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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzeransteuerung und insbesondere
eine Einspritzeransteuerung und ein Einspritzerverfahren dafür, die einen
Einspritzer einer Brennkraftmaschine, der von einer Batterie direkt
Energie zugeführt
wird, ansteuern.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein
elektromagnetischer Kraftstoffeinspritzer (im Folgenden als "Einspritzer" bezeichnet) ist
als ein herkömmlicher
Kraftstoffeinspritzer in einer Brennkraftmaschine, die an Bord eines
Fahrzeugs wie beispielsweise einem Automobil montiert ist, bekannt. Der
Einspritzer enthält
eine Düse,
die einen Kraftstoffeinspritzeinlass, einen Kolben, an dessen Ende
ein Ventil (Ventilkörper)
ausgebildet ist und der in die Düse
eingeführt
ist und sich darin frei hin und her bewegt, eine Rückstellfeder,
die eine elastische Kraft in der Ventilschließrichtung auf den Kolben ausübt, und eine
Spule aufweist, die eine elektrische Energie von einer Batterie
empfängt
und eine elektromagnetische Kraft in der Ventilöffnungsrichtung für den Kolben
bereitstellt. Durch Zuführen
einer elektrischen Energie zu der Spule wird der Kolben einwärts gezogen,
um das Ventil von dem Ventilsitz des Kraftstoffeinspritzeinlasses
weg zu bewegen, wodurch Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzeinlass
eingespritzt wird. Wenn die elektrische Energiezufuhr der Spule
angehalten wird, schwächt
sich jedoch die magnetische Anziehung durch die Spule ab, und die
elastische Kraft der Rückstellfeder
schließt
das Ventil.
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In
den vergangenen Jahren wurden Einspritzer (Kraftstoffeinspritzer)
in den Zylindern von Benzinmotoren angeordnet, um die Verbrennungseffizienz
zu verbessern, und es wurden Versuche gestartet, Kraftstoff direkt
in einen Zylinder einzuspritzen. Durch direktes Einspritzen von
Kraftstoff in einen Zylinder wird es, da Benzin, das durch einen
Einspritzer zugeführt
wird, vollständig
dem Zylinder zugeführt wird,
möglich,
eine Verbrennung mit einem Wert durchzuführen, der näher bei dem theoretischen Wert
liegt, und es ist möglich,
einen Kraftstoffverbrauch zu verringern und eine Verringerung von
NOx und Kohlenwasserstoffen und Ähnlichem,
das in dem Abgas enthalten ist, zu erzielen.
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In
dem Fall einer Direkteinspritzung ist jedoch der Raum, in dem das
Benzin eingespritzt wird, der Raum, der durch den Zylinderblock,
den Kolben und den Zylinderkopf ausgebildet wird, und wenn eine
Einspritzung während
des Verdichtungstaktes betrachtet wird, muss eine Verbrennung bei
einem Druck erfolgen, der viel größer als in dem Fall einer Einspritzung
in den Einlasskanal ist. Außerdem
ist nicht ausreichend Raum und Zeit für den Kraftstoff vorhanden,
sich nach der Einspritzung zu verteilen. Bei dieser Art von Bedingung
ist es daher, um Verbrennungsbedingungen, die äquivalent zu denjenigen in
dem vorherigen Stand der Technik sind, zu erzielen, notwendig, den
Kraftstoffdruck des Benzins, das dem Einspritzer zugeführt wird,
hoch einzustellen und den Kraftstoff innerhalb des Zylinders von dem
Moment der Einspritzung an ausreichend zu verteilen. Dieses macht
es notwendig, eine Hochgeschwindigkeitsansteuerung des Einspritzers
durchzuführen,
um dem hohen Kraftstoffdruck zu Rechnung zu tragen, und ebenfalls
eine genaue Steuerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes durchzuführen. Die
Ansteuerschaltung, die dieses erzielt, muss eine hohe Spannung innerhalb
einer kurzen Zeitdauer an den Einspritzer anlegen (genauer gesagt
an den Einspritzersolenoid), und muss ein Öffnen und Schließen des
Nadelventils des Einspritzers mit hoher Geschwindigkeit durchführen.
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Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.
JP-A-11-351039 beschreibt
beispielsweise einen Stand der Technik, bei dem in einer Einspritzeransteuerschaltung
eines Zylinderdirekteinspritzmotors eine hohe magnetische Anziehung
von der Spule des Einspritzers benötigt wird, anstatt dass eine
Batteriespannungs-(+B)-ansteuerung verwendet wird, da ein hoher
Kraftstoffdruck auf den Einspritzer ausgeübt wird, wobei die Batteriespannung
(+B) im Allgemeinen durch eine Spannungsverstärkungseinheit auf näherungsweise
50 bis 200 V erhöht
wird und an den Einspritzer angelegt wird, um den Einspritzer zu
betreiben, wonach ein Wechsel zu einem Haltestrom durchgeführt wird.
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In
dem Stand der Technik, der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr.
JP-A-11-351039 beschrieben
ist, ist es jedoch, obwohl die Vorteile dahingehend vorhanden sind,
dass die Ventilöffnungsantwortzeit
(T0) des Einspritzers kurz ist und dass kein Einfluss von einer Änderung
der Batteriespannung (+B) ausgeübt
wird, notwendig, eine Spannungsverstärkungseinheit zu verwenden,
um die Batteriespannung zu erhöhen,
und Rauschgegenmaßnahmen
aufgrund der Verwendung einer hohen Spannung zu ergreifen, was zu
dem Problem der Erhöhung
der Kosten der Vorrichtung führt.
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Um
das oben beschriebene Problem zu lösen, beschreibt die japanische
Patentoffenlegungsschrift Nr.
