DE102008000587B4

DE102008000587B4 - Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem und Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102008000587B4
Application number: DE200810000587
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Nonoyama; Fumiaki Arikawa; Yasuhiro Fukagawa; Shuichi Matsumoto
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: DE102008000587A1; JP2008240544A; JP4782718B2

Abstract

Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem zur Steuerung einer Einspritzvorrichtung (10), die einen Ventilkörper (30a, 30b, 30c, 30d) mit einem Düsenloch (32), durch das Kraftstoff eingespritzt wird, ein Ventilelement (34, 36, 38), das in dem Ventilkörper (30a, 30b, 30c, 30d) aufgenommen ist und eingerichtet ist, das Düsenloch (32) zu öffnen und zu schließen, und eine Betätigungseinrichtung (52) umfasst, die eingerichtet ist, das Ventilelement (34, 36, 38) zum Öffnen und Schließen des Düsenlochs (32) zu betätigen, wobei das System die Betätigungseinrichtung (52) der Einspritzvorrichtung (10) steuert, um eine Kraftstoffeinspritzung zu steuern, und umfasst: eine Ausgabeeinrichtung (60) zum Einstellen und Ausgeben eines Anweisungssignals auf der Grundlage einer erforderlichen Einspritzmenge (Q), wobei das Anweisungssignal die Betätigungseinrichtung (52) anweist, das Düsenloch (32) zu öffnen und zu schließen, eine Endzeiterfassungseinrichtung (60, 29) zur Erfassung einer Endzeit (Tfin), zu der das Ventilelement (34, 36, 38) zum Schließen des Düsenlochs (32) betätigt wird, wobei hierdurch die Kraftstoffeinspritzung tatsächlich beendet wird, und eine Korrektureinrichtung (60) zur Korrektur des Anweisungssignals entsprechend der Endzeit (Tfin), wobei die Betätigungseinrichtung (52) ein piezoelektrisches Element (52) ist, das sich ausdehnt, um das Düsenloch (32) zu öffnen, oder sich zusammenzieht, um das Düsenloch (32) zu schließen, entsprechend einem Laden des piezoelektrischen Elements (52) mit elektrischer Energie, die dem piezoelektrischen Element (52) in Reaktion auf das Anweisungssignal zugeführt wird, oder entsprechend einem Entladen der elektrischen Energie aus dem piezoelektrischen Element (52), die Ausgabeeinrichtung (60) ein Ansteuerungsimpulssignal als das Anweisungssignal ausgibt, das die Betätigungseinrichtung (52) anweist, das Düsenloch (32) zu öffnen und zu schließen, ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem, das eine Kraftstoffeinspritzung durch eine Einspritzvorrichtung steuert, sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem.
Eine herkömmliche allgemeine Einspritzvorrichtung umfasst einen Ventilkörper mit einem Düsenloch, durch das Kraftstoff eingespritzt wird, ein Ventilelement, das in dem Ventilkörper aufgenommen ist, um das Düsenloch zu öffnen und zu schließen, und eine Betätigungseinrichtung zum Öffnen und Schließen des Ventilelements. Beispielsweise wird in der JP2003-254139A die Betätigungseinrichtung gesteuert, um eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge zu erhalten. Ein Ansteuerungsimpulssignal, das die Betätigungseinrichtung anweist, das Ventilelement zu öffnen oder zu schließen, wird ausgegeben, und eine Ventilöffnungszeit des Ventilelements wird gesteuert, indem eine Impulsbreite des Signals gesteuert wird, so dass die Kraftstoffeinspritzmenge gesteuert wird.
Wenn es zu einer altersbedingten Verschlechterung der Einspritzvorrichtung aufgrund einer Abnutzung oder Verstopfung des Düsenloches kommt, variiert eine Einspritzkennlinie (eine Beziehung zwischen der Impulsbreite Tq und der Einspritzmenge Q). Dementsprechend wird in einem Steuerungssystem gemäß der JP2003-254139A eine Rückführungskorrektur bei der Impulsbreite des Ansteuerungsimpulssignals auf der Grundlage einer Differenz zwischen der tatsächlichen Einspritzmenge und der Soll-Einspritzmenge ausgeführt. Die Differenz zwischen der tatsächlichen Einspritzmenge und der Soll-Einspritzmenge wird auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer tatsächlichen Kraftmaschinendrehzahl und einer Solldrehzahl der Kraftmaschine geschätzt.
Die tatsächliche Kraftmaschinendrehzahl variiert jedoch ebenso entsprechend anderer Verschlechterungen, die unterschiedlich zu der altersbedingten Verschlechterung der Einspritzvorrichtung sind (nachstehend als externe altersbedingte Verschlechterung bezeichnet). Die externe altersbedingte Verschlechterung wird spezifisch verursacht, wenn Ablagerungen an einem Drosselventil zur Steuerung einer Einlassluftmenge oder einer Abgasöffnung anhaften. Die Ablagerungen sind abgelagerte Stoffe, die durch zu einer Verbrennung unterschiedliche chemische Reaktionen von unverbranntem Restkraftstoff erzeugt werden, oder wenn sich Unreinheiten in dem Kraftstoff ablagern.
