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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung, die
hauptsächlich
in einer Dieselbrennkraftmaschine verwendet wird. Eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
mit einem Druckspeicherbehälter
bzw. DruckSpeicherbehälter
(Common-Rail), einem Kraftstoffeinspritzventil (Injektor, Einspritzeinrichtung)
und einer Saugmess-Kraftstoffzufuhrpumpe
ist als Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine
bekannt. Der Druckspeicherbehälter
speichert (akkumuliert) Hochdruckkraftstoff entsprechend einem Kraftstoffeinspritzdruck.
Der Injektor führt
jedem Zylinder der Brennkraftmaschine den Hochdruckkraftstoff in
dem Speicherbehälter
zu und spritzt den Hochdruckkraftstoff in jeden Zylinder ein. Die
Zufuhrpumpe setzt den angesaugten Druck in einer Druckkammer unter
hohem Druck und führt
den Kraftstoff unter Druck zu dem Druckspeicherbehälter.
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Der
Common-Rail-Druck in dem Druckspeicherbehälter der herkömmlichen
Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung fluktuiert ständig in
einer Wellenform, da der Common-Rail-Druck ein Pulsieren der von der Brennkraftmaschine
angetriebenen Kraftstoffzufuhrpumpe empfängt. In diesem Fall unterscheidet
sich die Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit davon, welcher Punkt
der Wellenform der Druckfluktuation mit der Einspritzzeitdauer (Einspritzperiode)
des Kraftstoffeinspritzventils übereinstimmt.
Die Einspritzmenge ändert
sich aufgrund der Fluktuation des Drucks während des Einspritzens. Beispielsweise
wird die Einspritzmenge groß, falls
die Kraftstoffeinspritzung an einem hohen Punkt der Druckfluktuationswellenform
ausgeführt
wird. Die Einspritzmenge wird klein, falls die Kraftstoffeinspritzung
an einem niedrigen Punkt der Druckfluktuationswellenform durchgeführt wird.
Daher wird herkömmlicherweise
der Common-Rail-Druck zu dem Zeitpunkt, zu dem das Kraftstoffeinspritzventil
den Kraftstoff ausspritzt, eingelesen, und eine Steuerung zur Erzielung
derselben Einspritzmenge wird durch Regeln der Einspritzzeitdauer
(Einspritzperiode) auf der Grundlage des Kraftstoffausstoßdrucks
durchgeführt.
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Der
Kraftstoff wird sehr fein versprüht,
falls der Ausstoßdruck
hoch ist, wenn eine Steuerung zur Erzielung derselben Einspritzmenge
durchgeführt wird.
In diesem Fall brennt der Kraftstoff leicht und sauber, so dass
die Erzeugung von Rauch verhindert wird und der Verbrennungswirkungsgrad
verbessert wird. Jedoch wird der Kraftstoff nicht gut versprüht, wenn
der Ausstoßdruck
niedrig ist. In diesem Fall brennt der Kraftstoff nicht leicht und
kann leicht Rauch erzeugt werden, wobei der Verbrennungswirkungsgrad
verschlechtert wird. Dementsprechend ist die Verbrennung nicht stabilisiert,
so dass das Brennkraftmaschinenverhalten variiert und destabilisiert wird.
Als Gegenmaßnahme
kann die Kraftstoffzufuhrpumpe gesteuert werden. Jedoch ist die
Steuerung der Kraftstoffzufuhrpumpe schwierig, da die Kraftstoffzufuhrpumpe
mit der Brennkraftmaschine arbeitet.
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Die
JP-A-H11-148400 beschreibt eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die
ein Druckreduzierventil (Ausstoßventil)
zum Entspannen des Druckspeicherbehälters auf eine Niedrigdruckseite
aufweist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung öffnet das Druckreduzierventil
unter einer bestimmten Betriebsbedingung (beispielsweise eine Wiederaufnahme
eines Beschleunigungsbetriebs unmittelbar nach einer schnellen Verlangsamung
(Abbremsung) der Brennkraftmaschine oder einem Betrieb unmittelbar
nach Hochschalten), bei der der Kraftstoffdruck in dem Druckspeicherbehälter einen
Sollwert überschreitet.
Somit vermeidet die Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine übermäßige Einspritzrate
und unterbindet ein Dieselklopfen oder einen Ausstoß von Stickoxiden
(NOx).
