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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung, die hauptsächlich in einer Dieselbrennkraftmaschine verwendet wird. Eine Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsteuerungsvorrichtung mit einem 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 11-148 400 A 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 11-148 400 A 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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Die
US 6,694,953 B2 offenbart ein Vorhersagemodell für den Druck in einem Common-Rail-Einspritzsystem. Dieses System weist eine Hochdruckpumpe, einen Druckspeicherbehälter (Common-Rail) zum Speichern von Hochdruckkraftstoff, ein Kraftstoffeinspritzventil und eine Kraftstoffzufuhrpumpe auf. Weiterhin ist eine Druckmusterschätzeinrichtung vorgesehen, mit der der Druck während der Einspritzdauer der Kraftstoffzufuhrpumpe geschätzt wird. Gemäß dieser Druckschrift wurde erkannt, dass der Druckverlauf im Common-Rail aufgrund der periodischen Kraftstoffentnahme durch die Injektoren Schwankungen zeigt, welche eine präzise dosierte Kraftstoffeinspritzung erschweren. Zur Abhilfe ist vorgesehen, den Druck im Common-Rail zu schätzen, indem die zu- und abfließenden Kraftstoffmassenströme bilanziert werden. Zusätzlich erfolgt eine Adaption des Modells durch Vergleich des geschätzten Drucks mit dem gemessenen Wert.
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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, gelöst.
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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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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 als elektromagnetisches Betätigungsglied ist an einem Kraftstoffströmungsdurchlass angebracht, der von der Förderpumpe zu den Druckkammern der Zufuhrpumpe 3 führt. Das elektromagnetische Pumpenventil 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 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 ändert die Pumpenausstoßmenge zur Steuerung des Common-Rail-Drucks entsprechend den Kraftstoffeinspritzdrücken des Kraftstoffes, der aus den jeweiligen Injektoren 2 in die jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Das elektromagnetische Pumpenventil 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 sollte vorzugsweise durch eine Tastverhältnissteuerung durchgeführt werden. Eine hochgenaue digitale Steuerung kann durch die Tastverhältnissteuerung der Änderung des Ventilöffnungsgrads des elektromagnetischen Pumpenventils 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 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 zugeführt wird. Die Pumpenantriebseinrichtung gibt ein Pumpenantriebssignal zu dem elektromagnetischen Pumpenventil 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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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.