Durch das vorstehend beschriebene Korrekturverfahren wird die Rückführungskorrektur bei der Impulsbreite des Ansteuerungsimpulssignals auf der Grundlage der Differenz zwischen der tatsächlichen Kraftmaschinendrehzahl und der Solldrehzahl der Kraftmaschine ausgeführt. Dementsprechend wird die Korrektur nicht nur unter Einbeziehung der altersbedingten Verschlechterung der Einspritzvorrichtung sondern auch der externen altersbedingten Verschlechterung ausgeführt. Folglich ist es schwierig, die altersbedingte Verschlechterung der Einspritzvorrichtung und die externe altersbedingte Verschlechterung für die Korrektur getrennt zu behandeln, wobei somit eine genaue Korrektur bisweilen schwierig ist.
Die Druckschrift WO 2002/086 302 A1 offenbart ein System, ein Gerät mit eingebauter Diagnostik und Verfahren zur Verbesserung der Betriebseffizienz und Haltbarkeit von Kraftmaschinen, wobei Effekte von unterschiedlichen Kraftstoffmengen erfasst werden und eine Regelung zur Verminderung einer entsprechenden Variation ausgeführt wird.
Die Druckschrift WO 2004/016 928 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung von Injektoren eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine, bei dem mittels eines Drucksensors der Einspritzbeginn und das Einspritzende und hieraus die Einspritzzeit, die ein Maß für die eingespritzte Kraftstoffmenge ist, bestimmt wird. In wenigstens einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine werden der Einspritzbeginn und das Einspritzende mit Werten des vorzugsweise in einem individuellen Kennfeld des Injektors gespeicherten Einspritzbeginns und des Einspritzendes dieses Betriebspunkts verglichen, bei einer Abweichung werden der Einspritzbeginn und/oder die Einspritzdauer so korrigiert, dass die Abweichung verschwindet, die Korrekturwerte werden gespeichert.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit den vorstehend genannten Schwierigkeiten. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem und ein Kraftstoffeinspritzsystem bereitzustellen, die eine altersbedingte Verschlechterung der Einspritzvorrichtung und eine externe altersbedingte Verschlechterung getrennt für eine Korrektur behandeln.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Ferner wird ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Patentanspruch 9 bereitgestellt.
Die Erfindung wird zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Aspekten und zugehörigen Vorteilen am besten aus der nachstehenden Beschreibung, den beigefügten Patentansprüchen und der beigefügten Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung, die einen Gesamtaufbau eines Kraftmaschinensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
2 eine Schnittansicht, die einen Aufbau einer Piezo-Einspritzvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
3 ein schematisches Diagramm, das Konfigurationen einer Ansteuerungseinheit und einer elektronischen Steuerungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
4A ein Zeitdiagramm, das einen Übergang einer Ausgabebetriebsart eines Ansteuerungsimpulssignals gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
4B ein Zeitdiagramm, das einen Übergang einer Betätigungsbetriebsart eines Ladeschalters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
4C ein Zeitdiagramm, das einen Übergang einer Betätigungsbetriebsart eines Entladeschalters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
4D ein Zeitdiagramm, das einen Übergang eines durch ein piezoelektrisches Element hindurchgehenden Betriebsstroms gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
4E ein Zeitdiagramm, das einen Übergang einer Betriebsspannung des piezoelektrischen Elements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
5 einen Graphen, der eine Einspritzkennlinie dreier Piezo-Einspritzvorrichtungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
6A einen Graphen, der eine Variation einer Piezo-Spannung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
6B einen Graphen, der eine Variation eines Piezo-Stroms gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
6C einen Graphen, der eine Variation einer Einspritzrate gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
7 einen vergrößerten Graphen eines Bereichs I gemäß 6,
8 ein Flussdiagramm, das Abbildungslernbetriebsprozeduren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
9 ein Flussdiagramm, das Betriebsprozeduren zur Erfassung einer Einspritzendzeit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
10A eine Abbildung bzw. ein Kennfeld, die in den Betriebsprozeduren gemäß 8 verwendet wird, und die ein Graph ist, der eine Beziehung zwischen einem Ansteuerungsimpulsbreiteanweisungswert, einer Einspritzendzeitdifferenz und einer Leitungsdruckdifferenz veranschaulicht,