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Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der JP-A-H11-148400 dient als
Ausfallsicherungsvorrichtung zur Behandlung einer Anormalität in einem
spezifischen Betriebszustand wie einer unmittelbaren Wiederaufnahme
einer Beschleunigung nach einer schnellen Verlangsamung oder einem
Betrieb unmittelbar nach Hochschalten. Jedoch steuert diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung
das Druckreduzierventil nicht beständig. Daher können immer
noch Probleme einer instabilen Verbrennung der Brennkraftmaschine
und Variationen oder eine Instabilität des Maschinenverhaltens bleiben.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
anzugeben, die die Einspritzmengengenauigkeit eines Kraftstoffeinspritzventils verbessert
und einen stabilen Verbrennungszustand und ein stabiles Betriebsverhalten
durch Glätten
eines Einspritzdrucks während
einer Einspritzzeitdauer erzielt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung,
wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, und alternative durch
ein Steuerungsverfahren gelöst,
wie es in Patentanspruch 6 angegeben ist.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
einen Druckspeicherbehälter
zum Speichern von Hochdruckkraftstoff, ein Kraftstoffeinspritzventil
zum Einspritzen von in dem Druckspeicherbehälter gespeicherten Hochdruckkraftstoff
in jeweilige Zylinder einer Brennkraftmaschine und eine Kraftstoffzufuhrpumpe
zum Unterdrucksetzen von angesaugten Kraftstoff und zum Fördern des
Kraftstoffs unter Druck zu dem Druckspeicherbehälter auf. Die Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
weist eine Druckmusterschätzeinrichtung,
eine Überschussdruckbereichs-Berechnungseinrichtung
und ein Druckreduzierventil auf. Die Druckmusterschätzeinrichtung
ist mit einer Einspritzzeitdauer konfiguriert, die auf einer erforderlichen
Einspritzmenge und einem Soll-Common-Rail-Druck beruht, und schätzt einen
Druckübergang
des Kraftstoffs in dem Druckspeicherbehälter während der Einspritzzeitdauer.
Die Überschussdruckbereichs-Berechnungseinrichtung
ist mit dem Soll-Common-Rail-Druck auf der Grundlage von Druckmusterdaten
konfiguriert, die von der Druckmusterschätzeinrichtung bereitgestellt
werden, und berechnet den Überschussdruckbereich,
in dem die Druckmusterdaten während
der Einspritzzeitdauer den Soll-Common-Rail-Druck überschreiten.
Das Druckreduzierventil stößt den Common-Rail-Druck zu
einer Niedrigdruckseite aus, um den von der Überschussdruckbereichs-Berechnungseinrichtung
berechneten Überschussdruckbereich
zu beseitigen. Auf diese Weise wird der Einspritzdruck während der Einspritzzeitdauer
des Kraftstoffeinspritzventils geglättet. Als Ergebnis kann ein
stabiler Verbrennungszustand erreicht werden und kann das Betriebsverhalten
stabilisiert werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung weist ein Steuerungsverfahren für eine Druckspeicher- Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
mit einem Druckspeicherbehälter
zum Speichern von Hochdruckkraftstoff, einem Kraftstoffeinspritzventil zum
Einspritzen des in dem Druckspeicherbehälter gespeicherten Hochdruckkraftstoff
in jeweilige Zylinder einer Brennkraftmaschine, und einer Kraftstoffzufuhrpumpe,
um den gesaugten Kraftstoff unter Druck zu setzen und den Kraftstoff
dem Druckspeicherbehälter
unter Druck zuzuführen,
auf: einen Regelungsschritt zum Regeln des Kraftstoffausstoßes aus
der Kraftstoffzufuhrpumpe in den Druckspeicherbehälter derart,
dass der Common-Rail-Druck in dem Druckspeicherbehälter mit
einem Soll-Common-Rail-Druck in Übereinstimmung
gebracht wird, einen Druckmusterschätzschritt zum Schätzen eine
Druckübergangs des
Kraftstoffs in dem Druckspeicherbehälter während einer Einspritzzeitdauer,
die auf der Grundlage einer erforderlichen Einspritzmenge und des Soll-Common-Rail-Drucks eingestellt
ist, einen Überschussdruckbereichs-Berechnungsschritt
zur Berechnung eines Überschussdruckbereichs,
in dem Druckmusterdaten während
der Einspritzzeitdauer den Soll-Common-Rail-Druck überschreiten,
der auf der Grundlage der Druckmusterdaten eingestellt ist, wobei
die Druckmusterdaten in dem Druckmusterschätzschritt bereitgestellt werden,
und einen Druckausstoßschritt
zum Ausstoßen
des Common-Rail-Drucks auf eine Niedrigdruckseite mittels eines
Druckreduzierventils, um den in dem Überschussdruckbereichs-Berechnungsschritt
berechneten Überschussdruckbereich
zu beseitigen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung ist nachstehend anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 ein
Flussdiagramm eines Betriebs der Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
gemäß dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1,
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3a eine
Darstellung, die den Betrieb der Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
gemäß dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 darstellt,
und
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3b eine
Darstellung, die den Betrieb einer Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik veranschaulicht.
