DE102006047180A1

DE102006047180A1 - Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung einer Dieselmaschine

Info

Publication number: DE102006047180A1
Application number: DE102006047180A
Authority: DE
Inventors: Noriaki Kariya Nakane
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2007-04-19
Also published as: CN1944991A; JP2007100623A; US20070079811A1

Abstract

Eine Kraftstoffsteuereinrichtung einer Dieselmaschine berechnet eine Bedarfseinspritzmenge, basierend auf einem Betätigungsbetrag eines Beschleunigungspedals und einer Drehzahl der Maschine. Die Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung teilt die Bedarfseinspritzmenge in mehrere Einspritzungen. Einspritzmengen der geteilten Einspritzungen sind eingestellt, um bezüglich einer Abfolge der Einspritzungen gleich bleibend zuzunehmen. Daher, selbst wenn eine einfache Kraftstoffeinspritzvorrichtung verwendet wird, kann die Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung sowohl eine Reduzierung einer Auslassmenge von Stickoxiden als auch eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs geeignet erreichen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung, die eine Kraftstoffeinspritzsteuerung durch Betätigen einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Dieselmaschine ausführt, die eine Druckspeicherkammer zum Speichern eines Kraftstoffs bei einem Hochdruckzustand, eine Kraftstoffpumpe zum Druckzuführen des Kraftstoffs zu der Druckspeicherkammer und ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs hat, der in der Druckspeicherkammer gespeichert ist.

Eine bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Art hat eine gemeinsame Druckspeicherkammer (Common Rail), um Kraftstoffeinspritzventilen jeweiliger Zylinder einer Dieselmaschine Hochdruckkraftstoff zuzuführen, wie es in der JP-A-S62-258160 beispielsweise beschrieben wird. Die Common Rail Dieselmaschine kann einen Kraftstoffdruck in dem Common Rail in Übereinstimmung mit einem Maschinenbetriebszustand frei steuern, so dass die Maschine den zu den Kraftstoffeinspritzventilen zugeführten Kraftstoffdruck frei steuern kann.

Normalerweise wird bei der Dieselmaschine eine Bedarfskraftstoffmenge (Bedarfseinspritzmenge) basierend auf dem Betätigungsgrad des Beschleunigungspedals und einer Drehzahl berechnet, um ein Bedarfsmoment zu erzeugen, das einem Betätigungsbetrag eines Beschleunigungspedals entspricht, der von einem Nutzer vorgesehen wird. Eine Anweisungseinspritzdauer des Kraftstoffeinspritzventils ist eingestellt, um die Bedarfseinspritzmenge des Kraftstoffs einzuspritzen.

Bei dem Fall, bei dem die Bedarfseinspritzmenge des Kraftstoffs bei einer Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, verbrennt der Kraftstoff sofort, so dass eine Menge von Stickoxiden (NOx), die von der Dieselmaschine ausgelassen wird, dazu neigt, zuzunehmen. Deshalb wird herkömmlicherweise eine Kraftstoffeinspritzung mit winziger Menge vor einer Haupteinspritzung vorgeschlagen, wie es beispielsweise in der JP-A-H10-504622 beschrieben ist. Die Haupteinspritzung ist eine Einspritzung der Bedarfseinspritzmenge zum Erzeugen des benötigten Moments in Übereinstimmung mit dem Betätigungsgrad des Beschleunigungspedals, der durch den Nutzer vorgesehen wird. Indem die Kraftstoffeinspritzung mit winziger Menge vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird, wird die Verbrennung von der Haupteinspritzung an gemildert und die Auslassmenge des NOx wird verringert.

Bei dem Fall, bei dem mehrere Stufeneinspritzungen derart ausgeführt werden, neigt die Kraftstoffeinspritzmenge, die zum Erzeugen des benötigten Moments der Dieselmaschine erforderlich ist, dazu, größer zu werden, so dass ein Kraftstoffverbrauch dazu neigt, zuzunehmen.

Es wird angenommen, dass eine stiefelförmige Einspritzung zum Ändern einer Kraftstoffeinspritzrate von einem kleinen Wert zu einem großen Wert bei einer Einspritzung ideal zum Reduzieren des Kraftstoffverbrauchs ist, während die Auslassmenge des NOx reduziert wird. Um die Kraftstoffeinspritzung in einer derartigen Art und Weise durchzuführen, ist ein System oder dergleichen notwendig, das dazu in der Lage ist, den dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführten Kraftstoffdruck in einer Einspritzdauer variabel einzustellen. Folglich ist es schwierig, die stiefelförmige Einspritzung mit einer einfachen Kraftstoffeinspritzvorrichtung durchzuführen.

Darstellung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung einer Dieselmaschine vorzusehen, die dazu im Stande ist, selbst bei dem Fall, bei dem eine einfache Kraftstoffeinspritzvorrichtung verwendet wird, sowohl eine Reduzierung einer Auslassmenge an Stickoxiden, als auch eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs geeignet zu erreichen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung hat eine Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung eine Aufnahmevorrichtung, eine Berechnungsvorrichtung und eine Einstellvorrichtung. Die Aufnahmevorrichtung nimmt ein Abtastergebnis eines Sensors zum Abtasten einer Last der Maschine und einer Drehzahl einer Abtriebswelle der Maschine auf. Die Berechnungsvorrichtung berechnet eine erforderliche Einspritzmenge basierend auf der Last und der Drehzahl. Die Einstellvorrichtung teilt die erforderliche Einspritzmenge in mehrere Einspritzmengen mit einer Teilungsanzahl derart, dass die Einspritzmengen bezüglich einer Anordnung der Einspritzungen des Kraftstoffs gleichbleibend, nicht abnehmend sind, und um Intervalle zwischen den Einspritzungen innerhalb von Intervallen einzustellen, die durch die Einspritzungen eine durchgehende Wärmeerzeugung vorsehen. Die Teilungsanzahl weist drei oder eine größere Anzahl auf.

