DE102007000394A1

DE102007000394A1 - Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem

Info

Publication number: DE102007000394A1
Application number: DE102007000394A
Authority: DE
Inventors: Hiroto Kairya Fujii
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2027-07-21
Also published as: CN101109335A; JP4582064B2; US7522987B2; US20080017173A1; DE102007000394B4; JP2008025478A; CN101109335B

Abstract

Ein Gerät zielt darauf ab, eine Abweichung von einer Referenzeinspritzcharakteristik einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu lernen, die für einen Zylinder einer Maschine vorgesehen ist, die eine Abtriebswelle aufweist. Bei dem Gerät ist eine Erfassungseinheit konfiguriert, um ein Minimalintervall zwischen zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern bei der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdauern, basierend auf einem Verhalten der Abtriebswelle während eines Ausführens der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen, zu erfassen. Das Minimalintervall behält die zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern einander nicht überlappend bei. Eine Lerneinheit ist konfiguriert, um die Abweichung von der Referenzeinspritzcharakteristik der Kraftstoffeinspritzeinrichtung, basierend auf dem erfassten Minimalintervall, zu lernen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Querverweis zur zugehörigen Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung 2006-199452 , die am 21. Juli 2006 eingereicht wurde. Diese Anmeldung zielt auf den Nutzen der Priorität von der japanischen Patentanmeldung ab, so dass die Beschreibungen dieser alle hierin mit Bezugnahme eingearbeitet sind.
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Kraftstoffeinspritzsteuerungssysteme, die für Brennkraftmaschinen verwendet werden; diese Systeme sind dazu im Stande, zumindest einen Parameter zu lernen, der eine Änderung bei den Einspritzcharakteristiken einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung angibt.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Kraftstoffeinspritzsteuerungssysteme werden im Allgemeinen verwendet, um eine Kraftstoffeinspritzung durch eine Einspritzeinrichtung für jeden Zylinder einer Maschine zu steuern.
Wenn ein Nadelventil auf einer Innenwand (Ventilsitz) einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung ruht (aufsitzt), ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung geschlossen. Wenn das Nadelventil von dem Ventilsitz bewegt wird, so dass ein physikalischer Abstand zwischen dem Nadelventil und dem Ventilsitz zunimmt, ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung offen. Dies ermöglicht es, dass eine geeignete Menge an mit Druck beaufschlagtem Kraftstoff von einer Düse der Kraftstoffeinspritzeinrichtung dosiert wird.
Bei der Kraftstoffeinspritzsteuerung, die eine derartige Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwendet, werden Kraftstoffmengenparameter abhängig von einem Befehlswert eingestellt, der eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff angibt, so dass eine tatsächliche Menge an mit Druck beaufschlagtem Kraftstoff gesteuert wird, die aus der Kraftstoffeinspritzeinrichtung auszuspritzen ist. Als derartige Kraftstoffmengenparameter können ein optimaler Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und/oder eine optimale Kraftstoffeinspritzdauer (Ventilöffnungsdauer) verwendet werden.
Selbst wenn die Kraftstoffmengenparameter für eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen einer Brennkraftmaschine bestimmt sind, damit sie einander abgeglichen sind, können jedoch einzelne Einspritzcharakteristiken der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, die zwischen diesen unterschiedlich sind, Schwankungen bei von diesen tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmengen bewirken.
Um die Schwankungen bei den tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmengen von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen einer Brennkraftmaschine anzugehen, ist ein Steuerungssystem in der U.S. Patentveröffentlichungsschrift Nr. 6755176 offenbart, die der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2003-254139 entspricht.
Das in der U.S. Patentveröffentlichung offenbarte Steuerungssystem arbeitet unter einer Leerlaufdrehzahlsteuerung während es n geteilte Kraftstoffeinspritzungen durch jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung (jeden Zylinder) durchführt, um:
einen Wert von Schwankungen bei der Maschinendrehzahl für jeden Zylinder zu messen;
den gemessenen Wert für jeden einzelnen Zylinder mit einem Durchschnittswert aller gemessenen Werte für die einzelnen Zylinder zu vergleichen;
einen ersten Kraftstoffmengenkorrekturwert, der erforderlich ist, um die Schwankungen zwischen den jeweiligen Zylindern auszugleichen, für jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung (jeden Zylinder) basierend auf dem Vergleichsergebnis zu berechnen, um dadurch eine Kraftstoffmenge jeder Kraftstoffeinspritzeinrichtung basierend auf einem entsprechenden der ersten Kraftstoffmengenkorrekturwerte zu korrigieren;
eine Durchschnittsmaschinendrehzahl mit einer Sollmaschinendrehzahl zu vergleichen;
einen zweiten Kraftstoffmengenkorrekturwert, der erforderlich ist, damit die Durchschnittsmaschinendrehzahl bei der Sollmaschinendrehzahl bleibt, basierend auf dem Vergleichsergebnis für alle Kraftstoffeinspritzeinrichtungen zu berechnen, um dadurch allgemein eine Kraftstoffmenge jeder Einspritzeinrichtung basierend auf dem zweiten Kraftstoffmengenkorrekturwert zu korrigieren; und
einen vorherig gespeicherten gelernten Wert für jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung auf einen gelernten Wert zu aktualisieren, der gegenwärtig erhalten wird durch:
Teilen des ersten Kraftstoffmengenkorrekturwerts für jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung durch n, um einen ersten durch n geteilten Korrekturwert dafür zu erhalten;
Teilen des zweiten Kraftstoffmengenkorrekturwerts durch n, um einen zweiten durch n geteilten Korrekturwert zu erhalten; und
Addieren der Summe des ersten durch n geteilten Korrekturwerts für eine entsprechende Kraftstoffeinspritzeinrichtung und des zweiten durch n geteilten Korrekturwerts zu dem vorherig gespeicherten gelernten Wert für jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung.
Insbesondere ermöglichen es die gelernten Werte, die für die jeweiligen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen aktualisiert werden sollen, die Schwankungen bei den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken von jeder Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu kompensieren.
Es ist zu beachten, dass die Schwankungen bei den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken jeder Kraftstoffeinspritzeinrichtung während eines Ausführens der Pilotkraftstoffeinspritzungen wahrscheinlich abhängig von Schwankungen in den Strömungsdurchgängen des mit Druck beaufschlagten Kraftstoffs in einer entsprechenden der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen auftritt.
Faktoren, die für das Auftreten von Schwankungen bei den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken jeder Kraftstoffeinspritzeinrichtung verantwortlich sind, sind jedoch nicht auf die Kraftstoffströmungsdurchgangsschwankungen beschränkt.
Und zwar haben die Erfinder herausgefunden, dass die Faktoren Schwankungen bei den Vollhubabständen der Nadelventile der einzelnen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen umfassen.
Genauer gesagt variiert der Vollhubabstand des Nadelventils in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung in Abhängigkeit der Abnutzung:
des Nadelventils und des Ventilsitzws aufgrund des Aufsitzens des Nadelventils auf dem Ventilsitz; und/oder
des Nadelventils und einer Hubstoppeinrichtung, durch die das Anheben des Nadelventils bei dem Vollhubabstand begrenzt wird.
Je mehr der Vollhubabstand bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung zunimmt, umso mehr nimmt die daraus gesprühte Kraftstoffmenge zu.
Die Schwankungen bei den Vollhubabständen der Nadelventile einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung haben nur einen Einfluss auf diejenigen der Kraftstoffeinspritzcharakteristiken von dieser, wenn es erforderlich ist, dass das Nadelventil unter Hochdrehzahl- und Hochlastzuständen der Brennkraftmaschine zu seiner Vollhubposition bewegt werden soll.
Im Gegensatz dazu, wie es vorstehend beschrieben ist, ist das Steuerungssystem, das in der U.S. Patentveröffentlichung offenbart ist, aufgebaut, um gelernte Werte für jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu erhalten, um die Schwankungen bei deren Kraftstoffeinspritzcharakteristiken nur bei einer Leerlaufdrehzahlsteuerung der Brennkraftmaschine zu kompensieren.
Dies kann es schwierig machen, einen gelernten Wert für jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu erhalten, um die Schwankungen bei deren Kraftstoffeinspritzcharakteristiken unter Hochdrehzahl- und Hochlastbedingungen der Brennkraftmaschine zu kompensieren.
Aus diesem Grund können die Schwankungen bei den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken jeder Kraftstoffeinspritzeinrichtung unter Hochdrehzahl- und Hochlastbedingung der Brennkraftmaschine einen starken Einfluss auf die Ausgabeeigenschaften der Brennkraftmaschine haben. Insbesondere können die Schwankungen bei den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken jeder Kraftstoffeinspritzeinrichtung unter Hochdrehzahl- und Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine eine Verschlechterung der Abgaseigenschaft der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs bewirken, bei dem die Brennkraftmaschine eingebaut ist.
Daher ist es wichtig, den Verschlechterungsbetrag von den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken jeder Kraftstoffeinspritzeinrichtung unter Hochdrehzahl- und Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine zu lernen, um die Ausgabeeigenschaften der Brennkraftmaschine bei guten Zuständen zu halten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht des Stands der Technik ist es eine Aufgabe von zumindest einem Gesichtspunkt der Erfindung, Kraftstoffeinspritzsteuerungssysteme vorzusehen, die dazu im Stande sind, den Abweichungsbetrag von einer Referenzeinspritzcharakteristik einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung passend zu lernen; wobei die Referenzeinspritzcharakteristik ausgelegt wird, wenn ein Vollbewegungshub eines Ventils unverändert beibehalten wird.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Gerät zum Lernen einer Abweichung von einer Referenzeinspritzcharakteristik einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die für einen Zylinder einer Maschine vorgesehen ist, die eine Abtriebswelle aufweist, vorgesehen. Leistung wird in dem Zylinder basierend auf dem von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung dorthinein eingespritzten Kraftstoff erzeugt und wird über einen Mechanismus zu der Abtriebswelle übertragen, um die Abtriebswelle zu drehen. Das Gerät hat eine Einspritzausführeinheit, die aufgebaut ist, um zu bewirken, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen in den Zylinder jeweils für eine Vielzahl an Einspritzdauern ausführt. Das Gerät hat eine Erfassungseinheit, die aufgebaut ist, um ein Minimalintervall zwischen zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdauern basierend auf einem Verhalten der Abtriebswelle während des Ausführens der Vielzahl an Kraftstoffeinspritzungen zu erfassen. Das Minimalintervall bewirkt, dass die zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern einander nicht überlappend beibehalten werden. Das Gerät hat eine Lerneinheit, die aufgebaut ist, um basierend auf dem erfassten Minimalintervall die Abweichung von der Referenzeinspritzcharakteristik der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu lernen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Gerät zum Lernen einer Abweichung von einer Referenzeinspritzcharakteristik einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung vorgesehen, das für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine, der eine Abtriebswelle aufweist, vorgesehen ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung hat ein Ventil und einen Aktuator, der mit diesem wirkverbunden ist. Der Aktuator ist in eine vorbestimmte Richtung verschiebbar. Leistung wird in dem Zylinder basierend auf dem von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung dorthinein eingespritzten Kraftstoff erzeugt und wird über einen Mechanismus zu der Abtriebswelle übertragen, um die Abtriebswelle zu drehen. Das Gerät hat eine Einspritzausführeinheit, die aufgebaut ist, um zu bewirken, dass sich der Aktuator in die vorbestimmte Richtung verschiebt, so dass sich das Ventil zwischen einer Ausgangsposition und einem vorbestimmten Vollhub in die vorbestimmte Richtung bewegt, um dadurch jeweils eine Vielzahl an Kraftstoffeinspritzungen in den Zylinder für eine Vielzahl an Einspritzdauern auszuführen. Jedes Intervall zwischen zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern der Vielzahl an Einspritzdauern ist auf einen Referenzminimalwert eingestellt. Das Gerät hat eine Lerneinheit, die mit dem Aktuator wirkverbunden ist, und konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob die zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern einander überlappen, während sie einen Verschiebungsbetrag des Aktuators korrigiert, um das Ventil mit dem vorbestimmten Vollhub in die vorbestimmte Richtung zu bewegen. Die Lerneinheit ist aufgebaut, um als die Abweichung von der Referenzeinspritzcharakteristik der Kraftstoffeinspritzeinrichtung den korrigierten Betrag der Verschiebung des Aktuators bei einem Zeitpunkt zu lernen, wenn sich die zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern einander nicht überlappen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben und Gesichtspunkte der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich werden, in denen:
1 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel des Aufbaus eines Kraftstoffeinspritzsteuerungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
2 ist eine Querschnittansicht in Längsrichtung einer Piezoeinspritzeinrichtung, die in 1 dargestellt ist;
3A ist eine Ansicht, die schematisch eine Karte, die eine Beziehung zwischen einer Variablen einer Kraftstoffeinspritzdauer und einer Variablen einer Einspritzmenge für jede in 1 dargestellte Piezoeinspritzeinrichtung angibt, und Betätigungsbereiche auf der Karte darstellt;
3B ist eine Ansicht, die schematisch eine Karte darstellt, die eine Beziehung zwischen einer Variablen einer Maschinendrehzahl und einer Variablen eines Lastmoments für jede in 1 dargestellte Piezoeinspritzeinrichtung angibt und die Betätigungsbereiche auf der Karte darstellt;
4 ist eine Ansicht, die schematisch eine Beziehung zwischen einer Befehlseinspritzdauer und einer Änderung bei einem Hubbetrag eines Nadelventils, das in 2 dargestellt ist, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
5 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittansicht in Längsrichtung der in 2 dargestellten Piezoeinspritzeinrichtung;
6A ist ein Zeitdiagramm, das schematisch ein Intervall zwischen zeitlich benachbarten Befehlseinspritzdauern von zeitlich benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen durch eine Piezoeinspritzeinrichtung und ein tatsächliches Minimalintervall zwischen entsprechenden tatsächlichen Einspritzdauern darstellt, die zeitlich benachbart sind und einander nicht überlappen;
6B ist ein Zeitdiagramm, das schematisch ein Intervall zwischen zeitlich benachbarten Befehlseinspritzdauern von zeitlich benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen durch eine Piezoeinspritzeinrichtung darstellt, bei der ein Maximalhub des Nadelventils zunimmt, und ein tatsächliches Intervall zwischen entsprechenden tatsächlichen Einspritzdauern darstellt, die einander zeitlich benachbart sind;
6C ist ein Zeitdiagramm, das schematisch eine Zunahme des Intervalls zwischen den benachbarten Befehlseinspritzdauern der benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen durch die Piezoeinspritzeinrichtung darstellt und ein tatsächliches Minimalintervall zwischen tatsächlichen Einspritzdauern darstellt, die einander nicht überlappend sind;
7 ist ein Flussdiagramm, das schematisch Prozesse darstellt, die durch eine ECU ausführbar sind, die in 1 dargestellt ist, um eine Minimalintervallerfassungstätigkeit und eine Lerntätigkeit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auszuführen;
8A ist eine Ansicht, die schematisch eine Tabelle darstellt, um darin berechnete korrigierte Befehlseinspritzdauern zu speichern;
8B ist eine Ansicht, die schematisch eine Tabelle darstellt, um darin berechnete korrigierte zulässige Minimalwerte zu speichern;
9 ist eine Querschnittansicht in Längsrichtung einer Piezoeinspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
10 ist ein Kreisdiagramm, das schematisch ein Beispiel der Kreisstruktur einer ECU gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt;
11 ist ein Zeitdiagramm, das schematisch darstellt: Ein- und Auszeitpunkte eines Ladeschalters, der in 10 dargestellt ist, Ein- und Auszeitpunkte eines Lade- und Entladeschalters, der in 10 dargestellt ist; eine Wellenform eines Stroms, der durch ein Piezoelement strömt, das in 10 dargestellt ist; und eine Wellenform einer Spannung, die an dem Piezoelement anliegt;
12A ist ein Flussdiagramm, das schematisch Prozesse darstellt, die durch einen Mikrocomputer, der in 10 dargestellt ist, ausführbar sind, um eine Minimalintervallerfassungstätigkeit und eine Lerntätigkeit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auszuführen;
12B ist eine Ansicht, die schematisch eine Tabelle darstellt, um darin berechnete korrigierte Beträge einer Energie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zu speichern; und
13 ist ein Flussdiagramm, das schematisch Prozesse darstellt, die durch einen Mikrocomputer ausführbar sind, um eine Minimalintervallerfassungstätigkeit und eine Lerntätigkeit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung auszuführen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
Bezugnehmend auf 1 ist der Gesamtaufbau eines Kraftstoffeinspritzsteuerungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, das für eine Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung, wie beispielsweise einer Dieselmaschine 1, die in einem Fahrzeug eingebaut ist, vorgesehen ist.