JP-A-2001-41085 einen Stand der Technik, bei
dem beim Ansteuern des Einspritzers durch die Batteriespannung (+B)
ein Schwellenwert, bei dem ein Wechsel zu einer Konstantstromsteuerung
erfolgt, in Abhängigkeit
von der Batteriespannung (+B) geändert
wird und der Schwellenwert umso kleiner eingestellt wird, je niedriger
die Batteriespannung (+B) ist, wodurch ein übermäßiger Strom vermieden wird,
wenn die Batteriespannung niedrig ist.
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In
dem Fall wie der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
JP-A-2001-41085 ,
bei der der Einspritzeransteuerstrom durch die Batteriespannung (+B)
gesteuert wird, ohne eine Spannungsverstärkungseinheit zu verwenden,
wird die Spannung, die an den Einspritzer angelegt wird, verringert,
was es schwierig macht, die Variation (oder das konstante Einstellen)
der Einspritzerventilöffnungsantwortzeit T0
aufgrund der Batteriespannungsvariation und der Variationen der
Charakteristik eines jeweiligen Zylinders zu unterdrücken.
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Die
Variation der Einspritzerventilöffnungsantwortzeit
T0 wird mit Bezug auf die 10 bis 12 beschrieben. 10 der
Zeichnungen beschreibt die Beziehung zwischen der Spannung, die an
den Einspritzer angelegt wird, und der Einspritzerventilöffnungsantwortzeit
T0. In dieser Zeichnung stellt die horizontale Achse die Spannung,
die an den Einspritzer INJ angelegt wird, dar, und die vertikale Achse
stellt die Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers INJ dar. Das Symbol A bezeichnet die Ansteuerung
durch die Batteriespannung (+B), und das Symbol B bezeichnet die
Ansteuerung unter Verwendung einer Spannungsverstärkungseinheit.
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In
dem Fall der Ansteuerung unter Verwendung einer Spannungsverstärkungseinheit
ist, wie es oben beschrieben ist, sogar dann, wenn sich die ausgeübte Spannung
verändert,
die Spanne der Änderung ΔT0 der Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers INJ klein, und daher ist kein spezielles Problem
vorhanden. Im Gegensatz dazu wird, wenn eine Ansteuerung nur unter
Verwendung der Batteriespannung (+B) stattfindet, wenn sich die
Spannung, die an den Einspritzer INJ angelegt wird, ändert, die Spanne
der Änderung ΔT0 der Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers INJ groß.
Die Spannung, die an den Einspritzer INJ angelegt wird, ändert sich
entsprechend der Änderung
der Batteriespannung (+B) und der Änderung des Spulenwiderstands
(einschließlich
des Kabelbaumwiderstands), der durch Umgebungstemperaturänderungen
und dem Verstreichen der Zeit verursacht wird.
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11 beschreibt
die Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers in dem Fall, in dem der Einspritzer durch eine
konstante Spannung gesteuert wird, und 12 beschreibt
die Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers in dem Fall, in dem der Einspritzer durch einen
konstanten Strom gesteuert wird. Wie es in den 11 und 12 gezeigt
ist, unterscheidet sich die Stromerhöhungstendenz des Stroms, der
in den Einspritzer INJ fließt, zwischen
dem Fall, in dem eine hohe Spannung angelegt wird, und dem Fall,
in dem eine niedrige Spannung angelegt wird. Die Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers INJ ändert
sich stark in Abhängigkeit von
der Stromerhöhungstendenz
des Stroms, der in den Einspritzer INJ fließt. Auf diese Weise besteht bei
dem herkömmlichen
Konstantspannungssteuerverfahren und Konstantstromspannungssteuerverfahren,
bei denen keine Spannungsverstärkungsschaltung
verwendet wird, das Problem, dass sie nicht in der Lage sind, eine Änderung
der Ventilöffnungsantwortzeit
T0 zu unterdrücken.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf das Vorhergehende schafft die vorliegende Erfindung
eine Einspritzeransteuerung und ein Verfahren zum Ansteuern derselben,
die eine Unterdrückung der Änderung
einer Einspritzerventilöffnungsantwortzeit
einer Brennkraftmaschine mit einer kostengünstigen Konfiguration ermöglicht.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Einspritzeransteuerung
zum Ansteuern eines Einspritzers einer Brennkraftmaschine, der direkt
Energie von einer Batterie zugeführt
wird. Die Einspritzeransteuerung enthält einen Bezugsstromsignalgenerator,
der ein Bezugsstromsignal erzeugt, das mit einem Einspritzerventilsignal
synchronisiert ist, das bewirkt, dass der Einspritzer einspritzt,
und das eine Stromerhöhungstendenz
aufweist, die im Wesentlichen äquivalent
zu einer Einspritzerstromwellenform in dem Fall ist, in dem eine
niedrige Spannung an den Einspritzer angelegt wird; einen Stromdetektor,
der den Strom, der in den Einspritzer fließt, als ein erfasstes Stromsignal
erfasst; und eine Steuerung für
eine elektrische Energie bzw. elektrische Energiesteuerung, die
die elektrische Energiezufuhr des Einspritzers durch Vergleichen
des Bezugsstromsignals mit dem erfassten Stromsignal steuert.
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Es
ist vorteilhaft, wenn das Bezugsstromsignal eine Wellenform aufweist,
die dazu neigt, sich an einer vorderen Flanke des Einspritzerventilsignals
zu erhöhen
und an einer hinteren Flanke desselben zu erniedrigen.
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Es
ist ebenfalls vorteilhaft, wenn das Bezugsstromsignal, nachdem es
einen ersten Stromwert überschreitet,
eine Stufenänderung
auf einen zweiten Stromwert macht, der auf kleiner als der erste
Stromwert eingestellt ist.
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Es
ist ebenfalls vorteilhaft, wenn das Bezugsstromsignal eine Wellenform
aufweist, die im Wesentlichen gleich einer Einspritzerstromwellenform
ist, wenn der Einspritzer mittels einer niedrigen Batteriespannung
mit Energie versorgt wird, und ebenfalls unter einer vorgeschriebenen
Bedingung.
