DE102005040086B4

DE102005040086B4 - Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für Mehrzylinderbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102005040086B4
Application number: DE102005040086A
Authority: DE
Inventors: Takahiko Oono
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2013-11-07
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: DE102005040086A1; US7073487B1; JP4107505B2; JP2006242028A

Abstract

Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine, bei welcher Kraftstoff in die Brennkraftmaschine (40) eingespritzt wird, welche M Zylinder aufweist, wobei M eine positive ganze Zahl von 3 oder mehr ist, wobei die Einrichtung aufweist: Kraftstoffeinspritzventile (51–54), jeweils eins für jeden der Zylinder; einen Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt (70), der eine Kraftstoffeinspritzmenge (Qi) pro Zylinder berechnet, die in jeden der Zylinder eingespritzt werden soll; einen Kraftstoffeinspritzventilsteuerabschnitt (71), der die Einspritzimpulsbreite jedes der Kraftstoffeinspritzventile (51–54) festlegt, auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge (Qi), um hierdurch den Antriebszeitpunkt für jedes der Kraftstoffeinspritzventile (51–54) einzustellen; eine Kraftstoffverteilerleiste (50), die gemeinsam mit den Kraftstoffeinspritzventilen (51–54) verbunden ist, um Kraftstoff unter hohem Druck zu speichern; eine Hochdruckkraftstoffpumpe (20), welche N Kraftstoffausflusshübe, wobei N eine positive ganze Zahl von 2 oder größer ist, unter der Bedingung von N < M, und der Wert von M/N keine positive ganze Zahl ist, in Bezug auf die Kraftstoffverteilerleiste durchführt, während jener Zeit, in der die Brennkraftmaschine zwei Umdrehungen durchführt; ein Kraftstoffausflussmengensteuerventil (10), das eine Kraftstoffausflussmenge (QP) der Hochdruckkraftstoffpumpe (20) einstellt; einen FF-Mengenberechnungsabschnitt (72), der eine FF-Menge bei der Kraftstoffausflussmenge (QP) der Hochdruckkraftstoffpumpe (20) auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge (Qi) berechnet; und einen Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitt (74), der die Kraftstoffausflussmenge (QP) der Hochdruckkraftstoffpumpe (20) auf Grundlage der FF-Menge festlegt, und den Betriebszeitpunkt des Kraftstoffausflussmengensteuerventils (10) einstellt; wobei der FF-Mengenberechnungsabschnitt (72) die Kraftstoffeinspritzmenge (Qi), multipliziert mit M/N, als eine FF-Menge bei der Kraftstoffausflussmenge (QP) der Hochdruckkraftstoffpumpe (20) N-Mal verwendet, während jener Zeit, in der die Brennkraftmaschine zwei Umdrehungen durchführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffdruck-Steuereinrichtung für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, welche Kraftstoff in jeweilige Zylinder der Mehrzylinder-Brennkraftmaschine einspritzen kann, während der Druck des Kraftstoffs in einer Kraftstoffverteilerleiste auf einen hohen Druck gesteuert wird. Spezieller betrifft die Erfindung eine derartige Kraftstoffdruck-Steuereinrichtung für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, die mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe versehen ist, welche N Kraftstoffauslasshübe (N < M) in Bezug auf die Kraftstoffverteilerleiste während eines Durchlaufs des Kraftstoffeinspritzhubs an M Zylinder ausführt.
Seit einigen Jahren wurden Brennkraftmaschinen eingesetzt, bei denen der Druck von Kraftstoff in einer Kraftstoffverteilerleiste auf einen gewünschten Soll-Hochdruckwert gesteuert wird, um den Kraftstoff im zerstäubten Zustand einzuspritzen (vergleiche beispielsweise ein erstes Patentdokument (Japanisches Patent JP 2 890 898 B2 ) und ein zweites Patentdokument (Japanische offengelegte Patentanmeldung JP 11-324 757 A )).
Die JP 08-177 592 A beschreibt eine Einspritzeinrichtung für einen Verbrennungsmotor, die ein Druckdetektionsmittel zum Detektieren eines Kraftstoffdrucks, der jedes Mal geändert wird, wenn Kraftstoff unter hohem Druck von jedem Kraftstoffeinspritzventil in den entsprechenden Zylinder eingespritzt wird, ein Berechnungsmittel des Drucks des von einer Kraftstoffpumpe abgegebenen Kraftstoffs auf der Basis des detektierten Kraftstoffdrucks, jedes Mal nach Beendigung des Einspritzvorgangs in alle Zylinder, und ein Mengensteuermittel aufweist, das die Kraftstoffpumpe steuert.
Die DE 101 62 989 C1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Steuern einer regelbaren Kraftstoffpumpe, bei der das Fördervolumen der Kraftstoffpumpe über eine Vorsteuerung eines Soll-Fördervolumens festgelegt wird. Durch die Vorgabe eines Soll-Fördervolumens wird eine schnelle Steuerung der Kraftstoffpumpe möglich. Die Schaltungsanordnung weist zudem einen PI-Regler auf, dessen Integralanteil zur Überprüfung der Funktionsweise der Kraftstoffpumpe mit einer Vergleichsschwelle verglichen wird.
Nachstehend wird ein Beispiel für die Konstruktion eines Kraftstoffsystems bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine beschrieben. Eine Hochdruckkraftstoffpumpe zur Druckbeaufschlagung von Kraftstoff auf einen hohen Druck ist mit einem Kolben versehen, der sich in einem Zylinder hin- und herbewegt, in welchem eine Druckkammer vorgesehen ist, wobei ein unteres Ende des Kolbens in Druckberührung mit einem Nocken steht, der auf einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angebracht ist. Bei dieser Anordnung wird, wenn sich der Nocken entsprechend der Drehung der Nockenwelle dreht, der Kolben zur Hin- und Herbewegung in dem Zylinder veranlasst, wodurch das Volumen der Druckkammer geändert wird.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass der Kolben in dem Zylinder drei Mal während einer Umdrehung der Nockenwelle hin- und herbewegt wird, so dass er im Falle einer Vierzylinderbrennkraftmaschine drei Hin- und Herbewegungen während jener Zeit ausführt, wenn ein Durchlauf des Kraftstoffeinspritzhubs für den jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine stattfindet (also während zwei Umdrehungen der Brennkraftmaschine). Weiterhin ist ein Zuflusskanalstrom aufwärts der Druckkammer mit einem Kraftstofftank über ein Rückschlagventil verbunden, eine Niederdruckpumpe und einen Niederdruckregler, so dass dann, wenn der Kolben in dem Pumpenzylinder nach unten bewegt wird, der Kraftstoff, der von der Niederdruckpumpe abgegeben wird, nachdem er auf einen vorbestimmten, niedrigen Druck mit Hilfe des Niederdruckreglers eingestellt wurde, in die Druckkammer über das Rückschlagventil eingelassen wird.
Andererseits ist ein Zufuhrkanal stromabwärts der Druckkammer mit einer Kraftstoffverteilerleiste über ein Rückschlagventil verbunden, so dass die Kraftstoffverteilerleiste dazu dient, den auf hohem Druck befindlichen Kraftstoff zu halten, der von der Druckkammer abgegeben wird, und ihn an Kraftstoffeinspritzventile zu verteilen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass das Rückschlagventil in dem Zufuhrkanal dazu dient, den Rückfluss von Kraftstoff von der Kraftstoffverteilerleiste zur Druckkammer zu sperren oder einzuschränken. Bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine sind insgesamt vier Kraftstoffeinspritzventile vorgesehen, eines für jeden Zylinder.
Weiterhin ist ein normalerweise geschlossenes Überdruckventil, dass bei einem vorbestimmten Ventilöffnungsdruck oder höher öffnet, an die Kraftstoffverteilerleiste angeschlossen, und wenn der Kraftstoff in der Kraftstoffverteilerleiste einen Druck gleich dem vorbestimmten Ventilöffnungsdruckwert oder mehr erreicht, dafür das Überdruckventil eingestellt ist, öffnet das Überdruckventil, um den Kraftstoff in der Kraftstoffverteilerleiste über den Überdruckkanal zum Kraftstofftank zurückzuschicken, wodurch eine übermäßige Erhöhung des Kraftstoffdrucks verhindert wird.
Ein Kraftstoffausflussmengensteuerventil in Form eines normalerweise geöffneten Elektromagnetventils, zum Beispiel, ist zwischen dem Zufuhrkanal und einem Überlaufkanal angeordnet, so dass dann, wenn der Kolben der Hockdruckkraftstoffpumpe dazu veranlasst wird, sich im Pumpenzylinder nach oben zu bewegen, von der Druckkammer an den Zufuhrkanal ausgeflossener Kraftstoff von dem Überlaufkanal zum Zuflusskanal während jener Zeit zurückgeschickt wird, in welcher das Kraftstoffausflussmengensteuerventil so gesteuert wird, dass es geöffnet ist, was dazu führt, dass kein Kraftstoff unter hohem Druck der Kraftstoffverteilerleiste zugeführt wird. Nachdem das Kraftstoffausflussmengensteuerventil zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der Aufwärtsbewegung des Kolbens in den Pumpenzylinder geschlossen wurde, wird der unter Druck stehende Kraftstoff, der von der Druckkammer zum Zufuhrkanal ausgeflossen ist, der Kraftstoffverteilerleiste über das Rückschlagventil zugeführt.
Eine Steuereinheit in Form einer ECU (elektronische Steuereinheit) legt einen Sollkraftstoffdruck fest, auf Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine, und steuert den Antriebszeitpunkt des Kraftstoffausflussmengensteuerventils so, dass der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste mit dem Sollkraftstoffdruck übereinstimmt. Weiterhin legt die ECU auch die Drehwinkelposition der Brennkraftmaschine fest, auf Grundlage der Drehphase einer Kurbelwelle und der Drehphase einer Nockenwelle, und berechnet die Menge an Kraftstoff pro Zylinder, die in jeden Brennkraftmaschinenzylinder eingespritzt werden soll, auf Grundlage des Ausmaßes der Betätigung eines Gaspedals, wodurch die Kraftstoffeinspritzventile so betrieben werden, dass sie unter der Steuerung der ECU arbeiten.
Als nächstes wird der Betriebsablauf des Steuerns der Menge von Kraftstoff erläutert, der ausfließen soll. In dem Kraftstoffsaughub, in welchem der Kolben der Hochdruckkraftstoffpumpe dazu veranlasst wird, sich vom oberen Ende des Pumpenzylinders nach unten zum unteren Ende zu bewegen, wird Kraftstoff unter niedrigem Druck von dem Saugkanal in die Druckkammer über das Rückschlagventil angesaugt. Andererseits wird, wenn ein Elektromagnet in dem Kraftstoffausflussmengensteuerventil in dem Kraftstoffausflusshub nicht mit Strom versorgt wird, in welchem der Kolben dazu veranlasst wird, sich vom unteren Ende des Pumpenzylinders nach oben zum oberen Ende zu bewegen, das Kraftstoffausflussmengensteuerventil geöffnet, so dass der Kraftstoff, der von der Hochdruckkraftstoffpumpe zum Zufuhrkanal ausfließt, zum Zuflusskanal über den Überlaufkanal zurückgeschickt wird, was dazu führt, dass kein Kraftstoff der Kraftstoffverteilerleiste zugeführt wird.
Wenn der Elektromagnet in dem Kraftstoffausflussmengensteuerventil dauernd mit Strom in dem Kraftstoffausflusshub versorgt wird, wird das Kraftstoffausflussmengensteuerventil geschlossen, wodurch eine Kraftstoffmenge entsprechend einer maximalen Kraftstoffausflussmenge, die von der Hochdruckkraftstoffpumpe zum Zufuhrkanal ausfließt, der Kraftstoffverteilerleiste über das Rückschlagventil zugeführt wird. Wenn der Elektromagnet zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Kraftstoffausflusshubes mit Strom versorgt wird, wird das Kraftstoffausflussmengensteuerventil nach dem Zeitpunkt der Stromversorgung des Elektromagneten geschlossen, so dass nur jener Kraftstoff, der von der Hochdruckkraftstoffpumpe zum Zufuhrkanal während der Aufwärtsbewegung des Kolbens ausgeflossen ist, über das Rückschlagventil der Kraftstoffverteilerleiste zugeführt wird.