Mit diesem Aufbau wird die Bedarfseinspritzmenge geteilt und eingespritzt. Folglich wird die Verbrennung des Kraftstoffs gemildert und die Auslassmenge des NOx kann reduziert werden. Indem die Intervalle zwischen den Einspritzungen innerhalb der Intervalle eingestellt werden, die die durchgehende Wärmeerzeugung der Einspritzungen vorsehen, kann das benötigte Moment wirksam erzeugt werden. Da die Einspritzmengen gleichbleibend und nicht abnehmend sind, kann das Moment effizienter erzeugt werden. Daher kann die Bedarfskraftstoffmenge zum Erzeugen des benötigten Moments reduziert werden, so dass der Kraftstoffverbrauch reduziert werden kann. Folglich können mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau, selbst bei dem Fall, bei dem eine einfache Kraftstoffeinspritzvorrichtung verwendet wird, eine Reduzierung der Auslassmenge des NOx und eine Reduzierung des Kraftstoffsverbrauchs gleichzeitig passend erreicht werden.

Merkmale und Vorteile eines Ausführungsbeispiels, sowie Betätigungsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile, werden aus einem Studium der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den angehängten Ansprüchen und den Zeichnungen, von denen alle einen Teil dieser Anmeldung bilden, verstanden werden.

Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
In den Zeichnungen:
1 ist eine Darstellung, die ein Maschinensystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 ist eine Karte, die verwendet wird, um eine Anweisungseinspritzdauer aus einem Kraftstoffdruck und einer Einspritzmenge zu berechnen;
3A ist eine Darstellung, die eine Kraftstoffeinspritzratenwellenform zeigt;
3B ist eine Darstellung, die eine weitere Kraftstoffeinspritzratenwellenform zeigt;
3C ist eine Darstellung, die eine Wärmeerzeugungsratenwellenform zeigt, die zu der Kraftstoffeinspritzratenwellenform der 3A oder 3B gehört;
4A ist eine Darstellung, die eine stiefelförmige Einspritzratenwellenform zeigt;
4B ist eine Darstellung, die eine Wärmeerzeugungsratenwellenform entsprechend der Einspritzratenwellenform von 4A zeigt;
5A ist eine Darstellung, die eine Einspritzratenwellenform gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 zeigt;
5B ist eine Darstellung, die eine Wärmeerzeugungsratenwellenform entsprechend der Einspritzratenwellenform von 5A zeigt; und
6 ist ein Ablaufdiagramm, das Verarbeitungsschritte der Kraftstoffeinspritzsteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 zeigt.
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
Bezugnehmend auf 1 ist ein Maschinensystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Wie es in 1 gezeigt ist, saugt eine Kraftstoffpumpe 4 von einem Kraftstofftank 1 Kraftstoff durch einen Filter 2. Der durch die Kraftstoffpumpe 4 angesaugte Kraftstoff wird mit einem Druck beaufschlagt und einem Common Rail 6 zugeführt. Das Common Rail 6 ist ein Rohr zum Speichern eines Hochdruckkraftstoffs, der durch die Kraftstoffpumpe 4 druckzugeführt wird, und zum Verteilen des Kraftstoffs an Kraftstoffeinspritzventile 10 von jeweiligen Zylindern. Die Kraftstoffpumpe 4 ist mit einem Kraftstofftemperatursensor 5 zum Erfassen einer Temperatur des Kraftstoffs versehen, der zu dem Common Rail 6 druckzugeführt wird. Das Common Rail 6 ist mit einem Kraftstoffdrucksensor 7 zum Erfassen eines Kraftstoffdrucks P in dem Common Rail 6 versehen.
Das Kraftstoffeinspritzventil 10 führt den von dem Common Rail 6 zugeführten Hochdruckkraftstoff durch eine Einspritzung in eine Brennkammer der Dieselmaschine zu. Ein Nadelunterbringungsabschnitt 12 in der Form einer kreisrunden Säule ist an einem Endstück des Kraftstoffeinspritzventils 10 vorgesehen. Der Nadelunterbringungsabschnitt 12 nimmt eine Düsennadel 14 auf, die dazu im Stande ist, sich in einer axialen Richtung zu bewegen. Die Düsennadel 14 ist an einem ringförmigen Nadelsitz 16 aufgesetzt, der in dem Endstückabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 10 ausgebildet ist, um den Nadelunterbringungsabschnitt 12 von einer Außenseite (Maschinenbrennkammer) abzusperren. Die Düsennadel 14 trennt sich von dem Nadelsitz 16, um den Nadelunterbringungsabschnitt 12 mit der Außenseite zu verbinden. Dem Nadelunterbringungsabschnitt 12 wird durch einen Hochdruckkraftstoffdurchgang 18 der Hochdruckkraftstoff von dem Common Rail 6 zugeführt.
Eine Rückseite der Düsennadel 14 (Seite, die dem Nadelsitz 16 gegenüber liegt) ist einer Gegendruckkammer 20 zugewandt. Der Gegendruckkammer 20 wird durch den Hochdruckkraftstoffdurchgang 18 und durch eine Öffnung 19 der Hochdruckkraftstoff von dem Common Rail 6 zugeführt. Eine Nadelfeder 22 ist an einem dazwischenliegenden Abschnitt der Düsennadel 14 vorgesehen. Die Nadelfeder 22 spannt die Düsennadel 14 in Richtung dem Endstück des Kraftstoffeinspritzventils 10 vor.
Ein Niederdruckkraftstoffdurchgang 24 steht mit dem Kraftstofftank 1 in Verbindung. Ein Ventilbauteil 26 stellt eine Verbindung zwischen dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 24 und der Gegendruckkammer 20 her und unterbricht diese. Das Ventilbauteil 26 versperrt eine Öffnung 28, die die Gegendruckkammer 20 und den Niederdruckkraftstoffdurchgang 24 verbindet, um die Verbindung zwischen der Gegendruckkammer 20 und dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 24 zu unterbrechen. Das Ventilbauteil 26 öffnet die Öffnung 28, um die Verbindung zwischen der Gegendruckkammer 20 und dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 24 herzustellen.
Das Ventilbauteil 26 wird durch eine Ventilfeder 30 in Richtung dem Endstück des Kraftstoffeinspritzventils 10 vorgespannt. Das Ventilbauteil 26 wird durch eine elektromagnetische Kraft eines Elektromagneten 32 angezogen, um sich in Richtung der Rückseite des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu bewegen.
Bei diesem Aufbau blockiert das Ventilbauteil 26 die Öffnung 28 aufgrund einer Kraft der Ventilfeder 30, wenn der Elektromagnet 32 nicht unter Strom gesetzt ist, und die Anziehung des Elektromagneten 32 nicht ausgeübt wird. Die Düsennadel 14 wird durch die Nadelfeder 22 in Richtung dem Endstück des Kraftstoffeinspritzventils 10 gedrückt, um auf dem Nadelsitz 16 aufzusitzen, wodurch ein Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 10 vorgesehen wird, bei dem das Ventil geschlossen ist.