Die Dieselmaschine 1 besteht beispielsweise aus N Zylindern #1 bis #N; dieses N ist ein positiver ganzzahliger Wert, der größer als 1 ist, wie beispielsweise 4. Die Identifizierungszeichen „1" bis „N" sind jeweils den Zylindern #1 bis #N zugeordnet.
Wie es in 1 dargestellt ist, ist das System mit einem Kraftstofftank 2 der Dieselmaschine 1 versehen, der einen Kraftstoff unterbringt, der durch eine durch die Drehung einer Kurbelwelle 3 der Dieselmaschine 1 angetriebene Kraftstoffpumpe 4 heraufgepumpt wird. Während des Heraufpumpvorgangs durch die Kraftstoffpumpe 4 wird der Kraftstoff mit Druck beaufschlagt und über einen Filter F einem Common Rail 6 zugeführt, während er durch ein Dosierventil 5 basierend auf einem von einer nachstehend beschriebenen ECU gesendeten Steuersignal dosiert wird.
Das Common Rail 6 dient als eine Speichereinrichtung, die durch die Zylinder #1 bis #N gemeinsam benutzt wird und arbeitet, um:
den von der Kraftstoffpumpe 4 zugeführten Kraftstoff darin zu speichern, wobei dessen Druck hoch gehalten wird; und
den darin gespeicherten mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff gleichmäßig zu einzelnen Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN der Dieselmaschine 1 über Hochdruckkraftstoffdurchgänge 8 zuzuführen.
Jede Piezoeinspritzeinrichtung PI1 bis PIN ist an ihrem einem distalen Ende in einer Brennkammer 11 eines entsprechenden Zylinders #1 bis #N eingebaut, was es dem mit Druck beaufschlagten Kraftstoff ermöglicht, direkt in die Brennkammer 11 ausgespritzt zu werden.
Die Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN stehen über die Niederdruckkraftstoffdurchgänge 9 mit dem Kraftstofftank 2 und der Kraftstoffpumpe 4 in Verbindung. Jeder Niederdruckkraftstoffdurchgang 9 ermöglicht es, dass der Kraftstoff von einer entsprechenden der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN zum Sammeln in den Kraftstofftank 2 und/oder zum Schmieren in die Kraftstoffpumpe 4 rückgeführt wird.
2 stellt schematisch ein Beispiel des Aufbaus der Piezoeinspritzeinrichtung PI1 dar. Es ist zu beachten, dass die anderen Piezoeinspritzeinrichtungen PI2 bis PIN den gleichen Aufbau der Piezoeinspritzeinrichtung PI1 haben.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1 besteht aus einem im Wesentlichen zylindrischen Körper (Gehäuse) 10. Der Körper 10 ist an seinem einen distalen Ende mit einer Düse 17 an seiner Mitte ausgebildet.
Der Körper 10 ist auch im Inneren seines einen Endabschnitts mit einer zylindrischen Nadelfassungskammer (Aushöhlung) 12 ausgebildet, die in der Längsrichtung angeordnet ist.
Die Nadelfassungskammer 12 besteht aus einem ersten Kammerabschnitt 12a, einem zweiten Kammerabschnitt 12b und einem dritten Kammerabschnitt 12c.
Der erste Kammerabschnitt 12a ist angeordnet, um mit der Düse 17 des einen distalen Endes des Körpers 10 in Verbindung zu stehen. Das eine distale Ende des Körpers 10 bildet eine Endwand der Nadelfassungskammer 12.
Der zweite Kammerabschnitt 12b steht mit dem ersten Kammerabschnitt 12a in Verbindung und hat einen Durchmesser, der kleiner als derjenige des ersten Kammerabschnitts 12a ist.
Der dritte Kammerabschnitt 12c hat eine Endwand, die die andere Endwand der Nadelfassungskammer 12 bildet und hat einen Durchmesser, der kleiner als derjenige des zweiten Kammerabschnitts 12b ist. Insbesondere hat der zweite zylindrische Abschnitt 12b einen ringförmigen Wandabschnitt 21, der den dritten Kammerabschnitt 12c umgibt.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist das eine distale Ende der Piezoeinspritzeinrichtung PI1 angeordnet, um in der Brennkammer 11 des Zylinders #1 so eingebaut zu werden, dass die Brennkammer 11 und die Kammer 12 über die Düse 17 miteinander in Verbindung bringbar sind. Eine ringförmige Innenfläche der einen Endwand der Kammer 12, die die Düse 17 umgibt, bildet einen Nadelsitz 16.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1 ist mit einem Nadelventil 14 versehen, das einen Teil und den verbleibenden Teil aufweist, dessen Durchmesser größer ist, als der des einen Teils, und der im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist, wie der zweite Kammerabschnitt 12b. Das Nadelventil 14 hat eine kürzere Länge, als die Nadelfassungskammer 12.
Das Nadelventil 14 ist angeordnet, damit es in dem ersten Kammerabschnitt 12a und einem Teil des zweiten Kammerabschnitts 12b der Kammer 12 derart enthalten ist, dass:
sein eines Ende der Düse 17 gegenüberliegt; und
das andere Ende (Rückseitenende) der anderen Endwand der Kammer 12 über dem dritten Kammerabschnitt 12c und dem verbleibenden Teil des zweiten Kammerabschnitts 12b gegenüberliegt.
Der zylindrische Raum, der durch den dritten Kammerabschnitt 12c und den verbleibenden Teil des zweiten Kammerabschnitts 12b gebildet wird, bildet eine Gegendruckkammer 20.
Das Nadelventil 14 ist auch angeordnet, um entlang seiner axialen Richtung in der Kammer 12 beweglich zu sein.
Wenn ein Ende des Nadelventils 14 auf dem Nadelsitz 16 aufsitzt, ist die Piezoeinspritzeinrichtung PI1 geschlossen, so dass die Nadelfassungskammer 12 von der Brennkammer 11 isoliert ist.
Im Gegensatz dazu, wenn das Nadelventil 14 von dem Nadelsitz 16 so bewegt wird, dass ein physikalischer Abstand zwischen dem einen Ende des Nadelventils 14 und dem Nadelsitz 16 zunimmt, wird die Piezoeinspritzeinrichtung PI1 geöffnet. Dies ermöglicht es, dass die Nadelfassungskammer 12 mit der Brennkammer 11 in Verbindung gebracht wird.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist der Durchmesser des dritten Kammerabschnitts 12c kleiner als derjenige des zweiten Kammerabschnitts 12b und das andere Ende des Nadelventils 14 hat im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der zweite Kammerabschnitt 12b.
Aus diesem Grund ist die Bewegung des Nadelventils 14 bis zu dem ringförmigen Wandabschnitt 21 des zweiten Kammerabschnitts 12b beschränkt. Genauer gesagt dient der ringförmige Wandabschnitt 21 als Nadelstoppeinrichtung 21. Ein Abstand zwischen dem Nadelsitz 16 und dem ringförmigen Wandabschnitt (Nadelstoppeinrichtung) 21 stellt einen Vollhubabstand des Nadelventils 14 dar. Genauer gesagt, wenn das Nadelventil 14 bewegt wird, um an die Nadelstoppeinrichtung 21 anzustoßen, liegt das Nadelventil 14 bei seinem Maximalhub und die Gegendruckkammer 20 wird durch das andere Ende des Nadelventils 14 und den dritten Kammerabschnitt 12c ausgebildet.
Die Nadelfassungskammer 12 des Körpers 10 ist derart ausgelegt, dass der Vollhubabstand des Nadelventils 14 auf eine gewünschte Länge eingestellt ist.
Der Körper 10 ist in seinem Inneren mit einem Hochdruckkraftstoffdurchgang 8a ausgebildet, der mit dem entsprechenden Hochdruckkraftstoffdurchgang 8 und mit dem ersten Kammerabschnitt 12a der Nadelfassungskammer 12 in Verbindung bringbar ist. Dies ermöglicht es, dass der mit hohem Druck beaufschlagte Kraftstoff über die Hochdruckkraftstoffdurchgänge 8 und 8a von dem Common Rail 6 in den ersten Kammerabschnitt 12a der Nadelfassungskammer 12 zugeführt wird.
Die Gegendruckkammer 20 steht über eine Öffnung 22 mit dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 8a in Verbindung.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1 ist mit einer Nadelfeder 24 versehen. Die Nadelfeder 24 ist zwischen dem anderen Ende des Nadelventils 14 und der anderen Endwand der Kammer 12 in die Gegendruckkammer 20 eingesetzt. Die Nadelfeder 24 arbeitet, um das Nadelventil 14 in Richtung Nadelsitz 16 zu drängen.
Der Körper 10 ist an dem anderen Endabschnitt mit einer zylindrischen Versatzübertragungskammer 38 ausgebildet, die aus ersten und zweiten Kammerabschnitten 38a und 38b besteht. Die ersten und zweiten Kammerabschnitte 38a und 38b sind in der axialen Richtung (Längsrichtung) des Körpers 10 koaxial angeordnet und sind miteinander in Verbindung gebracht. Der zweite Kammerabschnitt 38b hat einen größeren Durchmesser als der erste Kammerabschnitt 38a und eine Endwand des zweiten Kammerabschnitts 38b bildet das andere distale Ende des Körpers 10.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1 ist mit einem Piezoelement PE versehen, das ein Ende und das andere Ende entlang der axialen Richtung des Körpers 10 aufweist. Das eine Ende des Piezoelements PE ist an der einen Endwand des zweiten Kammerabschnitts 38b befestigt.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1 ist mit einem ersten Kolben 34 und einem zweiten Kolben 36 versehen, der einen größeren Durchmesser aufweist als der erste Kolben 34 und einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser aufweist, wie der zweite Kammerabschnitt 38b.
Der zweite Kolben 36 ist beweglich in der zweiten Kammer 38b derart enthalten, dass seine eine Endfläche, die dem anderen Ende des Piezoelements PE gegenüberliegt, fest mit diesem verbunden ist. Der erste Kolben 34 ist beweglich in dem ersten Kammerabschnitt 38a derart enthalten, dass seine eine Endfläche gegenüber dem anderen Ende des zweiten Kolbens 36 liegt.
Der Körper 10 ist an seiner Innenseite mit einem Niederdruckkraftstoffdurchgang 9a ausgebildet, der mit dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 9 und mit dem ersten Kammerabschnitt 38a in Verbindung gebracht ist.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1 ist mit einer Ventilfassungskammer 25 und einem Ventil 26 versehen.
Das Ventil 26 hat eine im Wesentlichen kugelförmige Endfläche und ist beweglich in der Ventilfassungskammer 25 derart enthalten, dass die kugelförmige Endfläche des Ventils 26 dem ersten Kammerabschnitt 38a gegenüberliegt.
Die Ventilfassungskammer 25 hat eine kreisförmige Endwand, die gegenüber der Gegendruckkammer 20 liegt, wobei die andere ringförmige Wand dem ersten Kammerabschnitt 38a gegenüber liegt. Die andere Endwand der Ventilfassungskammer 25 ist an ihrer Mitte mit einem Durchgang 27 ausgebildet und ist in Richtung erstem Kammerabschnitt 38a abgeschrägt. Der abgeschrägte ringförmige Abschnitt der anderen Endwand der Ventilfassungskammer 25, die den Durchgang 27 umgibt, dient als ein Ventilsitz 30, auf den die kugelförmige Endfläche des Ventils 26 aufgesetzt werden kann.
Die Kammer 25 ist bei ihrem Teil der einen Endwand mit der Gegendruckkammer 20 über einen Durchgang 27 verbunden und mit der ersten Kammer 38a über die Öffnung verbunden.
Besonders wenn das Ventil 26 an seiner kugelförmigen Endfläche auf dem Ventilsitz 30 ruht, sind die Niederdruckdurchgänge 9 und 9a aufgebaut, von der Gegendruckkammer 20 getrennt zu sein. Im Gegensatz dazu, wenn das Ventil 26 von dem Ventilsitz 30 in Richtung Gegendruckkammer 20 bewegt wird, werden die Niederdruckdurchgänge 9 und 9a mit der Gegendruckkammer 20 in Verbindung gebracht.
Der Mittelabschnitt der kugelförmigen Endfläche des Ventils 26 ist über einem Druckstift 32, der in dem Durchgang 27 liegt, mit dem anderen Ende des ersten Kolbens 34 verbunden.
Ein Fluid, wie beispielsweise Kraftstoff, ist in den ersten und zweiten Kammerabschnitten 38a und 38b der zylindrischen Versatzübertragungskammer 38 enthalten. Der erste Kammerabschnitt 38a steht mit dem Hochdruckdurchgang 8a in Verbindung.
Das Piezoelement PE, das als ein piezoelektrischer Stapelaktuator dient, besteht aus einem Piezostapel, der durch Schichten einer Vielzahl piezoelektrischer Elemente hergestellt wird, die einzeln elektrisch verbunden sind. Beispielsweise können als die piezoelektrischen Elemente PZT-(piezoelektrische Zirkonate Titanate)-Elemente verwendet werden.
Die Stapelachse des geschichteten Piezoelements PE ist die Achse einer linearen Bewegung, die auf einem umgekehrten piezoelektrischen Effekt basiert.
Speziell dient das Piezoelement PE als kapazitive Belastung, derart dass die Dicke der Schichten des Piezoelements PE durch Anlegen einer Spannung daran zunimmt, wodurch die Gesamtlänge des Piezostapels zunimmt. Im Gegensatz dazu, wenn keine Spannung an den Schichten des Piezoelements PE angelegt wird, wird die Dicke der Schichten bei deren Originaldicke gehalten, so dass die Gesamtlänge des Piezostapels bei ihrer Ursprungsgesamtlänge gehalten wird.
Das Piezoelement PE ist derart angeordnet, dass die Stapelachse (die Achse einer Linearbewegung) parallel zu der Achsrichtung des ersten Kammerabschnitts 38a ist.
Besonders wenn keine Spannung an dem Piezoelement PE angelegt ist, nimmt die Gesamtlänge des Piezoelements PE in Richtung Ursprungsgesamtlänge ab. Infolgedessen drückt ein mit hohem Druck beaufschlagter Kraftstoff, der von den Hochdruckkraftstoffdurchgängen 8 und 8a in die Ventilfassungskammer 26 zugeführt wird, das Ventil 26 und den ersten Kolben 34 in Richtung der Piezoelementseite des Körpers 10. Dies ermöglicht es, dass das Ventil 26 auf dem Ventilsitz 30 ruht, wodurch die Gegendruckkammer 20 von den Niederdruckdurchgängen 9 und 9a abgetrennt wird.
Aus diesem Grund bewirken der Druck in dem Kraftstoff, der in der Gegendruckkammer 20 enthalten ist, welcher dem Kraftstoff entspricht, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist, und die Drängkraft der Nadelfeder 24, dass das Nadelventil 14 in Richtung dem einen distalen Ende (Düsenseitenende) des Körpers 10 gedrückt wird. Die resultierende Kraft aus Druck in dem Kraftstoff, der in der Gegendruckkammer 20 enthalten ist, und Drängkraft der Nadelfeder 24 wird nachstehend als „Ventilschließkraft" bezeichnet.
Dies gestattet es, dass das Nadelventil 14 auf dem Nadelsitz 16 so aufgesetzt wird, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung PI1 geschlossen ist.
Im Gegensatz dazu, wenn eine Spannung an dem Piezoelement PE so angelegt wird, dass sich das Piezoelement PE von seiner Ursprungsgesamtlänge in der Längsrichtung ausdehnt, bewirkt die Ausdehnung des Piezoelements PE, dass sich der zweite Kolben 36 und der erste Kolben 34 in Richtung des einen distalen Endes (Düsenseitenende) des Körpers 10 bewegen. Die Bewegung des zweiten Kolbens 36 und des ersten Kolbens 34 ermöglicht es, dass sich das Ventil 26 in Richtung des einen distalen Endes (Düsenseitenende) des Körpers 10 von dem Ventilsitz 30 bewegt, wobei die Gegendruckkammer 20 mit den Niederdruckdurchgängen 9 und 9a in Verbindung gebracht wird.