Wie voranstehend geschildert, wird durch Stromversorgung des Elektromagneten bei einem vorbestimmten Zeitpunkt in dem Kraftstoffausflusshub die Kraftstoffmenge, die ausfließen soll, auf eine gewünschte Menge eingestellt, innerhalb des Bereiches von Null bis zur maximalen Kraftstoffausflussmenge. Es wird darauf hingewiesen, dass der Stromversorgungsstartzeitpunkt des Elektromagneten eindeutig durch die Kraftstoffmenge bestimmt wird, die ausfließen soll, durch Speichern einer Korrelationscharakteristik zwischen dem Stromversorgungsstartzeitpunkt des Elektromagneten und der Kraftstoffmenge, die ausfließen soll, in der ECU. Weiterhin müssen, damit der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste auf dem momentanen Wert gehalten wird, die Flussrate des Kraftstoffs, das von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird (Kraftstoff, der aus der Kraftstoffverteilerleiste herausfließt) und die Flussrate des Kraftstoffs, der von der Hochdruckkraftstoffpumpe abgegeben wird (Kraftstoff, der in die Kraftstoffverteilerleiste hineinfließt) nur so gesteuert werden, dass sie gleich werden.
Bei dem voranstehend geschilderten ersten Patentdokument oder zweiten Patentdokument wird daher eine Kraftstoffausflussmenge (eine Menge an Kraftstoff, die ausfließen soll) dadurch festgelegt, dass eine Kraftstoffeinspritzmenge pro Zylinder, die von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird (Vorwärtskopplungsmenge: FF-Menge) zu einer Menge an Kraftstoff addiert wird, die ausfließen soll (Rückkopplungsmenge: FB-Menge), die auf Grundlage einer Druckabweichung zwischen einem Sollkraftstoffdruck, der in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine eingestellt wird, und einem Kraftstoffdruck erhalten wird, der von einem Kraftstoffdrucksensor erfasst wird.
Hierbei ist die Kraftstoffeinspritzmenge eine Menge, die von der ECU als bekannte Menge an Kraftstoff erhalten werden kann, die aus der Kraftstoffverteilerleiste herausfließt, so dass sie als die FF-Menge zur Ergänzung der Menge an herausfließendem Kraftstoff eingestellt wird. Weiterhin ist die FB-Menge eine Rückkopplungskorrekturmenge, die unter Proportional-Integral-Regelung oder der gleichen berechnet wird, wenn eine Druckabweichung infolge einer Änderung der Genauigkeit oder einer Verschlechterung von Bauteilen oder Elementen in dem Kraftstoffzufuhrsystem auftritt, ohne Berücksichtigung der FF-Menge, die der Kraftstoffverteilerleiste zugeführt wird.
Allerdings ändert sich die maximale Kraftstoffausflussmenge bei einem Ausflusshub der Hochdruckkraftstoffpumpe, abhängig davon, wie häufig Kraftstoff an die Kraftstoffverteilerleiste abgegeben werden kann, wenn ein Kraftstoffeinspritzhub einen Durchlauf durch die jeweiligen Zylinder durchführt, also während jener Zeit, in welche der Brennkraftmaschine zwei Umdrehungen durchführt (720° Kurbelwinkel (°CA)). Der Berechnungszeitpunkt der Kraftstoffeinspritzmenge bei der Vierzylinderbrennkraftmaschine enthält daher einen Zeitpunkt, bei welchem das Kraftstoffeinspritzventil tatsächlich betrieben wird, ein erster Berechnungszeitpunkt zur Ausführung oder Betätigung eines Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitts, und eines Kraftstoffeinspritzventil-Steuereinstellabschnitts, und ein zweiter Berechnungszeitpunkt zur Ausführung oder Betätigung eines FF-Mengenberechnungsabschnitts, eines FB-Mengenberechnungsabschnitts, und eines Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitts. Die Beziehung zwischen dem Kraftstoffausflusshub, bei welchem Kraftstoff tatsächlich ausfließt, und der Kraftstoffausflussmenge (der Menge an Kraftstoff, die ausfließen soll) wird so, wie dies nachstehend ausgeführt ist.
Beispielsweise in einem Fall, in welchem die Anzahl an Spitzen des Nockens in der Hochdruckkraftstoffpumpe gleich „2” ist, werden in Bezug auf den ersten Berechnungszeitpunkt vier derartige Zeitpunkte in Abständen von 180°CA innerhalb des Bereiches von 720°CA eingestellt, in welchem der Kraftstoffeinspritzhub zu den jeweiligen Zylinder einen Durchlauf durchführt. Es werden jeweils die Menge an Kraftstoff berechnet, die in die einzelnen Zylinder eingespritzt werden soll, und es werden vorbestimmte Einspritzzeitpunkte und vorbestimmte Kraftstoffeinspritzimpulsbreiten jeweils eingestellt.
Andererseits werden in Bezug auf den zweiten Berechnungszeitpunkt zwei derartige Zeitpunkte in Abständen von 360°CA innerhalb des Bereichs von 720°CA eingestellt, in welchem der Kraftstoffeinspritzhub zu den jeweiligen Zylindern einen Durchlauf durchführt. An einem der zweiten Berechnungszeitpunkte wird der Gesamtwert der Mengen an Kraftstoff, der für zwei Zylinder eingespritzt werden soll, als eine FF-Menge berechnet, und in einem Ausflusshub abgegeben. Weiterhin wird in dem anderen zweiten Berechnungszeitpunkt ein Gesamtwert der Mengen an Kraftstoff, die für die beiden anderen Zylinder eingespritzt werden sollen, als eine FF-Menge berechnet, und in einem anderen Ausflusshub abgegeben. Dies führt dazu, dass der Saldo an zufließendem und abfließendem Kraftstoff der Kraftstoffverteilerleiste insgesamt Null wird, und daher auf dem konstanten Kraftstoffdruck gehalten wird.
Falls die Anzahl an Nockenspitzen gleich 2 ist, ist daher der Kraftstoffausflusszyklus der gleiche Zeitraum (zwei Ausflüsse für jeweils zwei Umdrehungen der Vierzylinderbrennkraftmaschine) wie die Anzahl an Umdrehungen pro Minute der Brennkraftmaschine, so dass der Ausflusszyklus bei relativ niedriger Drehzahl durchgeführt werden kann, und am vorteilhaftesten ist in Bezug auf Verschleißbeständigkeit der Gleitoberflächen zwischen dem Kolben und dem Zylinder der Hochdruckkraftstoffpumpe und der Berührungsoberflächen zwischen dem Nocken und dem Kolben. Allerdings wird eine maximale Kraftstoffeinspritzmenge benötigt, die im Wesentlichen zumindest doppelt so groß wie die maximale Kraftstoffausflussmenge ist, so dass das Problem vorhanden ist, dass das Volumen der Druckkammer vergrößert wird, und die maximale Kraftstoffausflussmenge, die relativ groß ist, mechanische Spannungen auf den Berührungsoberflächen zwischen dem Nocken und dem Kolben vergrößert, was die Lebensdauer beeinträchtigt.
Als nächstes wird der Fall erläutert, in welchem die Anzahl an Nockenspitzen = 3 ist, wobei dann in Bezug auf den ersten Berechnungszeitpunkt die Mengen an Kraftstoff, welche in die jeweiligen Zylinder eingespritzt werden sollen, an vier ersten Berechnungszeitpunkten jeweils berechnet werden, und vorbestimmte Einspritzzeitpunkte und vorbestimmte Kraftstoffeinspritzimpulsbreiten eingestellt werden, wie in jenem Fall, in welchem die Anzahl an Nockenspitzen = 2 ist.
Andererseits werden in Bezug auf den zweiten Berechnungszeitpunkt drei derartige Zeitpunkte in Abständen von 240°CA innerhalb des Bereiches von 720°CA eingestellt, in welchem der Kraftstoffeinspritzhub zu den jeweiligen Zylindern einen Durchlauf durchführt. An einem ersten der zweiten Berechnungszeitpunkte wird der Gesamtwert der Mengen an Kraftstoff, die für zwei Zylinder eingespritzt werden sollen, als eine FF-Menge berechnet, und in dem Ausflusshub abgegeben. Weiterhin wird an einem zweiten der zweiten Berechnungszeitpunkte die Menge an Kraftstoff, die in einen der übrigen zwei Zylinder eingespritzt werden soll, als eine FF-Menge berechnet, und wird die FF-Menge gleich der Kraftstoffeinspritzmenge in dem Ausflusshub abgegeben. Weiterhin wird auch an einem dritten der zweiten Berechnungszeitpunkte die Menge an Kraftstoff, die in den anderen der übrigen zwei Zylinder eingespritzt werden soll, als eine FF-Menge berechnet, und wird die FF-Menge gleich der Kraftstoffeinspritzmenge in dem Ausflusshub abgegeben. Dies führt dazu, dass der Saldo des zufließenden und abfließenden Kraftstoffs der Kraftstoffverteilerleiste insgesamt Null wird, und daher auf dem konstanten Kraftstoffdruck gehalten wird.
Daher ist in jenem Fall, in welchem die Anzahl an Nockenspitzen = 3 ist, der Kraftstoffausflusszyklus ein Zeitraum, der 1,5 mal so groß ist wie die Anzahl an Umdrehungen pro Minute der Brennkraftmaschine (3 Ausflüsse für jeweils zwei Umdrehungen der Vierzylinderbrennkraftmaschine). Daher wird der Auslasszeitraum schneller (also kürzer) als dann, wenn die Anzahl an Nockenspitzen = 2 ist, was zu einem Nachteil in Bezug auf die Verschleißfestigkeit der Gleitoberflächen zwischen dem Kolben und dem Pumpenzylinder und den Berührungsoberflächen zwischen dem Kolben und dem Nocken führt, verglichen mit jenem Fall, in welchem die Anzahl an Nockenspitzen = 2 ist. Da die maximale Kraftstoffausflussmenge entsprechend dem Doppelten der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge benötigt wird, wie in jenem Fall, in welchem die Anzahl an Nockenspitzen = 2 ist, bleibt daher das Problem vorhanden, dass das Volumen der Druckkammer vergrößert wird, und die mechanischen Spannungen auf den Berührungsoberflächen zwischen dem Nocken und dem Kolben erhöht werden, was die Lebensdauer beeinträchtigt.
Als nächstes wird der Fall erläutert, in welchem die Anzahl an Nockenspitzen = 4 ist. In Bezug auf den ersten Berechnungszeitpunkt gilt das Gleiche wie in den Fällen, in welchen die Anzahl an Nockenspitzen = 2 oder = 3 ist. Andererseits werden, in Bezug auf den zweiten Berechnungszeitpunkt, vier derartige Zeitpunkte in Abständen von 180°CA innerhalb des Bereiches von 720°CA eingestellt, in welchem der Kraftstoffeinspritzhub zu den jeweiligen Zylindern einen Durchlauf durchführt, und wird die Menge an Kraftstoff, die in einen Zylinder eingespritzt werden soll, an jedem Berechungszeitpunkt als eine FF-Menge berechnet, und wird die FF-Menge gleich der Kraftstoffeinspritzmenge in jedem Ausflusshub abgegeben. Dies führt dazu, dass der Saldo des zufließenden und abfließenden Kraftstoffs der Kraftstoffverteilerleiste insgesamt Null wird, und daher auf dem konstanten Kraftstoffdruck gehalten wird.
Wie voranstehend geschildert, kann in jenem Fall, in welchem die Anzahl an Nockenspitzen = 4 ist, die maximale Kraftstoffausflussmenge gleich der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge gewählt werden, so dass das Volumen der Druckkammer auf ein Minimum verringert werden kann, und auch die tatsächliche, maximale Kraftstoffausflussmenge klein sein kann, was dazu führt, dass mechanische Spannungen auf den Berührungsoberflächen zwischen dem Kolben und dem Nocken verringert werden, so dass die größten Vorteile in Bezug auf die Lebensdauer erzielt werden. Da der Kraftstoffausflusszyklus ein Zeitraum gleich dem Doppelten der Anzahl an Umdrehungen pro Minute der Brennkraftmaschine ist (also vier Ausflüsse für jeweils zwei Umdrehungen der Vierzylinderbrennkraftmaschine), wird der Ausflusszyklus besonders kurz, wodurch das Problem hervorgerufen wird, dass die Verschleißfestigkeit der Gleitoberflächen zwischen dem Kolben und dem Pumpenzylinder und der Berührungsoberflächen zwischen dem Kolben und dem Nocken beeinträchtigt wird.
Um die Verlässlichkeit der Hochdruckkraftstoffpumpe zu verbessern, ist es daher wünschenswert, den Kraftstoffausflusszeitraum zu verlängern, und die maximale Kraftstoffausflussmenge zu verringern, jedoch tritt das Problem auf, dass dann, wenn eine derartige Vorgehensweise bei einer Brennkraftmaschine mit hoher Leistung eingesetzt werden soll, es schwierig wird, Standfestigkeit und Verschleißfestigkeit bei der Hochdruckkraftstoffpumpe zu erzielen, so dass es unmöglich wird, deren Verlässlichkeit sicherzustellen.