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Es
ist ebenfalls vorteilhaft, wenn das Bezugsstromsignal eine Wellenform
ist, die der Einspritzerstromwellenform unter Verwendung einer dreieckige
Welle angenähert
ist.
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Es
ist ebenfalls vorteilhaft, wenn der Bezugsstromsignalgenerator den
Einspritzern der Zylinder gemeinsam ist.
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Es
ist ebenfalls vorteilhaft, wenn die elektrische Energiesteuerung
die elektrische Energiezufuhr des Einspritzers mit einer konstanten
Spannung steuert, wenn die Batteriespannung gleich oder kleiner
als ein Schwellenwert ist.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Ansteuerverfahren
einer Einspritzeransteuerung zum Ansteuern eines Einspritzers einer Brennkraftmaschine,
der von einer Batterie direkt Energie zugeführt wird. Dieses Ansteuerverfahren
enthält:
Erzeugen eines Bezugsstromsignals, das mit einem Einspritzerventilsignal
zum Bewirken, dass der Einspritzer einspritzt, synchronisiert ist,
und das eine Stromerhöhungstendenz
aufweist, die im wesentlichen gleich einer Einspritzerstromwellenform
in dem Fall ist, in dem eine niedrige Spannung an den Einspritzer
angelegt wird; Erfassen des Stroms, der in den Einspritzer fließt, als
ein erfasstes Stromsignal; und Steuern der elektrischen Energiezufuhr
des Einspritzers durch Vergleichen des Bezugsstromsignals mit dem
erfassten Stromsignal.
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Gemäß der oben
beschriebenen Einspritzeransteuerung und dessen Ansteuerverfahren,
kann aufgrund des Erzeugens eines Bezugsstromsignals, das mit einem
Einspritzerventilsignal zum Bewirken, dass der Einspritzer einspritzt,
synchronisiert ist, und das eine Stromerhöhungstendenz aufweist, die
im Wesentlichen gleich einer Einspritzerstromwellenform in dem Fall
ist, in dem eine niedrige Spannung an den Einspritzer angelegt wird;
des Erfassens des Stroms, der in den Einspritzer fließt, als
ein erfasstes Stromsignal; und des Steuerns der elektrischen Energiezufuhr
des Einspritzers durch Vergleichen des Bezugsstromsignals mit dem
erfassten Stromsignal sogar dann, wenn die angelegte Spannung des
Einspritzers variiert, die Einspritzer ventilöffnungsantwortzeit im Wesentlichen
konstant gesteuert werden, so dass die Einspritzeransteuerung der
Brennkraftmaschine und dessen Ansteuerverfahren in der Lage sind,
eine Variation der Ventilöffnungsantwortzeit
des Einspritzers zu unterdrücken,
ohne eine Spannungsverstärkungsschaltung
zu verwenden und mit einer Konfiguration mit niedrigen Kosten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale, deren Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung
der Erfindung wird durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung
bevorzugter Aus führungsformen
der Erfindung verstanden, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen
betrachtet werden, wobei:
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1 den
allgemeinen Aufbau eines Einspritzers gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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2 Einspritzerstromwellenformen
und eine Einspritzerantwort zeigt, wenn der Einspritzer durch unterschiedliche
angelegte Spannungen mit elektrischer Energie versorgt wird,
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3 die
Antwort des Einspritzers INJ für
die Fälle,
in denen die Spannung, die an den Einspritzer angelegt wird, niedrig
und hoch ist, zeigt,
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4 die
Verfolgung des Einspritzerstroms in Bezug auf das Bezugsstromsignal
beschreibt,
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5 die
Ergebnisse des Messens der Ventilöffnungsantwortzeiten für das Ansteuerverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung und für
das herkömmliche
Konstantspannungssteuerverfahren zeigt,
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6 das
Bezugsstromsignal in einer zweiten Ausführungsform des ersten Aspektes
der vorliegenden Erfindung beschreibt,
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7 den
allgemeinen Aufbau einer Einspritzervorrichtung gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschreibt,
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8A ein
Beispiel eines Zeitdiagramms des INJ-Signals und des Bezugsstromsignals
einesjeweiligen Einspritzers (Teil 1) zeigt,
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8B ein
Beispiel eines Zeitdiagramms des INJ-Signals und des Bezugsstromsignals
eines jeweiligen Einspritzers (Teil 2) zeigt,
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9 den
allgemeinen Aufbau einer Einspritzervorrichtung gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt,
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10 die
Beziehung zwischen der Spannung, die an den Einspritzer angelegt
wird, und der Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers beschreibt,
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11 die
Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers in dem Fall der Steuerung des Einspritzers mit
einem konstanten Strom beschreibt, und
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12 die
Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers in dem Fall der Steuerung des Einspritzers mit
einer konstanten Spannung beschreibt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen wird die
vorliegende Erfindung genauer mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen
beschrieben. Die Bestandteile in den Ausführungsformen, die unten beschrieben
sind, enthalten Elemente, die von einem Fachmann leicht verstanden
werden können
oder die dieselben sind.
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Im
Folgenden wird der erste Aspekt beschrieben. 1 zeigt
eine Einspritzeransteuerung, die eine Spule L1 eines Einspritzers
INJ einer Brennkraftmaschine ansteuert (erregt). In dieser Zeichnung ist
der Einspritzer INJ als die äquivalente
Schaltung gezeigt, die aus der Spule L1 und dem Widerstand R1 besteht.
In dieser Zeichnung ist die Spule L1 von einem der Einspritzer von
einem der Zylinder der Einspritzer, die in den Zylindern vorgesehen
sind, als ein Beispiel einer Ansteuerung zum Ansteuern des Einspritzers
gezeigt.