Aus diesem Grund nimmt der Druck in dem Kraftstoff, der in der Gegendruckkammer 20 enthalten ist, ab.
Zu dieser Zeit wird das Nadelventil 14 in Richtung des piezoelementseitigen Endes des Körpers 10 durch die Kraft vorgespannt, die durch den in der Nadelfassungskammer 12 enthaltenen mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff hervorgerufen wird. Die Vorspannkraft, die durch den in der Nadelfassungskammer 12 enthaltenen mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff hervorgerufen wird, wird nachstehend als „Ventilöffnungskraft" bezeichnet.
Basierend auf der Verringerung des Drucks bei dem Kraftstoff, der in der Gegendruckkammer 20 enthalten ist, wenn die Ventilöffnungskraft um eine vorbestimmte Größenordnung größer als die Ventilschließkraft ist, wird das Nadelventil 14 von dem Nadelsitz 16 so bewegt, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung PI1 geöffnet wird.
Zurückkehrend zu 1 ist das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem mit einem Kraftstoffdrucksensor 40 und einem Kurbelwinkelsensor 42 als Beispiele von Sensoren zum Messen der Betriebsbedingungen der Dieselmaschine 1 ausgestattet. Außerdem ist das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem mit einem Beschleunigungssensor 44 ausgestattet.
Der Kraftstoffdrucksensor 40 ist wirksam, um den Druck in dem Kraftstoff zu messen, der in dem Common Rail 6 enthalten ist, und um die Druckdaten auszugeben, die den gemessenen Druck angeben.
Der Kurbelwinkelsensor 42 ist wirksam, um die Daten zu messen, die einen Kurbelwinkel der Kurbelwelle 3 der Dieselmaschine 1 bei beispielsweise regelmäßigen Intervallen angeben, und um die gemessenen Daten bei jedem Messzeitpunkt auszugeben.
Der Beschleunigersensor 44 ist wirksam, um eine tatsächliche Position eines Hubs eines Beschleunigerpedals des Fahrzeugs zu messen, das durch den Fahrer betätigbar ist, und um die gemessene tatsächliche Position oder den Hub des Beschleunigerpedals als Daten auszugeben, die ein Bedarfsmoment des Fahrers darstellen.
Das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem ist mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 50 ausgestattet, die einen Mikrocomputer 51 und eine I/O-Schnittstelle I/O aufweist, die elektrisch mit dem Mikrocomputer 51 und dem Piezoelement PE jeder Piezoeinspritzeinrichtung PI1 bis PIN verbunden ist.
Der Mikrocomputer 51 besteht aus einer CPU und einer Speichereinheit, die austauschbar oder permanent integriert ist, mit zumindest einem von verschiedenen Arten von Speichermedien, wie beispielsweise einem selbstlöschenden/permanenten Speichermedium.
Die I/O-Schnittstelle I/O ist elektrisch mit den Sensoren 40, 42 und 44 und dem Dosierventil 5 verbunden. Die I/O-Schnittstelle I/O wirksam, um:
Datenteile, die von den Sensoren 40, 42 und 44 ausgegeben werden, zu empfangen;
die empfangenen Datenteile umzuwandeln, damit diese durch den Mikrocomputer 51 wieder erkennbar sind, wenn dies erforderlich ist;
eine Antriebsspannung an das Piezoelement PE jeder Piezoeinspritzeinrichtung PI1 bis PIN anzulegen; und einen vorbestimmten Steuerbefehl zu dem Dosierventil 5 zu senden.
Die Speichereinheit hat in sich Karten M1 und M2 und Programme P gespeichert, die bewirken, dass die ECU 50 verschiedene Tätigkeiten einschließlich einer Kraftstoffeinspritzsteuerungstätigkeit zum Steuern der Ausgabe der Dieselmaschine 1 ausführt.
Besonders in Übereinstimmung mit zumindest einem Programm P steuert die ECU 50 den Antrieb von verschiedenen Aktuatoren, die in der Dieselmaschine 1 eingebaut sind, wie beispielsweise das Piezoelement PE jeder Einspritzeinrichtung, durch Verwenden der Karten M1 und M2 und der empfangenen Datenteile, die von den Sensoren 40, 42 und 44 zugeführt werden, wodurch die Kraftstoffeinspritzsteuerungstätigkeit ausgeführt wird.
Wie es in 3A dargestellt ist, besteht bei dem ersten Ausführungsbeispiel jede Karte M1 und M2 beispielsweise aus einer Datentabelle und/oder einem Programm. Die Karte M1 stellt eine Beziehung zwischen einer Variablen der Kraftstoffeinspritzdauer (Dauer) und einer Variablen der Einspritzmenge (Q) für jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung PI1 bis PI4 dar. Diese Beziehung wurde durch Simulationen und/oder Tests bestimmt.
Beispielsweise ist die ECU 50 bei dem ersten Ausführungsbeispiel tätig, um eine Befehlseinspritzmenge von jeder Piezoeinspritzeinrichtung PI1 bis PIN basierend auf einer Drehzahl der Kurbelwelle 3 und den Daten zu berechnen, die den gemessenen Hub des Beschleunigerpedals angeben. Die Drehzahl der Kurbelwelle 3 wird basierend auf den Daten gewonnen, die den gemessenen Kurbelwinkel der Kurbelwelle 3 angeben.
Als nächstes ist die ECU 50 tätig, um auf die Karte M1 Bezug zu nehemen, wobei die berechnete Befehlseinspritzmenge verwendet wird, um die berechnete Befehlseinspritzmenge in eine Befehlseinspritzdauer umzuwandeln, die dieser an der Karte M1 entspricht.
Dann ist die ECU 50 tätig, um eine Antriebsspannung an das Piezoelement PE jeder Piezoeinspritzeinrichtung PI1 bis PIN während der Befehlseinspritzdauer anzulegen.
Dies ermöglicht es, dass das Piezoelement PE jeder Piezoeinspritzeinrichtung PI1 bis PIN während der Befehlseinspritzdauer in seiner Länge zunimmt, um das Nadelventil 14 von dem Nadelsitz 16 zu bewegen, wodurch es möglich wird, jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung PI1 bis PIN während der Befehlseinspritzdauer zu öffnen.
Es ist zu beachten, dass die in 3A dargestellte Karte M1 als die Referenz zwischen einer Variablen der Kraftstoffeinspritzdauer und einer Variablen der Kraftstoffeinspritzmenge für jede Piezoeinspritzeinrichtung PI1 bis PI4 eine Vielzahl an zweidimensionalen Kurven C1 bis C4 bestimmt, die jeweils die Kraftstoffmenge im Vergleich zur Kraftstoffeinspritzung darstellen. Die Vielzahl an zweidimensionalen Kurven variiert abhängig von Änderungen bei dem Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 untergebracht ist.
Besonders, wie es in 3A dargestellt ist, wenn der Druck bei dem in dem Common Rail 6 untergebrachten Kraftstoff konstant gehalten wird, ist die Kraftstoffeinspritzdauer länger, je mehr die Kraftstoffmenge zunimmt.
Wenn die Kraftstoffeinspritzmenge konstant gehalten wird, wird die Kraftstoffeinspritzdauer umso kürzer, je mehr der Druck in dem Kraftstoff zunimmt, der in dem Common Rail 6 untergebracht ist.
3A repräsentiert auch eine Beziehung zwischen jeder von den zweidimensionalen Kurven C1 bis C4, die die Kraftstoffeinspritzung gegenüber der Kraftstoffeinspritzung und Betriebsbereichen der Dieselmaschine 1 darstellt. Die Betriebsbereiche der Dieselmaschine 1 werden durch die Maschinendrehzahl (Drehzahl der Kurbelwelle 3) und ein Lastmoment (Ausgabe), das an der Dieselmaschine 1 angelegt werden soll, bestimmt (siehe 3B). Das an die Dieselmaschine 1 anzulegende Lastmoment kann durch Daten erhalten werden, die den gemessenen Hub des Beschleunigerpedals angeben.
Insbesondere umfassen die Betriebsbereiche:
einen Leerlaufbereich, der die ersten Betriebsbedingungen der Dieselmaschine 1 darstellt, wenn er sich bei niedriger Drehzahl mit einer niedrigen Last dreht, anders gesagt, wenn eine Drossel des Fahrzeugs niedrig eingestellt wird;
einen Startbereich, der die zweiten Betriebsbedingungen der Dieselmaschine 1 von dem Anlassen der Dieselmaschine 1 durch einen Startermotor, bis die Maschinendrehzahl eine Leerlaufdrehzahl erreicht, darstellt;
einen Emissionsbereich, der die dritten Betriebsbedingungen der Dieselmaschine 1 darstellt und einen großen Einfluss auf die Abgaseigenschaften bei einem vorbestimmten Antriebsmuster hat, wie beispielsweise das 10-15-Modusantriebsmuster;
einen Normalbereich, der die vierten Betriebsbedingungen der Dieselmaschine 1 mit Ausnahme der ersten bis dritten Betriebsbedingungen von diesem darstellt; und
einen Volllastbereich, der einen Teil der vierten Betriebsbedingungen der Dieselmaschine 1 darstellt, bei denen das Beschleunigerpedal vollkommen niedergedrückt ist (der Hub des Beschleunigerpedals ist voll), so dass die Drossel vollkommen geöffnet ist.
Das 10-15-Modusantriebsmuster wurde in Japan für die Emissionszertifizierung und die Kraftstoffsparsamkeit für leichte Transportfahrzeuge verwendet.
Bei einem der Betriebsbereiche, bei dem die Befehlseinspritzmenge vergleichsweise lang ist, kann das Nadelventil 14 bis zu seinem Vollhub bewegt werden, um an die Nadelstoppeinrichtung 21 anzustoßen. Nachdem der Versatz des Nadelventils 14 sein Vollhubabstand wird, nimmt der Versatz des Nadelventils 14 nicht zu.
4 zeigt schematisch eine Beziehung zwischen einer Befehlseinspritzdauer, die beispielsweise einer Impulsweite einer Spannung entspricht, die an das Piezoelement PE angelegt wird, und einer Änderung bei dem Hubbetrag des Nadelventils 14.
Wie es in 4 dargestellt ist, wenn eine Befehlseinspritzdauer P1 auf eine Impulsweite zwischen t2 – t1 eingestellt ist, wird der Versatz des Nadelventils 14 ein Hubabstand, der kürzer ist als sein vorbestimmter Vollhubabstand.
Wenn eine Befehlseinspritzdauer P2 auf eine Impulslänge zwischen t3 – t1 eingestellt wird, länger als die Befehlseinspritzdauer P1, wird der Versatz des Nadelventils 14 der Vollhubabstand.
Außerdem, selbst wenn eine Befehlseinspritzdauer P3 auf eine Impulslänge zwischen t4 – t1 eingestellt wird, die länger ist als die Befehlseinspritzdauer P2, wird der Versatz des Nadelventils 14 unverändert bei dem Vollhub beibehalten, bis die der Befehlseinspritzdauer P3 entsprechende Kraftstoffeinspritzung beendet ist.
Nachdem das Nadelventil 14 durch seinen Vollhubabstand in einen der Betriebsbereiche der Dieselmaschine 1 bewegt ist, wird der Hubabstand des Nadelventils 14 unverändert beibehalten. Aus diesem Grund unterscheidet sich die durch eine Piezoeinspritzeinrichtung pro Zeiteinheit während einer in einem Vollhubeinspritzbereich R1 enthaltenen Befehlseinspritzdauer einzuspritzende Kraftstoffrate von derjenigen der entsprechenden Piezoeinspritzeinrichtung während einer Befehlseinspritzdauer, die in einem normalen Einspritzbereich R2 enthalten ist. Der Vollhubeinspritzbereich R1 stellt einen Bereich dar, in dem der Versatz des Nadelventils 14 bis zu seiner Vollhubposition bewegt wird. Der Normalhubbereich R2 stellt einen Bereich dar, in dem der Versatz des Nadelventils 14 innerhalb der Grenzen ist, die kürzer sind, als der Vollhubabstand.
Somit sind bei dem Vollhubeinspritzbereich R1, der von der zweifach gepunkteten Änderungslinie umgeben ist, die in 3A dargestellt ist, die Steigungen der Kurven C1 bis C4, die jeweils die Kraftstoffeinspritzung gegenüber der Kraftstoffeinspritzung darstellen, verschieden von denjenigen, die in dem Normaleinspritzbereich R2 liegen.
Es ist zu beachten, dass bei dem Aufbau von jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN, wie er in 5 dargestellt ist, ein direkter Kontakt zwischen dem Nadelventil 14 und dem Nadelsitz 16 das Abnutzen von zumindest einem von dem Nadelventil 14 und dem Nadelsitz 16 hervorrufen kann.
Gleichermaßen kann bei dem Aufbau jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN, wie er in 5 dargestellt ist, ein direkter Kontakt zwischen dem Nadelventil 14 und der Nadelstoppeinrichtung 21 auch das Abnutzen von zumindest einem von dem Nadelventil 14 und der Nadelstoppeinrichtung 21 bewirken.
Beispielsweise bewirkt das Abnutzen des einen Endes (Düsenseitenende) des Nadelventils 14 um Δ1, dass der Vollhubabstand des Nadelventils 14 um Δ1 zunimmt, und die Abnutzung des Nadelsitzes 16 um Δ2 bewirkt, dass der Vollhubabstand des Nadelventils 14 um Δ2 zunimmt.
Ebenso bewirkt die Abnutzung der Nadelstoppeinrichtung 21 um Δ3, dass der Vollhubabstand des Nadelventils 14 um Δ3 zunimmt, und das Abnutzen des anderen Endes (Rückseitenende) des Nadelventils 14, das mit der Nadelstoppeinrichtung 21 direkt in Kontakt gebracht wird, um Δ4, bewirkt, dass der Vollhubabstand des Nadelventils 14 um Δ4 zunimmt.
Änderungen bei dem Vollhubabstand von einer von den Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN bewirken, dass sich die Einspritzcharakteristiken von diesen ändern. Es ist deshalb gewünscht, den Abweichungsbetrag von den Einspritzcharakteristiken von jeder der Piezoeinrichtungen PI1 bis PIN aufgrund der Änderungen bei deren Vollhubabstand zu lernen, um die Schwankungen bei deren Einspritzcharakteristiken zu kompensieren.
Das Lernen des Abweichungsbetrags von jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN aufgrund der Schwankungen bei deren Vollhubabstand kann in dem Normaleinspritzbereich R2 nicht ausgeführt werden, der durch die gestrichelte Linie umgeben wird, die in 3A dargestellt ist.
Dies liegt daran, weil bei dem Normaleinspritzbereich R2 Langfristveränderungen bei den Einspritzcharakteristiken jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN nicht von den Schwankungen bei deren Vollhubabstand abhängen, sondern von Schwankungen in den Strömungsdurchgängen von mit Druck beaufschlagten Kraftstoff in einer entsprechenden der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN.
Folglich ist es schwierig, die Schwankungen bei dem Vollhubabstand jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN zu lernen, indem das Verhalten der Kurbelwelle 3 während eines Ausführens einer Vielzahl an Pilotkraftstoffeinspritzungen unter einer Leerlaufdrehzahlsteuerung der Brennkraftmaschine 1 verwendet wird, was in der U.S. Patentveröffentlichung des Stands der Technik beschrieben wurde.
Außerdem bewirken die Betriebszustände der Dieselmaschine 1 in dem Vollhubeinspritzbereich R1, in dem das Nadelventil 14 von jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN bis zu seiner Vollhubposition hochbewegt wird, dass eine dort heraus eingespritzte Einspritzmenge zunimmt. Aus diesem Grund können die Schwankungen bei den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken von jeder der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen in dem Vollhubbereich R1 die Schwankungen bei den Ausgabeeigenschaften, einschließlich der Abgaseigenschaft und/oder des Ausgabemoments der Dieselmaschine 1, hervorrufen.
Deshalb ist es gewünscht, bei dem Vollhubeinspritzbereich R1, bei dem das Nadelventil 14 zu seiner Vollhubposition hochbewegt wird, den Abweichungsbetrag von den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN aufgrund der Schwankungen bei dem Vollhubabstand des Nadelventils 14 zu lernen.