Wenn der Elektromagnet 32 unter Strom gesetzt wird, bewegt sich das Ventilbauteil 26 aufgrund der Anziehung des Elektromagneten 32 in Richtung der Rückseite des Kraftstoffeinspritzventils 10, um die Öffnung 28 zu öffnen. Dadurch strömt der Hochdruckkraftstoff in der Gegendruckkammer 20 durch die Öffnung 28 zu dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 24 aus. Folglich wird die Kraft, die durch den Hochdruckkraftstoff in der Gegendruckkammer 20 auf die Düsennadel 14 aufgebracht wird, kleiner als die Kraft, die durch den Hochdruckkraftstoff in dem Nadelunterbringungsabschnitt 12 auf die Düsennadel 14 aufgebracht wird. Wenn der Unterschied zwischen den Kräften größer wird als die Kraft der Nadelfeder 22, um die Düsennadel 14 in Richtung dem Endstück des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu drücken, wird die Düsennadel 14 von dem Nadelsitz 16 abgetrennt, wodurch ein Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 10 vorgesehen wird, bei dem das Ventil geöffnet ist.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 50 hat eine CPU und einen Speicher. Die ECU 50 nimmt Abtastwerte von verschiedenen Sensoren zum Abtasten von Betriebszuständen der Dieselmaschine oder Anforderungen des Nutzers auf. Die ECU 50 steuert Ausgabeeigenschaften der Dieselmaschine basierend auf den Abtastergebnissen. Die verschiedenen Sensoren zum Abtasten der Betriebszustände der Dieselmaschine und dergleichen umfassen den Kraftstofftemperatursensor 5, den Kraftstoffdrucksensor 7 und einen Kurbelwinkelsensor 52 zum Abtasten eines Drehwinkels (Kurbelwinkel: CA) einer Abtriebswelle der Dieselmaschine. Die Sensoren zum Abtasten der Anforderungen des Nutzers umfassen einen Beschleunigersensor 54 zum Abtasten des Betätigungsbetrags ACCP des Beschleunigungspedals.
Um die Ausgabe der Dieselmaschine zu steuern, führt die ECU 50 eine Kraftstoffeinspritzsteuerung zum Beibehalten geeigneter Ausgabeeigenschaften oder Abgaseigenschaften der Dieselmaschine in Übereinstimmung mit den Betriebszuständen der Dieselmaschine aus.
Die ECU 50 setzt einen Sollkraftstoffdruck in dem Common Rail 6 basierend auf den Betriebszuständen der Dieselmaschine. Die ECU 50 betätigt die Kraftstoffpumpe 4 basierend auf dem Sollkraftstoffdruck, um den gegenwärtigen Kraftstoffdruck P in dem Common Rail 6 auf den Sollkraftstoffdruck zu steuern. Die ECU 50 berechnet eine erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge (Bedarfseinspritzmenge) Q basierend auf den Anforderungen des Nutzers oder den Betriebszuständen der Dieselmaschine. Die ECU 50 setzt eine Anweisungseinspritzdauer TFIN in Übereinstimmung mit der Bedarfseinspritzmenge Q und dem Kraftstoffdruck P, der von dem Kraftstoffdrucksensor 7 abgetastet wird, und führt eine Betätigung eines unter Strom Setzens des Kraftstoffeinspritzventils 10 basierend auf der eingestellten Anweisungseinspritzdauer TFIN aus.
Die Anweisungseinspritzdauer TFIN wird durch Verwenden einer in 2 gezeigten Karte berechnet. Die Karte dient der Bestimmung einer Beziehung zwischen der Bedarfseinspritzmenge Q, dem Kraftstoffdruck P und der Anweisungseinspritzdauer TFIN. Wenn die Anweisungseinspritzdauer TFIN konstant ist, nimmt die gegenwärtig eingespritzte Einspritzmenge zu, wenn der Kraftstoffdruck P zunimmt. Deshalb wird die Anweisungseinspritzdauer TFIN aus dem Kraftstoffdruck P und der Bedarfseinspritzmenge Q berechnet.
Wenn die Bedarfseinspritzmenge Q des Kraftstoffs sofort eingespritzt wird, um das erforderliche Moment zu erzeugen, das dem Betätigungsbetrag ACCP des Beschleunigungspedals entspricht, der von dem Nutzer vorgesehen wurde, verbrennt der Kraftstoff sofort. Infolgedessen nimmt eine von der Brennkammer der Dieselmaschine ausgelassene Menge an NOx zu. 3A zeigt eine Wellenform einer Einspritzrate Ri bei dem Fall, bei dem der Kraftstoff der Bedarfseinspritzmenge Q auf einmal eingespritzt wird. Eine durchgezogene Linie in 3C zeigt eine Wärmeerzeugungsrate Rh in der Brennkammer der Dieselmaschine zu dieser Zeit. Die Kraftstoffeinspritzrate Ri ist als eine Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit definiert. Die Wärmeerzeugungsrate Rh ist als eine Wärmemenge definiert, die pro Zeiteinheit erzeugt wird. Wie es in 3C gezeigt ist, nimmt die Wärmeerzeugungsrate Rh drastisch zu und hat einen Höchstwert. Deshalb nimmt die Verbrennungstemperatur zu und eine große Menge an NOx wird erzeugt.
Wenn eine winzige Kraftstoffeinspritzung vor der Kraftstoffeinspritzung (Haupteinspritzung) der Bedarfseinspritzmenge durchgeführt wird, wie es in 3B gezeigt ist, wird die Kraftstoffverbrennung der Haupteinspritzung gemildert. Infolgedessen sind die Zunahmegeschwindigkeit der Wärmeerzeugungsrate Rh und der Höchstwert der Wärmeerzeugungsrate Rh reduziert, wie es durch eine gestrichelte Linie in 3C gezeigt ist. Folglich nimmt die Verbrennungstemperatur ab und die Erzeugungsmenge des NOx wird reduziert. Jedoch wird in diesem Fall die Haupteinspritzung durchgeführt, nachdem die Wärmeerzeugungsrate Rh aufgrund der winzigen Kraftstoffeinspritzung Null wird. Folglich werden das Moment aufgrund der winzigen Kraftstoffeinspritzung und das Moment aufgrund der Haupteinspritzung diskontinuierlich erzeugt. Bei diesem Fall ist das durch die winzige Kraftstoffeinspritzung erzeugte Moment klein und vernachlässigbar. Folglich muss das Bedarfsmoment durch die Haupteinspritzung erzeugt werden. Deshalb ist der Kraftstoffverbrauch bei dem Fall, bei dem das Bedarfsmoment durch Ausführen der winzigen Einspritzung vor der Haupteinspritzung erzeugt wird, größer als bei dem Fall, bei dem das Bedarfsmoment durch eine einzige Kraftstoffeinspritzung erzeugt wird.
Es wird angenommen, dass eine stiefelförmige Einspritzung zum Ändern der Kraftstoffeinspritzrate Ri von einem kleinen Wert auf einen großen Wert in der Form eines Stiefels bei einer Kraftstoffeinspritzung, wie sie in 4A gezeigt ist, ideal ist, um sowohl die Reduzierung des NOx und die Reduzierung der Kraftstoffeinspritzmenge geeignet zu erreichen. Somit, wie es in 4B gezeigt ist, wird die Zunahme der Wärmeerzeugungsrate Rh gemindert und der Höchstwert der Wärmeerzeugungsrate Rh wird reduziert. Infolgedessen kann die Verbrennungstemperatur reduziert werden und die Erzeugungsmenge des NOx kann reduziert werden. Darüber hinaus nimmt bei diesem Fall die Wärmeerzeugungsrate Rh gleichbleibend mit der Zeit ab. Folglich trägt der eingespritzte Kraftstoff effizienter Weise zu der Erzeugung des Moments bei. Es existiert eine Beziehung, dass das Ausgabemoment der Dieselmaschine zunimmt, wenn der zeitliche Integrationswert der Wärmeerzeugungsratenwellenform zunimmt. Das Ausgabemoment wird durch den zeitlichen Integrationswert der Kraftstoffeinspritzratenwellenform, d.h. eine Kraftstoffeinspritzmenge, bestimmt.
