zum Betrieb und zur Steuerung der Injektoren oder eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) weist Wärme erzeugende Elemente wie Leistungs-MOSFETs als Schaltelement auf. Die Wärmeerzeugungsmenge des Wärme erzeugenden Elementes steigt entsprechend der Anzahl der Einspritzungen pro Verbrennungstakt und der Dauer der Antriebsperiode (der Einspritzmenge) des Injektors pro Einspritzung an. Wenn die Temperatur des Wärme erzeugenden Elementes über eine Wärmeerzeugungsgrenze ansteigt, ist daher ein fehlerhafter Betrieb oder die Zerstörung der ECU möglich.
Die Druckschrift DE 198 60 762 A1 offenbart ein Verfahren zum Schutz von Endstufen von Steuergeräten gegenüber einer Übertemperatur, wobei Maßnahmen zur Abkühlung und/oder Begrenzung eines weiteren Temperaturanstiegs unternommen werden, wenn die Temperatur einen Schwellwert überschreitet. Die Temperatur wird dabei mittels eines Temperaturmodells ermittelt.
Die Druckschrift GB 2 357 593 A offenbart eine Temperatursteuerung einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) für eine Brennkraftmaschine. Dabei wird die Temperatur der elektronischen Steuerungseinheit überwacht, wobei, wenn die Temperatur der ECU sich einer vorbestimmten Grenze nähert, ein weiteres Ansteigen der Temperatur verhindert wird.
Die Druckschrift US 6,363,315 B1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schutz einer elektronischen Steuerungsschaltung für eine Brennkraftmaschine gegenüber einer thermischen Beschädigung. Dabei wird die Temperatur der Schaltung überwacht, und wenn die Temperatur einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, werden Maßnahmen zur Verringerung der Temperatur ergriffen, wie beispielsweise eine Verringerung der Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen.
Die japanische Patentanmeldung JP H09-126044 A offenbart eine Technik zur Begrenzung der Anzahl der Einspritzungen, falls die Temperatur der ECU nicht unterhalb einer vorbestimmten Temperatur aufgrund des Anstiegs der Wärmeerzeugungsmenge der ECU und dergleichen beibehalten werden kann. In dieser Technik wird die Temperatur eines Kühlmediums (Kraftstoff) eines Kühlmechanismus zum Kühlen der ECU als Temperatur der ECU erfasst.
Jedoch werden in der in dem Dokument JP H09-126 044 A offenbarten Technik alle Einspritzungen in der Mehrfacheinspritzung außer der Haupteinspritzung begrenzt. Daher werden das Abgasverhalten und das Verbrennungsgeräusch verschlechtert.
Weiterhin befindet sich aufgrund einer Forderung für das Fahrzeug die ECU in einem Maschinenraum oder in einer Einbauumgebung, die sich von dem Inneren eines Fahrzeugraums unterscheidet. Daher muss zur Gewährleistung des Betriebs der ECU der Betrieb der ECU durch Durchführung eines Umgebungstests der ECU in der tatsächlichen Einbauumgebung oder in einer Umgebungsbedingung bestätigt werden, die ähnlich zu der tatsächlichen Einbauumgebung ist.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Anstieg der Temperatur einer Steuerungsvorrichtung zu unterbinden, die Injektoren steuert, so dass jeder Injektor Kraftstoff mehrfach in einem Verbrennungstakt einspritzt, während der Einfluss auf das Abgas oder das Verbrennungsgeräusch minimiert wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Anstieg der Temperatur einer Steuerungsvorrichtung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine zu unterbinden, die Injektoren derart steuert, dass jeder Injektor Kraftstoff mehrfach in einem Verbrennungstakt einspritzt, während der Einfluss auf das Abgas oder das Verbrennungsgeräusch minimiert wird, und die Gewährleistung des Betriebs der Steuerungsvorrichtung und der Injektoren zu erleichtern.
Dies Aufgaben werden durch ein Kraftstoffeinspritzsystem gelöst, wie es in Patentanspruch 1 angegeben ist.
Da die Steuerungseinrichtung die Injektorantriebsschaltung und die ECU-Temperaturerfassungseinrichtung aufweist, kann die Steuerungseinrichtung die Temperatur der Antriebsschaltung oder die Temperatur der ECU als Steuerungsvorrichtung zur Steuerung des Injektors präzise erfassen oder schätzen, die sich entsprechend der Anzahl der Einspritzungen pro Verbrennungstakt erhöht.
Da weiterhin die Steuerungseinrichtung die Einspritzungsbegrenzungseinrichtung aufweist, kann die Erhöhung der Temperatur der ECU unterbunden werden, wobei der Einfluss auf das Abgas und die Verbrennungsgeräusche minimiert werden, indem lediglich die spezifische Einspritzung begrenzt wird, im Gegensatz zu dem Stand der Technik, gemäß dem alle mehrfachen Einspritzungen mit Ausnahme der Haupteinspritzung begrenzt (unterbunden) werden, und lediglich die Haupteinspritzung beibehalten wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Merkmale und Vorteile der Ausführungsbeispiele als auch Betriebsverfahren und die Funktion der betroffenen Teile werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung, der beigefügten Patentansprüche und der Zeichnung deutlich. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Darstellung einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 ein Flussdiagramm, das eine durch das Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführte Einspritzsteuerungsverarbeitung darstellt,
4 einen Graphen, der ein Verhältnis zwischen einer Maschinendrehzahl und einer Einspritzmenge des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt,
5 Zeitverläufe, die eine Einspritzrate des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellen,
6 ein Flussdiagramm, das eine durch ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführte Einspritzsteuerungsverarbeitung darstellt,
7 Zeitverläufe, die einen Injektorantriebsstrom und eine Einspritzrate des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellen, und
8 eine schematische Darstellung einer ECU und einer EDU eines Kraftstoffeinspritzsystems eines modifizierten Beispiels des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels.
Erstes Ausführungsbeispiel
In 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem der Druckspeicherungsbauart (Druckakkumulationsbauart) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das in 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzsystem wird bei einer Mehr-Zylinder-Dieselbrennkraftmaschine (gemäß diesem Ausführungsbeispiel einer Vierzylinder-Dieselbrennkraftmaschine) 1 verwendet, die an einem Fahrzeug wie einem Automobil beispielsweise angebracht ist. Das Kraftstoffeinspritzsystem erfasst einen Betriebszustand oder eine Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 1, einen Fahrzustand des Fahrzeugs, ein Betätigungsausmaß (Absicht) eines Fahrzeugfahrers und dergleichen durch verschiedene Sensoren. Dann sendet das Kraftstoffeinspritzsystem die erfasste Werte zu einer Maschinensteuerungseinheit (einer elektronischen Steuerungseinheit, ECU) 100. Die ECU 100 berechnet eine optimale Soll-Einspritzmenge (eine Befehlseinspritzmenge), einen optimalen Soll-Einspritzzeitverlauf (Befehlseinspritzzeitverlauf), eine optimale Soll-Einspritzzeitdauer einer Befehlseinspritzzeitdauer bzw. Einspritzperiode und einen optimalen Soll-Einspritzdruck (einen Befehls-Einspritzdruck) auf der Grundlage der aus den verschiedenen Sensoren ausgegebenen Sensorsignalen. Die ECU 100 führt Befehle einer Vielzahl von Injektoren (gemäß diesem Ausführungsbeispiel vier Injektoren) (elektromagnetische Kraftstoffeinspritzventile), einer Hochdruckkraftstoffzufuhrpumpe 3 und dergleichen zu, die die Einspritzmenge, den Einspritzzeitverlauf, die Einspritzzeitdauer und den Einspritzdruck steuern.
Die Brennkraftmaschine 1 ist eine Viertakt-Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit Zylindern, einem Zylinderkopf, einer Ölwanne und dergleichen. Ein Ansauganschluss jedes Zylinders der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein Ansaugventil 11 geöffnet und geschlossen. Ein Auslassanschluss (Abgasanschluss) jedes Zylinders der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein Abgasventil 12 geöffnet und geschlossen. Ein mit einer Kurbelwelle 13 über einen Verbindungsstab verbundener Kolben 14 ist gleitfähig innerhalb jedes Zylinders angeordnet.
Die Injektoren 2 sind an dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 entsprechend den jeweiligen Zylindern angebracht. Jeder der Injektoren 2 weist eine Kraftstoffeinspritzdüse, ein elektromagnetisches Ventil (Nadelantriebseinrichtung, ein Solenoidbetätigungsglied), eine Nadelvorspanneinrichtung wie eine Feder und dergleichen auf. In der Kraftstoffeinspritzdüse ist eine Düsennadel innerhalb eines Düsenkörpers gleitfähig untergebracht, der mit einer Einspritzöffnung geformt ist, so dass die Düsennadel die Einspritzöffnung öffnen oder schließen kann. Das elektromagnetische Ventil treibt die Düsennadel in eine Ventilöffnungsrichtung an. Die Nadelvorspanneinrichtung spannt die Düsennadel in einer Ventilschließrichtung vor.
Die Kraftstoffeinspritzung aus dem Injektor 2 zu der Brennkraftmaschine 1 wird elektronisch durch Erregung und Abschalten des elektromagnetischen Ventils gesteuert, das einen Kraftstoffdruck innerhalb einer Gegendrucksteuerungskammer (einer Drucksteuerungskammer) eines mit der Düsennadel verbundenen Führungskolbens (command piston) steuert. Wenn das elektromagnetische Ventil des Injektors 2 eines bestimmten Zylinders offen ist, wird der in einem Common-Rail 17 als Druckakkumulationskammer bzw. Druckspeicherkammer akkumulierte Hochdruckkraftstoff in eine Verbrennungskammer des bestimmten Zylinders eingespritzt. Intern austretender Kraftstoff des Injektors 2 oder Ausstoßkraftstoff aus der Drucksteuerungskammer (der zum Öffnen des Injektors 2 verwendete Kraftstoff) wird über ein Rückführrohr 33 zu einem Kraftstofftank 15 zurückgeführt.