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In 1 ist
eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
weist einen Druckspeicherbehälter
(Common-Rail) 1, eine Vielzahl von (gemäß diesem Ausführungsbeispiel
4) Kraftstoffeinspritzventile (Injektoren) 2, eine Kraftstoffzufuhrpumpe
(Zufuhrpumpe) 3 und eine elektronische Steuerungseinheit
(ECU) 10 auf. Das Common-Rail 1 stellt eine Druckakkumulationskammer zum
Speichern von Hochdruckkraftstoff gemäß einem Kraftstoffeinspritzdruck
bereit. Die Vielzahl der Injektoren 2 sind mit dem Common-Rail 1 verbunden und
spritzen den Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine
wie einer Mehrzylinder- Dieselbrennkraftmaschine
ein. Die Zufuhrpumpe 3 wird durch die Brennkraftmaschine
gedreht und angetrieben. Die ECU 10 dient als Steuerungsabschnitt
zur elektronischen Steuerung der Vielzahl der Injektoren 2 und
der Zufuhrpumpe 3.
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Das
Common-Rail 1 muss kontinuierlich den Hochdruck entsprechend
dem Kraftstoffeinspritzdruck speichern bzw. akkumulieren. Daher
führt die Zufuhrpumpe 3 den
Hochdruckkraftstoff über
einen Hochdruckströmungsdurchlass 11 dem
Common-Rail 1 zu. Der Injektor 2 jedes Zylinders
ist ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil mit einer
Kraftstoffeinspritzdüse,
einem elektromagnetischen Betätigungsglied
und einem Vorspannteil wie einer Feder. Die Kraftstoffeinspritzdüse ist an
einem stromabwärtigen
Ende jedes Hochdruckströmungsdurchlasses 12 verbunden,
der von dem Common-Rail 1 abzweigt, und führt die
Kraftstoffeinspritzung in jedem Zylinder der Brennkraftmaschine durch.
Das elektromagnetische Betätigungsglied treibt
eine in der Kraftstoffeinspritzdüse
untergebrachten Düsennadel
in eine Ventilöffnungsrichtung an.
Das Vorspannteil spannt die Düsennadel
in eine Ventilschließrichtung
vor. Die Kraftstoffeinspritzung aus jedem Injektor 2 in
die Brennkraftmaschine wird elektronisch durch Speisung und Abschaltung (Ein/Aus)
eines elektromagnetischen Einspritzungssteuerungsventils 4 als
das elektromagnetische Betätigungsglied
gesteuert, das einen Gegendruck der Düsennadel der Kraftstoffeinspritzdüse steuert.
Der in dem Common-Rail 1 gespeicherte Hochdruckkraftstoff
wird (in) jedem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeführt und
eingespritzt, während
das elektromagnetische Einspritzsteuerungsventil 4 des
Injektors 2 des Zylinders offen ist.
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Die
Zufuhrpumpe 3 weist eine bereits bekannte Förderpumpe
(Niedrigdruckzufuhrpumpe, die nicht gezeigt ist), Kolben (gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
drei Kolben, die nicht gezeigt sind) und (nicht gezeigte) Druckkammern
auf. Die Förderpumpe
zieht Niedrigdruckkraftstoff aus einem Kraftstofftank 5,
wenn eine Pumpenantriebswelle entsprechend der Rotation einer Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine rotiert. Die Kolben werden durch die Pumpenantriebswelle
angetrieben. Die Druckkammern setzen den Kraftstoff durch die Hin-
und Herbewegung der Kolben unter Druck. Die Zufuhrpumpe 3 ist eine
Hochdruckzufuhrpumpe, die den Niedrigdruckkraftstoff, der aus dem
Kraftstofftank 5 durch die Förderpumpe durch einen Filter 6 gesaugt
wird, unter hohem Druck setzt und den Kraftstoff dem Common-Rail 1 durch
einen Hochdruckströmungsdurchlass 11 unter
Druck zuführt.