Jedoch ist es mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau schwierig, die stiefelförmige Einspritzung durchzuführen. Das liegt daran, weil das Kraftstoffeinspritzventil 10 beispielsweise in einer binären Art und Weise zwischen dem ventilgeöffneten Zustand und dem ventilgeschlossenen Zustand in Übereinstimmung mit einem unter Strom Setzen oder einem Abschalten des Elektromagneten 32 betätigt wird.
Mit diesem Aufbau wird die Kraftstoffeinspritzrate Ri einmalig durch den Kraftstoffdruck P bestimmt, der durch den Hochdruckkraftstoffdurchgang 18 zugeführt wird, wenn sich die Düsennadel 14 von dem Nadelsitz 16 abtrennt und einen vorbestimmten Hubbetrag erreicht. Folglich ist die stiefelförmige Einspritzung schwierig.
Deshalb ist bei dem Ausführungsbeispiel die Bedarfseinspritzmenge Q derart in mehrere Einspritzmengen unterteilt, dass die Einspritzmengen bezüglich der Anordnung der Einspritzungen gleichbleibend und nicht abnehmend sind und Intervalle t-INT zwischen Einspritzungen innerhalb von Intervallen eingestellt werden, bei denen die Wärmeerzeugung aufgrund der Einspritzungen kontinuierlich ist, wie es beispielsweise in 5A gezeigt wird.
Bei dem in 5A gezeigten Beispiel werden fünf Stufen von Kraftstoffeinspritzungen durchgeführt. Die Intervalle t-INT zwischen den Kraftstoffeinspritzungen sind innerhalb der Intervalle gesetzt, bei denen die Wärmeerzeugung aufgrund der Einspritzungen kontinuierlich ist. Dadurch trägt der bei den jeweiligen Einspritzungen bei den Verbrennungen verwendete Kraftstoff wirksam zu der Erzeugung des Moments bei. Jedes der Intervalle t-INT zum Erreichen der kontinuierlichen Wärmeerzeugung sollte vorzugsweise 1,0 ms oder kürzer gesetzt werden.
Die Einspritzmengen Q1 bis Q5 der fünf Einspritzungen sind eingestellt, dass sie gleichbleibend und abnehmend sind. Dadurch kann, wie es in 5B gezeigt ist, die Wärmeerzeugungsratenwellenform aufgrund der Kraftstoffeinspritzungen als eine im Wesentlichen gleichbleibende nicht abnehmende Wellenform erzeugt werden. Infolgedessen kann ein Momentverlust, der hervorgerufen werden kann, wenn die Wärmeerzeugungsratenwellenform aufgrund der Kraftstoffeinspritzungen die Wellenform einer Wiederholung einer Zunahme und einer Abnahme annimmt, geeignet verhindert werden. Insbesondere nehmen bei dem Ausführungsbeispiel die Einspritzmengen Q1 bis Q5 derart gleichbleibend zu, das Q1 < Q2, Q2 < Q3, Q3 < Q4 und Q4 < Q5 ist. Daher kann, selbst wenn der Kraftstoffdruck P in dem Common Rail 6 in einer unerwarteten Art und Weise schwankt und von dem gewünschten Kraftstoffdruck abweicht, die Möglichkeit, dass die in der späteren Einspritzung gegenwärtig eingespritzte Kraftstoffmenge kleiner als die in der früheren Einspritzung gegenwärtig eingespritzte Kraftstoffmenge wird, passend reduziert werden. Die unerwartete Schwankung neigt dazu, aufzutreten, weil das Common Rail 6 allgemein durch mehrere Kraftstoffeinspritzventile 10 verwendet wird.
Insbesondere sind bei dem Ausführungsbeispiel die Einspritzmengen Q1 bis Q5 so eingestellt, dass sie die nachfolgenden Beziehungen (1) und (2) erfüllen. (Q2 – Q1)/Q2 × 100 < 50, (1) (Q(i + 1) – Q(i))/Q(i + 1) × 100 < 30: i ≥ 2, (2)
Dies sind Einstellungen zum Annähern der Einspritzratenwellenform an die ideale Wellenform einer stiefelförmigen Einspritzung oder zum Annähern der Wärmeerzeugungsratenwellenform an eine Wellenform, die die stiefelförmige Einspritzung begleitet. Die Einspritzmenge Q1, die eine Einspritzmenge ist, die bei der ersten Einspritzung zum Durchführen der Verbrennung erforderlich ist, sollte vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 10 mm³/st (beziehungsweise mm³/Hub) eingestellt werden.
Die mehrfachen Kraftstoffeinspritzungen werden in einem Bereich von 30°CA BTDC (30° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt) bis 60°CA ATDC (60° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt) durchgeführt. Dies geschieht, weil es eine Möglichkeit gibt, dass sich der eingespritzte Kraftstoff an eine Zylinderinnenwand und dergleichen der Dieselmaschine anhaftet, und nicht bei der Verbrennung verwendet wird, wenn die Kraftstoffeinspritzung bezüglich dem oberen Totpunkt (TDC) übermäßig vorverlegt oder verzögert wird. Praktisch sollte die Dauer (Gesamteinspritzdauer t-TOTAL von T1 bis T2) zum Durchführen der mehrfachen Einspritzungen vorzugsweise bei einem Winkelbereich innerhalb 40°CA in dem vorstehend beschriebenen Bereich gesetzt werden, um die durch die Einspritzungen erzeugte Wärme durchgängig zu machen.
6 zeigt die Verarbeitungsschritte der Kraftstoffeinspritzsteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel. Die ECU 50 führt die Verarbeitung aus. In der Abfolge der Verarbeitung berechnet Schritt S10 die Bedarfseinspritzmenge Q basierend auf dem Betätigungsbetrag ACCP des Beschleunigerpedals, der durch den Beschleunigersensor 54 erfasst wird, und der Drehzahl, die durch den Kurbelwinkelsensor 52 erfasst wird. Dann setzt Schritt S12 die Teilungsanzahl N der Bedarfseinspritzmenge Q, die bei Schritt S10 berechnet wurde, beispielsweise in einem Bereich von 2 bis 5, basierend auf dem Beschleunigerpedalbetätigungsbetrag ACCP und der Drehzahl. Die Teilungsanzahl N kann erhöht werden, wenn die Bedarfseinspritzmenge Q zunimmt. Dadurch kann der Höchstwert der Wärmeerzeugungsrate Rh, der die Einspritzungen begleitet, reduziert werden.