Die Zufuhrpumpe 3 ist eine Hochdruckzufuhrpumpe, um gesaugten Kraftstoff unter hohem Druck zu setzen und um den Hochdruckkraftstoff aus einem Ausstoßanschluss zu dem Common-Rail 17 unter Druck zuzuführen. Die Zufuhrpumpe 3 weist eine Förderpumpe (eine Niedrigdruckförderpumpe) 6 zum Ziehen des Kraftstoffs aus den Kraftstofftank 15 auf. Ein Ansaugsteuerungsventil (lineares Solenoidbetätigungsglied) 7 ist in einem Kraftstoffdurchlass angeordnet, der von der Förderpumpe 6 zu der Druckkammer der Zufuhrpumpe 3 führt. Das Ansaugsteuerungsventil 7 ist ein elektromagnetisches Betätigungsglied zum Ändern einer Kraftstoffausstoßmenge (einer Pumpausstoßmenge, einer Pumpdruckfördermenge) des Kraftstoffs, das unter Druck aus der Zufuhrpumpe 3 zur Common-Rail 17 befördert wird, indem der Öffnungsgrad des Kraftstoffdurchlasses (der Öffnungsgrad des Kraftstoffdurchlasses, der Ventilöffnungsgrad) geregelt wird.
Das Ansaugsteuerungsventil 7 ist ein elektromagnetisches Ansaugmengensteuerungsventil, das elektronisch durch ein aus der ECU 100 über eine Pumpantriebsschaltung 122 gemäß 2 ausgegebenes Pumpenantriebssignal gesteuert wird, um die Menge des aus der Förderpumpe 6 in die Druckkammer der Zufuhrkammer 3 gesaugten Kraftstoffs zu regeln. Somit ändert das Ansaugsteuerungsventil 7 den Kraftstoffeinspritzdruck (einen Common-Rail-Druck) zum Einspritzen des Kraftstoffs aus den jeweiligen Injektoren 2 in die jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 1. Die Zufuhrpumpe 3 setzt den aus dem Kraftstofftank 15 gesaugten Kraftstoff unter Druck und führt die durch die ECU 100 befohlene bzw. angewiesene Ausstoßmenge des Kraftstoffs zu dem Common-Rail 17 unter Druck zu. Ein Kraftstoffdrucksensor 18 als Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung erfasst den Common-Rail-Druck in dem Common-Rail 17. Die ECU 100 berechnet einen Pumpenantriebsbefehlswert (einen elektrischen Pumpenantriebsstromwert) und einen Einspritzmengenbefehlswert (einen impulsförmigen Injektorantriebsstrom, ein Injektoreinspritzbefehlsimpuls).
Die Zufuhrpumpe 3 führt den Hochdruckkraftstoff in den Common-Rail 17 über ein Zufuhrrohr (ein Hochdruckrohr) 20 zu, um kontinuierlich den Hochdruckkraftstoff in dem Common-Rail 17 bei dem Common-Rail-Druck entsprechend dem Kraftstoffeinspritzdruck zu akkumulieren bzw. zu speichern. Ein Rückführrohr 21 zum Rückführen des Kraftstoffs aus dem Common-Rail 17 zu dem Kraftstofftank 15 ist vorgesehen. Ein Druckreduzierventil der normalerweise geschlossenen Bauart 22, das in der Lage ist, einen Öffnungsgrad des Rückführrohrs 21 zu steuern, ist an dem Common-Rail 17 angebracht. Das Druckreduzierventil 22 wird elektronisch durch einen aus der ECU 100 über eine Druckreduzierventilantriebsschaltung ausgegebenen Druckreduzierventilantriebsstromwert gesteuert. Das Druckreduzierventil 22 weist die Funktion zum schnellen Reduzieren des Common-Rail-Drucks des Common-Rails 17 auf, wenn das Fahrzeug verlangsamt wird oder wenn die Brennkraftmaschine gestoppt wird. Anstelle des Druckreduzierventils 22 kann ein Druckbegrenzer zum Entspannen des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail 17 zwischen dem Common-Rail 17 und dem Rückführrohr 21 vorgesehen werden, um zu verhindern, dass der Common-Rail-Druck einen eingestellten Grenzdruck überschreitet.
Die Injektoren 2, die Zufuhrpumpe 3 und der Common-Rail 17 bilden eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Zufuhr des Kraftstoffs in die Brennkraftmaschine 1.
Die ECU 100 weist einen Mikrocomputer eines allgemein bekannten Aufbaus mit Funktionen einer CPU zur Durchführung einer Steuerungsverarbeitung und einer arithmetischen Verarbeitung, eine Speichereinrichtung (einem Speicher wie einem ROM oder einem RAM) zum Speichern verschiedener Arten von Programmen und Daten, eine Eingangsschaltung, einer Ausgangsschaltung, eine Energieversorgungsschaltung, eine Injektorantriebsschaltung, die Pumpenantriebsschaltung und dergleichen auf. Wie es in 2 gezeigt ist, weist die ECU 100 einen Steuerungsabschnitt 110, eine Kraftstoffeinspritzsystemantriebsschaltung 120, eine Maschinensteuerungsbetätigungsgliedschaltung 130 und eine Sensorsignalempfangsschaltung 140 auf. Der Steuerungsabschnitt 110 weist die CPU und die Speichereinrichtung auf und fungiert als Hauptabschnitt der Steuerung. Die CPU führt verschiedene Arten von arithmetischen Verarbeitungen wie eine Berechnung der Einspritzmenge und des Einspritzzeitverlaufs des aus den Injektoren 2 eingespritzten Kraftstoffes oder eine Berechnung der Zufuhrmenge des aus der Zufuhrpumpe 3 in das Common-Rail 17 zugeführten Hochdruckkraftstoffs auf der Grundlage der in dem ROM gespeicherten Programme sowie des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 und dergleichen aus, die in das RAM eingegeben werden. Die Kraftstoffeinspritzsystemantriebsschaltung 120 weist die Injektorantriebsschaltung 121 und die Pumpenantriebsschaltung 122 auf. Die Injektorantriebsschaltung 121 gibt ein Ventilöffnungsantriebssignal zu dem elektromagnetischen Ventil des Injektors 2 entsprechend einem Befehlswert aus, das von dem Steuerungsabschnitt 110 bereitgestellt wird. Die Pumpenantriebsschaltung 122 gibt ein Ventilschließantriebssignal zu dem Ansaugsteuerungsventil 7 entsprechend einem von dem Steuerungsabschnitt 110 bereitgestellten Befehlswert aus. Die Maschinensteuerungsbetätigungsschaltung 130 gibt Antriebssignale zu einem Betätigungsglied 40 einer Drosselklappe 39, einem Betätigungsglied eines AGR-Ventils (Abgasrückführungsventils, EGR-Ventils) 42 und dergleichen entsprechend von dem Steuerungsabschnitt 110 bereitgestellten Befehlswerten aus. Die Sensorsignalempfangsschaltung 140 verarbeitet Ausgangssignale verschiedener Sensoren, die mit dem Sensorsignalempfangsabschnitt 140 über Stecker bzw. Verbinder verbunden sind. Somit werden Beschleunigung, Drehzahl, Wassertemperatur, Ansauglufttemperatur, Umgebungsdruck, Ansaugluftdruck, Kraftstofftemperatur und dergleichen erfasst.
Ein Sensorsignal (ein Spannungssignal), das aus dem Kraftstoffsensor 18 ausgegeben wird, und aus einem Kraftstofftemperatursensor 34 und anderen verschiedenen Sensoren ausgegebene Sensorsignale werden durch einen A/D-Wandler von analoge Signale in digitale Signale umgewandelt und werden dann dem Mikrocomputer der ECU 100 zugeführt. Wenn ein Maschinenschlüssel (engine key) an einer Zündposition positioniert ist und ein Zündschalter eingeschaltet wird, steuert die ECU 100 elektronisch die Betätigungsglieder der jeweiligen Steuerungsteile wie die elektromagnetischen Ventile der Injektoren 2, das Ansaugsteuerungsventil 7 der Zufuhrpumpe 3, das Betätigungsglied 40 zum Antrieb der Drosselklapper 39, das AGR-Ventil 42 zur Regelung einer Abgasrückführungsmenge (einer AGR-Menge) und dergleichen auf der Grundlage der in dem Speicher gespeicherten Steuerungsprogramme.