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In
dieser Zeichnung steuert die Einspritzeransteuerung 1 die
elektrische Energiezufuhr der Spule L1 als Antwort auf ein Einspritzersignal,
das von einer ECU 2 eingegeben wird. Die ECU (Motorsteuereinheit) 2 gibt
an die Einspritzeransteuerung 1 ein INJ-Signal (Einspritzventilsignal),
das als Antwort auf eine Motorbetriebsbedingung wie z. B. die Drosselöffnung bestimmt
wird, aus. Eine Batterie B ist in Serie mit dem Einspritzer INJ
geschaltet und führt
die Batteriespannung (+B) dem Einspritzer INJ zu. Die Batteriespannung
(+B) wird dem Einspritzer INJ von der Batterie B zugeführt, und
die elektrische Energiezufuhr der Spule L1 wird durch die Einspritzeransteuerung 1 gesteuert.
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Die
Einspritzeransteuerung 1 enthält einen Wellenformgenerator 11,
einen Vergleicher 12, und eine UND-Schaltung 13,
einen Schutzwiderstand R2, einen Leistungstransistor 14,
einen Stromerfassungswiderstand R3 und einen Operationsverstärker (Differenzverstärker) 15.
In dieser Konfiguration dient der Wellenformgenerator 11 als
ein Bezugsstromsignalgenerator, der Vergleicher 12, die
UND-Schaltung 13 und der Leistungstransistor 14 dienen
als eine Steuerung für
eine elektrische Energie bzw. elektrische Energiesteuerung, und
der Stromerfassungswiderstand R3 und der Operationsverstärker (Differenzverstärker) 15 dienen
als ein Stromdetektor.
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Der
Wellenformgenerator 11 erzeugt ein Bezugsstromsignal, das
mit dem INJ-Signal, das von der ECU 2 eingegeben wird,
synchronisiert ist und das eine Stromerhöhungstendenz aufweist, die
im Wesentlichen gleich einer Einspritzerstromwellenform in dem Fall
ist, in dem eine niedrige Spannung an den Einspritzer INJ angelegt
wird, und gibt das erzeugte Signal an den Vergleicher 12 und
die UND-Schaltung 13 aus. Eine detaillierte Beschreibung
des Bezugsstromsignals wird später
gegeben.
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Wenn
das Bezugsstromsignal von dem Wellenformgenerator 11 eingegeben
wird, vergleicht der Vergleicher 12 dieses mit dem erfassten
Stromsignal, das von dem Operationsverstärker 15 eingegeben wird,
und gibt an die UND-Schaltung 13 ein Vergleichssignal aus,
das L (niedrig) ist, wenn das erfasste Stromsignal gleich oder größer als
das Bezugsstromsignal ist, und H (hoch) ist, wenn das erfasste Stromsignal
größer als
das Bezugsstromsignal ist. Die UND-Schaltung 13 gibt einen
UND-Ausgang des
INJ-Signals, das von der ECU 2 eingegeben wird, und des
Vergleichssignals, das von dem Vergleicher 12 eingegeben
wird, als das elektrische Energiesteuersignal an das Gate des Leistungstransistors 14 über den
Schutzwiderstand R2 aus.
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Das
Gate des Leistungstransistors 14 ist mit der UND-Schaltung 13 über den
Schutzwiderstand R2 verbunden, dessen Eingangsseite ist mit einem Ende
der Spule L1 verbunden, und dessen Ausgangsseite ist mit dem Stromerfassungswiderstand R3
verbunden. Als Antwort auf das elektrische Energiesteuersignal,
das in das Gate des Leistungstransistors 14 eingegeben
wird, führt
der Leistungstransistor 14 der Spule L1 des Einspritzers
INJ elektrische Energie zu. Eine Diode kann über die Anschlüsse des
Leistungstransistors 14 in umgekehrter paralleler Verbindung
geschaltet sein, um einen Rückwärtsstromfluss
zu verhindern.
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Der
Stromerfassungswiderstand R3 ist ein Widerstand zum Erfassen des
Stroms (Einspritzerstroms), der in die Spule L1 des Einspritzers
INJ fließt,
wobei ein Anschluss des Stromerfassungswiderstands R3 mit der Ausgangsseite
des Leistungstransistors 14 verbunden ist, und der andere
Anschluss mit Masse verbunden ist. Die Spannung über den Anschlüssen des
Stromerfassungswiderstands R3 ist eine Spannung, die dem Einspritzerstrom
entspricht.
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Der
Operationsverstärker 15 ist
parallel zu dem Stromerfassungswiderstand R3 geschaltet, verstärkt differentiell
die Spannung über
den Anschlüssen
des Stromerfassungswiderstands R3 und gibt das verstärkte Signal
als das Stromerfassungssignal an den Vergleicher 12 aus.
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Das
Bezugsstromsignal, das von dem Wellenformgenerator 11 erzeugt
wird, wird im Folgenden genauer beschrieben. 2 zeigt
den Verlauf einer Einspritzerstromwellenform und die Antwort des
Einspritzers INJ, wenn die Spannungen V1, V2 und V3 (wobei V1 < V2 < V3 gilt), die von
der ECU 2 eingegeben werden, an den Einspritzer angelegt
sind. Die Erhöhungstendenz
des Einspritzerstroms ist in Abhängigkeit
von der Spannung, die an den Einspritzer INJ angelegt ist, unterschiedlich,
wobei die Erhöhungstendenz
kleiner wird, je kleiner die angelegte Spannung ist. Die Ventilöffnungsantwortzeit
T0 hängt von
der Erhöhungstendenz
des Einspritzerstroms ab, und die Ventilöffnungsantwortzeit T0 des Einspritzers INJ
ist um so größer, um
so kleiner die angelegte Spannung ist.