10B die Abbildung, die ein Graph ist, der eine Beziehung zwischen dem Ansteuerungsimpulsbreitebefehlswert und der Einspritzendzeitdifferenz in einem Fall veranschaulicht, bei dem eine Leitungsdruckdifferenzachse in 10A bei einem Leitungsdruck festgelegt ist, wenn der Ansteuerungsimpulsbreitebefehlswert ausgegeben wird,
11A ein Zeitsteuerungsdiagramm, das eine Variation der Piezo-Spannung in den Betriebsprozeduren gemäß 8 veranschaulicht,
11B ein Zeitsteuerungsdiagramm, das eine Variation des Piezo-Stroms in den Betriebsprozeduren gemäß 8 veranschaulicht,
11C ein Zeitsteuerungsdiagramm, das eine Variation der Einspritzrate in den Betriebsprozeduren gemäß 8 veranschaulicht,
12A ein Zeitsteuerungsdiagramm, das eine Variation einer Piezo-Spannung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
12B ein Zeitsteuerungsdiagramm, das eine Variation eines Piezo-Stroms gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
12C ein Zeitsteuerungsdiagramm, das eine Variation einer Hubgröße gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht, und
12D ein Zeitsteuerungsdiagramm, das eine Variation einer Einspritzrate gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein erstes Ausführungsbeispiel, in dem ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem gemäß der Erfindung bei einem Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem angewendet wird, das eine in einer Diesel-Kraftmaschine eingebaute Piezo-Einspritzvorrichtung verwendet, ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Wie es in 1 gezeigt ist, wird ein aus einem Kraftstofftank 2 gesogener Kraftstoff in einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 4 unter Druck gesetzt, um einer gemeinsamen Kraftstoffleitung bzw. einem Common-Rail 6 mit hohem Druck zugeführt zu werden. Der Common-Rail 6 speichert den durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 4 zugeführten Kraftstoff mit hohem Druck und führt den Kraftstoff einer Piezo-Einspritzvorrichtung 10 durch einen Hochdruck-Kraftstoffkanal 8 zu. Die Piezo-Einspritzvorrichtung 10 ist ebenso mit einem Niedrigdruck-Kraftstoffkanal 12 verbunden, wobei Kraftstoff durch den Niedrigdruck-Kraftstoffkanal 12 zu dem Kraftstofftank 2 zurückgeführt wird.
Eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 60 umfasst einen Mikrocomputer und einen Speicher, und steuert eine Ausgabe der Diesel-Kraftmaschine. Die ECU 60 lädt und nimmt Bezug auf Erfassungsergebnisse von verschiedenen Sensoren, wie beispielsweise einem Kraftstoffdrucksensor 14, einem Kurbelwinkelsensor 16 und einem Beschleunigungseinrichtungssensor 18. Der Kraftstoffdrucksensor 14 erfasst einen Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 6. Der Kurbelwinkelsensor 16 erfasst einen Drehwinkel einer Kurbelwelle der Diesel-Kraftmaschine. Der Beschleunigungseinrichtungssensor 18 erfasst eine Niederdrückgröße eines Beschleunigungseinrichtungspedals durch einen Benutzer.
Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die Piezo-Einspritzvorrichtung 10 Ventilkörper 30a, 30b, 30c, 30d. Ein Düsenloch 32, durch das ein innerer Abschnitt des Ventilkörpers 30d und die Außenseite der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 in Verbindung stehen, ist bei einem Endabschnitt des Ventilkörpers 30d ausgebildet. Eine Düsennadel 34, ein Nadelanschlag 36 und ein Ausgleichskolben 38 als Ventilelemente sind in dem Ventilkörper 30c und dem Ventilkörper 30d in dieser Reihenfolge in einer Richtung von einem Endabschnitt angeordnet, so dass sie in einer zugehörigen axialen Richtung entlang Innenwänden des Ventilkörpers 30c und des Ventilkörpers 30d versetzt werden können. Ein Hochdruckkraftstoff wird einer Nadelkammer 35 und einer Ausgleichskammer 39 von dem Hochdruck-Kraftstoffkanal 8 zugeführt. Die Nadelkammer 35 ist durch die Düsennadel 34 und die Innenwand des Ventilkörpers 30d definiert. Die Ausgleichskammer 39 ist auf einer Rückseite des Ausgleichskolbens 38 angeordnet.
Eine Gegendruckkammer 41, die durch die Innenwand des Ventilkörpers 30c und eine Oberfläche des Nadelanschlags 36 auf einer entgegengesetzten Seite des Düsenlochs 32 (nachstehend als hintere Seite bezeichnet) definiert ist, steht mit dem Niedrigdruck-Kraftstoffkanal 12 in Verbindung. Kraftstoff aus dem Niedrigdruck-Kraftstoffkanal 12 wird der Gegendruckkammer 41 zugeführt. Eine Feder 40 ist in der Gegendruckkammer 41 angeordnet. Der Nadelanschlag 36 wird zu einer Seite des Düsenlochs 32 (nachstehend als eine vordere Endseite bezeichnet) des Ventilkörpers 30c gedrückt.