Die ECU 100 bestimmt den Einspritzzeitverlauf des Injektors 2 jedes Zylinders und die Druckförderzeitdauer der Zufuhrpumpe 3 unter Bezugnahme auf Kurbelwellenrotationsimpulssignale, die von einem an der Kurbelwelle 13 angebrachten Kurbelwinkelsensor 4 ausgegeben werden, und unter Bezugnahme auf Nockenwellenrotationsimpulssignale, die von einem an einer Nockenwelle 23 angebrachten Nockenwinkelsensor 5 ausgegeben werden. Auf diese Weise hält die ECU 100 den Ist-Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 17 (den tatsächlichen Common-Rail-Druck) auf den Befehleinspritzdruck. Der Kurbelwinkelsensor 4 ist ein elektromagnetischer Rotationssensor mit einem Impulsgeberrotor (einem Signalrotor) 24, einer elektromagnetischen Aufnahmespule, einem Permanentmagneten und dergleichen. Der Impulsgeberrotor ist aus einem magnetischen Material hergestellt und ist an der Kurbelwelle 13 der Brennkraftmaschine 1 befestigt. Die elektromagnetische Aufnahmespule ist derart angeordnet, dass sie einer äußeren umlaufenden Oberfläche des Zeitverlaufsrotors 24 zugewandt ist. Der Permanentmagnet erzeugt einen magnetischen Fluss. Der Kurbelwinkelsensor 4 erfasst einen Rotationswinkel der Kurbelwelle 13. Die ECU 100 erfasst eine Maschinendrehzahl NE durch Messen von Zeitintervallen zwischen den Kurbelwinkelsignalen (NE-Impulssignale). Eine Vielzahl konvexer Zähne sind an dem Impulsgeberrotor 24 mit jeweils einem vorbestimmten Winkel (beispielsweise 10°) gebildet. Die konvexen Zähne nähern sich und entfernen sich von der elektromagnetischen Aufnahmespule, falls der Zeitverlaufsrotor 24 rotiert. Somit werden die Kurbelwinkelsignale (die NE-Impulssignale) aus der elektromagnetischen Aufnahmespule durch elektromagnetische Induktion ausgegeben. Der Nockenwinkelsensor 5 ist ein elektromagnetischer Rotationssensor mit einem Impulsgeberrotor (einem Signalrotor) 27, einer elektromagnetischen Aufnahmespule, einem Permanentmagneten und dergleichen. Der Impulsgeberrotor 27 ist aus einem magnetischen Material hergestellt und ist an der Nockenwelle 23 der Brennkraftmaschine 1 befestigt. Die elektromagnetische Aufnahmespule ist derart angeordnet, dass sie äußeren umlaufenden Oberfläche des Impulsgeberrotors 27 zugewandt ist. Der Permanentmagnet erzeugt einen Magnetfluss. Der Nockenwinkelsensor 5 erfasst einen Rotationswinkel der Nockenwelle 23. Eine Vielzahl konvexer Zähne sind an dem Impulsgeberrotor 27 an dem jeweils vorbestimmten Winkel gebildet.
Die ECU 100 empfängt Sensorsignale, die aus einem Fahrpedalpositionssensor 30 zum Messen eines Betätigungsausmaßes eines Fahrpedals (eines Fahrpedalbetätigungsgrads, einer Fahrpedalposition), einem Kühlwassertemperatursensor 31 zur Erfassung der Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine 1 und dergleichen ausgegeben werden. Die ECU 100 weist eine Ausstoßmengensteuerungseinrichtung zur Berechnung des optimalen Befehlseinspritzdrucks (des Soll-Kraftstoffdrucks PFIN) entsprechend der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 1 und zum Antrieb des Ansaugsteuerungsventils 7 der Zufuhrpumpe 3 über die Pumpenantriebsschaltung 122 auf. Insbesondere berechnet die ECU 100 den Soll-Kraftstoffdruck PFIN entsprechend der Maschinendrehzahl NE und der Befehlseinspritzmenge QFIN. Um den Soll-Kraftstoffdruck PFIN zu erreichen, steuert die ECU 100 die Druckfördermenge (die Pumpenausstoßmenge) des aus der Zufuhrpumpe 3 ausgestoßenen Kraftstoffs durch Steuern des Pumpenantriebssignals (des elektrischen Pumpenantriebsstromwerts), das zu dem Ansaugsteuerungsventil 7 der Zufuhrpumpe 3 ausgegeben wird.
Die ECU 100 weist eine Funktion zur individuellen Steuerung der Einspritzmenge des Kraftstoffs auf, der aus dem Injektor 2 in jeden Zylinder eingespritzt wird. Genauer weist die ECU 100 eine Grundeinspritzmengenbestimmungseinrichtung, eine Befehlseinspritzmengenbestimmungseinrichtung, eine Einspritzzeitverlaufsbestimmungseinrichtung, eine Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung und eine Injektorantriebseinrichtung auf. Die Grundeinspritzmengenbestimmungseinrichtung weist die Funktion zur Berechnung einer optimalen Grundeinspritzmenge Q entsprechend der Maschinendrehzahl NE und der Fahrpedalposition ACCP auf der Grundlage eines Kennfeldes auf, das durch eine vorab durchgeführte Untersuchung und Messung erstellt wird. Die Befehlseinspritzmengenbestimmungseinrichtung weist die Funktion zur Berechnung der Befehlseinspritzmenge QFIN aus der Grundeinspritzmenge Q unter Berücksichtigung eines Einspritzmengenkorrekturwerts auf. Der Einspritzmengenkorrekturwert wird entsprechend der durch den Kühlwassertemperatursensor 31 erfassten Kühlwassertemperatur THW oder einer durch den Kraftstofftemperatursensor 34 erfassten Leckkraftstofftemperatur (Kraftstofftemperatur THF) berechnet. Die Einspritzzeitverlaufsbestimmungseinrichtung weist die Funktion der Berechnung des Befehlseinspritzzeitverlaufs TFIN entsprechend der Befehlseinspritzmenge QFIN und der Maschinendrehzahl NE auf der Grundlage eines Kennfeldes auf, das durch ein vorab durchgeführtes Experiment und eine vorab durchgeführte Messung erstellt wird. Die Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung weist eine Funktion zur Berechnung einer Erregungsimpulszeitdauer (Erregungsimpulsperiode), eine Einspritzbefehlsimpulsperiode TQ des Injektors 2 entsprechend dem Common-Rail-Druck MPC und der Befehlseinspritzmenge QFIN auf der Grundlage eines Kennfeldes auf, das durch ein vorab durchgeführtes Experiment und eine vorab durchgeführte Messung erstellt wird. Die Injektorantriebseinrichtung weist die Funktion zur Zufuhr des impulsförmigen elektrischen Injektorantriebsstroms (des Injektoreinspritzbefehlsimpulses) zu dem elektromagnetischen Ventil des Injektors 2 jedes Zylinders von dem Befehlseinspritzzeitverlauf TFIN bis zum Verstreichen der Einspritzbefehlsimpulszeitdauer TQ nach dem Befehlseinspritzzeitverlauf TFIN auf.
Das Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine Mehrstufeneinspritzung (eine Multi-Einspritzung) durchführen, um den Kraftstoff aus dem Injektor 4 in jeden Zylinder mehrfach in einem Einspritztakt während eines Verbrennungszyklus (eines Verbrennungstakts) der Brennkraftmaschine 1 einzuspritzen. Der Verbrennungszyklus umfasst einen Ansaugtakt, einen Kompressionstakt, einen Expansionstakt (einen Explosionstakt) und einen Abgastakt in dieser Reihenfolge. Genauer führt der Injektor 2 jedes Zylinders die Mehrfacheinspritzung durch, um den Kraftstoff mehrfach einzuspritzen, während die Maschine 1 sich um den Kurbelwellenwinkel von 720° (720°CA bzw. 720°KW) zweimal rotiert. Die Mehrfacheinspritzung zur zweifachen Durchführung der Einspritzungen während eines Verbrennungstakts wird nachstehend als zweistufige Mehrfacheinspritzung bezeichnet. Die Mehrfacheinspritzung zur dreifachen Durchführung der Einspritzungen während eines Verbrennungstakts wird nachstehend als dreistufige Mehrfacheinspritzung bezeichnet. Die Mehrfacheinspritzung zur vierfachen Durchführung der Einspritzungen wird nachstehend als vierstufige Mehrfacheinspritzung bezeichnet. Die Mehrfacheinspritzung zur fünffachen Durchführung der Einspritzungen während eines Verbrennungstakts wird nachstehend als fünfstufige Mehrfacheinspritzung bezeichnet. Das Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Einspritzung in einer normalen Einspritzbetriebsart, der Mehrfacheinspritzungsbetriebsart mit Voreinspritzung, der Mehrfacheinspritzungsbetriebsart mit Vor- und Nach-Mehrfacheinspritzung oder der Mehrfacheinspritzungsbetriebsart mit einer Nacheinspritzung durchführen. Wenn die Einspritzung in der normalen Einspritzbetriebsart durchgeführt wird, wird lediglich eine Haupteinspritzung während eines Einspritztaktts durchgeführt. Wenn die Mehrfacheinspritzungsbetriebsart in der Voreinspritzung durchgeführt wird, wird eine Einspritzung mit kleiner Menge (einer Vor-Einspritzung) vor der Haupteinspritzung durchgeführt. Wenn die Mehrfacheinspritzungsbetriebsart mit Vor- und Nach-Mehrfacheinspritzung durchgeführt wird, wird eine Vielzahl von Einspritzungen mit kleiner Menge vor und nach der Haupteinspritzung durchgeführt. Wenn die Mehrfacheinspritzungsbetriebsart mit der Nacheinspritzung durchgeführt wird, werden eine Vielzahl von Einspritzungen mit kleiner Menge nach der Haupteinspritzung durchgeführt. Die Haupteinspritzung (die durch einen Vorsprung ”C” der durchgezogenen Linie in 5 gezeigt ist, die eine Einspritzrate R angibt) wird hauptsächlich zur Erzeugung des Drehmoments der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt. Die Einspritzmenge QM (QC) der Haupteinspritzung ist größer als irgendeine der Einspritzmengen QA, QB, QD, QE der anderen Einspritzungen, die durch die Vorsprünge A, B, D und E der durchgezogenen Linie R in 5 gezeigt sind, die während eines Verbrennungstakts in der Voreinspritzungsbetriebsart, in der Betriebsart mit Vor- und Nach-Mehrfacheinspritzungen oder der Betriebsart mit der Nacheinspritzung durchgeführt werden.
Die ECU 100 bestimmt die Einspritzungsbetriebsart entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1. Genauer weist die ECU 100 eine Einspritzbetriebsartbestimmungseinrichtung auf, um eine optimale Einspritzbetriebsart entsprechend der Maschinendrehzahl NE und der Fahrpedalposition ACCP auf der Grundlage eines Kennfeldes zu bestimmen, das durch vorheriges Durchführen eines Experiments und einer Messung erstellt wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Einspritzbetriebsart der Mehrfacheinspritzung auf die fünfstufige Mehrfacheinspritzbetriebsart eingestellt, wie es in 5 dargestellt ist. Wie es in 5 gezeigt ist, werden die in einer Mehrfacheinspritzung während eines Verbrennungstakts durchgeführten Einspritzungen als Einspritzung A, einer Einspritzung B, einer Einspritzung C, einer Einspritzung D und einer Einspritzung E in dieser Reihenfolge bezeichnet.