Wenn man die Eigenschaften der Hochdruckkraftstoffpumpe in Bezug auf die Anzahl an Nockenspitzen vergleicht, ist es daher bei der Beziehung zwischen dem Ausflusszyklus und der maximalen Kraftstoffausflussmenge der Hochdruckkraftstoffpumpe wünschenswert, dass der Ausflusszyklus auf eine so niedrige Geschwindigkeit wie möglich eingestellt wird, und die maximale Kraftstoffausflussmenge so klein wie möglich eingestellt wird. Allerdings ist es schwierig, die Verlässlichkeit mehr als im vorliegenden Zustand zu verbessern, ohne einen erheblichen Anstieg der Kosten. Insbesondere besteht das Problem, dass im Falle von Vierzylinderbrennkraftmaschinen mit hoher Leistung, bei welchen die maximale Kraftstoffeinspritzmenge weiter erhöht ist, es unmöglich ist, gleichzeitig Standfestigkeit und Verschleißfestigkeit der Hochdruckkraftstoffpumpe zu erreichen.
Hierbei könnte man beispielsweise überlegen, durch Vorsehen von zwei Hochdruckkraftstoffpumpen mit zwei Nockenspitzen und deren Betrieb parallel zueinander den Ausflusszeitraum auf niedrige Geschwindigkeit zu bringen, wobei gleichzeitig das Volumen der Druckkammer verringert wird, so dass gleichzeitig Standfestigkeit und Verschleißfestigkeit erreicht werden können. Allerdings tritt in diesem Fall ein erheblicher Kostenanstieg auf, und ist dies auch keine in der Praxis einsetzbare Lösung, unter dem Gesichtpunkt des Einbaus. Bei den bekannten Kraftstoffdrucksteuereinrichtungen für Mehrzylinderbrennkraftmaschinen wird in jenem Fall, in welchem die Anzahl an Nockenspitzen der Hochdruckkraftstoffpumpen = 2 ist, die maximale Kraftstoffausflussmenge entsprechend dem Doppelten der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge benötigt, und daher war das Problem vorhanden, dass das Volumen der Druckkammer vergrößert wird, und dass die maximale Kraftstoffausflussmenge, die erheblich groß ist, mechanische Spannungen auf den Berührungsoberflächen zwischen dem Nocken und dem Kolben vergrößert, wodurch die Standfestigkeit beeinträchtigt wird. Darüber hinaus wird in den Fällen eine Anzahl von 3 oder 4 der Nockenspitzen der Ausflusszeitraum schnell (also kurz), was zu einem Nachteil in Bezug auf die Verschleißfestigkeit der Gleitoberflächen zwischen dem Kolben und dem Pumpenzylinder und der Berührungsoberflächen zwischen dem Kolben und dem Nocken führt. Weiterhin ist auch das Problem vorhanden, dass das Volumen der Druckkammer vergrößert wird, und mechanische Spannungen auf den Berührungsoberflächen zwischen dem Nocken und dem Kolben vergrößert werden, was die Standfestigkeit beeinträchtigt, wie in jenem Fall, in welchem die Anzahl an Nockenspitzen = 2 ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine zu erhalten, welche die Verlässlichkeit einer Hochdruckkraftstoffpumpe verbessern kann, durch Verringerung einer maximalen Kraftstoffausflussmenge ohne einen erheblichen Anstieg der Kosten, während beispielsweise eine Hochdruckkraftstoffpumpe eingesetzt wird, bei welcher die Anzahl an Nockenspitzen = 3 ist, deren Ausflusszyklus eine niedrigere Geschwindigkeit als in jenem Fall aufweist, in welchem die Anzahl an Nockenspitzen = 4 ist.
Die obige Aufgabe wird mit einer Kraftstoffdrucksteuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen folgen aus den Unteransprüchen.
Darüber hinaus kann in einem Fall, in welchem die maximale Kraftstoffausflussmenge nicht verringert wird, sondern auf die selbe Menge wie bei einer herkömmlichen Einrichtung eingestellt wird, die vorliegende Erfindung bei einer Brennkraftmaschine hoher Leistung eingesetzt werden, insbesondere mit einer großen maximalen Kraftstoffeinspritzmenge, ohne die Standfestigkeit zu beeinträchtigen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1 ein Blockdiagramm einer Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B Seitenquerschnittsansichten, welche die innere Konstruktion eines Kraftstoffausflussmengensteuerventils von 1 bei unterschiedlichen Betriebszuständen zeigen;
3 ein Zeitablaufdiagramm, welches ein allgemeines Verfahren zum Steuern der Menge an Kraftstoff erläutert, die bei der in 1 gezeigten Einrichtung abgegeben werden soll;
4 ein Eigenschaftsdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Startzeitpunkt der Stromversorgung des Elektromagneten des in den 2A und 2B gezeigten Kraftstoffausflussmengensteuerventils und der Menge an Kraftstoff erläutert, die von der Hochdruckkraftstoffpumpe in 1 abgegeben werden soll;
5 ein Zeitablaufdiagramm, das die Beziehung zwischen einem allgemeinen Kraftstoffausflusshub der Hochdruckkraftstoffpumpe mit drei Nockenspitzen, die in 1 gezeigt ist, und der Menge an Kraftstoff erläutert, die hierdurch abgegeben werden soll;
6 eine erläuternde Ansicht zum Vergleich zwischen den Eigenschaften der Hochdruckkraftstoffpumpe in 1 und einer anderen, bei welcher die Anzahl an Nockenspitzen anders als in 1 ist;
7 ein Funktionsblockdiagramm, das die Konstruktion einer ECU bei der Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Steuervorgangs der Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9A und 9B Zeitablaufdiagramme zur Erläuterung des Steuervorgangs einer Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
10A und 10B Zeitablaufdiagramme zur Erläuterung des Steuervorgangs der Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsform 1
Nachstehend wird zuerst eine Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. 1 ist ein Blockdiagramm, welches die Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei dieser Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit einer Anzahl von M Zylindern (M ist eine positive ganze Zahl nicht kleiner als 2, und speziell ist M gleich 4 beim vorliegenden Beispiel), während eine Hochdruckkraftstoffpumpe eingesetzt wird, die eine Anzahl von N Kraftstoffausflusshüben ausführt (im Allgemeinen ist N eine positive ganze Zahl nicht kleiner als 1, N < M, und ist der Wert von M/N keine positive ganze Zahl speziell ist N beim vorliegenden Beispiel auf 3 eingestellt), während jener Zeit, an welchem der Kraftstoffeinspritzhub zu den jeweiligen Zylindern einen Durchlauf durchführt. In 1 ist eine Hochdruckkraftstoffpumpe 20 zur Druckbeaufschlagung von Kraftstoff zur Erzielung eines hohen Drucks mit einem Zylinder 21 versehen, einem Kolben 22, der in dem Zylinder 21 so aufgenommen ist, dass er sich hin- und herbewegen kann, und mit einer Druckkammer 23, die durch eine Innenumfangswandoberfläche des Zylinders 21 und eine obere Endoberfläche des Kolbens 22 festgelegt ist.
Bei dem Kolben 22 ist ein unteres Ende in Druckberührung mit einem Nocken 25 angeordnet, der auf einer Nockenwelle 24 einer Brennkraftmaschine 40 angebracht ist, so dass der Nocken 25 dazu veranlasst wird, sich entsprechend der Drehung der Nockenwelle 24 zu drehen, wodurch der Kolben 22 so angetrieben wird, dass er sich in dem Zylinder 21 hin- und herbewegt, wodurch das Volumen der Druckkammer 23 geändert wird. In 1 weist der Nocken 25 drei Vorsprünge oder Spitzen auf, so dass der Kolben 22 dazu veranlasst wird, sich in dem Zylinder 21 dreimal während einer Umdrehung der Nockenwelle 24 hin- und herzubewegen. Daher bewegt sich der Kolben 22 dreimal hin und her, während der Kraftstoffeinspritzhub zu den jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine 40 einen Durchlauf durchführt, also während die Brennkraftmaschine 40 zwei Umdrehungen macht.
Weiterhin ist ein Zuflusskanal 30, der mit der stromaufwärtigen Seite der Druckkammer 23 verbunden ist, mit einem Kraftstofftank 32 über eine Niederdruckpumpe 31 verbunden. Die Niederdruckpumpe 31 dient dazu, Kraftstoff in dem Kraftstofftank 32 anzusaugen und abzugeben. Der Kraftstoff, der von der Niederdruckpumpe 31 abgegeben wird, wird auf einen vorbestimmten, niedrigen Druck mit Hilfe eines Niederdruckreglers 33 eingestellt, und dann in die Druckkammer 23 über ein Rückschlagventil 34 eingegeben, wenn der Kolben 22 nach unten in dem Pumpenzylinder 21 bewegt wird.
Andererseits ist ein Zufuhrkanal 35, der mit der stromabwärtigen Seite der Druckkammer 23 verbunden ist, mit einer Kraftstoffverteilerleiste 50 über ein Rückschlagventil 36 verbunden. Das Rückschlagventil 36 dient dazu, den Rückfluss von Kraftstoff von der Kraftstoffverteilerleiste 50 zur Druckkammer 23 zu sperren oder einzuschränken. Die Kraftstoffverteilerleiste 50 sammelt und hält den Kraftstoff unter hohem Druck, der von der Druckkammer 23 abgegeben wird, und ist gemeinsam mit einzelnen Kraftstoffeinspritzventilen 51 bis 54 verbunden, zur Verteilung des Kraftstoffs unter hohem Druck an das jeweilige Kraftstoffeinspritzventil 51 bis 54. Hierbei sind insgesamt vier Kraftstoffeinspritzventile vorgesehen, eines für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine.
Weiterhin ist ein Überdruckventil 37, das an die Kraftstoffverteilerleiste 50 angeschlossen ist, in Form eines normalerweise geschlossenen Ventils vorhanden, das beim Anlegen eines vorbestimmten Ventilöffnungsdrucks öffnet, wenn der Kraftstoffdruck PF des Kraftstoffs in der Kraftstoffverteilerleiste 50 dabei ist, auf mehr als den Einstellwert des Ventilöffnungsdrucks des Überdruckventils 37 anzusteigen. Dies führt dazu, dass der Kraftstoff in der Kraftstoffverteilerleiste 50, der dabei ist, höher zu werden als der Ventilöffnungsdruckeinstellwert, zum Kraftstofftank 32 über einen Überdruckkanal 38 zurückgeschickt wird, so dass der Kraftstoffdruck PF in der Kraftstoffverteilerleiste 50 nicht übermäßig groß wird.
Ein Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 ist beispielsweise in Form eines normalerweise geöffneten Elektromagnetventils vorhanden, und ist zwischen dem Zufuhrkanal 35 und einem Überlaufkanal 39 so angeordnet, dass es so betrieben wird, dass es sich gesteuert durch eine ECU 60 öffnet und schließt, um so die Menge an Kraftstoff QP zu steuern, die von der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 an die Kraftstoffverteilerleiste 50 abgegeben werden soll. Wenn der Kolben 22 dazu veranlasst wird, sich nach oben in dem Zylinder 21 in der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 zu bewegen, wird der Kraftstoff, der von der Druckkammer 23 in den Zufuhrkanal 35 abgegeben wird, zum Zuflusskanal 30 über den Überlaufkanal 39 zurückgeschickt (vergleiche den gestrichelten Pfeil), während jener Zeit, in welcher das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 so gesteuert wird, dass es öffnet.
Daher wird der Kraftstoff unter hohem Druck nicht der Kraftstoffverteilerleiste 50 zugeführt, wenn das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 so gesteuert wird, dass es öffnet. Andererseits wird, nachdem das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 22 in dem Pumpenzylinder 21 geschlossen wird, der Kraftstoffunterdruck, der von der Druckkammer 23 an den Zufuhrkanal 35 abgegeben wird, der Kraftstoffverteilerleiste 50 über das Rückschlagventil 36 zugeführt.
Zusätzlich zu dem Kraftstoffdruck PF, der von einem Kraftstoffdrucksensor 61 erfasst wird, wird Betriebszustandsinformation von verschiedenen Arten von Sensoren, beispielsweise einem Kurbelwinkelsensor 62, einem Gaspedalpositionssensor 64, einem Nockenwinkelsensor 65, usw., der ECU 60 zugeführt. Der Kraftstoffdrucksensor 61 erfasst den Kraftstoffdruck PF in der Kraftstoffverteilerleiste 50, und der Kurbelwinkelsensor 62 erfasst die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 40 (die Anzahl NE an Umdrehungen pro Minute der Brennkraftmaschine), und deren Drehphase. Der Gaspedalpositionssensor 64 erfasst das Ausmaß AP der Betätigung eines Gaspedals 63, und der Nockenwinkelsensor 65 erfasst die Drehphase der Nockenwelle 24 der Brennkraftmaschine 40.