Die Innenwand des Ventilkörpers 30c und eine Oberfläche des Nadelanschlags 36 auf der vorderen Endseite definieren eine erste öldichte Kammer 42. Die erste öldichte Kammer 42 ist mit einer zweiten öldichten Kammer 46 durch einen Verbindungskanal 44 verbunden. Die zweite öldichte Kammer 46 ist weiter bei der hinteren Seite als der Ausgleichskolben 38 angeordnet. Die erste öldichte Kammer 42, der Verbindungskanal 44 und die zweite öldichte Kammer 46 sind mit Kraftstoff als ein Medium gefüllt, das eine Kraft überträgt.
Die zweite öldichte Kammer 46 ist ein Raum, der durch eine Innenwand des Ventilkörpers 30b und einer Oberfläche eines Piezo-Kolbens 48 auf der vorderen Endseite des Ventilkörpers 30b definiert ist. Der Piezo-Kolben 48 weist in sich ein Rückschlagventil 50 auf, wobei hierdurch Kraftstoff von dem Niedrigdruck-Kraftstoffkanal 12 zu der zweiten öldichten Kammer 46 zugeführt wird. Ein hinterer Seitenabschnitt des Piezo-Kolbens 48 ist mit einem piezoelektrischen Element 52 verbunden.
Die piezoelektrischen Elemente 52 sind gestapelt, um einen geschichteten Körper (Piezo-Stapel) zu bilden. Der geschichtete Körper dient als eine Betätigungseinrichtung, wenn sie durch einen inversen piezoelektrischen Effekt ausgedehnt oder zusammengezogen wird. Genauer gesagt ist das piezoelektrische Element 52 eine kapazitive Last. Das piezoelektrische Element 52 wird ausgedehnt, wenn es geladen wird, und zusammengezogen, wenn es Elektrizität entlädt. Ein aus piezoelektrischen Materialien, wie beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), hergestelltes piezoelektrisches Element wird als das piezoelektrische Element 52 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet.
Wenn das piezoelektrische Element 52 bei einer Energiezufuhr zu dem piezoelektrischen Element 52 ausgedehnt wird, wir der Piezo-Kolben 48 zu einer vorderen Endseite des Ventilkörpers 30b versetzt bzw. ausgelenkt. Dementsprechend wird ein Kraftstoffdruck in der zweiten öldichten Kammer 46, dem Verbindungskanal 44 und der ersten öldichten Kammer 42 erhöht. Wenn eine Kraft für den Hochdruckkraftstoff in der Nadelkammer 35 zum Drücken der Düsennadel 34 zu der hinteren Seite und eine Kraft für einen Kraftstoff in der ersten öldichten Kammer 42 zum Drücken des Nadelanschlags 36 zu der hinteren Seite größer sind als eine Kraft für die Feder 40 und einen Niedrigdruckkraftstoff zum Drücken des Nadelanschlags 36 zu der vorderen Endseite sowie eine Kraft für einen Hochdruckkraftstoff in der Ausgleichskammer 39 zum Drücken der rückseitigen Oberfläche des Ausgleichskolbens 38 zu der vorderen Endseite, wird die Düsennadel 34 zu der hinteren Seite des Ventilkörpers 30d versetzt, wobei hierdurch die Piezo-Einspritzvorrichtung 10 geöffnet wird. Als Ergebnis wird Kraftstoff in dem Ventilkörper 30d über das Düsenloch 32 nach außen gespritzt.
Wenn das piezoelektrische Element 52 nach der Energieversorgung des piezoelektrischen Elements 52 Elektrizität entlädt, wird das piezoelektrische Element 52 zusammengezogen, wobei dementsprechend der Piezo-Kolben 48 zu der hinteren Seite des Ventilkörpers 30a versetzt wird. Somit wird der Kraftstoffdruck in der zweiten öldichten Kammer 46, dem Verbindungskanal 44 und der ersten öldichten Kammer 42 verkleinert. Wenn die Kraft für die Feder 40 und den Niedrigdruckkraftstoff zum Drücken des Nadelanschlags 36 zu der vorderen Endseite und die Kraft für einen Hochdruckkraftstoff in der Ausgleichskammer 39 zum Drücken einer rückseitigen Oberfläche des Ausgleichskolbens 38 zu der vorderen Endseite größer sind als die Kraft für den Hochdruckkraftstoff in der Nadelkammer 35 zum Drücken der Düsennadel 34 zu der hinteren Endseite und die Kraft für den Kraftstoff in der ersten öldichten Kammer 42 zum Drücken des Nadelanschlags 36 zu der hinteren Seite, findet eine Beschleunigung der Düsennadel 34 in eine Richtung der vorderen Endseite des Ventilkörpers 30d statt, wobei hierdurch die Piezo-Einspritzvorrichtung 10 geschlossen wird. Als Ergebnis wird die Kraftstoffeinspritzung beendet.
In der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 variiert eine Hubgröße, die eine Größe eines Versetzens bzw. Auslenkens der Düsennadel 34 zu der hinteren Seite ist, entsprechend einer Größe eines Versetzens bzw. Auslenkens des piezoelektrischen Elements 52. Die Hubgröße ist proportional zu der Größe des Versetzens des piezoelektrischen Elements 52. Dementsprechend wird die Hubgröße beliebig zwischen einer 0-(Null-)Hubgröße, die dem Schließen der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 entspricht, und einer vollen Hubgröße gesteuert, die eine maximale Hubgröße ist.