Ein elektromagnetisches Saugmesspumpenventil 7 als elektromagnetisches Betätigungsglied
ist an einem Kraftstoffströmungsdurchlass
angebracht, der von der Förderpumpe
zu den Druckkammern der Zufuhrpumpe 3 führt. Das elektromagnetische
Pumpenventil 7 reguliert einen Öffnungsgrad des Kraftstoffströmungsdurchlasses zur Änderung
der ausgestoßenen
(unter Druck geförderten)
Kraftstoffmenge aus der Zufuhrpumpe 3 zu dem Common-Rail 1.
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Das
elektromagnetische Pumpenventil 7 ist ein Saugmessventil,
das elektronisch durch ein von der ECU 10 ausgegebenes
Pumpenantriebssignal gesteuert wird, um eine Ansaugmenge des in
die Druckkammern der Zufuhrpumpe 3 angesaugten Kraftstoffes
zu messen. Das elektromagnetische Pumpenventil 7 ändert die
Pumpenausstoßmenge zur
Steuerung des Common-Rail-Drucks entsprechend den Kraftstoffeinspritzdrücken des
Kraftstoffes, der aus den jeweiligen Injektoren 7 in die
jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Das
elektromagnetische Pumpenventil 7 arbeitet in einer Richtung
zur weiteren Erhöhung
der Pumpenausstoßmenge (Ventilöffnungsgrad),
wenn das von der ECU 10 zugeführte Pumpenantriebssignal (Antriebsstrom)
sich erhöht.
Die Steuerung des Antriebsstroms des elektromagnetischen Pumpenventils 7 sollte
vorzugsweise durch eine Tastverhältnissteuerung
durchgeführt
werden. Eine hochgenaue digitale Steuerung kann durch die Tastverhältnissteuerung
der Änderung
des Ventilöffnungsgrads
des elektromagnetischen Pumpenventils 7 durch Regulieren
eines Verhältnisses
(Speisungszeitverhältnis, Tastverhältnis (duty
ratio) von EIN/AUS des Pumpenantriebssignals pro Zeiteinheit durchgeführt werden.
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Das
Common-Rail 1 weist ein Druckreduzierventil 8 auf,
das einen Strömungsdurchlass 14 öffnet und
schließt,
dass zu einem mit dem Kraftstofftank 5 verbundenen (kommunizierenden)
Niedrigdruckströmungsdurchlass 13 führt. Somit
kann der Druck in dem Common-Rail 1 reduziert werden. Das Druckreduzierventil 8 ist
ein elektromagnetisches Ventil, dessen Betrieb durch eine Tastverhältnissteuerung
wie bei dem elektromagnetischen Pumpenventil 7 gesteuert
wird.
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Verlustkraftstoff
(Leckkraftstoff) aus den Injektoren 2 und der Zufuhrpumpe 3 wird
zu dem Kraftstofftank 5 über Niedrigdruckströmungsdurchlässe 15 und 16 sowie
den Niedrigdruckströmungsdurchlass 13 zurückgeführt.
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Die
ECU 10 weist einen Mikrocomputer mit einer bekannten Struktur,
der Funktionen einer CPU zur Durchführung einer Steuerungsverarbeitung
mit einer Berechnungsverarbeitung aufweist, eine Speichervorrichtung
(EEPROM, RAM) zum Speichern verschiedener Arten von Programmen und
Daten, einer Eingangsschaltung, einer Ausgangsschaltung, einer Energieversorgungsschaltung,
einer Pumpenantriebsschaltung und dergleichen auf. Sensorsignale
aus verschiedenen Sensoren werden nach Durchführung einer A/D-Wandlung durch
einen A/D-Wandler zugeführt.
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Die
ECU 10 weist eine Einspritzmengen-/Einspritzzeitverlaufs-Steuerungseinrichtung
zur Durchführung
einer Einspritzmengensteuerung und einer Einspritzzeitverlaufssteuerung
des Injektors 2 für
jeden Zylinder auf. Die Einspritzmengen-/Einspritzzeitverlaufs-Steuerungseinrichtung
weist eine Einspritzmengen-/Einspritzzeitverlaufs-Berechnungseinrichtung,
eine Einspritzimpulsbreiten-Berechnungseinrichtung und eine Injektorantriebseinrichtung
auf. Die Einspritzmengen-/Einspritzzeitverlaufs-Berechnungseinrichtung
berechnet den optimalen Einspritzzeitverlauf (Einspritzstartzeitverlauf bzw.