Die ECU 60 legt einen Sollkraftstoffdruck PO auf Grundlage der Messinformation von den verschiedenen Arten von Sensoren fest, und steuert den Antriebszeitpunkt des Kraftstoffausflussmengensteuerventils 10 so, dass der Kraftstoffdruck PF in der Kraftstoffverteilerleiste 50 mit dem Sollkraftstoffdruck PO übereinstimmt. Weiterhin legt die ECU 60 die Drehwinkelposition der Brennkraftmaschine 40 fest, auf Grundlage der Drehphase der Kurbelwelle, die von dem Kurbelwinkelsensor 62 erfasst wird, und der Drehphase der Nockenwelle 24, die von dem Nockenwinkelsensor 65 erfasst wird, und berechnet, auf Grundlage des Ausmaßes AP der Betätigung des Gaspedals 63, das von dem Gaspedalpositionssensor 64 erfasst wird, die Menge an Kraftstoff, die in jeden Brennkraftmaschinenzylinder eingespritzt werden soll, und steuert den Betrieb des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventils 51 bis 54.
Als nächstes wird die spezielle, innere Konstruktion des Kraftstoffausflussmengensteuerventils 10 in 1 beschrieben, unter Bezugnahme auf die Seitenquerschnittsansichten der 2A und 2B. 2A zeigt den Zustand, in welchem der Elektromagnet 14 nicht mit Strom versorgt wird, und 2B zeigt jenen Zustand, in welchem der Elektromagnet 14 mit Strom versorgt wird (erregt wird).
Das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 weist einen Überlaufventilkolben 11 auf, ein Überlaufventil 12, das betriebsmäßig mit dem Überlaufventilkolben 11 verbunden ist, eine Druckfeder 13 zum Drücken des Überlaufventilkolbens 11 in eine solche Richtung, dass das Überlaufventil 12 freigegeben wird, und den Elektromagneten 14 zum Antrieb des Überlaufventilkolbens 11 in eine solche Richtung, dass das Überlaufventil 12 geschlossen wird. Das Überlaufventil 12 ist mit einem Ende des Überlaufventilkolbens 11 verbunden, der wiederum an seinem anderen Ende mit der Druckfeder 13 verbunden ist. Bei dieser Anordnung dient der Überlaufventilkolben 11 dazu, zwischen dem Zufuhrkanal 35 und dem Überlaufkanal 39 zu öffnen und zu schließen, in Abhängigkeit davon, ob der Elektromagnet 40 mit Strom oder nicht mit Strom versorgt wird.
Wenn der Elektromagnet 14 nicht mit Strom versorgt wird, so wird, wie in 2A gezeigt, das Überlaufventil 12 nach unten durch die Beaufschlagungskraft der Druckfeder 13 gedrückt, um den Zufuhrkanal 35 und den Überlaufkanal 39 in Fluidverbindung miteinander zu versetzen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 in den Ventilöffnungszustand versetzt, so dass Kraftstoff, der an den Zufuhrkanal 35 abgegeben wird, zum Überlaufkanal 39 fließt (vergleiche den gestrichelten Pfeil).
Andererseits überwindet, wenn der Elektromagnet 14 durch die ECU 60 mit Strom versorgt wird, wie in 2B gezeigt, die elektromagnetische Kraft, die von dem Elektromagneten 14 erzeugt wird, die Beaufschlagungskraft der Druckfeder 13, so dass elektromagnetisch der Überlaufkolben 11 in Richtung nach oben angezogen wird. Dies führt dazu, dass das Überlaufventil 12 nach oben angehoben wird, um die Verbindung zwischen dem Zufuhrkanal 35 und dem Überlaufkanal 39 zu unterbrechen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 in den Ventilschließzustand versetzt.
Als nächstes wird Bezug auf die allgemeine Konstruktion und den Steuerbetrieb der Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine genommen, unter Bezugnahme auf die 1 bis 5, wobei jener Fall als Beispiel gewählt wird, bei welchem die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht eingesetzt wird. Zuerst wird der Steuervorgang der Kraftstoffsteuereinrichtung zum Steuern der Menge QP abzugebenden Kraftstoffs, wie in 1 gezeigt, beschrieben, unter Bezugnahme auf das Zeitablaufdiagramm von 3, zusammen mit den 2A und 2B. In 3 sind die Hebeposition (von dem oberen Ende zum unteren Ende) des Kolbens 22, der wiederholt eine Vertikalbewegung entsprechend der Drehung des Nockens 25 durchführt, der Stromversorgungszustand (Stromversorgung oder keine Stromversorgung) des Elektromagneten 14 in dem Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10, und der geöffnete oder geschlossene Zustand des Überlaufventils 12, sowie die Kraftstoffausflussmenge QP, die der Kraftstoffverteilerleiste 50 zugeführt wird, in dieser Reihenfolge dargestellt.
In 3 repräsentiert die Dauer zwischen Zeitpunkten T1, T2, die Dauer zwischen Zeitpunkten T3, T4, und die Dauer zwischen Zeitpunkten T5, T6 jeweils einen einzelnen Kraftstoffsaughub 1, 2 bzw. 3, in welchem der Kolben 22 dazu veranlasst wird, sich vom oberen Ende zum unteren Ende nach unten zu bewegen. Bei den Kraftstoffsaughüben 1, 2 und 3 wird Kraftstoff unter niedrigen Druck in die Druckkammer der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 von dem Saugkanal 30 über das Rückschlagventil 34 angesaugt.
Die Dauer zwischen Zeitpunkten T2, T3, die Dauer zwischen Zeitpunkten T4, T5 und die Dauer zwischen T6, T7, repräsentiert einzelne Kraftstoffausflusshübe 1, 2 bzw. 3, bei denen der Kolben 22 dazu veranlasst wird, sich vom unteren Ende nach oben zum oberen Ende zu bewegen. Bei den Kraftstoffausflusshüben 1, 2 und 3 ist, wenn der Elektromagnet 14 nicht mit Strom versorgt wird, wie in dem Kraftstoffausflusshub 1 (zwischen den Zeitpunkten T2, T3), das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 geöffnet, wie in 2A gezeigt. Zu dieser Zeit wird der Kraftstoff, der von der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 an den Zufuhrkanal 35 abgegeben wird, zum Zuflusskanal 30 über den Überlaufkanal 39 zurückgeschickt, und wird daher nicht der Kraftstoffverteilerleiste 50 zugeführt, was dazu führt, dass die Kraftstoffausflussmenge QP gleich Null wird (QP = 0).
Andererseits wird, wenn der Elektromagnet 14 mit Strom versorgt ist, wie in dem Kraftstoffausflusshub 2 (zwischen Zeitpunkten T4, T5), das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 geschlossen, wie in 2B gezeigt. Zu dieser Zeit wird der Kraftstoff, der von der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 an den Zufuhrkanal 35 abgegeben wird, der Kraftstoffverteilerleiste 50 über das Rückschlagventil 36 zugeführt. Darüber hinaus entspricht die Kraftstoffausflussmenge QP zu diesem Zeitpunkt einer maximalen Kraftstoffausflussmenge QPmax, so dass gilt: QP = QPmax.
Weiterhin wird, wenn der Elektromagnet 10 vom Zeitpunkt t aus (T6 < t < T7) in einem Hub mit Strom versorgt wird, wie in dem Kraftstoffausflusshub 3 (zwischen Zeitpunkten T6 und T7) das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 nach dem Zeitpunkt t geschlossen. Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 22 zwischen den Zeitpunkten t und T7 wird daher nur jener Kraftstoff, der von der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 dem Zufuhrkanal 35 zugeführt wird, der Kraftstoffverteilerleiste 50 über das Rückschlagventil 36 zugeführt. Die Kraftstoffausflussmenge QP zu diesem Zeitpunkt liegt in einem Bereich, der niedriger ist als die maximale Kraftstoffausflussmenge QPmax, so dass gilt: 0 < QP < QPmax.
Wie aus den voranstehenden Ausführungen deutlich wird, wird durch Stromversorgung des Elektromagneten 14 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in dem Kraftstoffausflusshub die Kraftstoffausflussmenge QP auf eine gewünschte Menge eingestellt, innerhalb des Bereiches von Null bis zur maximalen Kraftstoffausflussmenge (also 0 ≤ QP ≤ QPmax). Hierbei wird darauf hingewiesen, dass eine Beziehung zwischen dem Stromversorgungsstartzeitpunkt des Elektromagneten 14 und der Kraftstoffausflussmenge QP vorhanden ist, wie sie in 4 dargestellt ist, so dass, je stärker der Stromversorgungsstartzeitpunkt des Elektromagneten 14 verzögert wird, die Kraftstoffausflussmenge QP desto kleiner wird. Wird daher der Zusammenhang gemäß 4 vorher in der ECU 60 gespeichert, so kann der Stromversorgungsstartzeitpunkt des Elektromagneten 14 (Abszisse) aus der Kraftstoffausflussmenge QP (Ordinate) bestimmt werden.
Um den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste 50 auf dem momentanen Wert zu halten, müssen die Flussrate des Kraftstoffs, der durch die Kraftstoffeinspritzventile 51 bis 54 eingespritzt wird (also die Flussrate des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffverteilerleiste 50 herausfließt) und die Flussrate des Kraftstoffs, der von der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 abgegeben wird (also die Flussrate des Kraftstoffs, der in die Kraftstoffverteilerleiste 50 hineinfließt) nur so gesteuert werden, dass sie gleich werden. Daher kann man sich überlegen, dass die Menge, die durch Addieren der Kraftstoffeinspritzmenge (der FF-Menge) pro Zylinder erhalten wird, die von jedem der Kraftstoffeinspritzventile 51 bis 54 eingespritzt wird, und der Kraftstoffausflussmenge (der FB-Menge) der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 erhalten wird, als die Kraftstoffmenge QP festgelegt ist, die an die Kraftstoffverteilerleiste 50 abgegeben werden soll. Hierbei wird die Kraftstoffausflussmenge (die FB-Menge) auf Grundlage einer Druckabweichung zwischen dem Sollkraftstoffdruck PO, der in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 40 eingestellt ist, und dem Kraftstoffdruck PF erhalten, der von dem Kraftstoffdrucksensor 61 erfasst wird.
Die Kraftstoffeinspritzmenge stellt eine Menge dar, die von der ECU selbst als bekannte Menge an Kraftstoff erfasst werden kann, die aus der Kraftstoffverteilerleiste 50 herausfließt, und wird daher als eine FF-Menge eingestellt, zur Ergänzung der Menge an herausfließendem Kraftstoff. Weiterhin stellt die Kraftstoffausflussmenge (die FB-Menge) der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 eine Rückkopplungskorrekturmenge dar, die mittels Proportional-Integral-Regelung oder dergleichen berechnet wird, wenn sich eine Druckabweichung infolge einer Änderung der Genauigkeit oder einer Verschlechterung von Bauteilen oder Elementen in dem Kraftstoffzufuhrsystem ergibt, ohne Berücksichtigung der FF-Menge, die der Kraftstoffverteilerleiste 50 zugeführt wird.
Die maximale Kraftstoffausflussmenge QPmax in einem Ausflusshub der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 ändert sich jedoch, abhängig davon, wie häufig Kraftstoff an die Kraftstoffverteilerleiste 50 abgegeben werden kann, während der Kraftstoffeinspritzhub einen Durchgang durch die jeweiligen Zylinder durchführt, also während jener Zeit, in welcher die Brennkraftmaschine zwei Umdrehungen macht (also 720°CA). So ist beispielsweise 5 ein Zeitablaufdiagramm, welches den allgemeinen, grundlegenden Steuervorgang der Einrichtung erläutert, während die Brennkraftmaschine 40 zwei Umdrehungen durchführt (also in einem Winkelbereich von 720°CA).
In 5 ist die Beziehung zwischen Zeitpunkten Ti zur jeweiligen Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge Qi bei der Vierzylinderbrennkraftmaschine in jenem Fall, in welchem die Anzahl an Nockenspitzen gleich 3 ist, Zeitpunkte, an welchen die Kraftstoffeinspritzventile 51 bis 54 tatsächlich in Betrieb gesetzt werden, ersten Berechnungszeitpunkten Ti zur Ausführung oder Betätigung eines Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitts und eines Kraftstoffeinspritzventilsteuereinstellabschnitts, zweiten Berechnungszeitpunkten Tp zur Ausführung oder Betätigung eines FF-Mengenberechnungsabschnitts, eines FB-Mengenberechnungsabschnitts und eines Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitts, und Kraftstoffausflusshüben gezeigt, bei denen Kraftstoff tatsächlich abgegeben wird, sowie Kraftstoffausflussmengen QP1 bis QP3.