Die ECU 100 weist eine Mehrfacheinspritzungsberechnungseinrichtung auf, um die Vor-Einspritzmenge QP und die Haupteinspritzmenge QM entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 zu berechnen, wenn die Mehrfacheinspritzung in der Vor-Einspritzungsbetriebsart durchgeführt wird. Genauer weist die ECU 100 eine Einrichtung auf, um die Voreinspritzungsmenge QP entsprechend der Maschinendrehzahl NE und der Soll-Einspritzmenge QFIN auf der Grundlage eines Kennfeldes zu berechnen, das durch vorheriges Durchführen eines Experiments und einer Messung erstellt wird, und um die Haupteinspritzmenge QM durch Subtrahieren der Vor-Einspritzmenge QP von der Soll-Einspritzmenge QFIN zu berechnen, wenn die Mehrfacheinspritzung in der Vor-Einspritzungsbetriebsart durchgeführt wird.
Die ECU 100 weist eine Intervallberechnungseinrichtung, um ein Intervall INT zwischen der Vor-Einspritzung (Pilot-Einspritzung) als vorhergehende Einspritzung und der Haupteinspritzung als spätere Einspritzung entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 zu berechnen, wenn die Mehrfacheinspritzung einschließlich zumindest drei Einspritzungen durchgeführt wird. Genauer weist die ECU 100 eine Einrichtung auf, um das Einspritzintervall INT zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung entsprechend der Maschinendrehzahl NE und der Soll-Einspritzmenge QFIN auf der Grundlage eines Kennfeldes zu berechnen, das durch vorheriges Durchführen eines Experimentes und einer Messung erstellt wird, wenn die Mehrfacheinspritzung in der Voreinspritzungsbetriebsart durchgeführt wird. Die ECU 100 weist ebenfalls eine Einrichtung auf, um die Einspritzintervalle zwischen den mehrfachen Voreinspritzungen entsprechend der Maschinendrehzahl NE und der Soll-Einspritzmenge QFIN auf der Grundlage eines Kennfeldes zu berechnen, das durch vorheriges Durchführen eines Experimentes und einer Messung erstellt wird, wenn die Mehrfacheinspritzung in der Betriebsart mit Vor- und Nach-Mehrfacheinspritzung durchgeführt wird. Die ECU 100 weist weiterhin eine Einrichtung auf, um die Einspritzintervalle zwischen den mehrfachen Nacheinspritzungen entsprechend der Maschinendrehzahl NE und der Soll-Einspritzmenge QFIN auf der Grundlage eines Kennfeldes zu berechnen, das durch vorheriges Durchführen eines Experimentes und einer Messung erstellt wird, wenn die Mehrfacheinspritzung in der Nacheinspritzungsbetriebsart durchgeführt wird.
Zur Verbesserung der Steuerungsgenauigkeit der Kraftstoffeinspritzmenge ist es vorzuziehen, eine Regelung des Werts des der Zufuhrpumpe 3 zugeführten Pumpenantriebsstroms durchzuführen, so dass der durch den Kraftstoffdrucksensor 18 erfasste Common-Rail-Druck MPC innerhalb des Common-Rails 17 im Wesentlichen mit den entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 eingestellten Soll-Kraftstoffdruck PFIN übereinstimmt. Es ist ebenfalls vorzuziehen, den Wert des elektrischen Pumpenantriebsstroms, der dem Ansaugsteuerungsventil 7 zugeführt wird, durch eine Tastverhältnissteuerung zu steuern. Beispielsweise kann eine hochgenaue digitale Steuerung unter Verwendung der Tastverhältnissteuerung erzielt werden, bei der ein Ein-/Aus-Verhältnis des Pumpenantriebssignals pro Zeiteinheit (ein Erregungszeitverhältnis, ein Tastverhältnis) entsprechend einer Abweichung ΔP zwischen dem Common-Rail-Druck MPC und dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN geregelt wird, und der Ventilöffnungsgrad des Ansaugsteuerungsventils 7 dementsprechend geändert wird.
Das Abgas, das durch die innerhalb der Zylinder durchgeführte Verbrennung erzeugt wird, gelangt durch ein Abgasrohr 35 und treibt eine Turbine eines Turboladers mit variabler Düse (VNT, variable nozzle turbo charger) 36 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 an und wird dann über einen Kondensator und einen Schalldämpfer ausgestoßen. Der Betrieb des VNT 36 wird auf der Grundlage eines Signals eines Ansaugluftdrucksensors 47 und eines Signals eines VNT-Antriebsmengensensors 37 gesteuert. Durch den VNT 36 aufgeladene Ansaugluft wird in die jeweiligen Zylinder über ein Ansaugrohr 38 eingeführt. Die Drosselklappe 39 ist in dem Ansaugrohr 38 angeordnet. Ein Öffnungsgrad der Ansaugklappe 39 wird durch das Betätigungsglied 40 geregelt, das durch ein aus der ECU 100 ausgegebenes Signal betrieben wird.
Das Ansaugrohr 38 ist mit einem Abgasrückführungsrohr 41 zum Führen von Abgas-Rückführungsgas (AGR-Gas) oder eines Teils des durch das Abgasrohr 35 strömenden Abgases in das Ansaugrohr 38 verbunden. Das AGR-Ventil 42 für ein Abgasrückführungssystem ist an einer Verbindung zwischen dem Abgasrückführungsrohr 41 und dem Ansaugrohr 38 angeordnet. Ein AGR-Gas-Kühler 43 zum Kühlen des AGR-Gases ist in dem Abgasrückführungsrohr 41 angeordnet.
Eine AGR-Menge oder eine Menge des AGR-Gases wird auf der Grundlage von Signalen geregelt, die aus einem Ansaugluftmengensensor (einem Luftströmungsmesser: AFM) 44, einem Ansauglufttemperatursensor 45 und einem AGR-Ventilöffnungsgradsensor (einem AGR-Ventilanhebungsabstandsensor) 46 ausgegeben werden. Das AFM 44 erfasst die Ansaugluftmenge unter Verwendung eines Potentiometers und gibt die Ansaugluftmenge in Form eines Spannungsverhältnisses aus. Der Ansauglufttemperatursensor 45 erfasst die Temperatur der Ansaugluft. Der AGR-Ventilöffnungsgradsensor 46 erfasst einen Ventilöffnungsgrad (einen Abhebungsabstand) des AGR-Ventils 42. Der Ventilöffnungsgrad (der Anhebungsabstand) des AGR-Ventils 42 wird linear gesteuert, um die AGR-Menge mit einem Wert in Übereinstimmung zu verringern, der zur Verringerung der Emission für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 eingestellt ist. Dann wird das AGR-Gas aus dem Abgasrohr 35 in die Ansaugluft eingemischt, die durch das Ansaugrohr 38 gelangt und wird in die jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine 1 gesaugt.
Wie es in 2 gezeigt ist, weist die Injektorantriebsschaltung 121 der ECU 100 eine Ladeschaltung 121a, ein Entladesteuerschaltelement 121b, und eine Entladesteuerungsschaltung 121c auf. Die Ladeschaltung 121a hebt und akkumuliert eine Batteriespannung an, die von einer fahrzeugeigenen Batterie (einer fahrzeugeigenen Energieversorgung) angelegt wird. Das Entladesteuerungsschaltelement 121b steuert die elektrische Entladung. Die Entladesteuerungsschaltung 121c steuert das Ein- und Ausschalten (Verbinden und Trennen) des Entladesteuerungsschaltelementes 121b. Die Ladeschaltung 121a, das Entladesteuerungsschaltelement 121b und die Entladesteuerungsschaltung 121c bilden eine Schaltung zur Erzeugung eines anfänglichen maximalen elektrischen Stroms zur unmittelbaren Zufuhr einer hohen Spannung und eines großen elektrischen Stroms zu dem elektromagnetischen Ventil des Injektors 2. Wie es in 7 gezeigt ist, stellt die Schaltung zur Erzeugung eines anfänglichen maximalen elektrischen Stroms einen maximalen Anfangsstromanteil(-abschnitt) eines Erregungsstromsignalverlaufs des Antriebssignals (des Antriebsstroms I) bereit, der dem Injektor 2 entsprechend jeder Einspritzung aus der Vielzahl der Einspritzungen zugeführt wird, die während eines Verbrennungstakts ausgeführt werden. Genauer schaltet die Entladesteuerungsschaltung 121c das Entladesteuerungsschaltelement 121b aus, falls das Antriebssignal aus dem Steuerungsabschnitt 110 der Entladesteuerungsschaltung 121c zugeführt wird. Falls dann der Wert des Antriebsstroms des Injektors 2, der durch einen Stromerfassungsabschnitt erfasst wird, einen vorbestimmten Schwellwert (einem Entladestoppschwellwert) (beispielsweise 17A) erreicht, schaltet die Entladesteuerungsschaltung 121c das Entladesteuerungsschaltelement 121d aus. Wie es in 7 gezeigt ist, weist die Injektorantriebsschaltung 121 eine Konstantstromsteuerungsschaltung zum Schalten des Werts des dem Injektor 2 zugeführten Antriebsstroms zwischen zwei Stufen auf, um den Antriebsstrom zwischen zwei Werten in einem Konstantstromzustand zu schalten. Die Konstantstromsteuerungsschaltung weist ein Konstantstromsteuerungsschaltelement, an das die Batteriespannung angelegt wird, und eine zweistufige Stromsteuerungsschaltung zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens (Verbindens und Trennens) des Konstantstromsteuerungsschaltelements auf.