Einspritzstartpunkt) und eine Soll-Einspritzmenge (erforderliche
Einspritzmenge) (Einspritzzeitdauer) entsprechend der Maschinenbetriebsbedingung. Die
Einspritzimpulsdauerberechnungseinrichtung berechnet einen Injektoreinspritzungsimpuls
einer Einspritzungsimpulszeitdauer (Einspritzimpulsdauer TQ) entsprechend
der Maschinenbetriebsbedingung und der Soll-Einspritzmenge. Die Injektorantriebseinrichtung
führt dem
elektromagnetischen Einspritzsteuerungsventil 4 des Injektors 2 jedes
Zylinders einen Injektoreinspritzimpuls über eine Injektorantriebsschaltung
(EEU) zu.
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Die
ECU 10 berechnet die Soll-Einspritzmenge unter Berücksichtigung
von Betriebsinformationen wie einer von einem Drehzahlsensor 21 erfassten
Maschinendrehzahl (Maschinendrehzahl NE) oder einer von einem Fahrpedalpositionssensor
(Beschleunigerpositionssensor) 22 erfassten Fahrpedalposition
(Beschleunigerposition) ACCP und einer Korrektur, die auf einer
von einem Kühlwassertemperatursensor 23 erfassten Maschinenkühlwassertemperatur
und einer von einem Kraftstofftemperatursensor 24 erfassten
Kraftstofftemperatur beruht. Die ECU 10 führt den
Injektoreinspritzimpuls zu dem elektromagnetischen Einspritzsteuerungsventil 4 des Injektors 2 jedes
Zylinders entsprechend der Einspritzimpulsdauer TQ zu, die anhand
des von einem Common-Rail-Drucksensor 25 erfassten Common-Rail-Drucks Pc und der
Soll-Einspritzmenge berechnet wird. Auf diese Weise wird die Maschine
betrieben.
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Die
ECU 10 weist eine Druckmusterschätzeinrichtung und eine Überschussdruckbereichs-Berechnungseinrichtung
auf. Die Druckmusterschätzeinrichtung
ist mit der Einspritzzeitdauer (zur Verarbeitung der Einspritzzeitdauer)
konfiguriert, die auf die erforderliche Einspritzmenge (Soll-Einspritzmenge)
und dem Soll-Common-Rail-Druck beruht, und schätzt einen Druckübergang
des Kraftstoffs in dem Common-Rail 1 während der Einspritzzeitdauer.
Die Überschussdruckbereichs-Berechnungseinrichtung ist
mit dem Soll-Common-Rail-Druck (zur Verarbeitung des Soll-Common-Rail-Drucks)
konfiguriert, der auf die von der Druckmusterschätzeinrichtung bereitgestellten
Druckmusterdaten beruht. Die Überschussdruckbereichs-Berechnungseinrichtung
berechnet einen Überschussdruckbereich,
in dem die Druckmusterdaten während
der Einspritzzeitdauer den Soll-Common-Rail-Druck übersteigen.
Die ECU 10 betreibt das Druckreduzierventil 8 des
Common-Rail 1 zur Beseitigung des Überschussdruckbereichs. Die
Druckmusterschätzeinrichtung
bestimmt die Einspritzzeitdauer (Einspritzmenge TQ) des Injektors 2 und
die Pumpenausstoßmenge
(Druckfördermenge)
der Zufuhrpumpe 3 auf der Grundlage der durch den Drehzahlsensor 21 erfasst
Maschinendrehzahl NE, des durch den Common-Rail-Drucksensor 25 erfassten
Ist-Common-Rail-Drucks
Pc, der von dem Fahrpedalpositionssensor 22 erfassten Fahrpedalposition
ACCP, den unter denselben und vorhergehenden Betriebsbedingungen
erfassten Common-Rail-Ist-Druckmessdaten
usw.. Auf diese Weise schätzt
die Druckmusterschätzeinrichtung
den Druckübergang
des Kraftstoffs in den Common-Rail 1. Die Überschussdruckbereichs-Berechnungseinrichtung
berechnet den Überschussdruckbereich durch
Berechnen eines Überschussdrucks ΔP auf der
Grundlage der nachstehenden Gleichung (1). In der Gleichung (1)
stellt D die Pumpenausstoßmenge dar,
ist LQ eine Injektorverlustmenge, ist V ein Volumen des Common-Rail 1 und
ist E ein volumetrischer elastischer Kraftstoffkoeffizient, der
durch die Kraftstofftemperatur, den Druck und einer spezifischen Konstanten
bestimmt ist. ΔP = ((D – (TQ +
LQ))/V) × E (1)
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Falls
der berechnete Überschussdruck ΔP gleich
oder größer als
ein spezifischer Druck ist, wird das Druckreduzierventil 8 zum
Ausstoß des
Kraftstoffs in dem Common-Rail 1 auf eine Niedrigdruckseite
betätigt,
um den Überschussdruckbereich
zu beseitigen.