In 5 werden zunächst vier Kraftstoffeinspritzsteuerzeitpunkte (die ersten Berechnungszeitpunkte) Ti1, Ti2, Ti3 und Ti4 eingestellt, und es werden die Kraftstoffeinspritzmengen Qi1, Qi2, Qi3 und Qi4, die in den jeweiligen Zylinder eingespritzt werden sollen, an den ersten Berechnungszeitpunkten Ti1, Ti2, Ti3 bzw. Ti4 berechnet. Weiterhin werden vorbestimmte Einspritzzeitpunkte und Kraftstoffeinspritzimpulsbreiten auf die selbe Weise, wie voranstehend geschildert, eingestellt.
Andererseits werden drei Kraftstoffdrucksteuerzeitpunkte Tp1, Tp2 und Tp3 (die zweiten Berechnungszeitpunkte) in Abständen von 240°CA innerhalb eines Bereiches von 720°CA eingestellt, in welchem Kraftstoffeinspritzhübe für den jeweiligen Zylinder einen Durchlauf durchführen. Unter diesen wird eine Gesamtmenge (Qi4 + Qi1) der Kraftstoffeinspritzmengen Qi4, Qi1 für zwei Zylinder (Nr. 4, Nr. 1) am ersten, zweiten Berechnungszeitpunkt Tp1 als eine FF-Menge berechnet, und wird in einem ersten Ausflusshub 1 als eine FF-Menge QP1 abgegeben (= Qi4 + Qi1: das doppelte der Kraftstoffeinspritzmenge).
Weiterhin wird die Kraftstoffeinspritzmenge Qi2 für einen Zylinder (Nr. 2) der übrigen zwei Zylinder berechnet als eine FF-Menge, an dem folgenden, zweiten Berechnungszeitpunkt Tp2, und wird in einem zweiten Ausflusshub 2 als eine FF-Menge QP2 abgegeben (= Qi2: gleich der Kraftstoffeinspritzmenge). Entsprechend wird die Kraftstoffeinspritzmenge Qi3 für den anderen Zylinder (Nr. 3) der übrigen zwei Zylinder berechnet als eine FF-Menge an dem endgültigen, zweiten Berechnungszeitpunkt Tp3, und wird in einem dritten Ausflusshub 3 als eine FF-Menge QP3 (= Qi3: gleich der Kraftstoffeinspritzmenge) abgegeben. Dies führt dazu, dass der Saldo zwischen zufließendem und abfließendem Kraftstoff der Kraftstoffverteilerleiste 50 insgesamt gleich Null wird, und daher der vorhandene Kraftstoffdruck PF aufrechterhalten wird.
Daher ist, im Falle einer Anzahl von drei der Nockenspitzen 3, wenn die Situation unverändert bleibt, der Kraftstoffausflusszyklus ein Zeitraum, der 1,5mal so groß ist wie die Anzahl an Umdrehungen pro Minute der Brennkraftmaschine (3 Ausflüsse für jeweils zwei Drehungen der Brennkraftmaschine), wie voranstehend erwähnt, so dass der Ausflusszeitraum mit höherer Geschwindigkeit abläuft (also kürzer wird), im Vergleich zu dem Fall, in welchem eine Anzahl von 2 an Nockenspitzen vorhanden ist, was zu einem Nachteil in Bezug auf die Verschleißfestigkeit auf den Gleitoberflächen zwischen dem Kolben 22 und dem Pumpenzylinder 21 und auf den Berührungsoberflächen zwischen dem Kolben 22 und dem Nocken 25 führt. Zusätzlich muss, da die maximale Kraftstoffausflussmenge QPmax benötigt wird, die doppelt so groß ist wie die maximale Kraftstoffeinspritzmenge Qimax, die Druckkammer 23 vergrößert werden, und wird die Lebensdauer beeinträchtigt, infolge erhöhter mechanischer Spannungen bei den Berührungsoberflächen zwischen dem Kolben 22 und dem Nocken 25.
Um das voranstehend geschilderte Problem zu vermeiden, verwendet daher der FF-Mengenberechnungsabschnitt (der nachstehend erläutert wird) in der ECU 60 die Kraftstoffeinspritzmenge, multipliziert mit M/N (N < M) als eine FF-Menge bei der Kraftstoffausflussmenge der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 in N Zeiten, an welchen der Kraftstoffeinspritzhub zu den jeweiligen Zylindern (wobei die Anzahl der Zylinder gleich M ist) einen Durchlauf durchführt. Daher wird ermöglicht, die Verlässlichkeit bei der Beziehung zwischen dem Ausflusszyklus und der maximalen Kraftstoffausflussmenge QPmax der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 zu verbessern, ohne einen erheblichen Kostenanstieg, durch Einstellung des Ausflusszyklus auf eine niedrigere Geschwindigkeit, und der maximalen Kraftstoffausflussmenge QPmax auf einen kleineren Wert.
Das Ergebnis von Vergleichen zwischen den Eigenschaften der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 in Bezug auf die Anzahl an Nockenspitzen ist in 6 dargestellt. In 6 zeigt eine gestrichelte Linie die Eigenschaften gemäß einer herkömmlichen Einrichtung, und eine durchgezogene Linie die Eigenschaften gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Darüber hinaus wird in 6, wenn die Anzahl an Nockenspitzen zunimmt, damit der Kraftstoffausflusszyklus höher (Hz) wird, die Verschleißfestigkeit auf den Gleitoberflächen oder den Berührungsoberflächen beeinträchtigt, wogegen dann, wenn die maximale Kraftstoffausflussmenge QPmax zunimmt, die Druckkammer 23 vergrößert werden muss, und die Standfestigkeit infolge einer Erhöhung der mechanischen Spannungen beeinträchtigt wird. Anders ausgedrückt, hat sich herausgestellt, dass die Verlässlichkeit der Kraftstoffdrucksteuerung in beiden Fällen verringert wird. Weiterhin kann in einem Fall, in welchem zwei Hochdruckkraftstoffpumpen eingesetzt werden, die parallel arbeiten, mit einer Anzahl von 2 an Nockenspitzen, wie voranstehend erwähnt, die Verlässlichkeit verbessert werden, jedoch führt dies zu einem erheblichen Kostenanstieg.
Als nächstes wird die spezielle, innere Konstruktion der ECU 60 in 1 beschrieben, unter Bezugnahme auf 7. 7 ist ein Blockdiagramm, welches die spezielle oder konkrete Konstruktion der ECU 60 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei gleiche oder entsprechende Teile oder Elemente wie jene, die voranstehend beschrieben wurden (vergleiche 1) mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet wird. In 7 weist die ECU 60 einen Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt 70 auf, einen Kraftstoffeinspritzventilsteuerabschnitt 71, einen FF-Mengenberechnungsabschnitt 72, einen FB-Mengenberechnungsabschnitt 73, und einen Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitt 74.
Der Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt 70 legt die Drehwinkelposition der Brennkraftmaschine 40 fest, auf Grundlage der Beziehung zwischen der Drehphase der Nockenwelle 24, die von dem Ausgangssignal (Impulssignal) des Nockenwinkelsensors 65 erhalten wird, und der Drehphase der Kurbelwelle, die von dem Ausgangssignal (Impulssignal) des Kurbelwinkelsensors 62 erhalten wird. Weiterhin, auf Grundlage von Betriebszustandsinformation von verschiedenen Arten nicht dargestellter Sensoren, zusätzlich zur Anzahl an Umdrehungen NE pro Minute der Brennkraftmaschine, erhalten von dem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 62, und des Ausmaßes der Betätigung AP des Gaspedals 63, erfasst vom Gaspedalpositionssensor 64, berechnet der Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt 70 die Kraftstoffeinspritzmengen Qi, die von den Kraftstoffeinspritzventilen 51 bis 54 für den jeweiligen Zylinder eingespritzt werden sollen, die gesteuert werden sollen.
Der Kraftstoffeinspritzventilsteuerabschnitt 71 legt die Einspritzimpulsbreiten zum Betrieb des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventils 51 bis 54 fest, auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge Qi pro Zylinder, berechnet von dem Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt 70, und stellt den jeweilige Antriebszeitpunkt für das jeweilige Kraftstoffeinspritzventil 51 bis 54 ein. Daher werden die Kraftstoffeinspritzventile 51 bis 54 mit den Antriebszeitpunkten betrieben, die von dem Kraftstoffeinspritzventilsteuerabschnitt 71 eingestellt werden.
Der FF-Mengenberechnungsabschnitt 72 multipliziert die Kraftstoffeinspritzmenge Qi mit M/N (= 4/3), auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge Qi, die von dem Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt 70 berechnet wird, und berechnet die Kraftstoffeinspritzmenge Qi, die so mit 4/3 multipliziert wurde (also 4Qi/3) nur N male (also 3 male) als eine FF-Menge (Vorwärtskopplungsmenge) bei der Kraftstoffausflussmenge der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 während jener Zeit, in welcher der Kraftstoffeinspritzhub einen Durchlauf bei den jeweiligen Zylindern durchführt. Im einzelnen wird die FF-Menge bei jedem zweiten Berechnungszeitpunkt berechnet, auf Grundlage eines mittleren Wertes von Kraftstoffeinspritzmengen, wie dies nachstehend erläutert wird.
Der FB-Mengenberechnungsabschnitt 73 berechnet den Sollkraftstoffdruck PO in der Kraftstoffverteilerleiste 50 auf Grundlage der Betriebszustandsinformation von den verschiedenen Arten der Sensoren, und zusätzlich auf Grundlage der Anzahl an Umdrehungen pro Minute NE der Brennkraftmaschine, die von dem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 62 erhalten wird, und des Ausmaßes AP der Betätigung des Gaspedals 63, das von dem Gaspedalpositionssensor 64 erhalten wird. Weiterhin berechnet der FB-Mengenberechnungsabschnitt 73 die FB-Menge bei der Kraftstoffausflussmenge der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 auf Grundlage der Druckabweichung zwischen dem so berechneten Sollkraftstoffdruck PO und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck PF, der von dem Kraftstoffdrucksensor 61 erfasst wird.
Der Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitt 74 berechnet die Kraftstoffmenge QP, die von der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 an die Kraftstoffverteilerleiste 50 abgegeben werden soll, durch Addieren der FF-Menge, die von dem FF-Mengenberechnungsabschnitt 72 berechnet wird, und der FB-Menge, die von dem FB-Mengenberechnungsabschnitt 73 berechnet wird, und stellt den Antriebszeitpunkt für das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 ein. Dies führt dazu, dass das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 mit dem Antriebszeitpunkt betrieben wird, das von dem Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitt 74 eingestellt wird.
Weiterhin hat die Hochdruckkraftstoffpumpe 20 N Kraftstoffausflusshübe in Bezug auf die Kraftstoffverteilerleiste 50 während jener Zeit, wenn der Kraftstoffeinspritzhub einen Durchlauf bei den jeweiligen Zylindern durchführt, wie voranstehend bereits erwähnt. Hierbei wird darauf hingewiesen, dass N eine positive ganze Zahl nicht kleiner als 2 ist, und kleiner ist als die Anzahl M an Zylindern (> 3) (also N < M), wobei der Wert von M/N keine positive ganze Zahl ist. Beim vorliegenden Beispiel beträgt N gleich 3 für die Anzahl M von 4 an Zylindern.
Nunmehr wird Bezug auf den Steuervorgang der Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genommen, unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 8. Es wird darauf hingewiesen, dass die Steuerroutine von 8 an den vorbestimmten drei zweiten Ausführungszeitpunkten ausgeführt wird, also nach Auftreten des zweiten Berechnungszeitpunkts Tp1, Tp2 bzw. Tp3, in 5.
In 8 wird zunächst eine Identifizierungsnummer TP zum Identifizieren des momentanen Ausführungszeitpunkts gelesen (Schritt S101). Es wird darauf hingewiesen, dass die Identifizierungsnummer TP einem der zweiten Berechnungszeitpunkte Tp1, Tp2 und Tp3 entspricht (siehe 5). Dann wird aus der so gelesenen Identifizierungsnummer TP festgestellt, ob der momentane Ausführungszeitpunkt irgendeines der zweiten Berechnungszeitpunkte Tp1, Tp2 und Tp3 ist (Schritt S102), und werden jeweilige Prozesse abhängig von den unterschiedlichen Ergebnissen der Ermittlung durchgeführt.