Dann setzt Schritt S14 die Intervalle t-INT zwischen den Einspritzungen basierend auf der Kraftstofftemperatur, die durch den Kraftstofftemperatursensor 5 erfasst wird, und der Drehzahl. Die Intervalle t-INT werden basierend auf der Zeit eingestellt. Die auf der Zeit basierende Einstellung wird aufgrund einer einfachen Steuerung der Intervalle t-INT, die dazu im Stande sind, die durchgängige Wärmeerzeugung durch die Einspritzungen vorzusehen, und auch aufgrund der folgenden Gründe durchgeführt.
Zuerst werden die Intervalle t-INT basierend auf der Zeit eingestellt, um die Phase einer Druckpulsation in dem Common Rail 6, die durch die erstere Einspritzung hervorgerufen wird, von der späteren Einspritzung an zu erfassen. Als zweites werden die Intervalle t-INT basierend auf der Zeit eingestellt, weil der kürzeste erlaubbare Bereich durch die Zeit definiert wird. Das heißt, eine bestimmte Antwortverzögerung wird hervorgerufen, wenn das Kraftstoffeinspritzventil 10 in Übereinstimmung mit dem unter Strom setzen oder Abschalten des Elektromagneten 32 geöffnet oder geschlossen wird. Deshalb, um die Kraftstoffeinspritzung mit Unterbrechungen durchzuführen, müssen die Intervalle gleich oder länger als die kürzeste Zeit eingestellt werden, die durch die Antwort des Kraftstoffeinspritzventils 10 definiert ist. Normalerweise ist die kürzeste Zeit in etwa 0,2 ms. Wenn der Bereich t-INT zwischen den angrenzenden Einspritzungen kürzer als 0,2 ms gesetzt wird, überlagert sich die Ventilschließtätigkeit des Kraftstoffeinspritzventils 10 bei der ersteren Einspritzung mit der Ventilöffnungstätigkeit des Kraftstoffventils 10 bei der letzteren Einspritzung. Dadurch wird die Steuergenauigkeit der Kraftstoffeinspritzung verschlechtert.
Die Intervalle t-INT werden im Grunde in Übereinstimmung mit der Teilanzahl N eingestellt, die bei Schritt S12 gesetzt wird. Genauer gesagt werden die Intervalle t-INT variabel in Übereinstimmung mit der Teilungsanzahl N, der Drehzahl und der Kraftstofftemperatur eingestellt.
Die Drehzahl ist ein Parameter, der mit der Zeit korreliert, die dem Kurbelwinkelbereich (30°CA BTDC bis 60°CA ATDC) entspricht, in dem die mehrfachen Kraftstoffeinspritzungen durchgeführt werden können. Mit einem Zunehmen der Drehzahl verkürzt sich die Zeit, die für die Drehung des Bereichs erforderlich ist. Wenn sich die für die Drehung erforderliche Zeit verkürzt, verkürzt sich auch der Maximalwert der Zeit, die als der Bereich t-INT der Einspritzungen erlaubt ist. Folglich werden die Intervalle t-INT variabel in Übereinstimmung mit der Drehzahl eingestellt. Beispielsweise werden die Intervalle t-INT verkürzt, wenn die Drehzahl zunimmt.
Die Kraftstofftemperatur ist ein Parameter, die mit dem Zyklus der Druckpulsation korreliert, die in dem Common Rail 6 erzeugt wird. Die Viskosität des Kraftstoffs nimmt zu, wenn die Kraftstofftemperatur abnimmt. Folglich ändert sich der Zyklus der Druckpulsation in Übereinstimmung mit der Änderung der Kraftstofftemperatur. Deshalb wird die Phase durch variables Einstellen der Intervalle t-INT in Übereinstimmung mit der Kraftstofftemperatur reguliert. Beispielsweise wird die Phase der Druckpulsation, die durch die frühere Einspritzung hervorgerufen wird, von der letzteren Einspritzung an konstant gesetzt, ohne Rücksicht auf die Kraftstofftemperatur.
Dann erfasst Schritt S16 ein Abtastergebnis des Kraftstoffdrucks P, das von dem Kraftstoffdrucksensor 7 abgetastet wird. Schritt S18 berechnet die erste Anweisungseinspritzdauer TFIN1, indem er die in 2 gezeigte Karte verwendet, basierend auf dem Abtastwert des Kraftstoffdrucks P, der durch den Kraftstoffdrucksensor 7 abgetastet wird, und der ersten Einspritzmenge Q1.
Schritt S20 berechnet die zweite oder nachfolgende Anweisungseinspritzdauer TFINi (i ≥ 2) durch Verwenden der in 2 gezeigten Karte basierend auf dem Kraftstoffdruck P, der bei Schritt S16 abgetastet wurde (Kraftstoffdruck unmittelbar vor der ersten Einspritzung) und der zweiten oder nachfolgenden Einspritzmenge Qi (i ≥ 2). Schritt S22 korrigiert die Anweisungseinspritzdauer TFINi, die bei Schritt S20 basierend auf der Schwankung des Kraftstoffdrucks P aufgrund der Kraftstoffeinspritzung (Kraftstoffeinspritzungen) während der Dauer von der ersten Kraftstoffeinspritzung zu der gegenwärtigen Kraftstoffeinspritzung berechnet wurde. Selbst bei der zweiten oder nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung, wird die Anweisungseinspritzdauer TFINi basierend auf dem Kraftstoffdruck P berechnet, der unmittelbar vor der ersten Kraftstoffeinspritzung abgetastet wurde. Deshalb ist der verwendete Kraftstoffdruck P kein geeigneter Wert als der Kraftstoffdruck P in dem Common Rail 6 von der Kraftstoffeinspritzung an. Deshalb wird in Anbetracht der Druckschwankung, die durch die andere Kraftstoffeinspritzung (die anderen Kraftstoffeinspritzungen) während der Dauer von der Abtastzeit des Kraftstoffdrucks P zu der gegenwärtigen Kraftstoffeinspritzung hervorgerufen wird, die Anweisungseinspritzdauer TFINi, die bei Schritt S20 berechnet wurde, korrigiert, um die geeignete Anweisungseinspritzdauer TFINi für den Kraftstoffdruck P von der gegenwärtigen Kraftstoffeinspritzung an zu erhalten. Ein Korrekturwert wird basierend auf der Phase der Druckpulsation wie von der gegenwärtigen Einspritzung und der Reduzierung des Kraftstoffdrucks aufgrund der vorher ausgeführten Einspritzung (der vorher ausgeführten Einspritzungen) berechnet. Die Phase der Druckpulsation von der gegenwärtigen Einspritzung an wird basierend auf den Intervallen t-INT erfasst, die bei Schritt S14 berechnet wurden.
Das Ausführungsbeispiel übt die nachstehenden Wirkungen aus.