Die Ladeschaltung 121a weist eine Spule, ein Ladesteuerungsschaltelement und einen Ladekondensator auf. Das Ladesteuerungsschaltelement führt ein Verbinden und Trennen (Einschalten und Ausschalten) der Spule durch. Der Ladekondensator speichert eine durch das Verbinden und Trennen der Spule erzeugte Spannung. Die Ladeschaltung 121a stellt eine Wärme erzeugende Schaltung bereit. Das Ladesteuerungsschaltelement 121b und das Konstantstromsteuerungsschaltelement werden durch ein Halbleiterelement wie eine MOSFET bereitgestellt und bilden ebenfalls ein Wärme erzeugendes Element.
Ein Temperatursensor 60 als Temperaturerfassungseinrichtung (ECU-Temperaturerfassungseinrichtung) zur Erfassung der Temperatur der Wärme erzeugenden Schaltung und des Wärme erzeugenden Elementes ist innerhalb der Injektorantriebsschaltung 121 angeordnet. Der Temperatursensor 60 kann derart angeordnet sein, dass der Temperatursensor 60 direkt die Injektorantriebsschaltung 121 berührt. Alternativ dazu kann der Temperatursensor 60 in einem indirekten Bereich (einer Stelle in der Nähe der Injektorantriebsschaltung 121) angeordnet sein, wo der Temperatursensor 60 direkt die Temperatur einer spezifischen Schaltung oder eines spezifischen Elementes erfassen kann, die bzw. das innerhalb der Injektorantriebsschaltung 121 angeordnet ist.
Als Einrichtung zur Erfassung der Temperatur des Injektors 2 (genauer, der Temperatur des elektromagnetischen Ventils, dem der Antriebsstrom zugeführt wird) weist die ECU 100 eine Injektortemperaturschätzeinrichtung zum Schätzen einer Wärmeerzeugungsmenge oder einer Temperatur des Injektors 2 auf, indem ein Widerstandswert des elektromagnetischen Ventils (des Solenoiden) erfasst wird. Anstelle der Erfassung des Widerstandswerts des Injektors 2 kann die Injektortemperaturschätzeinrichtung ein Temperatursignal empfangen, das aus dem in dem Rückführrohr 33, durch das der interne Leckkraftstoff des Injektors 2 ausgestoßen wird, angeordneten Kraftstofftemperatursensor 34 (gemäß 1) ausgegeben wird.
Die ECU 100 ist in einem Maschinenraum oder in einem Fahrzeugraum (einer Insassenkabine) entsprechend den Anforderungen für das Fahrzeug und dergleichen eingebaut. In dem Fall, in dem die ECU 100 in dem Maschinenraum eingebaut ist, können die Wärmeerzeugungsmenge des Injektors 2, die Ansauglufttemperatur und die Fahrzeuggeschwindigkeit als Faktoren angesehen werden, die sich auf die Wärmeerzeugung der ECU 100 beziehen. Der Injektor 2 erzeugt die Wärme entsprechend der Einspritzbetriebsart (der Einspritzungsanzahl) und der Dauer der Antriebszeitdauer (die Einspritzmenge) des Injektors 2. Die externe Luft als Kühlmedium wird in den Maschinenraum entsprechend dem Fahrzeugfahrzustand wie die Fahrzeuggeschwindigkeit eingeführt. In dem Fall, dass die ECU 100 in dem Fahrzeugraum angebracht ist, können die Wärmeerzeugungsmenge des Injektors entsprechend der Einspritzbetriebsart und die Einspritzmenge des Injektors 2 als Hauptfaktoren angesehen werden, die sich auf die Wärmeerzeugung der ECU 100 beziehen.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die ECU 100 in dem Maschinenraum eingebaut.
Nachstehend ist ein Einspritzsteuerungsverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
In 4 gibt die Abszisse die Maschinendrehzahl NE an und gibt die Ordinate die Einspritzmenge Q an. 4 zeigt Einspritzcharakteristiken entsprechend dem Drehmomentverhalten der Brennkraftmaschine 1. Die durchgezogene Linie in 4 zeigt eine maximale Einspritzmenge in Bezug auf jede Maschinendrehzahl NE an. In einem Bereich mit hoher Last, der durch einen Bereich ”a” in 4 gezeigt ist, ist eine Erhöhung des Drehmoments erforderlich. Daher ist in dem Bereich mit hoher Last ”a” zur Verringerung des Rauchs durch Durchführung einer Vormischungs-Verbrennung die dreistufige Mehrfacheinspritzung (die Mehrfacheinspritzung in der dreistufigen Einspritzbetriebsart) erforderlich. In dem Bereich mit hoher Last ”a” werden die Einspritzungen dreimal während eines Verbrennungstakts durchgeführt, wobei die Haupteinspritzmenge QM groß ist. Daher besteht eine Möglichkeit, dass die Wärmeerzeugungsmenge der ECU 100 (genauer die Wärmeerzeugungsmenge der Injektorantriebsschaltung 121) in diesem Bereich erhöht ist. Außerdem tendiert die Wärmeerzeugung des Solenoiden des Injektors 2 dazu, sich in diesem Bereich zu erhöhen. In einem Bereich mit maximaler Maschinendrehzahlsteuerung, der durch einen Bereich ”II” in 4 gezeigt ist, wird in Bezug auf das Ausgangsverhalten wie üblich lediglich die Haupteinspritzung durchgeführt, um die Einspritzzeitdauer zu verkürzen. In einem Startbereich, der durch den Bereich ”I” in 4 gezeigt ist, wird die Einspritzmenge Q auf eine Starteinspritzmenge eingestellt.
Falls der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 sich ändert, wie es durch eine Pfeilmarkierung in 4 von dem Bereich ”a” auf eine niedrigere Drehzahl und einen Bereich mit einer kleineren Einspritzmenge, der durch einen Bereich ”b” gezeigt ist, sich ändert, nachdem die ECU 100 in dem Bereich ”a” betrieben worden ist und die Wärme erzeugt, ist ein Temperaturanstieg aufgrund der Wärmeerzeugung der ECU 100 zu erwarten, da die Einspritzbetriebsart in dem Bereich mit niedriger Drehzahl und kleiner Einspritzmenge die fünfstufige Mehrfacheinspritzungsbetriebsart ist. Weiterhin ist die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig und ist die Strömungsrate der in den Maschinenraum eingeführten externen Luft gering. Daher ist zu erwarten, dass der Kühleffekt durch die externe Luft entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Unterdrückung des Temperaturanstiegs der ECU 100 reduziert ist. Somit ist ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 zu erwarten, in dem die Unterbindung der Wärmeerzeugung der ECU 100 schwierig ist.
In Schritt S201 eines in 3 gezeigten Flussdiagramms empfängt die ECU 100 ein aus dem ECU-Temperatursensor 60 ausgegebenes Signal und erfasst die Temperatur T_ECU der ECU 100 (genauer die Temperatur der Injektorantriebsschaltung 121). Genauer empfängt die ECU 100 das Ausgangssignal des ECU-Temperatursensors 60 periodisch (beispielsweise mit einem Zeitintervall oder einem Erfassungsintervall von 0,5 Sekunden) und erfasst kontinuierlich den Übergang (Wechsel) der Temperatur der ECU 100 (die ECU-Temperatur T_ECU). Dann wird bestimmt, ob ein gegenwärtiger Wert T_ECU(j) der gegenwärtig erfassten ECU-Temperatur T_ECU eine vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet. Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S201 NEIN ist, geht das Programm zu Schritt S202 über. In Schritt S202 führt die ECU 100 die Einspritzung in einer optimalen Betriebsart entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 durch. Dann wird das Programm beendet. Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S201 JA ist, geht das Programm zu Schritt S203 über.
Die vorbestimmte Temperatur T_SET ist eine beliebige Temperatur, die eingestellt ist, um eine Einspritzbegrenzungssteuerung (die nachstehend beschrieben ist) durchzuführen, bevor eine Wärmeerzeugungsgrenze der ECU 100 erreicht ist. Die vorbestimmte Temperatur T_SET kann auf eine Temperatur (Tk – ΔT) eingestellt werden, die um einen Toleranzwert ΔT niedriger als die Wärmeerzeugungsgrenztemperatur Tk der ECU 100 ist. Alternativ dazu kann die vorbestimmte Temperatur T_SET auf eine Temperatur Tk/K eingestellt werden, die durch Teilen der Wärmeerzeugungsgrenztemperatur Tk um einen Spielraumkoeffizienten K (K > 1) erhalten wird.
In Schritt S203 wird bestimmt, ob die zum gegenwärtigen Zeitpunkt erfasste ECU-Temperatur T_ECU(j) größer als ein Wert T_ECU(j – 1) der zu einem vorherigen Zeitpunkt erfassten ECU-Temperatur T_ECU ist. Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S203 NEIN ist, geht das Programm zu Schritt S204 über. In Schritt S204 wird die gegenwärtig durchgeführte Einspritzsteuerung fortgesetzt (die optimale Betriebsart oder die Einspritzung unter der Einspritzbegrenzungssteuerung, die seit der letzten Steuerungsverarbeitung durchgeführt worden ist). Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S203 JA ist, geht das Programm zu Schritt S205 über.