Wenn daher im Schritt S102 festgestellt wird, dass die Identifizierungsnummer TP gleich Tp1 ist (TP = Tp1), wird ein Mittelwert der Kraftstoffeinspritzmengen Qi4, Qi1 (siehe 5), berechnet für eine Dauer von dem letzten Ausführungszeitpunkt Tp3 zu dem momentanen Ausführungszeitpunkt Tp1, mit 4/3 multipliziert, um das 4/3-fache des Mittelwertes als eine FF-Menge zur Verfügung zu stellen (Schritt S103), und dann geht der Ablauf der Steuerung zum folgenden Schritt S106 über. Die FF-Menge zu diesem Zeitpunkt ist durch den folgenden Ausdruck (1) gegeben. FF = (Qi4 + Qi1)/2 × (4/3) (1)
Zusätzlich wird, wenn im Schritt S102 festgestellt wird, dass die Identifizierungsnummer TP gleich Tp2 ist (TP = Tp2), die Kraftstoffeinspritzmenge Qi2 (siehe 5), die für eine Dauer von dem letzten Ausführungszeitpunkt Tp1 bis zum momentanen Ausführungszeitpunkt Tp2 berechnet wurde, mit 4/3 multipliziert, um das 4/3-fache von Qi2 als eine FF-Menge zur Verfügung zu stellen (Schritt S104), und dann geht der Steuerablauf zum Schritt S106 über. Die FF-Menge zu diesem Zeitpunkt ist durch den folgenden Ausdruck (2) gegeben. FF = Qi2 × (4/3) (2)
Weiterhin wird, wenn im Schritt S102 festgestellt wird, dass die Identifizierungsnummer TP gleich Tp3 ist (TP = Tp3), die Kraftstoffeinspritzmenge Qi3 (siehe 5), die für eine Dauer von dem letzten Ausführungszeitpunkt Tp2 zum momentanen Ausführungszeitpunkt Tp3 berechnet wurde, mit 4/3 multipliziert, um das 4/3-fache von Qi3 als eine FF-Menge zur Verfügung zu stellen (Schritt S105), und dann geht der Steuerablauf zum Schritt S106 über. Die FF-Menge zu dieser Zeit ist durch den folgenden Ausdruck (3) gegeben. FF = Qi3 × (4/3) (3)
Die Prozesse der voranstehend angegebenen Schritte S101 bis S105 entsprechen dem Betrieb des FF-Mengenberechnungsabschnitts 72 (siehe 7) in der ECU 60. Dann wird der Kraftstoffdruck PF gelesen, der von dem Kraftstoffdrucksensor 61 erfasst wurde (Schritt S106), und wird die Anzahl NE an Umdrehungen pro Minute der Brennkraftmaschine gelesen, die von dem Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 62 erhalten wird (Schritt S107), und wird das Ausmaß AP der Betätigung des Gaspedals 63 gelesen, das von dem Gaspedalpositionssensor 64 erfasst wird (Schritt S108).
Dann wird der Sollkraftstoffdruck PO auf Grundlage linearer Funktionskennfelddaten aus der Anzahl NE an Umdrehungen pro Minute der Brennkraftmaschine, gelesen im Schritt S107, und dem Ausmaß AP der Betätigung des Gaspedals 63 eingestellt, gelesen im Schritt S108 (Schritt S109). Weiterhin wird eine Druckabweichung ΔPF zwischen dem Sollkraftstoffdruck PO, der im Schritt S109 eingestellt wurde, und dem Kraftstoffdruck PF berechnet, der im Schritt S106 gelesen wurde, wie in dem folgenden Ausdruck (4) angegeben (Schritt S110). ΔPF = PO – PF (4)
Dann wird die FB-Menge berechnet, auf Grundlage einer Proportional-Integral-Berechnung, auf Grundlage der Druckabweichung ΔPF, die im Schritt S110 berechnet wurde, wie sich aus dem folgenden Ausdruck (5) ergibt. FB = Kp × ΔPf + Σ(Ki × ΔPF) (5) wobei Kp eine Proportionalverstärkung bei der Proportional-Integral-Berechnung im Ausdruck (5) angibt, und Ki eine Integralverstärkung.
Die Prozesse der voranstehend geschilderten Schritte S106 bis S111 entsprechen dem Betrieb des FB-Mengenberechnungsabschnitts 73 (siehe 7) in der ECU 60.
Dann wird die Kraftstoffausflussmenge QP der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 bestimmt, durch Addieren der FF-Menge, die zum momentanen Ausführungszeitpunkt berechnet wurde (in einem der Schritte S103 bis S105), und der FB-Menge, die im Schritt S111 berechnet wurde, wie aus dem folgenden Ausdruck (6) hervorgeht (Schritt S112). QP = FF + FB (6)
Dann wird das Stromversorgungsstartzeitpunkt ST des Elektromagneten 14 in dem Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 bestimmt, unter Verwendung der Eigenschaftsdaten zwischen dem Stromversorgungsstartzeitpunkt ST, das vorher in der ECU 60 gespeichert wurde, und der Kraftstoffausflussmenge QP (siehe 4), entsprechend der Kraftstoffausflussmenge QP, die im Schritt S112 bestimmt wurde (Schritt S113). Dann wird der Stromversorgungsstartzeitpunkt ST des Elektromagneten 14, das im Schritt S113 bestimmt wurde, eingestellt (Schritt S114), und dann verlässt der Ablauf der Steuerung die Verarbeitungsroutine von 8. Die Prozesse gemäß den voranstehend geschilderten Schritten S113 und S114 entsprechen dem Betrieb des Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitts 74 (siehe 7) in der ECU 60.
Dann wird, durch Stromversorgung des Elektromagneten 14 zu einem vorbestimmten Stromversorgungsstartzeitpunkt ST (eingestellt im Schritt S113) in dem Kraftstoffausflusshub Kraftstoff von der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 abgegeben, um der Kraftstoffverteilerleiste 50 zugeführt zu werden. Wenn man hierbei annimmt, dass der Gesamtwert der Kraftstoffmengen, die während jener Zeit eingespritzt werden, wenn der Kraftstoffeinspritzhub einen Durchlauf bei den jeweiligen Zylindern durchführt, mit Qisum bezeichnet wird, ergibt sich die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge Qisum aus folgendem Ausdruck (7). Qisum = Qi1 + Qi2 + Qi3 + Qi4 (7)
Wenn man annimmt, dass die Vierzylinderbrennkraftmaschine 40 stabil arbeitet, und dass im Wesentlichen die gleiche Kraftstoffeinspritzmenge Qi in jeden der Zylinder eingespritzt wird, kann der Ausdruck (7) durch den folgenden Ausdruck (8) ersetzt werden. Qisum = 4Qi (8)
Andererseits wird, unter der Annahme, dass der Gesamtwert der FF-Mengen während jener Zeit, in welcher der Kraftstoffeinspritzhub einen Durchgang bei den jeweiligen Zylindern durchführt, mit FFsum bezeichnet wird, der Gesamtwert FFsum der FF-Mengen, die an Ausführungszeitpunkten (zweiten Berechnungszeitpunkten) Tp1, Tp2 und Tp3 berechnet wurden, so repräsentiert, wie dies in dem folgenden Ausdruck (9) angegeben ist. FFsum = (Qi1 + Qi4)/2 × (4/3) + Qi2 × (4/3) + Qi3 × (4/3) (9)
Daher kann, unter der Annahme, dass die Vierzylinderbrennkraftmaschine 40 stabil läuft, und dass im Wesentlichen die gleiche Kraftstoffeinspritzmenge Qi in jeden der Zylinder eingespritzt wird, der voranstehende Ausdruck (9) in den folgenden Ausdruck (10) umgeformt werden. FFsum = (Qi + Qi)/2 × (4/3) + Qi × (4/3) + Qi × (4/3) = 4Qi (10)
Dies führt dazu, dass der Kraftstoffsaldo der Kraftstoffverteilerleiste 50 gleich Null wird, wie aus den Ausdrücken (8) und (10) deutlich wird, so dass der Kraftstoffdruck PF in der Kraftstoffverteilerleiste 50 auf dem vorhandenen Wert gehalten wird.
Anders ausgedrückt kann, trotz der Tatsache, dass die übliche Hochdruckkraftstoffpumpe 20 mit drei Nockenspitzen (= 3) eingesetzt wird, die maximale Kraftstoffausflussmenge QPmax, die für einen Ausflusshub erforderlich ist, auf das 4/3-fache der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge Qimax pro Zylinder verringert werden. Noch anders ausgedrückt, ist keine Menge erforderlich, die doppelt so groß ist wie die maximale Kraftstoffeinspritzmenge Qimax, die bei der Steuerung nach dem Stand der Technik (siehe 5) erforderlich ist.
Obwohl die FF-Menge zu dem Zeitpunkt berechnet wird, an welchem die Identifizierungsnummer TP = Tp1 ist, wie aus dem voranstehend angegebenen Ausdruck (1) hervorgeht, im Schritt S103 in 8, kann sie auch so berechnet werden, wie dies im folgenden Ausdruck (11) angegeben ist, unter der Annahme von Qi4 = Qi1, um die Softwareverarbeitung zu vereinfachen. FF = Qi1 × (4/3) (11)
Obwohl einfach ein Berechnungsverfahren eingesetzt wird, bei welchem die Kraftstoffeinspritzmenge Qi4 zum Zylinder Nr. 4 verringert wird, wie im voranstehenden Ausdruck (11) angegeben, ist es möglich, im Wesentlichen den gleichen Kraftstoffsaldo wie voranstehend geschildert zu erhalten.
Wie voranstehend geschildert, weist die Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Kraftstoffeinspritzventile 51 bis 54 auf, die jeweils für einen zugehörigen Zylinder vorgesehen sind, zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine 40 mit einer Anzahl von M Zylindern (M ≥ 3), den Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt 70, der die Kraftstoffeinspritzmenge Qi pro Zylinder berechnet, die in jeden der Zylinder eingespritzt werden soll, den Kraftstoffeinspritzventilsteuerabschnitt 71, der die Einspritzimpulsbreite jedes der Kraftstoffeinspritzventile 51 bis 54 festlegt, auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge Qi, um hierdurch den Betriebszeitpunkt für jedes der Kraftstoffeinspritzventile 51 bis 54 einzustellen, die Kraftstoffverteilerleiste 50, die gemeinsam mit den Kraftstoffeinspritzventilen 51 bis 54 verbunden ist, um Kraftstoff unter hohem Druck zu speichern, den Kraftstoffdrucksensor 61, der den Kraftstoffdruck PF in der Kraftstoffverteilerleiste 50 erfasst, die Hochdruckkraftstoffpumpe 20, welche drei Kraftstoffausflusshübe in Bezug auf die Kraftstoffverteilerleiste 50 während jener Zeit ausführt, in welcher der Kraftstoffeinspritzhub einen Durchgang bei den jeweiligen Zylindern durchführt, das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10, welches die Kraftstoffausflussmenge QP der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 einstellt, den FF-Mengenberechnungsabschnitt 72, welcher die Vorwärtskopplungsmenge (FF-Menge) bei der Kraftstoffausflussmenge QP der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 berechnet, auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge Qi, den FB-Mengenberechnungsabschnitt 73, der die Rückkopplungsmenge (FB-Menge) bei der Kraftstoffausflussmenge der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 berechnet, auf Grundlage der Druckabweichung zwischen dem Sollkraftstoffdruck PO, der entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 40 eingestellt wird, und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck PF, der von dem Kraftstoffdrucksensor 61 erfasst wird, und den Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitt 74, der die Kraftstoffausflussmenge QP der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 dadurch festlegt, dass er die FF-Menge und die FB-Menge miteinander addiert, und den Betriebszeitpunkt des Kraftstoffausflussmengensteuerventils 10 einstellt.
Der Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt 70, der Kraftstoffeinspritzventilsteuerabschnitt 71, der FF-Mengenberechnungsabschnitt 72, der FB-Mengenberechnungsabschnitt 73 und der Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitt 74 werden durch die ECU 60 gebildet, die einen Mikrocomputer aufweist. Weiterhin verwendet der FF-Mengenberechnungsabschnitt 72 die Kraftstoffeinspritzmenge Qi, multipliziert mit 4/3, als die FF-Menge bei der Kraftstoffausflussmenge QP der Hochdruckkraftstoffpumpe 20, und zwar dreimal, wenn der Kraftstoffeinspritzhub bezüglich der Zylinder der Vierzylinderbrennkraftmaschine 40 einen Durchlauf durchführt.
Dies führt dazu, dass die maximale Kraftstoffausflussmenge QPmax auf das etwa (4/3)/2(= 2/3))-fache verringert werden kann, wenn die Hochdruckkraftstoffpumpe 20 mit einer Anzahl an Nockenspitzen von 3 beispielsweise bei der Vierzylinderbrennkraftmaschine 40 eingesetzt wird. Daher wird die mechanische Spannung auf den Berührungsoberflächen zwischen dem Kolben 22 und dem Nocken 25 zum Zeitpunkt der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge Qimax verringert, um deren Standfestigkeit zu verbessern, und kann gleichzeitig das Volumen der Druckkammer 23 der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 auf etwa 2/3 im Vergleich zum Stand der Technik verringert werden. Darüber hinaus kann, wenn die maximale Kraftstoffausflussmenge QPmax auf die selbe Menge wie in der Vergangenheit eingestellt wird, während beispielsweise die Hochdruckkraftstoffpumpe 20 mit drei Nockenspitzen verwendet wird, die vorliegende Erfindung speziell bei einer Brennkraftmaschine mit hoher Leistung mit einer erheblichen maximalen Kraftstoffeinspritzmenge Qimax eingesetzt werden, ohne deren Standfestigkeit zu beeinträchtigen.