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In
dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird unabhängig von
der Variation bzw. Änderung
der Spannung, die an den Einspritzer INJ angelegt wird (wie z. B.
eine Batteriespannungsvariation und eine Variation des Spulenwiderstands)
ein gemeinsames Bezugsstromsignal erzeugt, das eine Erhöhungstendenz
aufweist, die im Wesentlichen gleich dem Fall ist, in dem die Spannung,
die an den Einspritzer INJ angelegt wird, eine niedrige Spannung
ist (beispielsweise V1), so dass die Ventilöff nungsantwortzeit T0 im Wesentlichen
konstant ist, wobei die Einspritzerstromwellenform dieses allgemeine
Bezugsstromsignal verfolgt. Auf diese Weise wird in dem ersten Aspekt,
wenn die Spannung, die an den Einspritzer INJ angelegt wird, eine
niedrige Spannung ist, d.h. sogar in dem Fall, in dem das Bezugsstromsignal
erzeugt wird, während
die Seite, bei der die Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers INJ lang wird (bei der sich die Ventilöffnungsantwort verschlechtert)
als Bezug genommen wird, was die angelegte Spannung groß macht,
eine Steuerung derart durchgeführt,
dass die Ventilöffnungsantwortzeit
T0 für
eine niedrige Spannung dieselbe ist.
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Der
Betrieb und die Wirkung der Einspritzeransteuerung 1, die
die in 1 gezeigte Konfiguration aufweist, wird im Folgenden
mit Bezug auf die 3 bis 5 beschrieben. 3 beschreibt
das Ansteuerverfahren der vorliegenden Erfindung und zeigt die Antwort
des Einspritzers INJ in den Fällen, in
denen eine niedrige Spannung und eine hohe Spannung an den Einspritzer
angelegt werden. In dieser Zeichnung zeigt (a) das INJ-Signal, (b)
zeigt den Betrieb des Einspritzers INJ, wenn die angelegte Spannung
eine hohe Spannung ist, (c) zeigt das Bezugsstromsignal, wenn die
angelegte Spannung eine hohe Spannung ist, (d) zeigt die Einspritzerstromwellenform,
wenn die angelegte Spannung eine hohe Spannung ist, (e) zeigt den
Betrieb des Einspritzers INJ, wenn die angelegte Spannung eine niedrige Spannung
ist, (f) zeigt das Bezugsstromsignal, wenn die angelegte Spannung
eine niedrige Spannung ist, und (g) zeigt die Einspritzerstromwellenform,
wenn die angelegte Spannung eine niedrige Spannung ist. 4 beschreibt
die Verfolgung des Einspritzerstroms in Bezug auf das Bezugsstromsignal.
In dieser Zeichnung stellt die horizontale Achse die Zeit dar, und
die vertikale Achse stellt die Spannung dar.
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Bei
der in 1 gezeigten Einspritzeransteuerung wird bei dem
Wellenformgenerator 11 ein Bezugsstromsignal erzeugt, das
mit dem INJ-Signal, das von der ECU 2 eingegeben wird (siehe 3(b)), synchronisiert ist, wobei dieses
an den Vergleicher 12 und die UND-Schaltung 13 ausgegeben
wird. Das Bezugsstromsignal weist in diesem Fall eine Wellenform
auf, die eine Erhöhungstendenz
aufweist, die im Wesentlichen gleich derjenigen der Einspritzerstromwellenform
ist, wenn die Spannung, die an den Einspritzer INJ angelegt wird,
eine niedrige Spannung ist, wobei diese Wellenform an der hinteren
Flanke des INJ-Signals (der Start der elektrischen Energiezufuhr)
abfällt (zu
0 A zurückkehrt)
und an der vorderen Flanke des INJ-Signals (Ende der elektrischen Energiezufuhr)
ansteigt (siehe 3(c) und (f)).
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Bei
dem Vergleicher 12 wird das Bezugsstromsignal von dem Wellenformgenerator 11 eingegeben,
und das erfasste Stromsignal, das auf den Strom antwortet, der in
die Spule L1 des Einspritzers INJ fließt, wird zurückgespeist.
Der Vergleicher 12 vergleicht das Bezugsstromsignal mit
dem erfassten Stromsignal und gibt an die UND-Schaltung 13 ein Vergleichssignal
aus, das L (niedrig) ist, wenn das erfasste Stromsignal gleich oder
größer als
das Bezugsstromssignal ist, und H (hoch) ist, wenn das erfasste
Stromsignal kleiner als das Bezugsstromsignal ist. Die UND-Schaltung 13 gibt
einen UND-Ausgang des INJ-Signals, das von der ECU 2 eingegeben
wird, und des Vergleichssignals, das von dem Vergleicher 12 eingegeben
wird, als das elektrische Energiesteuersignal an das Gate des Leistungstransistors 14 über den
Schutzwiderstand R2 aus. Der Grund dafür, warum das elektrische Energiesteuersignal
als das UND des Vergleichssignals und des INJ-Signals genommen wird,
liegt darin zu verhindern, dass ein Strom in die Spule L1 des Einspritzers INJ
fließt,
wenn das INJ-Signal
AUS ist. Der Leistungstransistor 14 wird als Antwort auf
das elektrische Energiesteuersignal, das von der UND-Schaltung 13 über den
Schutzwiderstand R2 eingegeben wird, ein- und ausgeschaltet und
bewirkt die elektrische Energiezufuhr bzw. keine Energiezufuhr zu
der Spule L1 des Einspritzers INJ. Dadurch wird die Wellenform des
Stroms, der in die Spule L1 des Einspritzers INJ fließt (Einspritzerstromwellenform)
derart gesteuert, dass sie die Wellenform des Bezugsstromsignals
verfolgt (siehe 3(c), (d), (f) und
(g), und 4).
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Auf
diese Weise zeigt der Einspritzerstrom dieselbe Erhöhungstendenz
wie in dem Fall, in dem die angelegte Spannung niedrig ist, und
zwar sogar dann, wenn die angelegte Spannung eine hohe Spannung
ist (siehe 3(d) und (g)), wodurch
die Anziehungskraft des Einspritzers INJ konstant gehalten wird,
was eine konstante Einspritzerantwortzeit T0 ermöglicht (siehe 3(b) und
(e)), und was eine Änderung
der Einspritzerantwortzeit T0 aufgrund einer Variation der angelegten
Spannung (beispielsweise einer Variation der Batteriespannung und
des Spulenwiderstands) verhindert.