Um den Wunsch zu verwirklichen ist das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem aufgebaut, um:
basieren auf dem Verhalten der Kurbelwelle 3, wenn eine Vielzahl von Pilotkraftstoffeinspritzungen durch jede der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN pro Verbrennungszyklus der Dieselmaschine 1 ausgeführt wird, ein Minimalintervall zwischen zeitlich benachbarten Einspritzdauern von zeitlich benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen zu erfassen; wobei diese benachbarten Einspritzdauern einander nicht überlappen; und
den Abweichungsbetrag von den Einspritzcharakteristiken aufgrund der Schwankungen bei dem Vollhubabstand des Nadelventils 14 von jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN basierend auf dem erfassten Minimalintervall zu lernen.
Die Minimalintervallerfassungstätigkeit und die Lerntätigkeit, die durch das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem ausgeführt werden sollen, werden nachstehend beschrieben.
(a1) Von 6A stellt schematisch ein Intervall Ti zwischen zeitlich benachbarten Befehlseinspritzdauern (Impulsweiten von angelegten Spannungen) P1 und P2 von zeitlich benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 durch eine Piezoeinspritzeinrichtung #1 dar, in der der Vollhubabstand des Nadelventils 14 unverändert ursprünglich beibehalten wird. Der Piezoeinspritzeinrichtung i wird die Kennzahl i (1 ≤ i ≤ N) zugeordnet.
(b1) Von 6A stellt schematisch ein tatsächliches Minimalintervall INTmin zwischen entsprechenden tatsächlichen Einspritzdauern PI1 und PI2 dar, die einander zeitlich benachbart sind und die einander nicht überlappen, was als die Schwankungen bei dem Hubbetrag des Nadelventils 14 der Piezoeinspritzeinrichtung #i dargestellt wird.
Wie es in (a1) und (b1) von 6A dargestellt ist, wird der Vollhubabstand Lf des Nadelventils 14 ursprünglich unverändert beibehalten. Aus diesem Grund fällt das Intervall Ti zwischen benachbarten Befehlseinspritzdauern P1 und P2 von benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzeinrichtungen f1 und f2 durch eine Piezoeinspritzeinrichtung #1 mit dem tatsächlichen Minimalintervall INTmin zwischen entsprechenden tatsächlichen Einspritzdauern IP1 und IP2 zusammen, die einander nicht überlappen.
Insbesondere wenn die erstere Kraftstoffeinspritzung f1 durch die Piezoeinspritzeinrichtung #i während der vorbestimmten Befehlseinspritzdauer P1 zwischen dem Zeitpunkt t11 und dem Zeitpunkt t10 bei der Zeit t11 beendet wird, beginnt die Gesamtlänge des Piezoelements PE abzunehmen. Die Reduzierung der Gesamtlänge des Piezoelements PE ermöglicht es, dass das Ventil 26 sich in Richtung Ventilsitz 30 bewegt, wodurch bewirkt wird, dass sich das Nadelventil 14 in Richtung Nadelsitz 16 bewegt. Deshalb wird das Nadelventil 14 auf dem Nadelsitz 16 so aufgesetzt, dass die tatsächliche Einspritzdauer IP1 bei dem Zeitpunkt t12 beendet ist.
Wenn das Nadelventil 14 auf dem Nadelsitz 16 aufliegt, beginnt die ECU 50 damit, eine Antriebsspannung für die nächste Kraftstoffeinspritzung f2 dem Piezoelement PE bei dem Zeitpunkt t12 zuzuführen. Dies ermöglicht es, dass die Antriebsspannung während der vorbestimmten Befehlseinspritzdauer P2 zwischen dem Zeitpunkt t13 und dem Zeitpunkt t12 an das Piezoelement PE angelegt wird.
Wie es vorstehend beschrieben ist, wird, nachdem das Nadelventil 14 auf dem Nadelsitz 16 bei dem Zeitpunkt t12 zum Liegen kommt, damit begonnen, die Antriebsspannung für die letztere Kraftstoffeinspritzung f2 zu dem Piezoelement PE zuzuführen. Aus diesem Grund überlappen die tatsächlichen Einspritzdauern IP1 und IP2 der benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 einander nicht.
(a2) von 6B stellt schematisch das Intervall Ti zwischen benachbarten Befehlseinspritzdauern 21 und P2 von benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 durch die Piezoeinspritzeinrichtung #i dar, bei dem der Vollhubabstand Lf des Nadelventils 14 um beispielsweise ΔLf zunimmt.
(b2) von 6B stellt schematisch ein tatsächliches Intervall zwischen entsprechenden tatsächlichen benachbarten Einspritzdauern IP1 und IP2 dar, die als die Schwankungen bei dem Hubbetrag des Nadelventils 14 der Piezoeinspritzeinrichtung #i dargestellt werden.
Insbesondere wenn die erstere Kraftstoffeinspritzung f1 durch die Piezoeinspritzeinrichtung #i während der vorbestimmten Befehlseinspritzdauer 21 zwischen dem Zeitpunkt t11 und dem Zeitpunkt t10 bei dem Zeitpunkt t11 beendet wird, beginnt sich die Gesamtlänge des Piezoelements PE zu verringern. Die Reduzierung der Gesamtlänge des Piezoelements PE ermöglicht es, dass sich das Ventil 26 in Richtung Ventilsitz 30 bewegt, wodurch bewirkt wird, dass sich das Nadelventil 14 in Richtung Nadelsitz 16 bewegt.
Jedoch, bevor das Nadelventil 14 auf dem Nadelsitz 16 bei dem Zeitpunkt t12 zur Ruhe kommt, beginnt die ECU 50 damit, eine Antriebsspannung für die letztere Kraftstoffeinspritzung f2 dem Piezoelement PE bei dem Zeitpunkt t12 zuzuführen. Dies bewirkt, dass die tatsächlichen Einspritzdauern IP1 und IP2 der benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 einander überlappen.
(a3) von 6C stellt schematisch einen Betrag ΔT einer Zunahme bei dem Intervall Ti zwischen benachbarten Befehlseinspritzdauern P1 und P2 von benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 durch die Piezoeinspritzeinrichtung #i dar, um beispielsweise die Startzeit der letzteren Kraftstoffeinspritzung f2 zu verzögern.
(b3) von 6C stellt schematisch ein tatsächliches Minimalintervall zwischen tatsächlichen Einspritzdauern IP1A und IP2A dar, die sich einander nicht überlappen, basierend auf der Verzögerung der Startzeit der letzteren Kraftstoffeinspritzung f2, dargestellt als die Schwankungen bei dem Hubbetrag des Nadelventils 14 jeder Piezoeinspritzeinrichtung.
Die Zunahme bei dem Intervall zwischen benachbarten Befehlseinspritzdauern P1 und P2 von benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 durch die Piezoeinspritzeinrichtung #i ist abhängig von der Zunahme bei dem Vollhubabstand Lf des Nadelventils 14.
Insbesondere wenn das Intervall zwischen benachbarten Befehlseinspritzdauern P1 und P2 von benachbarten Piloteinspritzungen f1 und f2 durch jede Kraftstoffeinspritzeinrichtung korrigiert wird, damit es von Ti auf Ti + ΔT aufgrund des Betrags ΔLf einer Zunahme bei dem Vollhubabstand Lf zunimmt, kann der Zunahmebetrag ΔLf bei dem Vollhubabstand durch die nachfolgende Gleichung dargestellt werden, indem eine Versatzgeschwindigkeit „b/a" des Nadelventils 14 verwendet wird (siehe (b3) und (c3) von 6C): ΔLf = b/a × (ΔT)
Die Gleichung zeigt klar, dass der Zunahmebetrag ΔLf bei dem Vollhubabstand Lf relativ zu dem Zunahmebetrag ΔT bei dem Intervall Ti ist.
Somit ist es möglich, den Betrag ΔLf einer Zunahme bei dem Vollhubabstand Lf zu lernen, indem der Betrag ΔT einer Zunahme bei dem Intervall Ti zwischen benachbarten Befehlseinspritzdauern P1 und P2 berechnet und/oder gemessen wird.
Außerdem wird der Unterschied zwischen der Summe von Einspritzmengen der ersteren und letzteren Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 nach einer Korrektur, und derjenige von Einspritzmengen der ersteren und letzteren Pilotkraftstoffeinspritzmengen f1 und f2 vor einer Korrektur äquivalent als der Unterschied zwischen einem Bereich AR1 und einem Bereich AR2 dargestellt.
Das heißt, der Bereich AR1 entspricht der Reduzierung der Summe von Einspritzmengen der ersteren und letzteren Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 nach einer Korrektur von derjenigen von Einspritzmengen der ersteren und letzteren Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 vor einer Korrektur. Der Bereich AR2 entspricht der Addition der Summe von Einspritzmengen der ersteren und letzteren Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 vor einer Korrektur mit derjenigen von Einspritzmengen der ersteren und letzteren Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 nach einer Korrektur.
Wie es in (a3) von 60 dargestellt ist, ist eine Höhe h1 des Bereichs AR1 größer als die Zunahme ΔT, das heißt größer als eine Höhe h2 des Bereichs AR2. Aus diesem Grund ist die Summe von Einspritzmengen der ersteren und letzteren Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2, die in (b3) von 6C dargestellt sind, kleiner als diejenige von Einspritzmengen der ersteren und letzteren Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2, die in (b2) von 6B dargestellt sind.
Die Reduzierung von der Summe von Einspritzmengen der ersteren und letzteren Pilotkraftstoffeinspritzungen nach der Korrektur von dem Minimalintervall zwischen benachbarten Befehlseinspritzdauern P1 und P2 von benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen f1 und f2 durch die Piezoeinspritzeinrichtung #i bewirkt, dass die Drehzahl der Kurbelwelle 3 abnimmt.
Aus diesem Grund, während das Intervall zwischen benachbarten Befehlseinspritzdauern vergrößert wird, bestimmt die ECU 50, ob die Drehzahl der Kurbelwelle 3 über einen vorbestimmten Schwellenwert reduziert wurde. Wenn bestimmt ist, dass die Drehzahl der Kurbelwelle über den vorbestimmten Schwellenwert reduziert wurde, bestimmt die ECU 50, dass entsprechende tatsächliche Einspritzdauern einander nicht überlappen.
7 stellt schematisch Prozesse dar, die durch die ECU 50 in Übereinstimmung mit zumindest einem Programm ausführbar sind, das in der Speichereinheit zum Ausführen der Minimalintervallerfassungstätigkeit und der Lerntätigkeit gespeichert ist.
Beispielsweise wird die Abfolge der Prozesse wiederholtermaßen bei jedem Zyklus von beispielsweise 5000 gefahrenen km durch die ECU 50 ausgeführt, was durch ein Fahrtmessgerät 55 gemessen wird, das über die I/O-Schnittstelle 51c mit der ECU 50 verbunden ist.
Bei jedem Zyklus von 5000 gefahrenen km bestimmt die ECU 50, ob die Betriebsbedingungen der Dieselmaschine 1 zu dem Vollhubeinspritzbereich R1 gehören, basierend auf der Karte M2, der Maschinendrehzahl (Drehzahl der Kurbelwelle 3), die durch die gemessenen Daten gewonnen wird, die von dem Kurbelwinkelsensor 42 gesendet werden, und dem gemessenen Hub des Beschleunigerpedals, der von dem Beschleunigersensor 44 gesendet wird, bei Schritt S8.
Wenn bestimmt wird, dass die Betriebsbedingungen der Dieselmaschine 1 nicht zu dem Vollhubeinspritzbereich R1 gehören (die Bestimmung bei Schritt S8 ist NEIN), verlässt die ECU 50 die Prozesse zum Ausführen der Minimalintervallerfassungstätigkeit und der Lerntätigkeit, wie es in 7 dargestellt ist.
Andernfalls, wenn bestimmt ist, dass die Betriebsbedingungen der Dieselmaschine 1 zu dem Vollhubeinspritzbereich R1 gehören (die Bestimmung bei Schritt S8 ist JA), geht die ECU 50 zu Schritt S10 weiter.
Bei Schritt S10 bestimmt die ECU 50, ob die Schwankungen des Drucks des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 enthalten ist, gleich wie ein vorbestimmten Schwellenwert α in jeder Richtung gehalten werden oder über diesem. Die Tätigkeit bei Schritt S10 ist erforderlich, um zu bestimmen, ob der Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist, stabil gehalten wird.
Besonders, selbst wenn die Dieselmaschine 1 in einem stetigen Zustand arbeitet, schwankt der Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist, aufgrund der wiederholten Einspritzungen des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 enthalten ist und der wiederholten Pumpübertragungen des Kraftstoffs durch die Kraftstoffpumpe 4 in das Common Rail 6, zyklisch. Aus diesem Grund, um die Ausführung der Lerntätigkeit während des schwankenden Drucks des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 enthalten ist, zu verhindern, ermöglicht es ein Einstellen des vorbestimmten Schwellenwerts α wünschenswerter Weise, den Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist, bei einem konstanten Zieldruck oder dort herum zu halten.
Das heißt, wenn bestimmt ist, dass die Schwankungen bei dem Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 enthalten ist, nicht gleich wie oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert α in jeder Richtung gehalten werden, die Bestimmung bei Schritt S10 negativ ist. Dann verlässt die ECU 50 die Tätigkeiten zum Ausführen der Minimalintervallerfassungstätigkeit und der Lerntätigkeit, wie es in 7 dargestellt ist.
Andernfalls, wenn bestimmt wird, dass die Schwankungen bei dem Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 enthalten ist, gleich wie oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert α in jeder Richtung gehalten werden, ist die Bestimmung bei Schritt S10 positiv. Dann geht die ECU 50 zu Schritt S12 weiter.
Bei Schritt S12 setzt die ECU 50 einen Parameter „i", der die Kennzahlen „1" bis „N" der Zylinder #1 bis #N angibt, auf „1". Als nächstes setzt die ECU 50 bei Schritt S14 ein Befehlseinspritzintervall Ti zwischen benachbarten Befehlseinspritzdauern von benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen in den Zylinder #i auf einen zulässigen Minimalwert. Der zulässige Minimalwert ist basierend auf einem tatsächlichen Minimalintervall INTmin zwischen tatsächlichen benachbarten Einspritzdauern, die einander nicht überlappen, in Übereinstimmung mit dem Druck des Kraftstoffs werksbestimmt, der in dem Common Rail 6 enthalten ist.
Bei Schritt S16 legt die ECU 50 beispielsweise eine vorbestimmte Impulsspannung an die entsprechende Piezoeinspritzeinrichtung bei jeder Befehlseinspritzdauer Ti an, um diese anzutreiben, wodurch Kraftstoffeinspritzungen je Befehleinspritzdauer Ti ausgeführt werden.
Außerdem berechnet die ECU 50 bei Schritt S16 basierend auf den gemessenen Daten des Kurbelwinkelsensors 42 einen gegenwärtigen Abtastwert ΔNEi(n) der Drehzahl der Kurbelwelle 3, die sich dreht, wenn die Verbrennung in dem Zylinder #i stattfindet, wenn die entsprechende Piezoeinspritzeinrichtung PIi die Kraftstoffeinspritzungen bei jeder Einspritzdauer Ti ausführt.
Insbesondere misst die ECU 50 bei Schritt S16 eine sofortige Änderung der Drehzahl der Kurbelwelle 3 innerhalb einer Dauer, in der eine durch den Verbrennungszyklus des Zylinders #i erzeugte Energie auf das Verhalten der Kurbelwelle 3 reflektiert wird.
Anschließend bestimmt die ECU 50 bei Schritt S18, ob der gegenwärtige Abtastwert ΔNE1(n) der Drehzahl der Kurbelwelle 3, die sich mit der in dem Zylinder #i stattfindenden Verbrennung dreht, gleich wie oder kleiner als ein Wert ist, der erhalten wird, indem ein vorbestimmter Wert β von einem vorherigen Abtastwert ΔNEi(n-1) der Drehzahl der Kurbelwelle 3 subtrahiert wird. Der Prozess bei Schritt S18 ist zum Bestimmen, ob tatsächlich benachbarte Einspritzdauern von einem Überlappungszustand in einen Zustand ohne Überlappung verschoben werden.
Wie es vorstehend dargelegt ist und in den 6A bis 6C dargestellt ist, nimmt eine Einspritzmenge, die in den Zylinder #i dosiert werden soll, ab, wenn die tatsächlich angrenzenden Einspritzdauern von einem Überlappungszustand in einen Nicht-Überlappungszustand verschoben werden.