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Die
ECU 10 weist eine Pumpenausstoßmengen-Steuerungseinrichtung zur Durchführung einer Ausstoßmengensteuerung
der Zufuhrpumpe 3 auf. Die Pumpenausstoßmengen-Steuerungseinrichtung weist
eine Einspritzmengenberechnungseinrichtung, eine Verlustmengenberechnungseinrichtung,
eine Pumpenausstoßmengenberechnungseinrichtung, eine
Steuerungsbefehlswertberechnungseinrichtung und eine Pumpenantriebseinrichtung
auf. Die Einspritzmengenberechnungseinrichtung berechnet die Soll-Einspritzmenge (erforderliche
Einspritzmenge) entsprechend der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine.
Die Verlustmengenberechnungseinrichtung berechnet die Kraftstoffverlustmenge
(Kraftstoffleckmenge) die aus den gleitenden Abschnitten der Injektoren 2 herausleckt
bzw. heraustritt (Injektorverlustmenge bzw. Injektorleckmenge).
Die Pumpenausstoßmengenberechnungseinrichtung
berechnet die Soll-Pumpenausstoßmenge
anhand der Soll-Einspritzmenge und der Injektorverlustmenge. Die
Steuerungsbefehlswertberechnungseinrichtung berechnet das Pumpenantriebssignal
(Antriebsstrom, Steuerungsbefehlswert), das dem elektromagnetischen
Pumpenventil 7 zugeführt
wird. Die Pumpenantriebseinrichtung gibt ein Pumpenantriebssignal
zu dem elektromagnetischen Pumpenventil 7 aus, um die Zufuhrpumpe 3 anzutreiben.
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Nachstehend
ist ein Betrieb der Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
beschrieben. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines
Betriebsablaufs der Kraftstoffeinspritzsteuerungseinrichtung gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel.
Zunächst liest
in Schritt S1 die ECU 10 die von dem Drehzahlsensor 21 erfasste
Maschinendrehzahl NE, den durch den Common-Rail-Drucksensor 25 erfassten Ist-Common-Rail-Druck
Pc, die durch den Fahrpedalpositionssensor 22 erfasste
Fahrpedalposition ACCP, und die unter denselben und vorhergehenden Betriebsbedingungen
gemessenen Ist-Common-Rail-Messdaten ein. Dann bestimmt in Schritt S2
die ECU 10 die Einspritzzeitdauer (Einspritzmenge TQ) des
Injektors 2 und die Pumpenausstoßmenge der Zufuhrpumpe 3 auf
der Grundlage der gelesenen Erfassungsdaten. Die Druckmusterschätzeinrichtung
führt die
Vorgänge
in Schritte S1 und S2 durch. Auf diese Weise wird der Druckübergang
des Kraftstoffs in dem Common-Rail 1 geschätzt.
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Dann
berechnet in Schritt S3 die Überschussdruckbereichs-Berechnungseinrichtung
den Überschussdruck ΔP auf der
Grundlage der Gleichung (1). Der Überschussdruck ΔP entspricht
dem Überschussdruckbereich über den
Soll-Common-Rail-Druck.
Schritt S4 bestimmt, ob der Überschussdruck ΔP "gleich oder größer als" ein spezifizierter
Druck α ist.
Falls die Antwort in S4 JA ist, geht die Routine zu Schritt S5 über. Der
Schritt S5 bestimmt einen Startzeitverlauf bzw. Startzeitpunkt (Betriebszeitverlauf
bzw. -Zeitpunkt) TrS zum Öffnen
des Druckreduzierventils 8 des Common-Rails 1 und
die Ventilöffnungszeitdauer
TRO des Druckreduzierventils 8. Der dem Druckreduzierventil 8 zugeführte Antriebsstrom
wird durch die Tastverhältnissteuerung gesteuert.