Alternativ dazu kann in Schritt S203 bestimmt werden, ob eine Differenz zwischen der vorhergehend erfassten ECU-Temperatur T_ECU(j – 1) und einer gegenwärtig erfassten ECU-Temperatur T_ECU(j) (oder ein Anstieg von der vorhergehenden ECU-Temperatur T_ECU(j – 1) zu der gegenwärtigen ECU-Temperatur T_ECU(j) einen vorbestimmten Wert ΔT überschreitet. Der Wert ΔT kann auf Null eingestellt sein oder eine beliebige positive Zahl sein. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Wert ΔT auf Null eingestellt. Es ist vorzuziehen, den Wert ΔT auf einen vorbestimmten Wert einzustellen, der größer als ein anderer vorbestimmter Wert Δtt eines Fehlers in der Schätzung der ECU-Temperatur T_ECU ist. Der vorbestimmte Wert Δtt wird entsprechend einer Variation in einem Ausgangssignal des ECU-Temperatursensors 60 und eines arithmetischen Fehlers der ECU 100 bestimmt, die das Ausgangssignal des ECU-Temperatursensors 60 empfängt und die ECU-Temperatur T_ECU schätzt.
Schritt S201 und Schritt S203 bilden eine ECU-Temperaturüberwachungseinrichtung zur Überwachung eines Änderungspunkts zur Unterbindung der Erhöhung der ECU-Temperatur T_ECU. Der Änderungspunkt wird erreicht, oder eine Begrenzungsbedingung wird erfüllt, wenn die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und der Anstieg der ECU-Temperatur T_ECU während einer vorbestimmten Zeitdauer den vorbestimmten Wert Δtt überschreitet. Schritt S201 und Schritt S203 bilden ebenfalls eine ECU-Wärmeerzeugungsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung, ob die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und weiterhin ansteigt.
Falls in Schritt S201 und Schritt S203 bestimmt wird, dass die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und der Anstieg gegenwärtig anhält, wird in Schritt S205 bestimmt, ob die gegenwärtige Mehrfacheinspritzbetriebsart die fünfstufige Mehrfacheinspritzbetriebsart ist, oder ob die Anzahl N der Einspritzstufen (die Anzahl N der Einspritzungen) der Mehrfacheinspritzungen 5 ist. Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S205 JA ist, geht das Programm zu Schritt S206 über. Falls das Ergebnis in Schritt S205 NEIN ist, geht das Programm zu Schritt S207 über.
In Schritt S206 wird eine Einspritzbegrenzung der fünfstufigen Mehrfacheinspritzung (der Mehrfacheinspritzung in der fünfstufigen Mehrfacheinspritzungsbetriebsart) untersucht. Die Einspritzung E und die fünfte Einspritzung in der fünfstufigen Mehrfacheinspritzung wird zur Zufuhr von unverbranntem Kohlenwasserstoff zu einem Katalysator zusammen mit dem Abgas durchgeführt, das durch die Verbrennung in dem Zylinder erzeugt wird. Zur Prioritisierung des Schutzes der ECU 100 gegenüber der Regeneration des Katalysators wird zunächst die Einspritzmenge QE der Einspritzung E verringert. Genauer wird ein Soll-Einspritzbefehlswert der Einspritzung E oder die Dauer des Antriebssignals (des Antriebsimpulses) zum Antrieb des Injektors 2 zur Durchführung der Einspritzung E in Schritt S206 um eine vorbestimmte Größer verringert.
Falls in Schritt S201 und Schritt S203 wiederholt bestimmt wird, dass die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und der Anstieg anhält, obwohl die Einspritzmenge QE um die vorbestimmte Größer verringert worden ist, wird die zu verringernde Einspritzmenge QE schließlich Null. Als Ergebnis wird die Einspritzung E begrenzt (Einspritzung E wird entfernt).
In Schritt S207 wird bestimmt, ob die gegenwärtige Mehrfacheinspritzungsbetriebsart die vierstufige Mehrfacheinspritzungsbetriebsart ist, oder ob die Anzahl N der Einspritzstufen (die Anzahl N der Einspritzungen) der Mehrfacheinspritzung vier ist. Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S207 JA ist, geht das Programm zu Schritt S208 über. Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S207 NEIN ist, geht das Programm zu Schritt S209 über.
In Schritt S208 wird die Einspritzungsbegrenzung der vierstufigen Mehrfacheinspritzungsbetriebsart untersucht. In einem Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 1, in dem die vierstufige Mehrfacheinspritzungsbetriebsart verwendet wird, besteht die Möglichkeit, dass das Abgas unter den Abgasregulierungen ein Problem wird. Insbesondere gibt es in diesem Betriebsbereich eine Abgasuntersuchungsbetriebsart. Die Einspritzungen A, B werden vor der Einspritzung C zur Verringerung des Verbrennungsgeräusches durchgeführt, während eine Verschlechterung des Kohlenwasserstoffausstoßes und des Kraftstoffverbrauchs minimiert werden. Da die Einspritzung A (die erste Einspritzung unter den Einspritzungen in der vierstufigen Mehrfacheinspritzung) ein Hauptgrund für das Verbrennungsgeräusch ist, wird die Einspritzmenge QA der Einspritzung A verringert. Genauer wird der Soll-Einspritzbefehlswert der Einspritzung A oder die Dauer des Antriebssignals (des Antriebsimpulses) der Einspritzung A um eine vorbestimmte Größe verringert. Falls in Schritt S201 und Schritt S203 wiederholt bestimmt wird, dass die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und der Anstieg anhält, obwohl der Soll-Einspritzbefehlswert oder die Länge des Antriebssignals um die vorbestimmte Größer verringert worden ist, wird die Einspritzmenge QA der Einspritzung A schließlich Null. Als Ergebnis wird die Einspritzung A begrenzt (die Einspritzung A wird beseitigt).
In Schritt S209 wird bestimmt, dass die gegenwärtige Mehrfacheinspritzungsbetriebsart die dreistufige Mehrfacheinspritzungsbetriebsart ist, oder dass die Anzahl N der Einspritzungsstufen (die Anzahl N der Einspritzungen) drei ist. Dann geht das Programm zu Schritt S210 über.
In Schritt S210 wird die Einspritzungsbegrenzung der Mehrfacheinspritzung in der dreistufigen Mehrfacheinspritzungsbetriebsart untersucht. Diese dreistufige Mehrfacheinspritzungsbetriebsart wird hauptsächlich in einem Bereich mit hoher Einspritzmenge und hoher Drehzahl (oder mittlerer Drehzahl und hoher Drehzahl) verwendet. In diesem Bereich ist das durch das Antriebssystem der Brennkraftmaschine oder durch die Struktur der Brennkraftmaschine erzeugte Geräusch stärker als das Verbrennungsgeräusch. Weiterhin ist dieser Betriebsbereich, der die dreistufige Mehrfacheinspritzungsbetriebsart verwendet, von dem Betriebsbereich entfernt, der die vierfache Mehrfachbetriebsart verwendet, in der das Abgas ein Problem unter dem gegenwärtigen Abgasregulierungen wird. Die Einspritzung D wird unmittelbar nach der Einspritzung C zur Verringerung des Ausstoßes von Rauch und des Kohlenwasserstoffs und zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs durch vollständiges Verbrennen von unverbranntem Gas durchgeführt. Die Einspritzung B und die Einspritzung D werden bis zum letzten gehalten, um ein minimales Leistungsvermögen in Bezug auf das Abgas und das Verbrennungsgeräusch beizubehalten. Daher werden die Einspritzmenge QB und die Einspritzmenge QD der Einspritzung B und der Einspritzung D der dreistufigen Mehrfacheinspritzung (die erste Einspritzung und die dritte Einspritzung unter den Einspritzungen der dreistufigen Mehrfacheinspritzung) jeweils reduziert.
Die Einspritzungen B und D tragen ebenfalls zur Drehmomenterzeugung bei. Daher wird, falls die Einspritzungen B und D entfernt (beseitigt) werden, eine Drehmomentunebenheit verursacht, so dass eine Erschütterung für den Fahrer verursacht wird. Daher ist es vorzuziehen, oberste Priorität auf die Beseitigung der Drehmomentunebenheiten zu geben, und den Einspritzzeitverlauf (Einspritzzeitpunkt) sowie die Einspritzmenge QC der Einspritzung QC und die Einspritzzeitverläufe TB und TD der Einspritzungen B und D zu korrigieren. Selbst wenn eine Verringerung der Einspritzmenge QB oder der Einspritzmenge QD das Abgas und das Verbrennungsgeräusch zu einem gewissen Ausmaß beeinträchtigt, können die Stickstoffoxide in dem Abgas verringert werden und kann das Verbrennungsgeräusch gemildert werden, indem der Einspritzzeitverlauf (Einspritzzeitpunkt) derart korrigiert wird, dass beispielsweise der Einspritzzeitverlauf verzögert wird. Bei dieser Korrektur wird eine Korrekturgröße des Einspritzzeitverlaufs justiert, um einen optimalen Einspritzzeitverlauf entsprechend der Anforderung durch den Fahrer oder durch den Betriebszustand zu erzielen.
Die Steuerungsverarbeitung der Schritte von Schritt S205 bis Schritt S210 bilden eine Einspritzbegrenzungseinrichtung zur Begrenzung einer spezifischen Einspritzung aus den Mehrfacheinspritzungen, die während eines Verbrennungstakts durchgeführt werden, wenn der Änderungspunkt durch die ECU-Wärmeerzeugungsbestimmungseinrichtung (die ECU-Temperaturüberwachungseinrichtung) S201 und S203 erfasst wird, oder wenn bestimmt wird, dass die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und der Anstieg anhält. Schritt S205, Schritt S207 und Schritt S209 bilden eine Einspritzbetriebsartspezifizierungseinrichtung zur Bestimmung der Einspritzungszahl (der Anzahl der Stufen) der Mehrfacheinspritzung, wenn bestimmt wird, dass die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und der Anstieg anhält.