Aus diesem Grund, wenn bestimmt ist, dass der gegenwärtige Abtastwert ΔNEi(n) gleich wie oder kleiner als der Wert ist, der erhalten wird, indem der vorbestimmte Wert β von dem vorherigen Abtastwert ΔNEi(n-1) subtrahiert wird, ist die Bestimmung bei Schritt S18 positiv. Dann geht die ECU 50 zu Schritt S24 weiter.
Andernfalls, wenn bestimmt ist, dass der gegenwärtige Abtastwert ΔNEi(n) größer als der Wert ist, der erhalten wird, indem der vorbestimmte Wert β von dem vorherigen Abtastwert ΔNEi(n-1) subtrahiert wird, ist die Bestimmung bei Schritt S18 negativ. Dann geht die ECU 50 zu Schritt S20 weiter.
Bei Schritt S20 bestimmt die ECU 50, ob die Abtastanzahl n eine vorbestimmte Anzahl M erreicht.
Der Prozess bei Schritt S20 dient dem Bestimmen, dass tatsächlich benachbarte Einspritzdauern ursprünglich einander nicht überlappend sind, wenn Schwankungen, die gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert β sind, während die Anzahl M an Abtastungen nicht in dem Abtastwert ΔNEi auftritt.
Wenn bestimmt wird, dass die Abtastanzahl n nicht die vorbestimmte Anzahl M erreicht (die Bestimmung bei Schritt S20 ist NEIN), erhöht die ECU 50 die Einspritzdauer Ti um Δ bei Schritt S22, kehrt zu Schritt S16 zurück und wiederholt die Prozesse bei den Schritten S16 bis S22, bis die Bestimmung bei dem Prozess in Schritt S18 oder S20 positiv ist.
Die Prozesse bei den Schritten S16 bis S22 dienen dazu, um ein korrigiertes Befehlseinspritzintervall Ti zu bestimmen, bei dem tatsächlich benachbarte Einspritzdauern von einem Überlappungszustand in einen Nicht-Überlappungszustand umgeschaltet werden (siehe (a2), (b2), (a3) und (b3) der 6B und 6C).
Besonders wenn die Bestimmung bei Schritt S18 positiv ist, bestimmt die ECU 50, dass das korrigierte Befehlseinspritzintervall Ti es ermöglicht, dass tatsächlich benachbarte Einspritzdauern einander nicht überlappend sind. Dann geht die ECU 50 zu Schritt S24 weiter.
Bei Schritt S24 berechnet die ECU 50 den Betrag ΔLf einer Änderung bei dem Vollhubabstand Lf der Piezoeinspritzeinrichtung PIi in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung [1] basierend auf der korrigierten Befehlseinspritzdauer Ti und dem Druck NPC des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist: ΔLf = b/a(NPC) × (Ti – INTmin) [1]wobei der Term „Ti-INTmin" den Betrag einer Änderung bei dem Minimalintervall INTmin darstellt, und der Term
die Verringerungsrate bei dem Hubbetrag des
Nadelventils 14 der Piezoeinspritzeinrichtung PIi darstellt, die durch den Druck NPC des Kraftstoffs bestimmt wird, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist.
Somit korrigiert die ECU 50 bei Schritt S26 die Befehlseinspritzdauern, die in dem Vollhubeinspritzbereich R1 enthalten sind, basierend auf dem berechneten Betrag ΔLf einer Änderung bei dem Vollhubabstand Lf der Piezoeinspritzeinrichtung PIi und einem entsprechenden der Werte des Drucks des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist.
Außerdem korrigiert die ECU 50 die zulässigen Minimalwerte basierend auf dem berechneten Betrag ΔLf einer Änderung des Vollhubabstands Lf der Piezoeinspritzeinrichtung PIi und einem entsprechenden von den Werten des Drucks des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist.
Speziell erfasst die ECU 50 bei Schritt S26 die Schwankungen der Kraftstoffrate, die durch die Piezoeinspritzeinrichtung PIi pro Zeiteinheit einzuspritzen ist, und/oder der Befehlseinspritzdauer für die Piezoeinspritzeinrichtung PIi basierend auf dem berechneten Betrag ΔLf der Änderung des Vollhubabstands Lf der Piezoeinspritzeinrichtung PIi und einem entsprechenden von den Werten von dem Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist.
Deshalb sieht die ECU 50 bei Schritt S26 eine Tabelle Tal vor, deren Aufzeichnungen mit einer Variablen des Drucks des Kraftstoffs, der in dem Common Rail gespeichert ist, und mit einer Variablen der Einspritzmenge in Verbindung gebracht sind; diese Variablen sind in dem Vollhubeinspritzbereich R1 der Karte M1 enthalten (siehe 8A).
Als nächstes berechnet die ECU 50 bei Schritt S26 die korrigierten Befehlseinspritzdauern basierend auf dem berechneten Betrag ΔLf einer Änderung bei dem Vollhubabstand Lf der Piezoeinspritzeinrichtung PIi und jedem der Werte des Drucks des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist, wobei die berechneten korrigierten Befehlseinspritzdauern jeweils in die entsprechenden Felder der Tabelle TA1 gespeichert werden.
Außerdem sieht die ECU 50 bei Schritt S26 eine Tabelle TA2 vor, deren Felder mit einer Variablen des Drucks des Kraftstoffs in Verbindung gebracht sind, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist; diese Variable ist in dem Vollhubeinspritzbereich R1 der Karte M1 enthalten (siehe 8B).
Als nächstes berechnet die ECU 50 bei Schritt S26 die korrigierten zulässigen Minimalwerte basierend auf dem berechneten Betrag ΔLf der Änderung des Vollhubabstands Lf der Piezoeinspritzeinrichtung PIi und jedem der Werte des Drucks des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist, wodurch die berechneten korrigierten erlaubten Minimalwerte jeweils in die entsprechenden Felder der Tabelle TA2 gespeichert werden.
Nach einem Beenden des Prozesses bei Schritt S26 geht die ECU 50 zu Schritt S28 weiter. Bei Schritt S28 erhöht die ECU 50 den Parameter „i" um 1, und bestimmt, ob der Parameter „i" die Zahl N von Zylindern bei Schritt S30 übersteigt. Der Prozess bei Schritt S30 ist, um zu bestimmen, ob das Lernen der Einspritzdauer und des erlaubten Minimalwerts bei all den Zylindern #1 bis #N beendet wurde.
Speziell wenn bestimmt ist, dass der Parameter „i" gleich wie oder kleiner als die Zahl N an Zylindern ist (die Bestimmung bei Schritt S30 ist NEIN), bestimmt die ECU 50, dass das Lernen der Einspritzdauer und des zulässigen Minimalwerts noch nicht für alle Zylinder #1 bis #N beendet ist. Dann kehrt die ECU 50 zu Schritt S12 zurück und führt wiederholtermaßen die Prozesse der Schritte S12 bis S30 aus, bis die Bestimmung bei S30 positiv ist.
Andernfalls, wenn bestimmt ist, dass der Parameter „i" die Zahl N an Zylindern übersteigt (die Bestimmung bei Schritt S30 ist JA), bestimmt die ECU 50, dass das Lernen der Einspritzdauer und des zulässigen Minimalwerts bei allen Zylindern #1 bis #N beendet ist. Dann verlässt die ECU 50 die Tätigkeiten zum Ausführen der Minimalintervallerfassungstätigkeit und der Lerntätigkeit, wie es in 7 dargestellt ist.
Die in 7 dargestellten Prozesse ermöglichen es, dass das Lernen der Einspritzdauer und des erlaubten Minimalwerts für jede der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN ausgeführt wird, während der Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist, ohne Grenze unter der Leerlaufdrehzahlsteuerung stabil ist.
Wie es vorher dargelegt ist, ist das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem konfiguriert, um ein Minimalintervall zwischen tatsächlich benachbarten Einspritzdauern, die einander nicht überlappen, von benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen durch jede der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN basierend auf dem Verhalten der Kurbelwelle 3 zu erhalten, das während den Pilotkraftstoffeinspritzungen geändert wird.
Die Verwendung des erhaltenen Minimalintervalls ermöglicht es deshalb, dass als die erste Wirkung des ersten Ausführungsbeispiels der Abweichungsbetrag von den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN aufgrund der Schwankungen bei dem Vollhubabstand des Nadelventils 14 gelernt wird.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel können als der Abweichungsbetrag von den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN der Änderungsbetrag bei den Befehlseinspritzdauern und der Änderungsbetrag bei den zulässigen Minimalwerten gelernt werden, die ein Minimalintervall zwischen den Befehlseinspritzdauern bestimmen.
Das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem ist ausgelegt, um:
ein Intervall zwischen Befehlseinspritzdauern von Pilotkraftstoffeinspritzungen durch jede der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN zu ändern; und
ein Minimalintervall zwischen tatsächlich benachbarten Einspritzdauern, die einander nicht überlappen, von benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen durch jede der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN basierend auf dem Änderungsbetrag der Drehzahl der Kurbelwelle 3 zu erhalten, der gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert β ist, wenn das erfasste Intervall geändert wird.
Dies ermöglicht es als zweite Wirkung, ein Minimalintervall zwischen tatsächlich benachbarten Einspritzdauern, die sich einander nicht überlappen, von benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen durch jede der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN passend zu erhalten.
Das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem ist aufgebaut, den Abweichungsbetrag von den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken von einer frei wählbaren Piezoeinspritzeinrichtung aufgrund der Schwankungen bei dem Vollhubabstand des Nadelventils 14 zu lernen, indem ein Intervall zwischen Befehlseinspritzdauern von Pilotkraftstoffeinspritzungen durch die frei wählbare Piezoeinspritzeinrichtung geändert wird.
Dies ermöglicht es, dass das Intervall zwischen Befehlseinspritzdauern von Pilotkraftstoffeinspritzungen durch die frei wählbare Piezoeinspritzeinrichtung als der Änderungsfaktor des Verhaltens der Kurbelwelle 3 identifiziert wird. Dies macht es als dritte Wirkung möglich, ein Minimalintervall zwischen tatsächlich benachbarten Einspritzdauern, die einander nicht überlappen, von benachbarten Pilotkraftstoffeinspritzungen durch die frei wählbare Piezoeinspritzeinrichtung passend zu erhalten.
Das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem ist aufgebaut, um den Abweichungsbetrag von den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken jeder Piezoeinspritzeinrichtung zu lernen, wenn die Schwankungen bei dem Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 enthalten ist, in jeder Richtung gleich wie oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert α gehalten werden. Dies kann als vierte Wirkung wirksam den Einfluss der Schwankungen des Drucks des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 enthalten ist, während des Lernens des Abweichungsbetrags von den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken jeder Piezoeinspritzeinrichtung reduzieren.
Das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem ist aufgebaut, um den Betrag ΔLf einer Änderung bei dem Vollhubabstand Lf jeder Piezoeinspritzeinrichtung PI1 bis PIN als Parameter zu berechnen, der den Abweichungsbetrag von den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken von einer entsprechenden von den Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN aufgrund der Schwankungen bei dem Vollhubabstand des Nadelventils 14 anzugeben.
Somit ist es als fünfte Wirkung möglich, den Korrekturbetrag der Einspritzcharakteristik über den gesamten Vollhubeinspritzbereich R1 basierend auf dem gelernten Betrag ΔLf einer Änderung bei dem Vollhubabstand Lf jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN zu berechnen.
Speziell kann als sechste Wirkung die Korrektur der Befehlseinspritzdauern und der zulässigen Minimalwerte basierend auf dem Betrag ΔLf der Änderung bei dem Vollhubabstand Lf jeder Piezoeinspritzeinrichtung verhindern, dass tatsächlich benachbarte Einspritzdauern einander überlappen, und kann die Zunahme der Einspritzmenge von jeder der Pilotkraftstoffeinspritzungen reduzieren.
Das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem ist ausgelegt, um den Korrekturbetrag der Befehlskraftstoffeinspritzung für jeden von Teilbereichen zu berechnen, die durch die Schwankungen bei dem Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 enthalten ist, geteilt sind. Dies ermöglicht es als siebte Wirkung, den Betrag ΔLf einer Änderung bei dem Vollhubabstand Lf jeder Piezoeinspritzeinrichtung zu kompensieren, der mit dem Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 enthalten ist, abgeglichen werden soll.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Betonung der unterschiedlichen Punkte von dem Aufbau und den Tätigkeiten des Kraftstoffeinspritzsteuerungssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Dieselmaschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat eine Vielzahl von Piezoeinspritzeinrichtungen PI1A bis PINA für die jeweiligen Zylinder #1 bis #N.
9 stellt schematisch ein Beispiel des Aufbaus einer Piezoeinspritzeinrichtung PI1A dar. Es ist zu beachten, dass die anderen Piezoeinspritzeinrichtungen PI2A bis PINA den gleichen Aufbau der Piezoeinspritzeinrichtung PI1A haben.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1A besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Körper (Gehäuse) 60. Der Körper 60 ist an seinem einen Ende (seinem einen distalen Ende) bei seiner Mitte mit einer Düse 61 ausgebildet. Der Körper 60 ist an der anderen Endseite mit einem Paar Anschlüssen ausgebildet, mit denen der Hochdruckkraftstoffdurchgang und der Niederdruckkraftstoffdurchgang 9 gekoppelt sind, um mit diesen in Verbindung zu stehen.
Der Körper 60 ist in seinem inneren auch mit einer zylindrischen Nadelkammer 65, einer ersten öldichten Kammer 72, einer Nadelkolbenfassungskammer 66a, einer Gegendruckkammer 71, einer Ausgleichskammer 69 und einer zweiten öldichten Kammer 76 ausgebildet, die in dieser Reihenfolge von seinem einen Endabschnitt in der Längsrichtung des Körpers 60 angeordnet sind.
Der Körper 60 ist mit einem Verbindungsdurchgang 74 ausgebildet, der eine Verbindung zwischen den ersten und zweiten öldichten Kammern 72 und 76 herstellt.
Die Nadelkammer 65 ist mit der Düse 61 des einen distalen Endes des Körpers 60 in Verbindung gebracht. Das eine distale Ende des Körpers 60 bildet eine Endwand der Nadelkammer 65. Eine ringförmige Innenfläche der einen Endwand der Kammer 65, die die Düse 61 umgibt, bildet einen Nadelsitz 64.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1A ist mit einem im Wesentlichen zylindrischen Nadelventil 62 versehen, das angeordnet ist, um in der Nadelkammer 65 derart enthalten zu sein, dass:
sein eines Ende gegenüber der Düse 61 liegt; und
das andere Ende (Rückseitenende) in der ersten öldichten Kammer 72 enthalten ist.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1A ist mit einem im Wesentlichen zylindrischen Nadelkolben 66 versehen, der in der Nadelkolbenfassungskammer 66a enthalten ist und an seinem einen Ende mit dem anderen Ende des Nadelventils 62 verbunden ist. Der Nadelkolben 66 ist in der Längsrichtung des Körpers 60 angeordnet und hat einen größeren Durchmesser als das Nadelventil 62.
Die Anordnung und der Aufbau des Nadelkolbens 66 ermöglicht es, dass die erste öldichte Kammer 72 zwischen dem anderen Ende des Nadelventils, einer Innenwand des Körpers 60 dortherum, und der anderen Endfläche des Nadelkolbens 66 ausgebildet wird.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1A ist mit einem Ausgleichskolben 68 versehen, der an seinem einen Ende mit dem anderen Ende des Nadelkolbens 66 verbunden ist und in der Längsrichtung des Körpers 60 angeordnet ist. Der Ausgleichskolben 68 ist in der Gegendruckkammer 71 enthalten.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1A ist mit einer Feder 70 versehen. Die Feder 70 ist zwischen dem anderen Ende des Nadelkolbens 66 und der Innenwand, die den Ausgleichskolben 68 umgibt, in die Gegendruckkammer 71 eingeführt. Die Feder 70 arbeitet, um den Nadelkolben 66 in Richtung Nadelsitz 64 zu drängen.