Bei einer Steuerung einer elektrischen Zustandsgröße des piezoelektrischen Elements 52 durch die Energieversorgung des piezoelektrischen Elements 52 steht die Düsennadel 43 bei einer Zwischenhubgröße durch Einstellen einer Zeitdauer, während der die Zustandsgröße konstant ist. Somit wird, wenn die Steuerung der Energiezufuhr anschließend fortgesetzt wird, die Hubsteuerung in einer zweistufigen Hubgröße ermöglicht. Auf diese Art und Weise wird die Hubgröße unter Verwendung der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 frei gesteuert. Als Ergebnis wird nicht nur eine Kraftstoffeinspritzmenge, sondern auch ein Kraftstoffeinspritzratensignalverlauf bei einer Kraftstoffeinspritzung frei gesteuert. Die Kraftstoffeinspritzrate ist eine Menge von Kraftstoff pro Einheitszeit, die aus der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 eingespritzt wird.
Eine Konfiguration einer Ansteuerungseinheit 20, die als eine Ansteuerungsschaltung für das piezoelektrische Element 52 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dient, ist in 3 gezeigt.
Wie es in 3 gezeigt ist, wird elektrische Energie, die von einer Batterie B der Ansteuerungseinheit 20 zugeführt wird, zuerst einem Gleichstromwandler bzw. DC/DC-Wandler 21 zugeführt, der eine Verstärkerschaltung ist. Der Gleichstromwandler 21 verstärkt eine Spannung (beispielsweise 12 V) der Batterie B auf eine hohe Spannung (beispielsweise 200 bis 300 V), mit der das piezoelektrische Element 52 geladen wird.
Die verstärkte Spannung des Gleichstromwandlers 21 wird an einen Kondensator 22 angelegt. Ein Anschluss des Kondensators 22 ist mit dem Gleichstromwandler 21 verbunden und der andere Anschluss des Kondensators 22 ist mit Masse verbunden bzw. geerdet. Wenn die verstärkte Spannung des Gleichstromwandlers 21 an den Kondensator 22 angelegt ist, speichert der Kondensator 22 eine elektrische Ladung, die dem piezoelektrischen Element 52 zugeführt wird.
Eine Hochpotentialanschlussseite des Kondensators 22, d. h. eine Seite des Kondensators 22 zu dem Gleichstromwandler 21 ist mit einer Hochpotentialanschlussseite des piezoelektrischen Elements 52 über einen in Reihe angeschlossenen Abschnitt eines Ladeschalters 23 und eine Lade- und Entladespule 24 verbunden. Eine Niedrigpotentialanschlussseite des piezoelektrischen Elements 52 ist mit Masse verbunden bzw. geerdet. Ein Anschluss eines Entladeschalters 25 ist mit einem Abschnitt zwischen dem Ladeschalter 23 und der Lade- und Entladespule 24 verbunden. Der andere Anschluss des Entladeschalters 25 ist mit Masse verbunden bzw. geerdet.
Eine Diode 26 ist parallel zu dem Entladeschalter 25 derart angeschlossen, dass eine Richtung von einer Masseseite des Entladeschalters 25 zu einem Abschnitt zwischen dem Kondensator 22 und der Lade- und Entladespule 24 eine Vorwärtsrichtung bzw. Durchlassrichtung ist. Die Diode 26, der Kondensator 22, der Ladeschalter 23, die Lade- und Entladespule 24 bilden eine Taktschaltung bzw. Chopperschaltung zum Laden des piezoelektrischen Elements 52. Die Diode 26 dient als eine Freilaufdiode.
Eine Diode 27 ist parallel zu dem Ladeschalter 23 derart angeschlossen, dass eine Richtung von einer Seite des Entladeschalters 25 zu einer Seite des Kondensators 22 des Ladeschalters eine Vorwärtsrichtung bzw. Durchlassrichtung ist. Die Diode 27, der Kondensator 22, die Lade- und Entladespule 24 und der Entladeschalter 25 bilden eine Taktschaltung bzw. Chopperschaltung zum Entladen einer elektrischen Ladung des piezoelektrischen Elements 52. Die Diode 27 dient als eine Freilaufdiode.
Ein Stromwert, der in einem Erfassungselement 29 erfasst wird, wird der ECU 60 eingegeben. Die Ansteuerungsschaltung mit dem vorstehend genannten Aufbau wird durch eine Steuerungseinrichtung 28 angesteuert, die durch die ECU 60 gesteuert wird. Genauer gesagt werden der ECU 60 Erfassungswerte von verschiedenen Sensoren zur Erfassung von Betriebszuständen der Diesel-Kraftmaschine eingegeben. Ein Wert eines elektrischen Stroms, der dem piezoelektrischen Element 52 durch die vorstehend beschriebene Schaltung zugeführt wird, wird in dem Erfassungselement 29 erfasst und der ECU 60 eingegeben. Auf der Grundlage dieser Erfassungswerte erzeugt die ECU 60 ein Ansteuerungsimpulssignal, das die Einspritzung der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 anweist, und gibt den Ansteuerungsimpuls an die Steuerungseinrichtung 28 aus.