(I) Die Bedarfseinspritzmenge wird in mehrere Einspritzmengen derart unterteilt, dass die Einspritzmengen gleichbleibend, nicht abfallend bezüglich der Anordnung der Kraftstoffeinspritzungen sind und derart, dass die Intervalle zwischen den Einspritzungen innerhalb der Intervalle eingestellt werden, die eine durchgehende Wärmeerzeugung entlang der Einspritzungen vorsehen. Daher kann das NOx reduziert werden, ohne eine winzige Einspritzung durchzuführen, die eine diskontinuierliche Wärmeerzeugung bewirkt. Folglich können die Reduzierung der Ausstoßmenge an NOx und die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs gleichzeitig erreicht werden.
(II) Die Teilungsanzahl zum Unterteilen der Bedarfseinspritzmenge wird variabel in Übereinstimmung mit dem Betätigungsbetrag des Beschleunigungspedals und der Drehzahl eingestellt. Folglich können die Kraftstoffeinspritzungen mit der geeigneten Teilungsanzahl in Übereinstimmung mit der Bedarfseinspritzmenge durchgeführt werden.
(III) Die Intervalle zwischen den Einspritzungen zum Einspritzen der geteilten Bedarfseinspritzmenge werden durch die Zeit eingestellt. Dadurch können die Intervalle zum Vorsehen der durchgehenden Wärmeerzeugung durch die Einspritzungen leicht eingestellt werden. Selbst wenn die Druckpulsation in dem Kraftstoffdruck in der Druckspeicherkammer aufgrund der früheren Einspritzung hervorgerufen wird, kann die Phase der Druckpulsation von der letzteren Einspritzung an leicht erfasst werden.
(IV) Jeder Bereich zwischen den Einspritzungen ist auf 1,0 ms oder kürzer eingestellt. Daher können die Intervalle vorgesehen werden, die die durchgängige Wärmeerzeugung der Einspritzungen vorsehen.
(V) Die Einspritzmengen der Einspritzungen sind eingestellt, um gleichbleibend bezüglich der Abfolge der Kraftstoffeinspritzungen anzusteigen. Deshalb kann selbst bei dem Fall, bei dem die gegenwärtige Einspritzmenge von der gewünschten Menge abweicht, d.h., wenn der Kraftstoffdruck in dem Common Rail 6 eine unerwartete Schwankung erfährt, die Möglichkeit ausreichend reduziert werden, dass die Kraftstoffmenge der letzteren Einspritzung kleiner ist als die der früheren Einspritzung.
(VI) Die Einspritzmenge Qi jeder Einspritzung ist folgendermaßen eingestellt: (Q2 – Q1)/Q2 × 100 < 50, (Q(i + 1) – Q(i))/Q(i + 1) × 100 < 30 : i ≥ 2. Dadurch kann die Kraftstoffeinspritzrate an die Stiefelform angenähert werden, die ideal ist, um sowohl die Reduzierung des NOx, als auch die Reduzierung der Kraftstoffeinspritzmenge passend zu erreichen.
(VII) Die Zeit der mehrfachen Kraftstoffeinspritzungen ist in dem Bereich von 30°CA BTDC bis 60°CA ATDC gesetzt. Dadurch ist der eingespritzte Kraftstoff der Verbrennung gewidmet.
(VIII) Die Intervalle zwischen den Einspritzungen werden variabel in Übereinstimmung mit der Drehzahl eingestellt. Daher können die für jede Drehzahl geeigneten Intervalle eingestellt werden, selbst wenn sich die Zeit, die für die Drehung des Kurbelwinkels erforderlich ist, der die Einspritzungen ermöglicht, in Übereinstimmung mit der Drehzahl ändert.
(IX) Die Intervalle zwischen den Einspritzungen werden in Übereinstimmung mit der Kraftstofftemperatur variabel eingestellt. Daher kann der Einfluss der Druckpulsation aufgrund der früheren Einspritzung über den Kraftstoffdruck von der letzteren Einspritzung an reguliert werden, selbst wenn sich der Zyklus der Druckpulsation in Übereinstimmung mit der Kraftstofftemperatur ändert.
(X) Die Anweisungseinspritzdauer der zweiten oder nachfolgenden Einspritzung von den Einspritzungen zum Einspritzen der geteilten Bedarfseinspritzmenge wird durch Verwenden der in 2 gezeigten Karte berechnet und dann wird die Anweisungseinspritzdauer korrigiert und verwendet. Dadurch kann die zweite oder nachfolgende Anweisungseinspritzdauer durch Verwenden des unmittelbar vor der ersten Einspritzung abgetasteten Kraftstoffdrucks geeignet eingestellt werden.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel kann folgendermaßen abgewandelt werden.
Anstelle die Intervalle in Übereinstimmung mit der Kraftstofftemperatur variabel einzustellen, kann ein Korrekturwert zum Korrigieren der Anweisungseinspritzdauer in Übereinstimmung mit der Kraftstofftemperatur gesetzt werden.
Wenn der Kraftstoffdruck unmittelbar vor jeder Einspritzung, die die geteilte Bedarfseinspritzmenge einspritzt, abgetastet werden kann, kann die Anweisungseinspritzdauer genau berechnet werden, ohne die Verarbeitung von Schritt S22, die in 6 gezeigt wird, durchzuführen.
Die Berechnung der Bedarfseinspritzmenge ist nicht auf die Berechnung beschränkt, die basierend auf dem Betätigungsbetrag des Beschleunigungspedals und der Drehzahl durchgeführt wird. Beispielsweise kann die Bedarfseinspritzmenge basierend auf dem Bedarfsmoment und der Drehzahl berechnet werden.
Die Festsetzung der Teilungsanzahl der Bedarfseinspritzmenge ist nicht auf diejenige beschränkt, die basierend auf dem Betätigungsbetrag des Beschleunigungspedals und der Drehzahl durchgeführt wird. Beispielsweise kann die Teilungsanzahl der Bedarfseinspritzmenge basierend auf dem Bedarfsmoment und der Drehzahl berechnet werden. Alternativ kann die Teilungsanzahl basierend auf der Bedarfseinspritzmenge berechnet werden.
Die Erfindung sollte nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt werden, sondern kann in vielen anderen Arten realisiert werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Eine Kraftstoffsteuereinrichtung einer Dieselmaschine berechnet eine Bedarfseinspritzmenge basierend auf einem Betätigungsbetrag eines Beschleunigungspedals und einer Drehzahl der Maschine. Die Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung teilt die Bedarfseinspritzmenge in mehrere Einspritzungen. Einspritzmengen der geteilten Einspritzungen sind eingestellt, um bezüglich einer Abfolge der Einspritzungen gleichbleibend zuzunehmen. Daher, selbst wenn eine einfache Kraftstoffeinspritzvorrichtung verwendet wird, kann die Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung sowohl eine Reduzierung einer Auslassmenge von Stickoxiden, als auch eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs geeignet erreichen.