Die Ausgleichskammer 69, die angeordnet ist, damit sie dem anderen Ende des Ausgleichskolbens 68 gegenüberliegt, ist ausgebildet durch; die andere Endfläche des Ausgleichskolbens 68, eine Innenwand des Körpers 60 dortherum, und eine Trennwand. Die Trennwand ist gegenüberliegend der anderen Endfläche des Ausgleichskolbens 68 zum Unterteilen eines Abschnitts angeordnet, bei dem die Ventilbaugruppe mit dem verbleibenden Abschnitt eingebaut ist.
Die Ausgleichskammer 69 ermöglicht es, dass die Ventilbaugruppe, die aus dem Nadelventil 62, dem Nadelkolben 66 und dem Ausgleichskolben 68 besteht, in ihrer axialen Richtung (der Längsrichtung des Körpers 60) beweglich ist. Die Trennwand dient als eine Stoppeinrichtung 67 zum Begrenzen der Verschiebung des Ausgleichskolbens 68 in Richtung der anderen Endseitenrichtung des Körpers 60.
Der Körper 60 ist in seinem Inneren mit einem Hochdruckkraftstoffdurchgang 8a ausgebildet, der mit dem entsprechenden Hochdruckkraftstoffdurchgang 8 über den Anschluss mit der Nadelkammer 65 und mit der Ausgleichskammer 69 in Verbindung steht.
Dies ermöglicht es, dass mit hohem Druck beaufschlagter Kraftstoff von dem Common Rail 6 in jede von der Nadelkammer 65 und der Ausgleichskammer 69 über die Hochdruckkraftstoffdurchgänge 8 und 8a zugeführt werden kann.
Der Körper 60 ist in seinem Inneren mit einem Niederdruckkraftstoffdurchgang 9a ausgebildet, der über den Anschluss mit dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 9 und mit der Gegendruckkammer 71 verbunden ist.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1A ist mit einem Piezokolben 78 versehen, der in einer Fassungskammer 79 enthalten ist, die mit dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 9a in Verbindung steht und gegenüber der Trennwand (Stoppeinrichtung) 67 angeordnet ist. Dieser Aufbau ermöglicht es, dass die zweite öldichte Kammer 76 zwischen dem Piezokolben 78 und der Trennwand 67 ausgebildet wird. Kraftstoff wird in die erste öldichte Kammer 72, den Verbindungsdurchgang 74 und die zweite öldichte Kammer 76 als Mittel zum Übertragen einer Leistung eingefüllt.
Der Piezokolben 78 ist in seinem Inneren mit einem Rückschlagventil 80 ausgestattet, über welches die zweite öldichte Kammer 76. Das Rückschlagventil 80 ermöglicht es, dass Kraftstoff von dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 9a in die zweite öldichte Kammer 76 zugeführt wird und verhindert, dass Kraftstoff von der zweiten öldichten Kammer 76 in den Niederdruckdurchgang 9a rückgeführt wird.
Die Piezoeinspritzeinrichtung PI1A ist mit einem Piezoelement PE versehen, dessen eines Ende und anderes Ende entlang der axialen Richtung des Körpers 60 liegen und das in der Fassungskammer 79 enthalten ist. Das eine Ende des Piezoelements PE ist an dem Piezokolben 78 befestigt und sein anderes Ende ist an dem anderen Ende des Körpers 60 befestigt. Das Piezoelement PE hat im Wesentlichen den identischen Stapelungsaufbau des Piezoelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Speziell wenn es unter Strom gesetzt wird, dehnt sich das Piezoelement PE von seiner Ursprungsgesamtlänge in der Längsrichtung aus. Die Ausdehnung des Piezoelements PE bewirkt, dass der Piezokolben 78 in Richtung des einen distalen Endes (Düsenseitenende des Körpers 60) bewegt wird. Die Bewegung des Piezokolbens 78 ermöglicht es, dass der Druck des Kraftstoffs zunimmt, der in jeder von der zweiten öldichten Kammer 76, dem Verbindungsdurchgang 74 und der ersten öldichten Kammer 72 enthalten ist.
Zu dieser Zeit wird die Ventilbaugruppe (das Nadelventil 62) in Richtung Piezoelementseitenende des Körpers 60 durch die Kraft vorgespannt, die durch den mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff hervorgerufen wird, der in der Nadelkammer 65 enthalten ist. Außerdem wird die Ventilbaugruppe (der Nadelkolben 66) durch den Druck des Kraftstoffs, der in der ersten öldichten Kammer 72 enthalten ist, in Richtung Piezoelementseitenende des Körpers 60 vorgespannt. Die Vorspannkraft, die durch den mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff hervorgerufen wird, der in der Nadelkammer 65 enthalten ist, und durch den Druck des Kraftstoffs, der in der ersten öldichten Kammer 72 enthalten ist, wird nachstehend als „Ventilöffnungskraft" bezeichnet.
Im Gegensatz dazu wird der Nadelkolben 66 durch die Feder 70 und den mit niedrigem Druck beaufschlagten Kraftstoff, der in der Gegendruckkammer 71 enthalten ist, in Richtung Düsenseitenende des Körpers 60 vorgespannt. Außerdem wird der Ausgleichskolben 68 durch den mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff, der in der Ausgleichskammer 69 enthalten ist, in Richtung Düsenseitenende des Körpers 60 vorgespannt. Die Vorspannkraft, die durch die Feder 70, den mit niedrigem Druck beaufschlagten Kraftstoff, der in der Gegendruckkammer 71 enthalten ist und den mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff, der in der Ausgleichskammer 69 enthalten ist, hervorgerufen wird, wird nachstehend als „Ventilschließkraft" bezeichnet.
Wenn die Ventilöffnungskraft die Ventilschließkraft übersteigt, wenn der Druck des Kraftstoffs zunimmt, der in jeder von der ersten öldichten Kammer 76, dem Verbindungsdurchgang 74 und der ersten öldichten Kammer 72 enthalten ist, wird die Ventilbaugruppe (das Nadelventil 62) in Richtung Piezoelementseitenende des Körpers 60 von dem Ventilsitz 64 bewegt. Dies ermöglicht es, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung PI1A geöffnet wird.
Andererseits, wenn es entladen ist, verringert sich die Gesamtlänge des Piezoelements PE in Richtung Ursprungsgesamtlänge. Die Reduzierung der Gesamtlänge des Piezoelements PE bewirkt, dass sich der Piezokolben 78 in Richtung Piezoelementseitenende des Körpers 60 bewegt. Die Bewegung des Piezokolbens 78 ermöglicht es, dass der Druck des Kraftstoffs, der in jeder von der zweiten öldichten Kammer 76, dem Verbindungsdurchgang 74 und der ersten öldichten Kammer 72 enthalten ist, abnimmt.
Wenn die Ventilschließkraft die Ventilöffnungskraft übersteigt, wenn der Druck des Kraftstoffs abnimmt, der in jeder von der zweiten öldichten Kammer 76, dem Verbindungsdurchgang 74 und der ersten öldichten Kammer 72 enthalten ist, wird die Ventilbaugruppe (das Nadelventil 62) in Richtung Ventilsitz 64 bewegt. Dies führt dazu, dass das Nadelventil 62 auf dem Ventilsitz aufgesetzt wird, was es ermöglicht, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung PI1A geschlossen wird.
Speziell ändert sich bei dem Aufbau der Piezoeinspritzeinrichtung PI1A der Versatz des Nadelventils 62 von dem Ventilsitz 64, was dem Hubbetrag des Nadelventils 62 entspricht, abhängig von der Änderung der Gesamtlänge des Piezoelements PE. Dies ermöglicht es, dass der Hubbetrag des Nadelventils 62 innerhalb des Bereichs zwischen der Null-Hub-Position und seinem Vollhubabstand frei eingestellt wird; diese Null-Hub-Position entspricht der geschlossenen Piezoeinspritzeinrichtung PI1A.
Bezugnehmend auf 10 ist das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem mit einer ECU 50A, die einen Mikrocomputer 51A aufweist, einer Antriebseinrichtung 51B, die mit dem Piezoelement PE von jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1A bis PINA verbunden ist, und einer I/O-Schnittstelle 51C ausgestattet, die elektrisch mit dem Mikrocomputer 51, den Sensoren 40, 42 und 44 und dem Dosierventil 5 verbunden ist.
Die Antriebseinrichtung 51B ist mit einem DC-zu-DC-Wandler 52 als ein Beispiel eines Aufwärtswandlers, einem Kondensator 53, einem Ladungsschalter 54, einer Lade- und Entladewicklung 55, einem Entladeschalter 56, Dioden 57 und 58 und Widerständen R1A, R1B, R2A und R2B versehen.
Das Fahrzeug ist mit einer Batterie B ausgestattet, deren positive Elektrode elektrisch mit dem DC-zu-DC-Wandler 52 verbunden ist. Eine Ausgabespannung, wie beispielsweise 12V, als elektrische Leistung, die von der Batterie B gespeist wird, wird dem DC-zu-DC-Wandler 52 zugeführt. Die Ausgabespannung (Batteriespannung) von der Batterie B wird durch den DC-zu-DC-Wandler 52 in eine Hochspannung von beispielsweise 200 bis 300 V verstärkt, die erforderlich ist, um das Piezoelement zu laden.
Eine Hochseitenelektrode des Kondensators 53 ist elektrisch mit dem DC-zu-DC-Wandler 52 verbunden und die andere Niedrigseitenelektrode von diesem ist an Masse gelegt.
Speziell wird die verstärkte Spannung, die von dem DC-zu-DC-Wandler 52 ausgegeben wird, an die eine Elektrode des Kondensators 53 so angelegt, dass die verstärkte Spannung durch den Kondensator 53 geladen wird.
Eine Hochseitenelektrode des Piezoelements PE ist elektrisch mit der Hochseitenelektrode des Kondensators 53 durch den Ladungsschalter 54 und die Lade- und Entladewicklung 55 verbunden, die in Abfolge elektrisch verbunden sind. Die Niedrigseitenelektrode des Piezoelements PE ist an Masse gelegt.
Ein Zwischenpunkt zwischen dem Ladungsschalter 54 und der Lade- und Entladewicklung 55 ist elektrisch mit einem Anschluss des Entladeschalters 56 verbunden und der andere Anschluss ist an Masse gelegt.
Die Diode 57 ist elektrisch zwischen einem und dem anderen Anschluss des Entladeschalters 56 parallel dazu derart verbunden, dass ihre Vorwärtsrichtung von der Masseseite des Entladeschalters 56 in Richtung Kondensator 53 und Lade- und Entladewicklung 55 gerichtet ist. Die Diode 57, der Kondensator 53, die Lade- und Entladewicklung 55 und die Entladewicklung 56 dienen als erster Zerhacker-Kreis CC1, der arbeitet, um das Piezoelement PE zu laden. Bei dem ersten Zerhacker-Kreis CC1 dient die Diode 57 als eine erste Freilaufdiode.
Die Diode 58 ist elektrisch zwischen einem und dem anderen Anschlüssen des Ladungsschalters 54 parallel dazu derart verbunden, dass ihre Vorwärtsrichtung von der Entladeschalterseite in Richtung Kondensatorseite gerichtet ist. Die Diode 58, der Kondensator 53, die Lade- und Entladewicklung 55 und die Entladewicklung 56 dienen als zweiter Zerhacker-Kreis, der tätig ist, um das Piezoelement PE zu entladen. Bei dem zweiten Zerhacker-Kreis dient die Diode 58 als Flywheel-Diode.
Ein Ende von den in Serie verbundenen Widerständen R1A und R1B ist mit der Verbindungslinie zwischen der Hochseitenelektrode des Piezoelements PE und der Lade- und Entladewicklung 55 verbunden und das andere Ende ist an Masse gelegt.
Ein Ende von in Serie verbundenen Widerständen R2A und R2B ist mit der Niederseitenelektrode des Piezoelements PE verbunden und das andere Ende ist an Masse gelegt.
Die Antriebseinrichtung 51B mit der vorstehend dargelegten Kreisstruktur wird durch den Mikrocomputer 51A angetrieben.
Die I/O-Schnittstelle 51C arbeitet, um:
von den Sensoren 40, 42 und 44 ausgegebene Datenteile zu empfangen;
die empfangenen Datenteile zu konvertieren, damit sie durch den Mikrocomputer 51A wieder erkennbar sind, wenn ein Bedarf entsteht; und
einen vorbestimmten Steuerungsbefehl zu dem Dosierventil 5 zu senden.
Der Mikrocomputer 51A ist elektrisch mit einem Verbindungspunkt N1 zwischen den Widerständen R1A und R1B und mit einem Verbindungspunkt N2 zwischen den Widerständen R2A und R2B verbunden.
Speziell besteht der Mikrocomputer 51A aus einer CPU und einer Speichereinheit, die austauschbar oder permanent mit zumindest einer von verschiedenen Arten von Speichermedien integriert ist, wie beispielsweise einem flüchtigen/permanenten Speichermedium.
Die Speichereinheit hat in sich die Karten M1 und M2 und Programme P gespeichert, die bewirken, dass die ECU 50A verschiedene Tätigkeiten einschließlich einer Kraftstoffeinspritzsteuerungstätigkeit zum Steuern der Ausgabe der Dieselmaschine 1 ausführt.
Speziell in Übereinstimmung mit zumindest einem Programm P steuert die ECU 50A das Öffnen und Schließen von jedem der individuellen Schalter 54 und 56 durch Verwenden der Karten M1 und M2, die empfangenen Datenteile, die von den Sensoren 40, 42 und 44 zugeführt werden, einer Spannung des Piezoelements PE über den Verbindungspunkt N1 und eines Stroms, der durch das Piezoelement PE über den Verbindungspunkt N2 strömt. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Öffnungs- und Schließsteuerung von jedem einzelnen Schalter 54 und 56 durch den Mikrocomputer 50A basierend auf einem Zeitdiagramm ausgeführt, das in 11 dargestellt ist.
(a) von 11 stellt schematisch An- und Aus-Zeitpunkte des Ladeschalters 54 dar und (b) von 11 stellt schematisch Ein- und Auszeitpunkte des Lade- und Entladeschalters 56 dar.
(c) von 11 stellt schematisch eine Wellenform des Stroms dar, der durch das Piezoelement PE strömt.
(d) von 11 stellt schematisch eine Wellenform der Spannung des Piezoelements PE dar.
Wie es in 11 dargestellt ist, ermöglicht eine Zerhacker-Steuerung durch Ein- und Aus-Betätigungen des Ladeschalters 54, dass der Strom in das Piezoelement PE geladen wird, während er abwechselnd zunimmt und abnimmt.
Insbesondere ermöglicht ein Einschalten des Ladeschalters 54, dass ein geschlossener Regelkreis gebildet wird, der aus dem Kondensator 53, dem Ladeschalter 54, der Lade- und Entladewicklung 55 und dem Piezoelement PE besteht.
Dies ermöglicht es, dass die elektrische Ladung, die in dem Kondensator 53 gespeichert ist, in das Piezoelement PE geladen wird, wodurch der Betrag des Stroms erhöht wird, der durch das Piezoelement PE strömt.
Wenn der Ladeschalter 54 von seinem eingeschalteten Zustand ausgeschaltet wird, wird ein geschlossener Regelkreis bestehend aus der Lade- und Entladewicklung 55, dem Piezoelement PE, der Flywheel-Diode 57 erzeugt. Dies ermöglicht es, dass die Flywheel-Energie, die in der Lade- und Entladewicklung 55 gespeichert ist, über die Flywheel-Diode 57 entladen und dem Piezoelement PE zugeführt wird, wodurch der Betrag des Stroms, der durch das Piezoelement PE strömt, reduziert wird.
Die Abwärts-Zerhacker-Steuerung durch die Einschalt- und Ausschalttätigkeiten des Ladeschalters 54 ermöglicht es, dass das Piezoelement PE so geladen wird, dass das Potenzial der Hochseitenelektrode des Piezoelements PE zunimmt.
Außerdem ermöglicht die Zerhacker-Steuerung durch die Ein- und Ausschalttätigkeiten des Entladeschalters 56, dass der Strom von dem Piezoelement PE entladen wird, während er wechselnd zu- und abnimmt.
Insbesondere ermöglicht es ein Einschalten des Entladeschalters 56, dass ein geschlossener Regelkreis bestehend aus dem Entladeschalter 56, der Lade- und Entladewicklung 55 und dem Piezoelement PE erzeugt wird.
Dies ermöglicht es, dass die elektrische Ladung, die in dem Piezoelement PE gespeichert ist, von dort entladen wird, um der Lade- und Entladewicklung 55 zugeführt zu werden, was den Betrag eines Stroms reduziert, der durch das Piezoelement PE strömt.