Nachstehend sind die Wirkungen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die ECU 100 weist den Temperatursensor 60 zur Erfassung oder zum Schätzen der Temperatur der Injektorantriebsschaltung 121 einschließlich der Wärme erzeugenden Schaltung und des Wärme erzeugenden Elementes auf. Dementsprechend kann die ECU-Temperatur T_ECU (die Temperatur der Injektorantriebsschaltung 121), die entsprechend der Einspritzungsanzahl der Mehrfacheinspritzung (der Anzahl der Einspritzstufen oder die Anzahl der Einspritzungen pro Verbrennungstakt) präzise erfasst oder geschätzt werden. Weiterhin weist das Kraftstoffeinspritzsystem die Einspritzungsbegrenzungseinrichtung S205 bis S210 auf, um die spezifische Einspritzung aus den mehrfachen Einspritzungen zu begrenzen, die während eines Verbrennungstakts durchgeführt werden. Dementsprechend kann lediglich die spezifische Einspritzung begrenzt werden, ohne dass alle Einspritzungen der Mehrfacheinspritzung außer der Haupteinspritzung begrenzt werden, wie es der Fall im Stand der Technik ist. Als Ergebnis kann der Anstieg der Temperatur der ECU unterbunden werden, während der Einfluss auf das Abgas und das Verbrennungsgeräusch minimiert wird.
Die Einspritzbegrenzungseinrichtung S205 bis S210 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verringert die Einspritzmenge der spezifischen Einspritzung um eine vorbestimmte Größe. Die Dauer des Injektorantriebssignals (des Antriebsimpulses) der spezifischen Einspritzung kann durch Verringerung der Einspritzmenge verringert werden. Dementsprechend kann die Wärmeerzeugungsgröße der ECU 100 (genauer, die Wärmeerzeugungsgröße der Injektorantriebsschaltung 121) dementsprechend verringert werden. Selbst wenn die Wirkung der Verringerung der Wärmeerzeugungsgröße der ECU 100, die durch Verringerung der Einspritzmenge der spezifischen Einspritzung um die vorbestimmte Größe erzielt wird, klein ist, kann die spezifische Einspritzung durch periodische Überwachung der ECU-Temperatur T_ECU mit der ECU-Temperaturüberwachungseinrichtung S201 und S203 und durch wiederholtes Verringern der Einspritzmenge der spezifischen Einspritzung begrenzt werden.
Weiterhin bestimmt die Einspritzbegrenzungseinrichtung S205 bis S210 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die spezifische Einspritzung, deren Einspritzbegrenzung durchgeführt wird, für jede Einspritzstufenanzahl (jede Einspritzungsanzahl) der durch die Einspritzbetriebsartspezifizierungseinrichtung S205, S207 und S209 spezifizierten Mehrfacheinspritzungsbetriebsart. Daher kann, selbst wenn die Einspritzstufenanzahl als Ergebnis der wiederholten Verringerung der Einspritzmenge der spezifischen Einspritzung verringert wird, der Betrieb zur Verringerung der Einspritzmenge oder zur Begrenzung der Einspritzung selbst solange durchgeführt werden, wie in Schritt S201 und S203 bestimmt wird, dass die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und der Anstieg anhält, oder bestimmt wird, dass die Wirkung der Verringerung der Wärmeerzeugungsgröße der ECU 100 unzureichend ist.
Der Anstieg der Temperatur der ECU 100 kann unterbunden werden, indem die Wärmeerzeugung der ECU 100 unterbunden wird, selbst wenn die ECU 100 in einer unvorteilhaften Umgebung des Maschinenraums angebracht ist, oder selbst wenn die Brennkraftmaschine 1 sich in einem unvorteilhaften Betriebszustand befindet, in dem das Fahrzeug plötzlich verlangsamt wird, wie es durch die Pfeilmarkierung in 4 beispielsweise gezeigt ist.
Weiterhin verringert die Einspritzbegrenzungseinrichtung S205 bis S210 die Einspritzmenge QE der Einspritzung E (der fünften Einspritzung), falls die Einspritzungsanzahl (die Stufenanzahl) N der Mehrfacheinspritzung fünf ist (N = 5), wenn bestimmt wird, dass die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und der Anstieg anhält. Die Einspritzungsbegrenzungseinrichtung S205 bis S210 verringert die Einspritzmenge QA der Einspritzung A (die erste Einspritzung), falls die Einspritzungsanzahl (die Stufenanzahl) N der Mehrfacheinspritzung vier ist (N = 4), wenn bestimmt wird, dass die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und der Anstieg anhält. Die Einspritzungsbegrenzungseinrichtung S205 bis S210 verringert die Einspritzmenge QB und die Einspritzmenge QD der Einspritzungen B und D (der ersten und dritten Einspritzungen), falls die Einspritzungsanzahl (die Stufenanzahl) N der Mehrfacheinspritzungen drei ist (N = 3), wenn bestimmt wird, dass die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und der Anstieg anhält. Als Ergebnis kann der Anstieg der Temperatur der ECU 100 unterbunden werden, während der Einfluss auf das Abgas und das Verbrennungsgeräusch minimiert wird.
Die Einspritzungsbegrenzungseinrichtung S205 bis S210 sollte vorzugsweise eine Einspritzzeitverlaufskorrektureinrichtung aufweisen, die in der Lage ist, den Einspritzzeitverlauf der Einspritzung B und der Einspritzung D jeweils zu ändern, wenn die Stufenanzahl N gleich drei ist (N = 3). Somit kann die Einspritzzeitverlaufskorrektureinrichtung den Einspritzzeitverlauf auf einen optimalen Einspritzzeitverlauf entsprechend der Anforderung des Fahrers oder des Betriebszustands steuern bzw. regulieren.
Das Kraftstoffeinspritzsystem weist die ECU-Temperaturerfassungseinrichtung wie den Temperatursensor 60 auf, der in der Lage ist, präzise die ECU-Temperatur T_ECU zu erfassen, selbst wenn die ECU 100 in den Maschinenraum oder in dem Fahrzeugraum eingebaut ist. Daher kann der Wärmeerzeugungszustand der Injektorantriebsschaltung 121 als Hauptfaktor für den Anstieg der Temperatur der ECU 100 überwacht werden. Dementsprechend ist es möglich, präzise den Änderungspunkt zur Unterbindung des Anstiegs der Temperatur der ECU 100 oder den Zeitpunkt zu bestimmen, wenn die Begrenzungsbedingung erfüllt ist. Die Begrenzungsbedingung wird erfüllt, wenn die ECU-Temperatur T_ECU die vorbestimmte Temperatur T_SET überschreitet und der Anstieg der ECU-Temperatur T_ECU während einer vorbestimmten Zeitdauer den vorbestimmten Wert überschreitet. Weiterhin kann, da der Änderungspunkt präzise erfasst werden kann, die Gewährleistung des Betriebs der ECU 100 ungeachtet der Umgebungsbedingungen des Inneren des Maschinenraums oder des Fahrzeugraums, wo die ECU 100 eingebaut ist, erleichtert werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Einspritzsteuerungsverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der 6 und 7 beschrieben.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird, wie es in 6 gezeigt ist, ein Stromsignalverlauf des zu dem Injektor 2 ausgegebenen Antriebssignals (des Antriebsstroms) korrigiert. 6 zeigt ein Flussdiagramm einer Steuerungsverarbeitung einer Einspritzsteuerung des Injektors 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel spezifiziert die Einspritzbetriebsartspezifizierungseinrichtung S205, S207 und S209 die Einspritzbetriebsart der Mehrfacheinspritzung wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Falls in Schritt S205 bestimmt wird, dass die Einspritzungsanzahl (die Stufenanzahl) N der Mehrfacheinspritzung fünf ist (N = 5), wird in Schritt S506 die Einspritzung E begrenzt (beseitigt bzw. entfernt). Falls in Schritt S207 bestimmt wird, dass die Einspritzungsanzahl (die Stufenanzahl) N der Mehrfacheinspritzung vier ist (N = 4), wird in Schritt S508 die Einspritzung A begrenzt (beseitigt bzw. entfernt). Falls in Schritt S209 bestimmt wird, dass die Einspritzungsanzahl (die Stufenanzahl) N der Mehrfacheinspritzung drei ist (N = 3), wird in Schritt S510 eine Niedrigstromsteuerung (Steuerung eines niedrigen elektrischen Stroms) durchgeführt. In der Niedrigstromsteuerung gemäß Schritt S510 wird der anfängliche maximale elektrische Stromwert in einer Anfangsstufe des Anstiegs des Antriebsstroms jeweils der Einspritzung B und der Einspritzung D verringert. Somit wird ein Antriebsstromsignalverlauf, der aus einem niedrigen elektrischen Stromwert besteht, bereitgestellt, während eine Situation verhindert wird, in der die Einspritzung B und die Einspritzung D vollständig begrenzt (beseitigt) werden und lediglich die Haupteinspritzung C übriggelassen wird. Genauer steuert die ECU 100 die Injektorantriebsschaltung 121 zur Verringerung des Ausstoßstoppschwellwerts von 17a auf einen niedrigen elektrischen Stromwert des Antriebsstroms beispielsweise. Die Einspritzbetriebsart wird auf der dreistufigen Mehrfacheinspritzbetriebsart beibehalten.