In diesem Fall wird eine Differenz zwischen dem von dem Common-Rail-Drucksensor 25 erfassten
Ist-Common-Rail-Druck und dem Soll-Common-Rail-Druck gemessen und zu der Tastverhältnissteuerung
des Druckreduzierventils 8 zurückgeführt.
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Schritt
S6 misst mit dem Common-Rail-Drucksensor 25 den Druck Pc
während
der Einspritzung des Injektors 2, der in bzw. mit Verzögerung des
Druckreduzierventils 8 arbeitet. Dann bestimmt Schritt
S7, ob eine Differenz zwischen den durch den Common-Rail-Drucksensor 25 gemessenen
Druck Pc während
der Einspritzung und dem Soll-Common-Rail-Druck Pt sich innerhalb
eines Standardwerts β befindet.
Falls die Antwort in Schritt S7 JA ist, wird die Routine beendet.
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Falls
die Antwort in Schritt S4 NEIN ist, geht der Prozess zu Schritt
S8 über,
und wird die Pumpenausstoßmenge
D der Zufuhrpumpe 3 erhöht.
Dann kehrt die Routine zu Schritt S1 zurück. Falls die Antwort in Schritt
S7 NEIN ist, geht die Routine zu Schritt S9 über. Falls der während der
Einspritzung gemessene Druck Pc größer als der Soll-Common-Rail-Druck Pt ist
(falls die Differenz ein positiver Wert ist), wird der Betriebs-
bzw. Betätigungszeitverlauf
(Betätigungszeitpunkt)
TrS des Druckreduzierventils 8 vorgeschoben. Falls der
gemessene Druck niedriger als der Soll-Common-Rail-Druck Pt ist
(falls die Differenz ein negativer Druck ist), wird die Ausstoßmenge D
der Zufuhrpumpe 3 erhöht.
Dann kehrt die Routine zu Schritt S1 zurück, um die Lernfunktion zu
verbessern.
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Nachstehend
ist eine Funktion und eine Wirkung der Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
durch Vergleich mit dem Betrieb einer herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung
einer Brennkraftmaschine gemäß 3b beschrieben.
In 3b sind ein Kurbelwellenwinkel CA, ein Betrieb
einer Zufuhrpumpe (Pump), einer Einspritzrate R und ein Fluktuationsmuster
eines Common-Rail-Drucks Pc des Vergleichsbeispiels gezeigt. Die
Brennkraftmaschine des Vergleichsbeispiels weist vier Zylinder #1
bis #4 auf, und die Zufuhrpumpe weist drei Kolben auf. Zeichen TDC#1
bis TDC#4 in 3b stellen Kurbelwellenwinkel
entsprechend den oberen Todpunkten der Zylinder #1 bis #4 jeweils
dar. Die durch die Brennkraftmaschine angetriebene Zufuhrpumpe stellt
Phasendifferenzen mit den drei Kolben bereit und stößt den Kraftstoff
zu einem Common-Rail aus. Jeder schraffierte Bereich in 3b stellt
eine Druckförderzeitdauer
der Zufuhrpumpe dar. Aufgrund von Pulsierungen des durch die Zufuhrpumpe
ausgestoßenen
Kraftstoffs fluktuiert der Druck in dem Common-Rail in einer Wellenform. Falls
ein Injektor periodisch die Kraftstoffeinspritzung für eine vorbestimmte
Einspritzzeitdauer TQ wiederholt, wird der Druck Pc in dem Common-Rail
um einen Grad entsprechend einer Einspritzmenge (Einspritzverhältnis R)
des Injektors verringert. Dementsprechend wird ein Common-Rail- Druckfluktuationsmuster
in der Form einer teilweise mangelhaften bzw. fehlerhaften Wellenform
bereitgestellt, wie es in 3b gezeigt
ist. Daher ändert
sich, wie es durch einen Bereich A in 3b gezeigt
ist, der Common-Rail-Druck
Pc stark während
der Einspritzzeitdauer TQ, so dass keine stabile Verbrennung erzielt werden
kann.