Wenn der Entladeschalter 56 von seinem eingeschalteten Zustand ausgeschaltet wird, wird ein geschlossener Regelkreis bestehend aus dem Kondensator 53, der Flywheel-Diode 58, der Lade- und Entladewicklung 55 und dem Piezoelement PE erzeugt. Dies ermöglicht es, dass die Flywheel-Energie, die in der Lade- und Entladewicklung 55 gespeichert ist, weiter in den Kondensator 53 geladen wird, wodurch der Betrag eines Stroms zunimmt, der durch das Piezoelement PE strömt.
Die Aufwärts-Zerhacker-Steuerung durch die Ein- und Aus-Betätigungen des Entladeschalters 56 ermöglicht es, dass das Piezoelement PE von dort entladen wird, so dass das Potenzial der Hochseitenelektrode des Piezoelements PE abnimmt.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird jeder der Schalter 54 und 56 derart gesteuert, dass er sich während einer vorbestimmten konstanten Dauer in einem eingeschalteten Zustand befindet und von einem eingeschalteten Zustand in einen ausgeschalteten Zustand geschaltet wird, wenn kein Strom durch das Piezoelement PE strömt. Das heißt, eine Steuerung einer konstanten Ein-Dauer wird für jeden der Schalter 54 und 56 ausgeführt.
Die konstante Ein-Dauer-Steuerung für jeden der Schalter 54 und 56 kann die Änderungsrate der gespeicherten Energie in dem Piezoelement PE im Wesentlichen konstant machen.
Aus diesem Grund kann die Ladung des Piezoelements PE durch Verwenden der konstanten Ein-Dauer-Steuerung den Betrag einer Energie steuern, der zu dem Piezoelement PE zugeführt werden soll, indem die Ladezeit für das Piezoelement PE eingestellt wird.
Es ist zu beachten, dass, wenn der konstante Energiebetrag dem Piezoelement PE zugeführt wird, die Zunahme der Gesamtlänge des Piezoelements PE unabhängig von der Temperatur darin im Wesentlichen konstant ist. Aus diesem Grund ermöglicht es die konstante Ein-Dauer-Steuerung, dass der Hubbetrag des Nadelventils 62 einfach gesteuert wird.
Im Gegensatz dazu, wenn das Laden des Piezoelements PE basierend auf nur einer Spannung ausgeführt wird, die dorthin zugeführt werden soll, kann die Zunahme der Gesamtlänge des Piezoelements PE abhängig von der Temperatur darin geändert werden. Aus diesem Grund, um die Steuerung des Hubbetrags des Nadelventils 62 mit einer hohen Genauigkeit zu steuern, kann es erforderlich sein, eine Zielspannung, die an das Piezoelement PE angelegt werden soll, basierend auf der Temperatur darin zu korrigieren.
Es ist zu beachten, dass die konstante Ein-Dauer-Steuerung für jeden der Schalter 54 und 56, die die Zunahme der Gesamtlänge des Piezoelements PE im Wesentlichen konstant machen kann, beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-130561 beschrieben wurde. Es ist zu beachten, dass die Zerhacker-Steuerung für Ein- und Aus-Tätigkeiten der Schalter 54 und 56 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, die die zu dem Piezoelement PE zugeführte Energie konstant machen können, beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2002-136156 beschrieben wurde.
Speziell, wie es in der Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2005-130561 beschrieben ist, kann die Energie E, die an das Piezoelement PE angelegt wird, basierend auf der konstanten Ein-Dauer-Steuerung für jeden der Schalter 54 und 56 durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt werden: E = C × V2 × 1/2,wobei E die angelegte Energie darstellt, C eine Kapazität des Piezoelements PE darstellt und V eine an beide Seiten des Piezoelements PE angelegte Spannung darstellt.
Die Zunahme der Gesamtlänge des Piezoelements PE ist proportional zu dem Produkt aus einem piezoelektrischen Modul d33 und der Spannung V und deshalb wird die Zunahme INC der Gesamtlänge des Piezoelements PE durch die folgende Gleichung dargestellt: INC = d33 × (2 × E/C)1/2
Besonders ist die Zunahme INC bei der Gesamtlänge des Piezoelements PE proportional zu „d33/C^1/2", wenn die angelegte Energie E konstant ist.
Somit, wenn die Änderungsrate bei dem piezoelektrischen Modul d33 hinsichtlich der Temperaturvariationen durch „a" dargestellt wird und die Änderungsrate bei der Kapazität C in Bezug auf die Temperaturschwankungen durch TC dargestellt wird, ermöglicht es das Herstellen der nachfolgenden Gleichung, dass die Zunahme der Gesamtlänge des Piezoelements PE unabhängig von der Temperatur darin im Wesentlichen konstant ist: a = k(TC)1/2 wobei k eine Konstante ist.
Insbesondere ermöglicht die konstante Energie E, die an das Piezoelement PE angelegt wird, das aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist, wobei die Gleichung „a = k(TC)^1/2" erfüllt ist, dass die Zunahme der Gesamtlänge des Piezoelements PE unabhängig von Temperaturschwankungen darin im Wesentlichen konstant ist.
Außerdem, während das Piezoelement PE geladen wird, wird der Strom, der in das Piezoelement PE geladen werden soll, über die Zeit allmählich verringert, während er in einer Zerhacker-Wellenform geändert wird, wohingegen die Spannung des Piezoelements PE schrittweise zunimmt (siehe 11).
Im Gegensatz dazu, während das Piezoelement PE entladen wird, nimmt der Strom, der von dem Piezoelement PE entladen werden soll, schrittweise über die Zeit zu, während er sich in einer Zerhacker-Wellenform ändert, wohingegen die Spannung des Piezoelements PE schrittweise abnimmt (siehe 11).
Wie es in der Patentveröffentlichung Nr. 2002-136156 beschrieben ist, wird, selbst wenn die Kapazität des Piezoelements PE während das Piezoelement PE geladen wird, etwas zunimmt, die Zunahmerate der Spannung des Piezoelements PE etwas reduziert und die Verringerungsrate des Stroms, der in das Piezoelement PE geladen werden soll, wird auch etwas verringert.
Die Reduzierung der Zunahmerate der Spannung des Piezoelements PE wirkt bei der Reduzierung des Energiebetrags, der dem Piezoelement PE pro Zeiteinheit zugeführt werden soll. Die Zunahme der Verringerungsrate des Stroms, der in das Piezoelement PE geladen werden soll, wirkt bei der Erhöhung des Energiebetrags, der dem Piezoelement PE zugeführt werden soll. Die Reduzierung des Energiebetrags, der dem Piezoelement PE pro Zeiteinheit zugeführt werden soll, kann mit der Erhöhung der Verringerungsrate des Stroms, der in das Piezoelement PE geladen werden soll, versetzt werden.
Folglich ist es möglich, die Energie, die dem Piezoelement PE pro Zeiteinheit zugeführt werden soll, konstant zu machen.
Wie es vorstehend beschrieben ist, gestattet der Energiebetrag, der dem Piezoelement PE zugeführt werden soll, dass die Verschiebung darin in der Längsrichtung des Körpers 60 eingestellt werden kann. Dies ermöglicht es, den Hubbetrag des Nadelventils 62 innerhalb des Bereichs zwischen seiner Null-Hub-Position und seinem Vollhubabstand frei zu steuern, bei dem der Ausgleichskolben 68 in Berührung mit der Stoppeinrichtung 67 ist.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel jedoch, wie es in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, kann ein direkter Kontakt zwischen dem Nadelventil 62 und dem Nadelsitz 64 das Abnutzen von zumindest einem von dem Nadelventil 62 und dem Nadelsitz 64 bewirken.
Ähnlich kann ein direkter Kontakt zwischen dem Ausgleichskolben 68 und der Stoppeinrichtung 67 auch das Abnutzen von zumindest einem von dem Ausgleichskolben 68 und der Stoppeinrichtung 67 bewirken.
Daher ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, der Mikrocomputer 51A programmiert, die Prozesse bei den Schritten S8 bis S14 auszuführen, die in 7 dargestellt sind, und zwar in Übereinstimmung mit zumindest einem Programm, das in der Speichereinheit gespeichert ist, um die Minimalintervallerfassungstätigkeit und die Lerntätigkeit auszuführen.
Bei Schritt S16a steuert der Mikrocomputer 51A die Ein- und Aus-Betätigungen der Lade- und Entladeschalter 54 und 56 individuell derart, dass jeder der Schalter 54 und 56 sich für eine vorbestimmte konstante Ein-Dauer in dem Ein-Zustand befindet. Dies ermöglicht es, dem Piezoelement PE der Piezoeinspritzeinrichtung PIiA einen konstanten Energiebetrag zuzuführen, wodurch die Kraftstoffeinspritzungen je Befehlseinspritzdauer Ti ausgeführt werden.
Außerdem berechnet der Mikrocomputer 51A bei Schritt S16a basierend auf den gemessenen Daten von dem Kurbelwinkelsensor 42 einen Stromabtastwert ΔNEi(n) der Drehzahl der Kurbelwelle 3, die sich dreht, wenn in dem Zylinder #i eine Verbrennung stattfindet, wenn die entsprechende Piezoeinrichtung PIiA die Kraftstoffeinspritzungen je Einspritzdauer Ti ausführt.
Anschließend werden die in 7 dargestellten Prozesse S18 bis S24 ausgeführt.
Infolgedessen kann der Betrag ΔLf einer Änderung bei dem Vollhubabstand Lf der Piezoeinspritzeinrichtung PIiA in Übereinstimmung mit der Gleichung [1], die vorstehend dargelegt ist, basierend auf der korrigierten Befehlseinspritzdauer Ti und dem Druck NPC des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist, berechnet werden.
Danach korrigiert der Mikrocomputer 51A bei Schritt S26a, der in 12A dargestellt ist, die Zunahme der Gesamtlänge des Piezoelements PE während den Betriebszuständen der Dieselmaschine 1, die in dem Vollhubeinspritzbereich R1 enthalten sind, basierend auf dem Betrag ΔLf der Änderung bei dem Vollhubabstand Lf der Piezoeinspritzeinrichtung PIiA.
Besonders bei Schritt S26A, wie er in 12B dargestellt ist, sieht der Mikrocomputer 51A eine Tabelle TA3 vor, deren Felder mit einer Variablen des Drucks des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist, in Verbindung gebracht sind; diese Variable ist in dem Vollhubeinspritzbereich R1 enthalten.
Als nächstes berechnet der Mikrocomputer 51A bei Schritt S26a korrigierte Energiebeträge, die dem Piezoelement PE zugeführt werden sollen, basierend auf dem berechneten Betrag ΔLf einer Änderung bei dem Vollhubabstand Lf der Piezoeinspritzeinrichtung PIiA und jedem der Werte von dem Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist, wodurch die berechneten korrigierten Beträge der Energie jeweils in die zugehörigen Felder der Tabelle TA3 gespeichert werden.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel konfiguriert, um die Zunahme bei der Gesamtlänge des Piezoelements PE, die benötigt wird, um das Nadelventil 62 zu dem Vollhubabstand bei jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1A bis PINA zu bewegen, basierend auf dem berechneten Betrag ΔLf der Änderung bei dem Vollhubabstand Lf einer entsprechenden der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1A bis PINA direkt zu korrigieren.
Somit kann das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem zusätzlich zu den ersten bis siebten Wirkungen die achte Wirkung folgendermaßen erhalten:
Insbesondere ist es als achte Wirkung möglich, die Zunahme der Gesamtlänge des Piezoelements PE direkt zu korrigieren, wobei eine Befehlskraftstoffdauer konstant gehalten wird. Die direkte Korrektur der Längsausdehnung des Piezoelements PE kann nicht nur die Kraftstoffrate, die durch jede der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1A bis PINA pro Zeiteinheit eingespritzt werden soll, sondern auch die Schwankungen bei der Kraftstoffmenge aufgrund einer Ausmaßvariation einer entsprechenden der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1A und PINA korrigieren.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Betonung auf die Unterschiedspunkte von dem Aufbau und den Tätigkeiten des Kraftstoffeinspritzsteuerungssystems gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
13 stellt schematisch Prozesse dar, die durch den Mikrocomputer 51A in Übereinstimmung mit zumindest einem Programm ausführbar sind, das in der Speichereinheit zum Ausführen der Minimalintervallerfassungstätigkeit und der Lerntätigkeit gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gespeichert ist. Es ist zu beachten, dass gleiche Bezugszeichen den gleichen Schritten in 7 und 13 zugeordnet sind und die Beschreibungen der gleichen Schritte deshalb weggelassen werden. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Abfolge der Prozesse wiederholtermaßen durch den Mikrocomputer 51A bei jedem Zyklus von beispielsweise 5000 km Fahrt ausgeführt.
Besonders werden die in 13 dargestellten Prozesse bei den Schritten S8 bis S14, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen sind, die den Schritten in 7 entsprechen, ausgeführt.
Bei Schritt S16a steuert der Mikrocomputer 51A einzeln die Ein- und Aus-Betätigungen der Lade- und Entladeschalter 54 und 56 derart, dass jeder der Schalter 54 und 56 für eine vorbestimmte konstante Ein-Dauer in seinem eingeschalteten Zustand ist. Dies ermöglicht es, dem Piezoelement PE der Piezoeinspritzeinrichtung PIiA einen konstanten Energiebetrag zuzuführen, wodurch die Kraftstoffeinspritzungen jede Befehlseinspritzdauer Ti ausgeführt werden. Außerdem berechnet der Mikrocomputer 51A bei Schritt S16a basierend auf den gemessenen Daten von dem Kurbelwinkelsensor 42 einen gegenwärtigen Abtastwert ΔNEi(n) der Drehzahl der Kurbelwelle 3, die sich dreht, wenn eine Verbrennung in dem Zylinder #i stattfindet, wenn die entsprechende Piezoeinspritzeinrichtung PIiA Kraftstoffeinspritzungen je Einspritzdauer Ti ausführt.
Anschließend werden die in 13 dargestellten Prozesse S18 und S20 ausgeführt, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen bei den entsprechenden Schritten in 7 sind.
Besonders wenn bestimmt ist, dass die Abtastzahl n die vorbestimmte Anzahl M nicht erreicht (die Bestimmung bei S20 ist NEIN), geht der Mikrocomputer 51A zu Schritt S22a weiter.
Bei Schritt S22a korrigiert der Mikrocomputer 51A den Betrag E an Energie, die der Piezoeinspritzeinrichtung PIiA zugeführt werden soll, durch beispielsweise Verringern des Betrags E der Energie um ΔE, und durch Zurückkehren zu Schritt S16a und Wiederholen der Prozesse bei den Schritten S16a bis S22, bis die Bestimmung bei dem Prozess bei Schritt S18 oder S20 positiv ist.
Die Prozesse bei den Schritten S16a bis S22a sind zum Bestimmen eines korrigierten Betrags einer Längsausdehnung des Piezoelements PE, um den Hubbetrag des Nadelventils 62 zu reduzieren.
Besonders wenn bestimmt ist, dass der gegenwärtige Abtastwert ΔNEi(n) gleich wie oder kleiner als der Wert ist, der erhalten wird, indem der vorbestimmte Wert β von dem vorherigen Abtastwert ΔNEi(n-1) subtrahiert wird, ist die Bestimmung bei Schritt S18 positiv. Dann bestimmt der Mikrocomputer 51A, dass es der korrigierte Betrag der Längsausdehnung des Piezoelements PE ermöglicht, dass tatsächliche benachbarte Einspritzdauern einander nicht überlappen. Dann geht der Mikrocomputer 51A zu Schritt S24a weiter.
Weil es der korrigierte Betrag der Längsausdehnung des Piezoelements PE ermöglicht, dass sich tatsächlich benachbarte Einspritzdauern einander nicht überlappen, bestimmt der Mikrocomputer 51A, dass der Betrag ΔLf der Änderung bei dem Vollhubabstand Lf der Piezoeinspritzeinrichtung PIiA durch den gegenwärtigen korrigierten Energiebetrag kompensiert werden kann, der dem Piezoelement PE zugeführt werden soll, entsprechend dem korrigierten Betrag der Längsausdehnung des Piezoelements PE.