Die Steuerungseinrichtung 28 führt dem piezoelektrischen Element 52 eine elektrische Ansteuerungsenergie zu, um das piezoelektrische Element 52 entsprechend der Einspritzanweisung durch das Ansteuerungsimpulssignal auszudehnen oder zusammenzuziehen. Genauer gesagt steuert die Steuerungseinrichtung 28 den Ladeschalter 23 oder den Entladeschalter 25 auf der Grundlage einer Spannung des piezoelektrischen Elements 52, die durch einen Knoten N1 erfasst wird, und eines Stroms des piezoelektrischen Elements 52, der durch einen Knoten N2 erfasst wird. Des Weiteren steuert die Steuerungseinrichtung 28 den Ladeschalter 23 oder den Entladeschalter 25 auf der Grundlage des Ansteuerungsimpulssignals. Diese Steuerungen entsprechend dem Ansteuerungsimpulssignal werden wie in den 4A, 4B, 4C, 4D, 4E gezeigt ausgeführt. Zusätzlich kann ein Signal, das zumindest eines einer Öffnungs- und Schließbetätigungsgröße durch das piezoelektrische Element 52 und der Öffnungs- und Schließzeit anweist, ein spezifisches Beispiel des Ansteuerungsimpulssignals sein.
Wie es in den 4A, 4B, 4C, 4D, 4E gezeigt ist, weist das Ansteuerungsimpulssignal die Piezo-Einspritzvorrichtung 10 an, Kraftstoff für eine Impuls-Ein-Zeitdauer (logischer Wert: H) einzuspritzen. Die Zeitdauer des logischen Werts H wird als eine Ansteuerungsimpulsbreite tq (ms) bezeichnet. Eine Einspritzmenge Q (mm³/st) von Kraftstoff, der eingespritzt wird, wenn die Piezo-Einspritzvorrichtung 10 das Düsenloch 32 einmal öffnet und dann schließt, wird durch die Ansteuerungsimpulsbreite tq gesteuert. Wenn die Ansteuerungsimpulsbreite tq länger ist, ist die Einspritzmenge Q größer. Kennlinien, die eine Beziehung zwischen der Ansteuerungsimpulsbreite tq und der Einspritzmenge Q zeigen, werden als Einspritzkennlinien der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 bezeichnet.
Wenn ein Impuls des Ansteuerungsimpulssignals ansteigt, um die Einspritzung anzuweisen, wird das piezoelektrische Element 52 mit einem Betriebsstrom geladen, der durch eine Taktsteuerung bzw. Choppersteuerung über eine Ein-/Aus-Betätigung des Ladeschalters 23 zunimmt und abnimmt. Genauer gesagt wird, wenn der Ladeschalter 23 eingeschaltet wird, ein geschlossener Kreis gebildet, der den Kondensator 22, den Ladeschalter 23, die Lade- und Entladespule 24 und das piezoelektrische Element 52 umfasst. Dementsprechend wird das piezoelektrische Element 52 mit einer elektrischen Ladung des Kondensators 22 geladen. Unterdessen nimmt eine Größe des durch das piezoelektrische Element 52 hindurchgehenden Stroms zu. Demgegenüber wird, wenn der Ladeschalter 23 nach dem Einschalten des Ladeschalters 23 ausgeschaltet wird, ein geschlossener Kreis gebildet, der die Lade- und Entladespule 24, das piezoelektrische Element 52 und die Diode 26 umfasst. Dementsprechend wird das piezoelektrische Element 52 mit einer Schwungradenergie bzw. Flywheel-Energie der Lade- und Entladespule 24 geladen. Unterdessen nimmt die Größe des durch das piezoelektrische Element 52 hindurchgehenden Stroms ab.
Durch eine Tiefsetzsteller-Steuerung bzw. Step-Down-Chopper-Steuerung, durch die der Ladeschalter 23 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise gesteuert wird, wird das piezoelektrische Element 52 geladen, wobei hierdurch ein elektrisches Potential auf der Hochpotentialsanschlussseite des piezoelektrischen Elements 52 vergrößert wird.
