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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 theoretischer 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 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-11-351039 A beschreibt beispiels- weise 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-11-351039 A 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-2001-041085 A 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-2001-041085 A , 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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Das Dokument
DE 39 09 141 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer elektromagnetischen Last wie zum Beispiel einer Erregerwicklung eines elektromagnetischen Ventils zur Verwendung in Einspritzern von Brennkraftmaschinen. Die Erregerwicklung ist parallel zu einem Steuerelement einschließlich einem Transistor und einem Shunt zum Messen des Stromflusses durch die Erregerspule geschaltet. Die Spule wird mittels einer Spannungsquelle erregt. Der Strom, der durch die Erregerspule fließt, wird mit einem Sollstrom oder Bezugsstrom mittels eines Komparators verglichen, wobei der Ausgang des Komparators verwendet wird, um den Transistor derart zu steuern, dass der Strom, der durch die Erregerspule fließt, gleich dem Bezugsstrom ist.
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Das Dokument
DE 43 29 917 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung für die geschaltete Versorgung eines elektromagnetischen Ventils, wobei der Stromfluss durch das elektromagnetische Ventil mittels eines Stromerfassungswiderstands und eines Verstärkers gemessen wird. Der Strom wird derart eingestellt, dass er der Sollgröße, die den Sollstrom für das elektromagnetische Ventil repräsentiert, entspricht.
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Das Dokument
DE 197 15 688 A1 beschreibt eine Kraftstoffeinspritzersteuerschaltung, wobei mehrere unterschiedliche Einspritzerstromwellenformen mittels mehrerer unterschiedlicher Bezugsstromsignale, die durch gewünschte Stromwellenformparameter bestimmt werden, erzielt werden können. Der Stromfluss durch das Solenoid wird von einer Stromspiegelschaltung zu einem Komparator zurückgeführt, in dem dieser mit dem Bezugsstromsignal, das von einem analogen Multiplexer ausgegeben wird, verglichen wird. Entsprechend dem Ergebnis des Vergleiches steuert die Einspritzersteuerung den Stromfluss durch das Solenoid entsprechend dem Bezugsstrom, der von dem Multiplexer ausgegeben wird.
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Das Dokument
DE 103 09 545 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzerventilsolenoids, wobei ein Sollstrom oder Bezugsstrom erzeugt wird, und wobei dieser Sollstrom mit dem Stromfluss durch das Solenoid mittels eines Operationsverstärkers verglichen wird.
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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, so dass die Einspritzerstromwellenform einer Wellenform des Bezugsstromsignals folgt.
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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, so dass die Einspritzerstromwellenform einer Wellenform des Bezugsstromsignals folgt.
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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 Einspritzerventilöffnungsantwortzeit 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 Ausführungsformen 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 eines jeweiligen 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 Ventilöffnungsantwortzeit 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 Einspritzerstromwellenform 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 Fallen 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 Bezugsstromsignal 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 Energiesteuersignal 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 V4 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.