Daher korrigiert der Mikrocomputer 51A bei Schritt S24a, wenn der Energiebetrag äquivalent zu dem Vollhubabstand des Piezoelements PE ist, den gegenwärtig korrigierten Betrag E an Energie, die dem Piezoelement PE zugeführt werden soll, basierend auf jedem Wert von dem Druck des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist. Dann speichert der Mikrocomputer 51A die berechneten korrigierten Beträge an Energie in die Felder einer Tabelle, wie beispielsweise Tabelle TA3, die mit den jeweiligen Werten des Drucks des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 gespeichert ist, in Verbindung gebracht sind.
Wie es vorstehend beschrieben ist, kann der Aufbau des Kraftstoffeinspritzsteuerungssystems die ersten bis achten Wirkungen, ebenso wie diejenigen des Systems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erzielen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Betrag einer Korrektur der Einspritzcharakteristiken über den gesamten Vollhubeinspritzbereich R1 basierend auf dem gelernten Betrag ΔLf der Änderung bei dem Vollhubabstand Lf jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 bis PIN und jedem der Werte des Drucks des Kraftstoffs berechnet, der in dem Common Rail 6 untergebracht ist. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau begrenzt.
Insbesondere kann der Vollhubeinspritzbereich R1 in eine Vielzahl an Zonen unterteilt sein und die Prozesse in Schritt S8 bis S24 von 7 zum Berechnen des gelernten Betrags ΔLf der Änderung bei dem Vollhubabstand Lf können in jeder der unterteilten Zonen ausgeführt werden.
Bei den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen, wenn tatsächliche benachbarte Einspritzdauern einander überlappen, erfasst eine allmähliche Zunahme bei dem entsprechenden Befehlseinspritzintervall ein Minimalbefehlsintervall, bei dem die tatsächlichen benachbarten Einspritzdauern von einem einander überlappenden Zustand in einen einander nicht überlappenden Zustand verschoben werden. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt.
Insbesondere, wenn die tatsächlichen benachbarten Einspritzdauern einander nicht überlappen, kann eine allmähliche Reduzierung bei einem entsprechenden Befehlseinspritzintervall ein Minimalbefehlsintervall erfassen, bei dem die tatsächlichen benachbarten Einspritzdauern von einem einander nicht überlappenden Zustand in einen einander überlappenden Zustand geschaltet werden.
Bei den zweiten und dritten Ausführungsbeispielen wird der Betrag einer Längsausdehnung des Piezoelements PE basierend auf dem Betrag an Energie erfasst, der dort hinzugeführt werden soll, aber die Erfindung ist nicht auf diesen Aufbau beschränkt.
Insbesondere kann der Betrag einer Längsausdehnung des Piezoelements PE basierend auf dessen Spannung erfasst werden. In diesem Fall ist es wünschenswert, den Betrag einer Längsausdehnung des Piezoelements PE abhängig von der Temperatur darin zu erfassen.
Es ist wesentlich, den Längsversatz des Piezoelements PE basierend auf dem Betrag eines elektrischen Zustand des Piezoelements PE in Bezug seiner Längsverschiebung zu erfassen.
Bei den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen wird ein Zylinder-zu-Zylinder-Lernen ausgeführt, aber die Erfindung ist nicht auf dieses Verfahren beschränkt.
Insbesondere ist es bei Brennkraftmaschinen mit vier Zylindern, wenn eine Kraftstoffeinspritzung in der Abfolge von dem ersten Zylinder, dem vierten Zylinder, dem dritten Zylinder und dem zweiten Zylinder ausgeführt wird, möglich, den Abweichungsbetrag von den Kraftstoffeinspritzcharakteristiken der Piezoeinspritzeinrichtungen entsprechend den ersten und dritten Zylindern simultan zu lernen. In diesem Fall ermöglicht es eine Änderung bei der Befehlseinspritzdauer für jeden der ersten und dritten Zylinder in dem Viertaktzyklus, dass das simultane Lernen realisiert wird.
Als Verfahren zum Lernen des Abweichungsbetrags von den Kraftstoffeinspritzcharakteristik einer Piezoeinspritzeinrichtung kann das Verfahren zum Berechnen des Betrags ΔLf der Änderung bei dem Vollhubabstand Lf der Piezoeinspritzeinrichtung verwendet werden, aber die Erfindung ist nicht auf dieses Verfahren beschränkt.
Insbesondere ist es möglich, die korrigierten Befehlseinspritzdauern basierend auf einer Karte, einem korrigierten Befehlseinspritzintervall Ti bei der positiven Bestimmung bei Schritt S18 und einem gegenwärtigen Wert des Drucks des Kraftstoffs, der in dem Common Rail 6 enthalten ist, zu berechnen. Die Karte stellt eine Beziehung zwischen einer Variablen des Befehlseinspritzintervalls, einer Variablen der korrigierten Befehlseinspritzdauern und derjenigen des Drucks des Kraftstoffs dar, der in dem Common Rail 6 enthalten ist.
Der Aufbau jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 (PI1A) bis PIN (PINA) ist nicht auf den in den 2 oder 9 gezeigten Aufbau beschränkt. Beispielsweise kann jede der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1(PI1A) bis PIN (PINA) mit einer Einrichtung zum Ändern einer Position der Nadelstoppeinrichtung 21 und/oder der Stoppeinrichtung 67 in der Längsrichtung des Körpers versehen sein. Bei dieser Abwandlung ermöglicht es das Einstellen der Nadelstoppeinrichtung 21 und/oder der Stoppeinrichtung 67 in der Längsrichtung des Körpers abhängig von dem Betrag ΔLf der Änderung bei dem Vollhubabstand Lf, dass Alterungsschwankungen bei den Einspritzcharakteristiken jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen PI1 (PI1A) bis PIN (PINA) wirksam kompensiert werden.
Bei den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen werden als Kraftstoffeinspritzeinrichtungen Piezoeinspritzeinrichtungen verwendet, die jeweils aus einem Piezoelement (Piezoaktuator) bestehen, aber die Erfindung ist nicht auf diese Verwendung beschränkt.
Insbesondere können als Kraftstoffeinspritzeinrichtungen Elektromagneteinspritzeinrichtungen verwendet werden, die jeweils aus einem Elektromagneten bestehen.
Während beschrieben wurde, was gegenwärtig als das Ausführungsbeispiel und die Abwandlungen der Erfindung erachtet wird, ist es zu verstehen, dass verschiedene Abwandlungen, die bislang nicht beschrieben sind, vorgenommen werden können, und es ist beabsichtigt, in den beigefügten Ansprüchen alle derartigen Abwandlungen zu umfassen, wie sie in die wahre Wesensart und den Anwendungsbereich der Erfindung fallen.
Ein Gerät zielt darauf ab, eine Abweichung von einer Referenzeinspritzcharakteristik einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu lernen, die für einen Zylinder einer Maschine vorgesehen ist, die eine Abtriebswelle aufweist. Bei dem Gerät ist eine Erfassungseinheit konfiguriert, um ein Minimalintervall zwischen zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern bei der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdauern basierend auf einem Verhalten der Abtriebswelle während eines Ausführens der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen zu erfassen. Das Minimalintervall behält die zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern einander nicht überlappend bei. Eine Lerneinheit ist konfiguriert, um die Abweichung von der Referenzeinspritzcharakteristik der Kraftstoffeinspritzeinrichtung basierend auf dem erfassten Minimalintervall zu lernen.

Claims

Gerät zum Lernen einer Abweichung von einer Referenzeinspritzcharakteristik einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die für einen Zylinder einer Maschine vorgesehen ist, die eine Abtriebswelle aufweist, wobei eine Leistung in dem Zylinder basierend auf einem Kraftstoff erzeugt wird, der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in diesen eingespritzt wird, und über einen Mechanismus zu der Abtriebswelle übertragen wird, um die Abtriebswelle zu drehen, wobei das Gerät aufweist: eine Einspritzausführeinheit, die konfiguriert ist, um zu bewirken, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung jeweils für eine Vielzahl von Einspritzdauern eine Vielzahl an Kraftstoffeinspritzungen in den Zylinder ausführt; eine Erfassungseinheit, die konfiguriert ist, um ein Minimalintervall zwischen zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdauern basierend auf einem Verhalten der Abtriebswelle während eines Ausführens der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen zu erfassen, wobei das Minimalintervall die zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern so beibehält, dass diese einander nicht überlappen; und eine Lerneinheit, die konfiguriert ist, um die Abweichung von der Referenzeinspritzcharakteristik der Kraftstoffeinspritzeinrichtung basierend auf dem erfassten Minimalintervall zu lernen.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die Lerneinheit mit der Einspritzausführeinheit wirkverbunden ist und konfiguriert ist, um die Einspritzausführeinheit zu steuern, um ein Intervall zwischen zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern der Vielzahl von Einspritzdauern zu ändern; zu bestimmen, ob eine Änderung einer Drehung der Abtriebswelle während eines Ausführens der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Drehungsbetrag ist; und das Minimalintervall zwischen den zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern basierend auf dem geänderten Intervall zu einem Zeitpunkt zu erhalten, wenn es bestimmt ist, dass die Änderung einer Drehung der Abtriebswelle während eines Ausführens der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen gleich wie oder größer als der vorbestimmte Drehungsbetrag ist.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine eine Vielzahl von den Zylindern aufweist und die Lerneinheit mit der Einspritzausführeinheit wirkverbunden ist und konfiguriert ist, um die Einspritzausführeinheit zu steuern, um ein Intervall zwischen zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern der Vielzahl von Einspritzdauern für die jeweiligen Kraftstoffeinspritzungen in einen der Zylinder zu ändern; zu bestimmen, ob eine Änderung einer Drehung der Abtriebswelle während eines Ausführens der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen in den einen der Zylinder gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Drehungsbetrag ist; und das Minimalintervall zwischen den zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern basierend auf dem geänderten Intervall zu einem Zeitpunkt zu erhalten, wenn es bestimmt ist, dass die Änderung einer Drehung der Abtriebswelle während eines Ausführens der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen gleich wie oder größer als der vorbestimmte Drehungsbetrag ist.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine ein Common Rail aufweist, um einen mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff zu speichern, und um den mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff in die Kraftstoffeinspritzeinrichtung als den Kraftstoff zuzuführen, der von dort in den Zylinder einzuspritzen ist, und wobei die Lerneinheit konfiguriert ist, um: Schwankungen des mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffs in dem Common Rail zu messen; zu bestimmen, ob die gemessenen Schwankungen gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert gehalten werden; und das Lernen der Abweichung von der Referenzeinspritzcharakteristik zu beginnen, wenn es bestimmt ist, dass die gemessenen Schwankungen gleich wie oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert gehalten werden.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung aufweist: ein Gehäuse, das eine vorbestimmte Länge und einen inneren Hohlraum aufweist, der durch eine Wand definiert ist, wobei das Gehäuse an einem Ende in seiner Längsrichtung mit einer Düse ausgebildet ist, wobei die Düse mit dem inneren hohlen Abschnitt verbunden ist, wobei die Wand mit einem Ventilsitz ausgebildet ist, der die Düse umgibt; ein Ventil, das in dem inneren hohlen Abschnitt eingebaut ist und auf den Ventilsitz setzbar ist; und einen Aktuator, der mit dem Ventil wirkgekoppelt ist und mit der Lerneinheit steuergekoppelt ist, wobei der Aktuator angetrieben wird, um zu ermöglichen, dass das Ventil von dem Ventilsitz mit einem Vollhub wegbewegt wird, um den in dem inneren Hohlraum enthaltenen Kraftstoff über die Düse in den Zylinder einzuspritzen, wobei der Aktuator angetrieben wird, um zu ermöglichen, dass das Ventil zu dem Ventilsitz bewegt wird, um auf dem Ventilsitz aufgesetzt zu werden, wodurch die Einspritzung des Kraftstoffs unterbrochen wird, und wobei die Lerneinheit eine Berechnungseinheit aufweist, die konfiguriert ist, um eine Abweichung des Vollhubs des Ventil von einem vorbestimmten Referenzvollhub basierend auf dem erfassten Minimalintervall zu berechnen.
Gerät gemäß Anspruch 5, wobei die Lerneinheit mit der Einspritzausführeinheit wirkverbunden ist und konfiguriert ist, um die Einspritzausführeinheit basierend auf einer Vielzahl von Befehlseinspritzdauern zu steuern, um zu bewirken, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung jeweils eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen in den Zylinder für eine Vielzahl von Einspritzdauern entsprechend der Vielzahl von Befehlseinspritzdauern ausführt und die Lerneinheit eine Korrektureinheit aufweist, die konfiguriert ist, um basierend auf der Abweichung des Vollhubs des Ventils von dem vorbestimmten Referenzvollhub zumindest einen von den folgenden Werten zu korrigieren: einen zulässigen Minimalwert zwischen den zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdauern basierend auf dem erfassten Minimalintervall, wobei der zulässige Minimalwert vorher basierend auf einem tatsächlichen Minimalabstand zwischen den zeitlich benachbarten Einspritzdauern, die miteinander nicht überlappend sind, bestimmt wird; und zeitlich benachbarte Befehlseinspritzdauern der Vielzahl von Befehlseinspritzdauern, wobei diese zeitlich benachbarten Befehlseinspritzdauern den zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern entsprechen.
Gerät gemäß Anspruch 6, wobei der einen Druck aufweisende Kraftstoff zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zugeführt wird, und die Lerneinheit konfiguriert ist, um die zeitlich benachbarten Befehlseinspritzdauern der Vielzahl von Befehlseinspritzdauern basierend auf der Abweichung des Vollhubs des Ventils von dem vorbestimmten Referenzvollhub und dem Druck des Kraftstoffs zu korrigieren, der zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zugeführt werden soll.
Gerät gemäß Anspruch 6, wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ein Ventil und einen damit wirkverbundenen Aktuator aufweist, wobei der Aktuator in einer vorbestimmten Richtung verschiebbar ist und die Einspritzausführeinheit konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich der Aktuator in die vorbestimmte Richtung so verschiebt, dass sich das Ventil zwischen einer Ausgangsposition und einem vorbestimmten Vollhub in die vorbestimmte Richtung bewegt, wobei die Bewegung des Ventils in di vorbestimmten Richtung ermöglicht, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung die Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen in den Zylinder ausführt, und wobei die Lerneinheit konfiguriert ist, um die Abweichung von der Referenzeinspritzcharakteristik der Kraftstoffeinspritzeinrichtung basierend auf dem erfassten Minimalintervall zu lernen, wenn die Einspritzausführeinheit konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich der Aktuator in die vorbestimmte Richtung verschiebt, so dass sich das Ventil bis zu dem vorbestimmten Vollhub in die vorbestimmte Richtung bewegt.
Gerät zum Lernen einer Abweichung von einer Referenzeinspritzcharakteristik einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung und das für einen Zylinder einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, die eine Abtriebswelle aufweist, wobei die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ein Ventil und einen damit wirkverbundenen Aktuator aufweist, wobei der Aktuator in eine vorbestimmte Richtung verschiebbar ist, wobei eine Leistung in dem Zylinder basierend auf dem von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in diesen eingespritzten Kraftstoff erzeugt wird und über einen Mechanismus zu der Abtriebswelle übertragen wird, um die Abtriebswelle zu drehen, wobei das Gerät aufweist: eine Einspritzausführeinheit, die konfiguriert ist, um zu bewirken, dass sich der Aktuator in die vorbestimmte Richtung verschiebt, so dass sich das Ventil zwischen einer Ausgangsposition und einem vorbestimmten Vollhub in die vorbestimmte Richtung bewegt, um dadurch jeweils eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen in den Zylinder für eine Vielzahl von Einspritzdauern auszuführen, wobei jedes Intervall zwischen zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern der Vielzahl von Einspritzdauern auf einen Referenzminimalwert eingestellt ist; und eine Lerneinheit, die mit dem Aktuator wirkverbunden ist und konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob die zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern miteinander nicht überlappend sind, während ein Betrag der Verschiebung des Aktuators so korrigiert wird, dass sich das Ventil in die vorbestimmte Richtung zu dem vorbestimmten Vollhub bewegt, wobei die Lerneinheit konfiguriert ist, um als die Abweichung von der Referenzeinspritzcharakteristik der Kraftstoffeinspritzeinrichtung den korrigierten Betrag der Verschiebung des Aktuators zu einem Zeitpunkt zu lernen, wenn die zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzdauern miteinander nicht überlappend sind.