Wenn der Impuls des Ansteuerungsimpulssignals abfällt, um einen Einspritzstopp anzuweisen, entlädt das piezoelektrische Element 52 Elektrizität mit dem Betriebsstrom, der durch eine Chopper-Steuerung durch einen Ein-/Aus-Betrieb des Entladeschalters 25 zunimmt und abnimmt. Genauer gesagt wird, wenn der Entladeschalter 25 eingeschaltet wird, ein geschlossener Kreis aus dem Entladeschalter 25, der Lade- und Entladespule 24 und dem piezoelektrischen Element 52 gebildet. Dementsprechend entlädt das piezoelektrische Element 52 Elektrizität. Unterdessen nimmt die Größe des durch das piezoelektrische Element 52 hindurchgehenden Stroms zu. Des Weiteren wird, wenn der Entladeschalter 25 nach dem Einschalten des Entladeschalters 25 ausgeschaltet wird, ein geschlossener Kreis aus dem Kondensator 22, der Diode 27, der Lade- und Entladespule 24 und dem piezoelektrischen Element 52 gebildet. Dementsprechend wird die Schwungradenergie bzw. Flywheel-Energie der Lade- und Entladespule 24 durch den Kondensator 22 wiederhergestellt.
Durch eine Hochsetzstellersteuerung bzw. Step-Up-Chopper-Steuerung, durch die der Entladeschalter 25 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise gesteuert wird, entlädt das piezoelektrische Element 52 Elektrizität, wobei hierdurch das elektrische Potential auf der Hochpotentialsanschlussseite des piezoelektrischen Elements 52 verkleinert wird.
Die nachstehend beschriebenen Prüfungen sind bei den Piezo-Einspritzvorrichtungen 10 mit zueinander unterschiedlichen Einspritzkennlinien ausgeführt worden, wobei Ergebnisse erhalten werden, wie sie in den 5, 6, 7 gezeigt sind. Die Piezo-Einspritzvorrichtungen 10 weisen unterschiedliche Einspritzkennlinien auf, insbesondere da sich die Piezo-Einspritzvorrichtung 10 altersbedingt verschlechtert oder die Piezo-Einspritzvorrichtungen 10 variierende Einspritzkennlinien unter einzelnen Teilen bei zugehörigen Herstellungsvorgängen aufweisen.
In 5 ist ein Ergebnis einer Prüfung einer Einspritzkennlinie bei drei Piezo-Einspritzvorrichtungen 10 mit einem internen Druck in dem Common-Rail 6 gezeigt, der auf 200 MPa eingestellt ist. Die Einspritzmenge Q variiert am deutlichsten, wenn die Ansteuerungsimpulsbreite tq näherungsweise 0,32 ms ist und ein Bereich der Variation 11,3 (mm³/st) ist.
Eine Prüfung wird bei den drei Piezo-Einspritzvorrichtungen 10 mit unterschiedlichen Einspritzkennlinien ausgeführt, wobei Variationen einer Spannung (V), die an das piezoelektrische Element 52 angelegt wird, eines Stroms (A), der durch das piezoelektrische Element 52 hindurchgeht, und einer Einspritzrate (mm³/ms) der Piezo-Einspritzvorrichtungen 10 bezüglich der Zeit, wenn Kraftstoff mit der Ansteuerungsimpulsbreite tq von 0,32 ms eingespritzt wird, gemessen werden. Wie es in 6C gezeigt ist, sind eine Startzeit einer Zunahme der Einspritzrate und ein maximaler Wert der Einspritzrate zwischen den drei Piezo-Einspritzvorrichtungen 10 näherungsweise gleich. Eine Endzeit einer Abnahme der Einspritzrate variiert jedoch zwischen ihnen. Somit hängen die Differenzen in den Einspritzkennlinien, die in 5 gezeigt sind, in großem Maße von der Endzeit einer Abnahme der Einspritzrate ab. Dementsprechend wird bei einer Erfassung der Endzeit einer Abnahme der Einspritzrate die Einspritzmenge Q (eine durch die Einspritzrate umschlossene Fläche in 6C) des tatsächlich eingespritzten Kraftstoffes genau erhalten. Nachfolgend wird eine Differenz zwischen einer erforderlichen Einspritzmenge und einer tatsächlichen Einspritzmenge erhalten, und eine Rückführungskorrektur wird bei der erforderlichen Einspritzmenge auf der Grundlage der Differenz ausgeführt.
Unter Bezugnahme auf 7 ist beschrieben, wie die Endzeit einer Abnahme der Einspritzrate erfasst wird. Wie es in 7 gezeigt ist, tritt ein Spitzensignalverlauf, der zu einer negativen Seite gewölbt ist, in einem Signalverlauf des Stromwerts in Erscheinung, nachdem das piezoelektrische Element 52 Elektrizität entlädt. Gestrichelte Linien t1, t2, t3 in 7 zeigen jeweilige Zeiten an, wenn die Spitze in Bezug auf die drei Piezo-Einspritzvorrichtungen 10 erscheint. Wie es in den 6B, 6C gezeigt ist, entsprechen die Spitzenerscheinungszeiten t1, t2, t3 im Allgemeinen jeweiligen Endzeiten einer Abnahme der Einspritzraten. Dementsprechend werden bei einer Erfassung der Zeiten t1, t2, t3, wenn die Spitzen in den Stromsignalverläufen erscheinen, jeweilige Endzeiten einer Abnahme der Einspritzraten geschätzt.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erhält die ECU 60 die Differenz zwischen der erforderlichen Einspritzmenge und der tatsächlichen Einspritzmenge wie vorstehend beschrieben und führt die Rückführungskorrektur bei der erforderlichen Einspritzmenge auf der Grundlage der Differenz aus. Genauer gesagt weist die ECU 60 eine Abbildung bzw. ein Kennfeld als eine Einspritzanweisungskennlinie entsprechend der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 in jedem Zylinder auf. In Anbetracht der berechneten erforderlichen Einspritzmenge bestimmt die ECU 60, welcher eingestellte Wert der Ansteuerungsimpulsbreite tq auf die Abbildung zurückgeführt wird. Da Einspritzkennlinien entsprechend der altersbedingten Verschlechterung der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 variieren, muss die Abbildung durch eine Erfassung der Variation gelernt werden. Die Rückführungskorrektur wird bei dem Abbildungslernen verwendet.