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Im
Gegensatz dazu wird gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
das an dem Common-Rail 1 angebrachte Druckreduzierventil 8 betrieben,
um den Überschussdruckbereich
PS zu beseitigen, wie es in 3a gezeigt
ist. In 3a sind ein Betrieb des Druckreduzierventils 8 (VENTIL),
der Einspritzrate R, des Tastverhältnisses (TASTVERHÄLTNIS),
der Tastverhältnissteuerung
des Druckreduzierventils 8, des Fluktuationsmusters des
Common-Rail-Drucks Pc und der Soll-Common-Rail-Druck Pt gezeigt. Der Ventilöffnungsstartzeitpunkt
TrS des Druckreduzierventils 8 ist auf einen Punkt eingestellt,
wenn der Common-Rail-Druck Pc sich auf im Wesentlichen die Mitte
des Common-Rail-Druckfluktuationsmusters
erhöht
hat. Beispielsweise wird der Ventilöffnungsstartzeitpunkt TrS auf
einen Punkt eingestellt, wenn der Common-Rail-Druck Pc um angenähert 5 MPa
größer als der
Soll-Common-Rail-Druck Pt wird. Der Betrieb des Druckreduzierventils 8 wird
unmittelbar vor dem niedrigsten Punkt des Common-Rail-Druckfluktuationsmusters
gestoppt. Der Betrieb des Druckreduzierventils 8 in der
Betriebszeitdauer wird durch die Tastverhältnissteuerung ausgeführt. Eine
Differenz zwischen dem von dem Common-Rail-Drucksensor 25 erfassten
Ist-Common-Rail-Druck Pc und einen gemessenen Soll-Common-Rail-Druck
Pt wird gemessen und zu der Tastverhältnissteuerung des Druckreduzierventils 8 zurückgeführt, wie
es durch eine Pfeil B in 3a gezeigt
ist.
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Der
Injektor 2 startet die Kraftstoffeinspritzung in Verzögerung des
Betriebsstarts des Druckreduzierventils 8 und beendet die
Kraftstoffeinspritzung zu demselben Zeitpunkt wie das Betriebsende
des Druckreduzierventils 8. Somit wird das Druckreduzierventil 8 unmittelbar
vor und während
der Einspritzung betrieben. Dementsprechend wird das Common-Rail-Druckfluktuationsmuster
von einem durch eine gestrichelte Linie Pc' gezeigtes Muster zu einem durch eine
durchgezogene Linie Pc in 3a gezeigtes
Muster geändert.
Auf diese Weise wird der durch schraffierte Bereiche PS in 3a gezeigte Überschussdruckbereich
beseitigt. Insbesondere wird der Common-Rail-Druck Pc während der
Einspritzzeitdauer geglättet.
Auf diese Weise wird die Verbrennung und das Verhalten der Brennkraftmaschine
stabilisiert. Weiterhin werden der Verbrennungszustand und der Kraftstoffverbrauch
verbessert und wird die Erzeugung von Rauch und dergleichen unterbunden.
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Der
durch eine gestrichelte Linie in 3a gezeigte
Soll-Common-Rail-Druck Pt wird zur Erzielung des besten Verbrennungszustands
in dem Betriebszustand eingestellt. Die Pumpausstoßmenge D der
Zufuhrpumpe 3 ist derart eingestellt, dass der untere Grenzwert
des Common-Rail-Druckfluktuationsmusters
unveränderlich
gleich oder größer als
der Soll-Common-Rail-Druck Pt ist. Dies liegt daran, dass keine
Steuerungseinrichtung zur Durchführung einer
Erhöhungssteuerung
des Common-Rail-Drucks Pc bereitgestellt ist, und der Wert des Common-Rail-Druckfluktuationsmusters
gleich oder größer als
der Soll-Common-Rail-Druck Pt beizubehalten ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel
begrenzt, sondern kann in vielerlei Weise ohne Abweichen von dem Umfang
der Erfindung implementiert werden, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Eine
Druckmusterschätzeinrichtung
S1, S2 einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine
schätzt
einen Druckübergang
von Kraftstoff in einen Common-Rail 1.
Eine Überschussdruckbereichberechnungseinrichtung
S3 der Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung berechnet einen Überschussdruckbereich,
in dem Druckmusterdaten, die durch die Druckmusterschätzeinrichtung
bereitgestellt werden, einen Soll-Common-Rail-Druck überschreiten.
Die Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung entspannt den Common-Rail-Druck
auf einer Niedrigdruckseite durch Bedienen eines Druckreduzierventils 8 des
Common-Rail, um den durch die Überschussdruckbereichs-Berechnungseinrichtung
berechneten Überschussdruckbereich
zu beseitigen. Auf diese Weise wird der Common-Rail-Druck (Einspritzdruck)
während
einer Einspritzzeitdauer geglättet.