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5 zeigt
die Ergebnisse des Messens der Ventilöffnungsantwortzeiten für das Ansteuerverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung und für
das herkömmliche
Konstantstromsteuerverfahren. In dieser Zeichnung stellt die horizontale
Achse die Spannung dar, die an den Einspritzer INJ angelegt wird, und
die vertikale Achse stellt die Ventilöffnungsantwortzeit T0 des Einspritzers
INJ dar. Wie es in 5 gezeigt ist, wird in dem Ansteuerverfahren
der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum herkömmlichen Konstantspannungssteuerverfahren
die Spanne der Variation ΔT0
der Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers INJ in Bezug auf eine Variation der angelegten
Spannung stark verringert, und es wurde verifiziert, dass das Ansteuerverfahren
der vorliegenden Erfindung wirksam beim Steuern der Variation der
Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers INJ ist.
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Im
Folgenden wird das Bezugsstromsignal in Bezug auf die ersten bis
dritten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Stromerhöhungstendenz des Bezugsstromsignals,
die im Wesentlichen gleich der Einspritzerstromwellenform in dem
Fall ist, in dem die Spannung, die an den Einspritzer INJ angelegt
wird, eine niedrige Spannung ist, und die Wellenformen, die in den
ersten bis dritten Ausführungsformen,
die unten beschrieben werden, angeführt sind, können ebenfalls verwendet werden.
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Eine
Konfiguration, die das Bezugsstromsignal unter Verwendung einer
dreieckigen Welle annähert,
kann verwendet werden, und dieses wird als die erste Ausführungsform
beschrieben. Wie es in 2 gezeigt ist, ist es, da die
Einspritzerstromwellenformen, wenn der Einspritzer INJ mit elektrischer
Energie versorgt wird, im Wesentlichen dreieckige Wellen (gerade
Linien) sind, möglich,
ein Signal zu verwenden, das die Einspritzerstromwellenform durch
eine dreieckige Welle als das Bezugsstromsignal annähert. Da
eine dreieckige Welle durch eine einfache Konfiguration von RC-Elementen oder Ähnlichem
erzeugt werden kann, ermöglicht
dieses eine einfache und kostengünstige
Konfiguration für
den Wellenformgenerator 11, was eine kostengünstige Konfiguration
für die
Einspritzeransteuerung 1 ermöglicht. Außerdem ist die angenäherte Wellenform
nicht auf eine dreieckige Welle beschränkt und kann beispielsweise
eine trapezförmige
Wellenform oder eine gekrümmte
Wellenform sein, und es kann ein beliebiges Wellenformsignal verwendet
werden, so lange wie es möglich
ist, die Wellenform als im Wesentlichen gleich der Einspritzerstromwellen form
in dem Fall, in dem die angelegte Spannung eine niedrige Spannung
ist, auszuwerten.
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6 beschreibt
das Bezugsstromsignal in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. In dieser Zeichnung zeigt (a) das INJ-Signal, (b) zeigt
den Betrieb des Einspritzers INJ, wenn die angelegte Spannung eine
hohe Spannung ist, (c) zeigt das Bezugsstromsignal, wenn die angelegte Spannung
eine hohe Spannung ist, (d) zeigt die Einspritzerstromwellenform,
wenn die angelegte Spannung eine hohe Spannung ist, (e) zeigt den
Betrieb des Einspritzers INJ, wenn die angelegte Spannung eine niedrige
Spannung ist, (f) zeigt das Bezugsstromsignal, wenn die angelegte
Spannung eine niedrige Spannung ist, und (g) zeigt die Einspritzerstromwellenform,
wenn die angelegte Spannung eine niedrige Spannung ist, und Tc zeigt
die Ventilschließantwortzeit.
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In
dieser Zeichnung kann in dem Fall, in dem der Stromwert, der sich
kontinuierlich erhöht,
einen bestimmten Wert (erster Stromwert) überschreitet, der für den Betrieb
des Einspritzers INJ benötigt
wird, das Bezugsstromsignal stufenweise auf einen Haltestromwert
(zweiter Stromwert) geändert
werden, der als niedriger als der bestimmte Wert (erster Stromwert)
eingestellt ist. In diesem Fall kann auf dieselbe Weise wie in der
ersten Ausführungsform
eine Annäherung
unter Verwendung einer dreieckigen Welle durchgeführt werden,
bis ein bestimmter Wert erreicht ist.
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Nachdem
der Einspritzer INJ betrieben wird, wird, da der Stromwert übermäßig wird,
da der übermäßige Strom
zu einer Verschlechterung des Energieverbrauchs und zu einer Verschlechterung
der Ventilschließantwortzeit
Tc des Einspritzers INJ führen
würde,
nachdem der Einspritzer INJ betrieben wird, ein Wechsel zu einem
minimalen Haltestrom durchgeführt,
der benötigt
wird, um das Ventil offen zu halten. Dadurch kann eine Verschlechterung
des Energieverbrauchs und eine Verlängerung der Ventilschließantwortzeit
TC des Einspritzers INJ verhindert werden.
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Das
Bezugsstromsignal kann eine Wellenform aufweisen, die eine Erhöhungstendenz
aufweist, die im Wesentlichen gleich derjenigen der Einspritzerstromwellenform
in dem Fall ist, in dem der Einspritzer INJ unter einer speziellen
Bedingung (bei einer niedrigen Batteriespannung (+B) und einer vorgeschriebenen
Betriebsbedingung) mit elektrischer Energie versorgt wird, und dieses
wird als die dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Auf diese Weise ist es durch
Bewirken, dass die Wellenform des Bezugsstromsignals gleich einer
tatsächlichen
Wellenform ist, möglich,
eine Übereinstimmung
in dem Betriebszustand zu erzielen. In diesem Fall kann die spezielle
Bedingung als eine Bedingung hergestellt werden, bei der in dem Einspritzer
INJ und in dem Motor der Einspritzerstrom bei einer Öffnungsbedingung
(bei einer normalen Motordrehzahl), bei der die Ventilöffnungsantwortzeit
T0 des Einspritzers INJ kein Problem darstellt und der Einspritzerstrom
die niedrigste Anstiegsrate aufweist.