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung, die eine Kraftstoffeinspritzsteuerung durchführt, indem sie eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Dieselmaschine betätigt, die eine Druckspeicherkammer (6) zum Speichern eines Kraftstoffs bei einem Hochdruckzustand, eine Kraftstoffpumpe (4) zum mit einem Druck beaufschlagten Zuführen des Kraftstoffs zu der Druckspeicherkammer und ein Kraftstoffeinspritzventil (10) zum Einspritzen des in der Druckspeicherkammer gespeicherten Kraftstoffs aufweist, wobei die Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung aufweist: eine Erfassungsvorrichtung, die ein Abtastergebnis eines Sensors (52, 54) zum Abtasten einer Last der Maschine und einer Drehzahl einer Abtriebswelle der Maschine erfasst; eine Berechnungsvorrichtung (S10), die eine benötigte Einspritzmenge basierend auf der Last und der Drehzahl berechnet; und eine Einstellvorrichtung (S12, S14), die die benötigte Einspritzmenge in mehrere Einspritzmengen mit einer Teilungsanzahl derart teilt, dass die Einspritzmengen bezüglich einer Abfolge der Einspritzungen des Kraftstoffs gleichbleibend und nicht abfallend sind und um Intervalle zwischen den Einspritzungen innerhalb von Intervallen einzustellen, die eine durchgängige Wärmeerzeugung durch die Einspritzungen vorsehen, wobei die Teilungsanzahl drei oder größer ist.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einstellvorrichtung die Teilungsanzahl aus einer Vielzahl von Zahlen basieren auf der Last und der Drehzahl einstellt.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Intervalle zwischen den Einspritzungen basierend auf der Zeit gesetzt werden.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Intervall auf 1,0 ms oder kürzer gesetzt ist.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einspritzmengen der Einspritzungen gesetzt sind, um bezüglich der Abfolge der Einspritzungen gleichbleibend zuzunehmen.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Intervall auf 0,2 ms oder länger gesetzt ist.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Intervall verkürzt wird, wenn die Drehzahl zunimmt.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Intervall in Übereinstimmung mit einer Temperatur des Kraftstoffs variabel eingestellt wird.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Intervalle derart eingestellt sind, dass eine letztere Einspritzung von den Einspritzungen bei der gleichen Phase einer Druckpulsation ausgeführt wird, die in der Druckspeicherkammer durch eine frühere Einspritzung von den Einspritzungen erzeugt wird, ohne Rücksicht auf die Kraftstofftemperatur.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Einstellvorrichtung die Einspritzmengen der Einspritzungen berechnet, damit folgendes erfüllt ist: (Q2 – Q1)/Q2 × 100 < 50; und (Q(i + 1) – Q(i))/Q(i + 1) × 100 < 30,wobei Q1 eine Einspritzmenge einer ersten Einspritzung von Einspritzungen ist, Q2 eine Einspritzmenge einer zweiten Einspritzung von den Einspritzungen ist und i eine ganze Zahl ist, die gleich oder größer als 2 ist.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Einspritzmenge der ersten Einspritzung in einem Bereich von 3 bis 10 mm³/st gesetzt wird.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Einstellvorrichtung eine Zeit der Einspritzungen in einem bestimmten Winkelbereich von 30°CA vor einem oberen Totpunkt bis 60°CA nach einem oberen Totpunkt einstellt.
Kraftstoffeinspritzsteuereinrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Einspritzungen in einem Bereich von 40°CA in dem bestimmten Winkelbereich durchgeführt werden.