Somit kann das Antriebssignal (der Antriebsstrom) korrigiert werden, um die Wärmeerzeugungsmenge der Injektorantriebsschaltung 121 zu verringern. Genauer kann die Wärmeerzeugung der Wärme erzeugenden Schaltung der Ladeschaltung 121a, die den anfänglichen maximalen elektrischen Stromanteil liefert, unterbunden werden, da der anfängliche maximale elektrische Stromwert des dem Injektor 2 zugeführten elektrischen Erregerstroms verringert wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann anstelle der Begrenzung der spezifischen Einspritzung in Schritt S506 und S508 die Niedrigstromsteuerung ebenfalls in Schritt S506 und S508 wie in Schritt S510 durchgeführt werden. In diesem Fall wird ein Zählwert von vier in der Verarbeitung von Schritt S506 (ZÄHLWERT = 4) und ein Zählwert von drei in der Verarbeitung von Schritt S503 (ZÄHLWERT = 3) gespeichert. In der Verarbeitung von Schritt S207 wird die Bestimmung der Mehrfacheinspritzungsbetriebsart auf der Grundlage der arithmetischen Verarbeitung durchgeführt, und zusätzlich wie die Einspritzbetriebsart als die vierstufige Mehrfacheinspritzbetriebsart betrachtet, wenn der Zählwert vier ist (ZÄHLWERT = 4), selbst wenn die tatsächliche Einspritzbetriebsart die fünfstufige Mehrfacheinspritzbetriebsart ist. Auch in diesem Fall können Wirkungen ähnlich zu demjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten werden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen führt das Kraftstoffeinspritzsystem der Brennkraftmaschine die Haupteinspritzung zur Erzeugung des Hauptdrehmoments der Brennkraftmaschine und die Einspritzungen der mehrfachen Stufen zusätzlich zu der Haupteinspritzung während eines Verbrennungstakts der Brennkraftmaschine durch. Eine spezifische Einspritzung aus den Einspritzungen der mehrfachen Stufen außer der Haupteinspritzung wird entsprechend einem Grad des Überschusses der ECU-Temperatur über die vorbestimmte Temperatur begrenzt, im Gegensatz zu dem Stand der Technik, gemäß dem alle Einspritzungen der Mehrfacheinspritzung außer der Haupteinspritzung begrenzt werden und lediglich die Haupteinspritzung beibehalten wird. Somit kann gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Anstieg der Temperatur der ECU unterbunden werden, während der Einfluss auf das Abgas und das Verbrennungsgeräusch minimiert wird.
Modifikationen
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Injektorantriebsschaltung 121 in der ECU 100 als die Steuerungsvorrichtung eingebaut. Alternativ dazu kann die Injektorantriebsschaltung 121 als eine EDU getrennt von der ECU 100 angeordnet werden, wie es in 8 gezeigt ist. Alternativ dazu kann die Injektorantriebsschaltung 121 in einem Gehäuse (Chassis) der ECU 100 angeordnet werden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die ECU 100 in dem Maschinenraum eingebaut. Alternativ dazu kann die ECU 100 in dem Fahrzeugraum eingebaut werden. Alternativ dazu kann die ECU 100 direkt an die Brennkraftmaschine 1 in dem Maschinenraum eingebaut werden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Einspritzungsbegrenzungseinrichtung zur Verhinderung des übermäßigen Anstiegs der ECU-Temperatur T_ECU über die Wärmeerzeugungsgrenze der ECU 100 angewandt. Ein Hauptgrund für die Wärmeerzeugung der ECU 100 besteht in dem Betrieb des Injektors 2 in der Einspritzbetriebsart, bei der das elektromagnetische Ventil (der Solenoid) des Injektors 2 Wärme erzeugt. Daher kann gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen die Wärmerzeugungsgröße des Injektors 2 verringert werden oder kann der Anstieg der Temperatur des Injektors 2 unterbunden werden.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern kann in vielerlei andere Weise ohne Verlassen des Umfangs der Erfindung implementiert werden, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine 1 Injektoren 2 zum Einspritzen von Kraftstoff und eine Steuerungseinrichtung 100 zur Steuerung der Injektoren 2 entsprechend einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 auf. Das Kraftstoffeinspritzsystem führt Mehrfacheinspritzungen in einem Verbrennungstakt der Brennkraftmaschine 1 durch. Die Steuerungseinrichtung 100 weist eine Injektorantriebsschaltung 121, eine ECU-Temperaturerfassungseinrichtung 60 und eine Einspritzbegrenzungseinrichtung S205, S206, S207, S208, S209, S210 auf. Die Injektorantriebsschaltung 121 gibt ein Antriebssignal zu dem Injektor 2 zum Antrieb des Injektors 2 aus. Die ECU-Temperaturerfassungseinrichtung 60 erfasst oder schätzt die Temperatur der Injektorantriebsschaltung 121. Die Einspritzbegrenzungseinrichtung S205–S210 begrenzt eine spezifische Einspritzung aus den Mehrfacheinspritzungen, um eine Wärmeerzeugungsgröße der Injektorantriebsschaltung 121 zu unterdrücken, wenn die Temperatur der Injektorantriebsschaltung 121 eine vorbestimmte Temperatur überschreitet und dieser Anstieg anhält.

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, das einen Injektor (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine (1) und eine Steuerungseinrichtung (100) zum Steuern des Injektors (2) entsprechend einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) aufweist und Mehrfacheinspritzungen in einem Verbrennungstakt der Brennkraftmaschine (1) ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (100) aufweist: eine Injektorantriebsschaltung (121) zur Ausgabe eines Antriebssignals zu dem Injektor (2) zum Antrieb des Injektors (2), eine ECU-Temperaturerfassungseinrichtung (60, S201, S203) zur Erfassung oder zum Schätzen der Temperatur der Injektorantriebsschaltung (121), und eine Einspritzungsbegrenzungseinrichtung (S205, S206, S207, S208, S209, S210, S506, S508, S510) zur Begrenzung einer spezifischen Einspritzung unter den Mehrfacheinspritzungen, um eine Wärmeerzeugungsgröße der Injektorantriebsschaltung (121) zu unterdrücken, wenn die durch die ECU-Temperaturerfassungseinrichtung (60, S201, S203) erfasste oder geschätzte Temperatur der Injektorantriebsschaltung (121) eine vorbestimmte Temperatur überschreitet und ein Anstieg der Temperatur während der vorbestimmten Zeitdauer einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei die Einspritzbegrenzungseinrichtung (S205, S206, S207, S208, S209, S210, S506, S508, S510) aufweist: eine Temperaturanstiegstrendbestimmungseinrichtung (S201, S203) zur Bestimmung, ob die von der ECU-Temperaturerfassungseinrichtung (60) bereitgestellte Temperatur der Injektorantriebsschaltung (121) sich auf einem ansteigenden Trend befindet, wenn die Temperatur die vorbestimmte Temperatur überschreitet, die Einspritzbegrenzungseinrichtung (S205, S206, S207, S208, S209, S210, S506, S508, S510) eine Verringerung einer Einspritzmenge und/oder eine Änderung des Einspritzzeitverlaufs der spezifischen Einspritzung als eine Korrektur der spezifischen Einspritzung entsprechend einer Einspritzbetriebsart der Mehrfacheinspritzungen in dem einen Verbrennungstakt unter einer Bedingung, dass die Temperaturanstiegstrendbestimmungseinrichtung (S201, 203) bestimmt, dass die Temperatur sich auf dem ansteigenden Trend befindet, als eine wesentliche Bedingung zur Begrenzung der Einspritzung durchführt, und die Einspritzbegrenzungseinrichtung (S205, S206, S207, S208, S209, S210, S506, S508, S510) die Korrektur der spezifischen Einspritzung beibehält, bis die Temperatur gleich oder kleiner als die vorbestimmte Temperatur wird, wenn die Temperaturanstiegstrendbestimmungseinrichtung (S201, 203) bestimmt, dass der ansteigende Trend sich in einen abfallenden Trend geändert hat.
Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die ECU-Temperaturerfassungseinrichtung (60) einen in der Injektorantriebsschaltung (121) vorgesehenen Temperatursensor (60) zur direkten oder indirekten Erfassung der Temperatur der Injektorantriebsschaltung (121) aufweist.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei N Einspritzungen in dem einem Verbrennungstakt als Mehrfacheinspritzung durchgeführt werden, und die Einspritzbegrenzungseinrichtung (S205, S206, S207, S208, S209, S210, S506, S508, S510) eine Einspritzmengenkorrektureinrichtung (S206, 208, 210, S506, S508, S510) aufweist, um eine Einspritzmenge einer fünften Einspritzung in einer Einspritzreihenfolge zu verringern, wenn N = 5 gilt, um eine Einspritzmenge einer ersten Einspritzung zu verringern, wenn N = 4 gilt, und um eine Einspritzmenge einer ersten Einspritzung oder einer dritten Einspritzung zu verringern, wenn N = 3 gilt.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die Einspritzbegrenzungseinrichtung (S205, S206, S207, S208, S209, S210, S506, S508, S510) eine Einspritzeitverlaufskorrektureinrichtung (S210) aufweist, die in der Lage ist, Einspritzzeitverläufe der ersten Einspritzung und der dritten Einspritzung jeweils zu ändern, wenn N = 3 gilt.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei N Einspritzungen in dem einem Verbrennungstakt als Mehrfacheinspritzung durchgeführt werden, und die Einspritzbegrenzungseinrichtung (S205, S206, S207, S208, S209, S210, S506, S508, S510) eine Antriebssignalkorrektureinrichtung (S206, S208, S210, S506, S508, S510) aufweist, um das Antriebssignal einer fünften Einspritzung in einer Einspritzreihenfolge zu korrigieren, wenn N = 5 gilt, um das Antriebssignal einer ersten Einspritzung zu korrigieren, wenn N = 4 gilt, und um das Antriebssignal einer ersten Einspritzung oder einer dritten Einspritzung zu korrigieren, wenn N = 3 gilt.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, wobei die Antriebssignalkorrektureinrichtung (S206, S208, S210, S506, S508, S510) einen elektrischen Stromwert des Antriebssignals korrigiert, um einen anfänglichen maximalen elektrischen Stromwert eines dem Injektor (2) zugeführten Speisungsstroms zu verringern.
Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Injektorantriebsschaltung (121) aufweist: eine Ladeschaltung (121a) zum Anheben und Speichern einer Energieversorgungsspannung aus einer fahrzeugeigenen Energieversorgung, ein Schaltelement (121b) zur Steuerung einer elektrischen Entladung, und eine Entladesteuerungsschaltung (121c) zur Steuerung des Verbindens und Trennens des Schaltelementes (121b) zur Steuerung der elektrischen Entladung.