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Die
Batteriespannung (+B) variiert in Abhängigkeit von der Motordrehzahl
und der Größe der elektrischen
Last, und der Spulenwiderstand des Einspritzers und der Kabelbaumwiderstand ändern sich ebenfalls
mit der Umgebungstemperatur. Bei der Betriebsbedingung des Motors
(beispielsweise Motordrehzahl und Umgebungstemperatur) und der Batteriespannung
(+B) als Parameter wird die magnetische Anziehungskraft für den Einspritzer
im Voraus eingestellt, so dass der Einspritzer INJ unter der Bedingung
des niedrigsten Anstiegs im Einspritzerstrom betrieben werden kann.
Unter dieser Bedingung ist es durch Steuern der Erhöhungstendenz
des Einspritzerstroms möglich,
die Ventilöffnungsantwortzeit To
bei der langsamsten Bedingung konstant zu machen, und zwar unabhängig von
der Variation der Batteriespannung (+B) oder der Betriebsbedingung. Bei
Fällen
in dem Bereich, in dem die Einspritzerzeit lang ist und ebenfalls
eine Änderung
der Ventilöffnungsantwortzeit
des Einspritzers INJ bei einer niedrigen Motordrehzahl kein Problem
darstellt, wie z. B. dem Fall eines Kaltstarts, wird diese Art von
Steuerung nicht benötigt.
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Wie
es oben beschrieben ist, ist es in einer Einspritzeransteuerung
des ersten Aspekts für
eine Brennkraftmaschine, bei der Energie direkt durch eine Batterie
B zugeführt
wird, ohne eine Spannungsverstärkungsschaltung
zu verwenden, da der Wellenformgenerator 11 ein Bezugsstromsignal
erzeugt, das mit einem Einspritzerventilsignal zum Bewirken, dass
der Einspritzer einspritzt, synchronisiert ist und das eine Stromerhöhungstendenz
aufweist, die im Wesentlichen gleich einer Einspritzerstromwellenform
in dem Fall ist, in dem eine niedrige Spannung an den Einspritzer
angelegt wird, der Stromerfassungswiderstand R3 und der Operationsverstärker 15 den
Strom erfassen, der in den Einspritzer INJ fließt und der Vergleicher 12 das
Be zugsstromsignal mit dem erfassten Stromsignal vergleicht und die elektrische
Energiezufuhr des Einspritzers INJ steuert, sogar dann, wenn die
angelegte Spannung variiert (beispielsweise Batteriespannungsvariation
oder Spulenwiderstandsvariation), möglich, die Ventilöffnungsantwortzeit
T0 konstant zu machen, und es ist möglich, eine Variation der Einspritzerventilöffnungsantwortzeit
T0, die durch eine Variation der angelegten Spannung (beispielsweise
Batteriespannungsvariation oder Spulenwiderstandsvariation) verursacht wird,
zu verhindern. Dadurch ist es möglich,
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
und die Verbrennungsstabilität
zu verbessern und Emissionen zu verringern.
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Außerdem ist
es möglich,
eine Steuerung durchzuführen,
die genauer als ein Karten- bzw.
Zuordnungsabgleich ist, da es in dem ersten Aspekt nicht notwendig
ist, den Betrag der Variation der Batteriespannung (+B) zu kompensieren
und da eine Rückführungssteuerung
durchgeführt
wird.
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Obwohl
die Beschreibung des ersten Aspekts für eine Einspritzeransteuerung
eines Einspritzers, der einem Zylinder in einer Brennkraftmaschine entspricht,
erfolgt ist, ist es bei den Einspritzern INJ eines jeweiligen Zylinders
durch Einstellen der Ventilöffnungsantwortzeit
T0 der Einspritzer auf den Einspritzer, der die langsamste Ventilöffnungsantwortzeit
T0 aufweist, d.h. unter Verwendung eines Bezugsstromsignals, das
die Einspritzerstromwellenform für
den Einspritzer INJ annähert,
der die langsamste Ventilöffnungsantwortzeit
T0 für
die Einspritzersteuerungen der anderen Zylinder aufweist, möglich, eine
einheitliche Ventilöffnungsantwortzeit
T0 für die
Einspritzer INJ unter den Zylindern zu erzielen.
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In
dem ersten Aspekt ist es möglich,
eine Anpassung an eine Variation der angelegten Spannung durchzuführen, und
zwar durch Bewirken, dass die elektrische Stromzufuhr des Einspritzers
INJ konstant ist und durch Verhindern einer Variation der Ventilöffnungsantwortzeit
T0. Als Ergebnis kann eine Kompensation des Einspritzerstartzeitpunktes
und des Zeitpunktes der elektrischen Energiezufuhr in Bezug auf
eine Variation des Kraftstoffdrucks in der ECU 2 durch
eine Karte bzw. Zuordnung bzw. Funktion oder Ähnliches erfolgen.
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7 zeigt
die Konfiguration einer Einspritzeransteuerung gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung. In 7 sind Funktionen,
die denjenigen der 1 gleichen, mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet. Die Einspritzeransteuerung des zweiten Aspekts verwendet
einen allgemeinen Wellenformgenerator 11 in dem Fall, in
dem die Breite eines jeweiligen INJ-Signals für die Einspritzer INJ eines
jeweiligen Zylinders dieselbe ist. Diese Zeichnung zeigt das Beispiel
von vier Zylindern. In 7 besteht in dem Fall, in dem
die Breiten der INJ-Signale der Einspritzer INJ1 bis INJ4 die gleichen
sind und die Anziehungskräfte
und die Kraftstoffdrücke
für die Einspritzer
INJ1 bis INJ4 die gleichen in Bezug auf einen Strom sind, da es
möglich
ist, ein gemeinsames Bezugsstromsignal zu verwenden, keine Notwendigkeit,
einen Wellenformgenerator für
jeden Zylinder (Einspritzer INJ) bereitzustellen, und es ist möglich, einen
Wellenformgenerator 11 zu verwenden, der für alle zuständig ist. 8A zeigt
ein Beispiel eines Zeitdiagramms der INJ1- bis INJ4-Signale und
das Bezugsstromsignal eines jeweiligen Einspritzers. Beispielsweise
kann, wie es in 8A gezeigt ist, in dem Fall,
in dem sich die INJ-Signale nicht überlappen, ein einzelner Wellenformgenerator 11 die
Bezugsstromsignale für
jeden INJ1 bis INJ4 erzeugen.