Obwohl hier ein Teil geschildert wurde, bei welchem die Hochdruckkraftstoffpumpe 20 mit drei Kraftstoffausflusshüben (wobei daher die Anzahl an Nockenspitzen N = 3 ist) bei der Vierzylinderbrennkraftmaschine 40 eingesetzt wird (also mit einer Anzahl M von 4 der Zylinder), ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern kann bei jeder Brennkraftmaschine eingesetzt werden, die eine beliebige Anzahl an Zylindern M und eine beliebige Anzahl an Nockenspitzen N aufweist, wenn die Anzahl M an Zylindern und die Anzahl N an Nockenspitzen folgende Beziehung erfüllen: M ≥ 3, N ≥ 2, M > N, und M/N nicht ganzzahlig ist. So kann beispielsweise eine Hochdruckdruckkraftstoffpumpe mit zwei Kraftstoffausflusshüben (also mit einer Anzahl N = 2 von Nockenspitzen) bei einer Brennkraftmaschine mit drei Zylindern eingesetzt werden (also eine Anzahl von 3 von Zylindern), oder kann eine Hochdruckkraftstoffpumpe mit drei oder vier Kraftstoffausflusshüben (N = 3 oder 4) bei einer Brennkraftmaschine mit fünf Zylindern (M = 5) eingesetzt werden, oder kann eine Hochdruckkraftstoffpumpe mit vier oder fünf Kraftstoffausflusshüben (N = 4 oder 5) bei einer Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern (M = 6) eingesetzt werden. Selbstverständlich können auch in diesen Fällen ähnliche Betriebsauswirkungen wie voranstehend geschildert erzielt werden.
Weiterhin kann, obwohl kein spezieller Steuerbereich der Kraftstoffausflussmenge QP angegeben wurde, der Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitt 74 die maximale Kraftstoffausflussmenge QPmax einstellen, die in einem Kraftstoffausflusshub der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 abgegeben wird, auf einem Bereich, der vom 4/3-fachen (einschließlich) bis zu weniger als dem 2-fachen der maximalen Kraftstoffeinspritzmenge pro Zylinder reicht. Bei einer derartigen Einstellung wird ermöglicht, selbst wenn verschiedene Bedingungen wie die Umgebungsbedingungen der Brennkraftmaschine 40 oder dergleichen berücksichtigt werden, die voranstehend geschilderten Betriebsauswirkungen verlässlich zu erzielen.
Weiterhin ist der Kraftstoffdrucksensor 61 vorgesehen, der den tatsächlichen Zufuhrdruck PF in der Kraftstoffverteilerleiste 50 erfasst, und der FB-Mengenberechnungsabschnitt 73, der die Rückkopplungsmenge bei der Kraftstoffausflussmenge der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 als die FB-Menge berechnet. Der FB-Mengenberechnungsabschnitt 73 dient dazu, den Sollkraftstoffdruck PO einzustellen, in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 40, und berechnet die FB-Menge auf Grundlage der Druckabweichung des Kraftstoffdrucks Pf gegenüber dem Sollkraftstoffdruck PO. Der Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitt 74 bestimmt die Kraftstoffausflussmenge der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 dadurch, dass die FF-Menge und die FB-Menge miteinander addiert werden, so dass Kraftstoffdruckregelfehler infolge einer Änderung der Genauigkeit und/oder Beeinträchtigung von Bestandteilen des Kraftstoffzufuhrsystems kompensiert werden können. Wenn eine Druckabweichung zwischen dem Kraftstoffdruck PF, der erfasst wird, und dem Sollkraftstoffdruck PO auftritt, obwohl die FF-Menge der Kraftstoffverteilerleiste 50 zugeführt wird, kann der Kraftstoffdruck durch die FF-Menge korrigiert werden, die durch eine Proportional-Integral-Regelung und dergleichen berechnet wird.
Ausführungsform 2
Obwohl dies nicht speziell bei der voranstehend geschilderten, ersten Ausführungsform angegeben wurde, ist es bei einer Brennkraftmaschine, die einen Drehphaseneinstellabschnitt zur Einstellung der Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Kurbelwelle aufweist, wünschenswert, die Positionsbeziehung des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkte so vorher einzustellen, dass nicht die Reihenfolge des Auftretens des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkte geändert wird, wenn die Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle eingestellt wird, auf die Seite des am stärksten verzögerten Winkels oder auf die Seite des am stärksten vorgestellten Winkels.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird, die einen Drehphaseneinstellabschnitt aufweist. Der Gesamtaufbau einer Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ebenso wie jener, der in 1 gezeigt ist, mit Ausnahme eines Teils der funktionellen Ausbildung der ECUs 60 (vergleiche die 1 und 7). Im vorliegenden Fall ist die ECU 60 von 7 mit einem Drehphaseneinstellabschnitt (nicht dargestellt) versehen, der dazu dient, die Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle einzustellen, auf Grundlage der Drehphase der Kurbelwelle, die von dem Kurbelwinkelsensor 62 erfasst wird, und der Drehphase der Nockenwelle 24, die von dem Nockenwinkelsensor 65 erfasst wird.
Darüber hinaus ist die ECU 60 mit einem ersten Berechnungszeitpunkterzeugungsabschnitt und einem zweiten Berechnungszeitpunkterzeugungsabschnitt versehen. Der erste Berechnungszeitpunkterzeugungsabschnitt erzeugt erste Berechnungszeitpunkte, um zumindest einen Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt an ersten Winkelpositionen auszuführen oder zu betätigen, die mit der Drehphase der Kurbelwelle synchronisiert sind, und der zweite Berechnungszeitpunkterzeugungsabschnitt erzeugt zweite Berechnungszeitpunkte, um zumindest einen FF-Mengenberechnungsabschnitt an zweiten Winkelpositionen auszuführen oder zu betätigen, die mit der Drehphase der Nockenwelle 24 synchronisiert sind. Weiterhin ist die Positionsbeziehung der Reihenfolge des Auftretens des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkts so vorher eingestellt, dass jeder zweite Berechnungszeitpunkt unmittelbar nach einem ersten entsprechenden Berechnungszeitpunkt erzeugt wird, wenn die Drehphase der Nockenwelle in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle auf die Seite des am weitesten verzögerten Winkels oder auf die Seite des am weitesten vorgestellten Winkels eingestellt wird, durch den Drehphaseneinstellabschnitt.
Zunächst wird der grundlegende Steuerablauf der Brennkraftmaschine 40 mit dem Drehphaseneinstellabschnitt zur Einstellung der Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle beschrieben, unter Bezugnahme auf die Zeitablaufdiagramme der 9A und 9B, wobei ein Fall als Beispiel dient, bei welchem die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht eingesetzt wird. 9A erläutert die Positionsbeziehung des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkts Ti und Tp, wenn die Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle sich an der „Seite des am stärksten verzögerten Winkels” befindet. 9B erläutert die Positionsbeziehung des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkts Ti und Tp, wenn sich die Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle an der „Seite des am stärksten vorgestellten Winkels” befindet.
In den 9A und 9B ist die Beziehung zwischen der Positionsbeziehung des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkts Ti und Tp und der tatsächlich berechneten FF-Menge, wenn die Anzahl an Nockenspitzen für die Hochdruckkraftstoffpumpe 20 auf 3 bei der Brennkraftmaschine 40 des Typs mit einstellbarer Phase eingestellt ist, welche den Drehpositionseinstellabschnitt aufweist, schematisch dargestellt, zum Vergleich zwischen dem Betrieb zum Zeitpunkt des am stärksten verzögerten Winkels (9A) und dem Betrieb zum Zeitpunkt des am stärksten vorgestellten Winkels (9B).
Weiterhin sind Winkelabstände TD zwischen den entsprechenden ersten und zweiten Berechnungszeitpunkten Ti und Tp als Winkelabstände TD1, TD2, TD3 und TD4 zu jeweiligen Zeitpunkten angegeben. Weiterhin wird in Bezug auf die zweiten Kalibrierzeitpunkte Tp ein Unterschied zwischen dem am stärksten verzögerten Winkel (9A) und dem am stärksten vorgestellten Winkel (9B) dazu eingesetzt, um eine maximale Winkelbreite DV zu zeigen, die durch den Drehphaseneinstellabschnitt eingestellt werden kann.
In den 9A und 9B sind vier erste Berechnungszeitpunkte Ti1, Ti2, Ti3 und Ti4 während jener Zeit vorgesehen, wenn der Kraftstoffeinspritzhub einen Durchgang bei den jeweiligen Zylindern durchführt, ähnlich wie voranstehend geschildert, und werden Kraftstoffeinspritzmengen Qi1, Qi2, Qi3 und Qi4 jeweils zu einzelnen Zeitpunkten berechnet, so dass die Betriebszeitpunkte für das jeweilige Kraftstoffeinspritzventil 51 bis 54 jeweils auf ein vorbestimmten Zeitpunkt eingestellt sind.
Zusätzlich sind drei zweite Berechnungszeitpunkte Tp1, Tp2 und Tp3 während jener Zeit vorgesehen, wenn der Kraftstoffeinspritzhub einen Durchgang bei den jeweiligen Zylindern durchführt, und werden FF-Mengen QP1, QP2 und QP3 für die Kraftstoffausflussmenge bei einem jeweiligen, individuellen Zeitpunkt berechnet, so dass Betriebszeitpunkte für das Kraftstoffausflussmengensteuerventil 10 auf vorbestimmte jeweilige Zeitpunkte eingestellt sind.
Wenn man sich die Positionsbeziehung zwischen den jeweiligen ersten Berechnungszeitpunkte Ti und den folgenden zweiten Berechnungszeitpunkten Tp überlegt, die unmittelbar danach an der Verzögerungswinkelseite zum Zeitpunkt des am stärksten verzögerten Winkels erzeugt werden (9A), stellt sich heraus, dass ein Winkelabstand TD1 zwischen dem ersten Berechnungszeitpunkt Ti1 und dem folgenden, zweiten Berechnungszeitpunkt Tp1, das unmittelbar danach erzeugt wird, die engste Positionsbeziehung aufweist, und dass danach ein Winkelabstand TD2 zwischen Ti2 und Tp2, ein Winkelabstand TD3 zwischen Ti3 und Tp3, und ein Winkelabstand TD4 zwischen Ti4 und Tp1 in einer Positionsbeziehung stehen, bei welcher sie einen größeren Abstand aufweisen als in dem Winkelabstand TD1.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass im Falle der Positionsbeziehung gemäß 9A die FF-Mengen der Kraftstoffausflussmengen, die an den jeweiligen zweiten Berechnungszeitpunkte Tp berechnet werden, folgendermaßen sind. Eine FF-Menge QP1, berechnet an dem ersten, zweiten Berechnungszeitpunkt Tp1, wird durch den folgenden Ausdruck (12) repräsentiert. QP1 = Qi4 + Qi1 (12)
Weiterhin werden FF-Mengen QP2 und QP3, die nachfolgend an dem zweiten und dritten Berechnungszeitpunkt Tp2 und Tp3 berechnet werden, durch den folgenden Ausdruck (13) bzw. (14) angegeben. QP2 = Qi2 (13) QP3 = Qi3 (14)
Andererseits ist die Positionsbeziehung des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkts Ti bzw. Tp an der Seite des am weitesten vorgestellten Winkels (9B) so, dass der Drehphaseneinstellabschnitt so betätigt wird, dass er die Drehphase der Nockenwelle 24 zur Seite des Vorstellwinkels mit maximaler Winkelbreite DV (TD1 < DV) bewegt, die in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle einstellbar ist. Wenn man sich auf die Positionsbeziehung zwischen dem ersten Ti1 und Tp1 des ersten bzw. zweiten Berechnungszeitpunkts konzentriert, die sich in der engsten Positionsbeziehung (der Winkelabstand TD1 ist ein Minimum) an der Seite des am stärksten verzögerten Winkels befinden (9A), stellt sich heraus, dass die Reihenfolge des Auftretens des ersten Berechnungszeitpunkts Ti1 und des zweiten Berechnungszeitpunkts Tp1 geändert werden kann, oder dass diese gegenseitig ausgetauscht werden können.