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Wenn
sich die INJ-Signale überlappen,
ist es, da ein einzelner Wellenformgenerator 11 das Bezugsstromsignal
für jeden
Zylinder nicht erzeugen kann, außerdem in Abhängigkeit
von dem Zylinder notwendig, mehrere Wellenformgeneratoren bis zu dem
Ausmaß bereitzustellen,
in dem keine Überlappung
der INJ-Signale vorhanden ist. 8B zeigt
ein Beispiel eines Zeitdiagramms des INJ-Signals und des Bezugsstromsignals
eines jeweiligen Einspritzers INJ1 bis INJ4. Beispielsweise werden
in dem Fall von INJ1 bis INJ4, wie es in 8B gezeigt
ist, zwei Wellenformgeneratoren benötigt, d.h. einer für INJ1 und
INJ3, und einer für
INJ2 und INJ4.
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Da
der zweite Aspekt einen gemeinsamen Wellenformgenerator für die Einspritzer
der Zylinder verwendet, ermöglicht
dieser eine Einspritzeransteuerung mit einer kostengünstigen
Konfiguration.
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9 zeigt
die Konfiguration einer Einspritzeransteuerung gemäß dem dritten
Aspekt. In der Einspritzeransteuerung des dritten Aspektes wird
im Gegensatz zu dem ersten Aspekt in dem Fall, in dem die Batteriespannung
(+B) gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist, der Einspritzer
INJ nicht als ein elektrisches Energiesteuersig nal auf der Grundlage eines
Vergleichs zwischen der Batteriespannung (+B) und dem erfassten
Stromsignal gesteuert, sondern stattdessen als ein elektrisches
Energiesteuersignal, das einen konstanten Spannungswert (INJ-Signal)
aufweist. In 9 sind Orte, die dieselben Funktionen
wie in 1 aufweisen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In einem Fall wie z. B. einem Kaltstart, wenn die Batteriespannung
stark verringert ist, wird, da die niedrigste Geschwindigkeit der Stromerhöhung, die
in dem dritten Aspekt eingestellt wird, nicht erreicht wird, eine
Steuerung durchgeführt,
um den Einspritzer INJ durch eine konstante Spannung mit Energie
zu versorgen.
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Die
Einspritzeransteuerung gemäß dem dritten
Aspekt enthält
einen Vergleicher 21, der die Batteriespannung (+B) mit
einem Schwellenwert V0 (wobei V0 < V1
gilt) vergleicht und H ausgibt, wenn die Batteriespannung (+B) kleiner
als oder gleich dem Schwellenwert V0 ist, und L ausgibt, wenn die
Batteriespannung (+B) größer als
die Schwellenspannung V0 ist, und eine UND-Schaltung 22,
die das UND des Ausgangs des Vergleichers 21 und des INJ-Signals über den
Schutzwiderstand R2 an den Leistungstransistor 14 ausgibt.
In dieser Konfiguration erfolgt in dem Fall, in dem die Batteriespannung
(+B) kleiner als oder gleich der Schwellenspannung V0 ist, die elektrische
Energiezufuhr des Einspritzers INJ nicht durch ein elektrisches
Energiesteuersignal auf der Grundlage des Vergleichs des Bezugsstromsignals mit
dem erfassten Stromsignal durch den Vergleicher 12, sondern
stattdessen auf der Grundlage des INJ-Signals, das von der UND-Schaltung 22 ausgegeben
wird. In dem Fall, in dem die Batteriespannung (+B) größer als
das Schwellensignal V0 ist, erfolgt die elektrische Energiezufuhr
des Einspritzers INJ durch ein elektrisches Energiesteuersignal
auf der Grundlage des Vergleichs des erfassten Stromsignals mit dem
Bezugsstromsignal durch den Vergleicher 12. In diesem Fall
wird, wenn die Batteriespannung (+B) kleiner als oder gleich der
Schwellenspannung V0 ist, der Einspritzer INJ bei einer konstanten
Spannung gesteuert, bis die Batteriespannung (+B) größer als der
Schwellenwert V0 ist. In dem Fall, in dem die Batteriespannung (+B)
kleiner als oder gleich dem Schwellenwert V0 ist, kann nach dem
Durchführen einer
Konstantspannungssteuerung für
eine gegebene Zeitdauer die Steuerung des Einspritzers INJ auf der
Grundlage eines Vergleichs des erfassten Stromsignals mit dem Bezugsstromsignal
durchgeführt werden.
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Gemäß dem dritten
Aspekt ist es möglich, eine
Stabilität
zu erzielen, da die Steuerung der Energiezufuhr des Einspritzers
durch eine konstante Spannung in dem Fall erfolgt, in dem die Batteriespannung
(+B) kleiner als oder gleich der Schwellenspannung V0 ist.
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Obwohl
die Einspritzeransteuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung für
eine Verwendung in Direktzylindereinspritzmotoren geeignet ist,
kann sie ebenfalls in anderen Typen von Motoren verwendet werden.
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Die
Einspritzeransteuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in verschiedenen Typen von Brennkraftmaschinen für Fahrzeuge
und Ähnlichem
verwendet werden, und ist insbesondere für Direktzylindereinspritzmotoren
für Fahrzeuge
und Ähnliches
geeignet.