Dies führt dazu, dass im Falle der Positionsbeziehung an der Seite des am weitesten vorgestellten Winkels (9B) die FF-Mengen QP1, QP2 und QP3 für die Kraftstoffausflussmengen, die an dem zweiten Berechnungszeitpunkt Tp1, Tp2 bzw. Tp3 berechnet werden, durch den entsprechenden, folgenden Ausdruck (15), (16) bzw. (17) repräsentiert werden. QP1 = Qi4 (15) QP2 = Qi1 + Qi2 (16) QP3 = Qi3 (17)
Wenn daher der Winkelabstand TD zwischen einem ersten Berechnungszeitpunkt Ti und einem zweiten Berechnungszeitpunkt Tp auf den Winkelabstand TD1 eingestellt wird, das schmäler ist als die maximale Winkelbreite DV, die von dem Drehphaseneinstellabschnitt eingestellt werden kann, nach Einstellung der Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle auf „die Seite des am stärksten verzögerten Winkels”, mit Hilfe des Drehphaseneinstellabschnitts, gibt es daher zwei Fälle, wobei im einen Fall die Kraftstoffeinspritzmenge Qi1 berechnet wird, die bei der FF-Menge QP1 eingesetzt wird, am ersten, zweiten Berechnungszeitpunkt Tp1, und im anderen Fall an dem folgenden Zeitpunkt Tp2 der zweiten Berechnungszeitpunkts, so dass die Möglichkeit besteht, dass eine stabile FF-Menge QP nicht berechnet werden kann.
Um ein derartiges Problem zu lösen, ist daher die ECU 60 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem ersten Berechungszeitpunkterzeugungsabschnitt und dem zweiten Berechnungszeitpunkterzeugungsabschnitt versehen, und wird die Positionsbeziehung des ersten und des zweiten Berechnungszeitpunkts Ti bzw. Tp vorher so eingestellt, dass nicht die Reihenfolge des Auftretens des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkts Ti bzw. Tp zu dem Zeitpunkt des am stärksten verzögerten Winkels und des am stärksten vorgestellten Winkels geändert wird.
Als nächstes wird der Kraftstoffdrucksteuervorgang der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Die 10A und 10B sind Zeitablaufdiagramme, die jeweils die Beziehung zwischen der Positionsbeziehung des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkts Ti bzw. Tp und der tatsächlich berechneten FF-Menge QP erläutern, wobei ein geeigneter Steuervorgang dargestellt ist, wenn die Anzahl an Nockenspitzen bei der Hochdruckkraftstoffpumpe 20 auf 3 für die Brennkraftmaschine 40 eingestellt ist, bei welcher die Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle durch den Drehphaseneinstellabschnitt eingestellt werden kann.
10A erläutert den Fall, in welchem das erste und zweite Berechnungszeitpunkts Ti und Tp auf eine geeignete Positionsbeziehung eingestellt werden sollen, wenn die Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle sich an der „Seite des am weitesten verzögerten Winkels” befindet. Konzentriert man sich auf den Winkelabstand TD1 zwischen den ersten Ti1, Tp1 des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkts Ti bzw. Tp, bei welchem der Winkelabstand TD zwischen dem ersten und zweiten Berechnungszeitpunkt Ti bzw. Tp einen Minimalwert annimmt (also in der engsten Positionsbeziehung) in 10A, so sind das erste und zweite Berechnungszeitpunkte Ti bzw. Tp so eingestellt, dass ihre Beziehung zur einstellbaren maximalen Winkelbreite DV des Drehphaseneinstellabschnitts folgendermaßen wird: „TD1 > DV”.
Dies führt dazu, dass selbst dann, wenn die Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle an der „Seite des am stärksten verzögerten Winkels” liegt, wie in 10A gezeigt, oder wenn sich die Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle an der „Seite des am stärksten vorgestellten Winkels” befindet, wie in 10B gezeigt, die FF-Mengen QP1, QP2 und QP3 für die Kraftstoffausflussmengen, die am zweiten Berechnungszeitpunkt Tp1, Tp2 bzw. Tp3 berechnet werden, durch den entsprechenden, voranstehend angegebenen Ausdruck (12), (13) bzw. (14) repräsentiert werden. Die Positionsbeziehung wird daher auf solche Weise vorher eingestellt, dass die Reihenfolge des Auftretens des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkts Ti bzw. Tp nicht geändert oder vertauscht wird, unabhängig von dem Betriebszustand des Drehphaseneinstellabschnitts, so dass ermöglicht wird, die FF-Menge QP jeder Zeit stabil zu berechnen.
Wie voranstehend geschildert, weist die Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Kurbelwinkelsensor 62 auf, der die Drehphase der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 40 erfasst, den Nockenwinkelsensor 65, der die Drehphase der Nockenwelle 24 der Brennkraftmaschine 40 erfasst, den Drehphaseneinstellabschnitt, der die Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle einstellt, den ersten Berechnungszeitpunkterzeugungsabschnitt, der erste Berechnungszeitpunkte Ti zur Ausführung oder Betätigung zumindest des Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitts an ersten Winkelpositionen erzeugt, die mit der Drehphase der Kurbelwelle synchronisiert sind, und den zweiten Berechnungszeitpunkterzeugungsabschnitt, der zweite Berechnungszeitpunkte Tp erzeugt, um zumindest den FF-Mengenberechnungsabschnitt an zweiten Winkelpositionen auszuführen oder zu betätigen, die mit der Drehphase der Nockenwelle 24 synchronisiert sind.
Der Drehphaseneinstellabschnitt und der erste und zweite Berechnungszeitpunkterzeugungsabschnitt werden durch die ECU 60 gebildet. Die ersten Berechnungszeitpunkte Ti werden berechnet und eingestellt, als Zeitpunkte zur Ausführung oder Betätigung des Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitts 70 und des Kraftstoffeinspritzventilsteuereinstellabschnitts 71. Weiterhin werden die zweiten Berechnungszeitpunkte Tp berechnet und eingestellt als Zeitpunkte zur Ausführung oder Betätigung des FF-Mengenberechnungsabschnitts 72, des FB-Mengenberechnungsabschnitts 73, und des Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitts 74. Weiterhin wird, wie voranstehend geschildert, die Positionsbeziehung der Reihenfolge des Auftretens des ersten und zweiten Berechnungszeitpunkts Ti bzw. Tp vorher so eingestellt, dass die zweiten Berechnungszeitpunkte unmittelbar nach den entsprechenden ersten Berechnungszeitpunkte erzeugt werden, wenn die Drehphase der Nockenwelle 24 in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle auf die Seite des am stärksten verzögerten Winkels oder auf die Seite des am stärksten vorgestellten Winkels durch den Drehphaseneinstellabschnitt eingestellt wird.
Bei der Brennkraftmaschine 40, welche den Drehphaseneinstellabschnitt aufweist, werden daher in jenem Fall, in welchem die Hochdruckkraftstoffpumpe 20 mit einer Anzahl N von Nockenspitzen (beispielsweise N = 3) eingesetzt wird, das erste und zweite Berechnungszeitpunkte Ti bzw. Tp so eingestellt dass sie sich in einer Positionsbeziehung befinden, bei welcher die Reihenfolge des Auftretens der ersten Berechnungszeitpunkte Ti und der zweiten Berechnungszeitpunkte Tp nicht geändert wird, unabhängig von dem Betriebszustand des Drehphaseneinstellabschnitts (also bei dem am stärksten verzögerten Winkel oder dem am stärksten vorgestellten Winkel). Dies führt dazu, dass die vorbestimmten Kraftstoffeinspritzmengen Qi immer als die FF-Mengen QP bei vorbestimmten zweiten Berechnungszeitpunkten Tp eingesetzt werden können, unabhängig vom Betriebszustand des Drehphaseneinstellabschnitts. Daher wird ermöglicht, die wiederholte Verwendung der selben Kraftstoffeinspritzmenge Qi zu vermeiden, oder den fehlenden Einsatz einer bestimmten Kraftstoffeinspritzmenge Qi, wodurch ermöglicht wird, Änderungen der Berechnung der FF-Mengen QP zu unterdrücken, was es wiederum ermöglicht, die Verlässlichkeit der Kraftstoffdruckregelung zu verbessern.

Claims

Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine, bei welcher Kraftstoff in die Brennkraftmaschine (40) eingespritzt wird, welche M Zylinder aufweist, wobei M eine positive ganze Zahl von 3 oder mehr ist, wobei die Einrichtung aufweist: Kraftstoffeinspritzventile (51–54), jeweils eins für jeden der Zylinder; einen Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt (70), der eine Kraftstoffeinspritzmenge (Qi) pro Zylinder berechnet, die in jeden der Zylinder eingespritzt werden soll; einen Kraftstoffeinspritzventilsteuerabschnitt (71), der die Einspritzimpulsbreite jedes der Kraftstoffeinspritzventile (51–54) festlegt, auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge (Qi), um hierdurch den Antriebszeitpunkt für jedes der Kraftstoffeinspritzventile (51–54) einzustellen; eine Kraftstoffverteilerleiste (50), die gemeinsam mit den Kraftstoffeinspritzventilen (51–54) verbunden ist, um Kraftstoff unter hohem Druck zu speichern; eine Hochdruckkraftstoffpumpe (20), welche N Kraftstoffausflusshübe, wobei N eine positive ganze Zahl von 2 oder größer ist, unter der Bedingung von N < M, und der Wert von M/N keine positive ganze Zahl ist, in Bezug auf die Kraftstoffverteilerleiste durchführt, während jener Zeit, in der die Brennkraftmaschine zwei Umdrehungen durchführt; ein Kraftstoffausflussmengensteuerventil (10), das eine Kraftstoffausflussmenge (QP) der Hochdruckkraftstoffpumpe (20) einstellt; einen FF-Mengenberechnungsabschnitt (72), der eine FF-Menge bei der Kraftstoffausflussmenge (QP) der Hochdruckkraftstoffpumpe (20) auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge (Qi) berechnet; und einen Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitt (74), der die Kraftstoffausflussmenge (QP) der Hochdruckkraftstoffpumpe (20) auf Grundlage der FF-Menge festlegt, und den Betriebszeitpunkt des Kraftstoffausflussmengensteuerventils (10) einstellt; wobei der FF-Mengenberechnungsabschnitt (72) die Kraftstoffeinspritzmenge (Qi), multipliziert mit M/N, als eine FF-Menge bei der Kraftstoffausflussmenge (QP) der Hochdruckkraftstoffpumpe (20) N-Mal verwendet, während jener Zeit, in der die Brennkraftmaschine zwei Umdrehungen durchführt.
Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitt (74) eine maximale Kraftstoffausflussmenge (QPmax) einstellt, die in einem Kraftstoffausflusshub der Hochdruckkraftstoffpumpe (20) abgegeben werden kann, auf einen Bereich zwischen dem M/N-fachen bis auf weniger als das Zweifache einer maximalen Kraftstoffeinspritzmenge pro Zylinder.
Kraftstoffdrucksteuereinrichtung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Kraftstoffdrucksensor (61) vorgesehen ist, der einen Kraftstoffdruck (PF) in der Kraftstoffverteilerleiste (50) erfasst; und ein FB-Mengenberechnungsabschnitt (73) der einen Sollkraftstoffdruck (PO) in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (40) einstellt, und die Rückkopplungsmenge bei der Kraftstoffausflussmenge der Hochdruckkraftstoffpumpe (20) als eine FB-Menge berechnet, auf Grundlage einer Druckabweichung zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Sollkraftstoffdruck; und der Kraftstoffausflussmengensteuerabschnitt (74) die FF-Menge und die FB-Menge miteinander addiert, um die Kraftstoffausflussmenge der Hochdruckkraftstoffpumpe (20) festzulegen.
Kraftstoffdrucksteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin vorgesehen sind: ein Kurbelwinkelsensor (62), der die Drehphase einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (40) erfasst; ein Nockenwinkelsensor (65), der die Drehphase einer Nockenwelle (24) der Brennkraftmaschine (40) erfasst; ein Drehphaseneinstellabschnitt (60), der die Drehphase der Nockenwelle (24) in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle einstellt; ein erster Berechnungszeitpunkterzeugungsabschnitt (60), der erste Berechnungszeitpunkte erzeugt, um zumindest den Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsabschnitt (70) zu betätigen, an ersten Winkelpositionen, die mit der Drehphase der Kurbelwelle synchronisiert sind; und ein zweiter Berechnungszeitpunkterzeugungsabschnitt (60), der einen zweiten Berechnungszeitpunkt erzeugt, um zumindest den FF-Mengenberechnungsabschnitt (72) zu betätigen, an zweiten Winkelpositionen, die mit der Drehphase der Nockenwelle (24) synchronisiert sind; wobei dann, wenn die Drehphase der Nockenwelle (24) in Bezug auf die Drehphase der Kurbelwelle auf die Seite des am stärksten verzögerten Winkels oder auf die Seite des am stärksten vorgestellten Winkels durch den Drehphaseneinstellabschnitt (60) eingestellt ist, die Beziehung der Reihenfolge des Auftretens des ersten und des zweiten Berechnungszeitpunkts vorher so eingestellt wird, dass die zweiten Berechnungszeitpunkte jeweils unmittelbar nach den entsprechenden ersten Berechnungszeitpunkten erzeugt werden.