In den 8, 9 sind Prozeduren für eine Abbildungslernverarbeitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die in den 8, 9 gezeigte Verarbeitung wird in der ECU 60 beispielsweise bei vorbestimmten Intervallen wiederholt ausgeführt.
In einem Verarbeitungsablauf gemäß 8 wird in Schritt 10 (S10) die erforderliche Einspritzmenge Q, um eine gewünschte Kraftmaschinenausgabe zu erhalten, auf der Grundlage einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Niederdrückgröße des Beschleunigungseinrichtungspedals berechnet. Ein Druck (Leitungsdruck bzw. Schienendruck Pc) eines Hochdruckkraftstoffs in dem Common-Rail 6 wird in einem Schritt 11 (S11) gemessen. Der Leitungsdruck Pc (ein Leitungsdruck, wenn ein Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com ausgegeben wird), der in S11 gemessen wird, wird nachstehend als Pc_com bezeichnet.
Eine erste Abbildung M1 ist im Voraus in dem Speicher der ECU 60 gespeichert. Die erste Abbildung M1 speichert eine Einspritzendzeit entsprechend der erforderlichen Einspritzmenge Q und dem Leitungsdruck Pc. Die Einspritzendzeit entspricht der vorstehend genannten Endzeit einer Abnahme der Einspritzrate. Die Einspritzendzeit, die in der ersten Abbildung M1 gespeichert ist, wird nachstehend als ein Einspritzendzeitanweisungswert Tfin_com bezeichnet.
In einem Schritt 12 (S12) wird der Einspritzendzeitanweisungswert Tfin_com, der der erforderlichen Einspritzmenge Q, die in S10 berechnet wird, und dem Leitungsdruck Pc_com, der in S11 gemessen wird, entspricht, aus der ersten Abbildung M1 ausgelesen. Entsprechend der ersten Abbildung M1 ist, wenn die erforderliche Einspritzmenge Q größer ist, der Einspritzendzeitanweisungswert Tfin_com größer. Wenn der Leitungsdruck Pc_com größer ist, ist der Einspritzendzeitbefehlswert Tfin_com kleiner.
Eine zweite Abbildung M2 ist im Voraus in dem Speicher der ECU 60 gespeichert. Eine Ansteuerungsimpulsbreite, die dem Einspritzendzeitanweisungswert Tfin_com und dem Leitungsdruck Pc_com entspricht, ist in der zweiten Abbildung M2 gespeichert. Die in der zweiten Abbildung M2 gespeicherte Ansteuerungsimpulsbreite wird nachstehend als ein Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com bezeichnet.
In einem Schritt 13 (S13) wird der Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com entsprechend dem Einspritzendzeitanweisungswert Tfin_com, der in S12 ausgelesen wird, und dem Leitungsdruck Pc_com, der in S11 ausgelesen wird, aus der zweiten Abbildung M2 ausgelesen. Entsprechend der zweiten Abbildung M2 ist, wenn der Einspritzendzeitanweisungswert Tfin_com größer ist, der Ansteuerungsimpulsbreitenbefehlswert Tq_com größer. Wenn der Leitungsdruck Pc_com größer ist, ist der Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com kleiner.
In einem Schritt 14 (S14) werden verschiedene Korrekturen, wie beispielsweise eine Korrektur entsprechend der Länge eines Pilotintervalls, das eine Entfernung zwischen einer Piloteinspritzung und einer Haupteinspritzung ist, bei dem in S13 ausgelesenen Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com ausgeführt. In einem Schritt 15 (S15) wird der Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com an die Steuerungseinrichtung 28 als das Ansteuerungsimpulssignal ausgegeben. Dann lädt die Ansteuerungseinheit 20 das piezoelektrische Element 52 und steuert das piezoelektrische Element 52 auf der Grundlage des Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswerts Tq_com, Elektrizität zu entladen. Als Ergebnis spritzt die Piezo-Einspritzvorrichtung 10 Kraftstoff mit einer zugehörigen Einspritzmenge ein, die dem Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com entspricht.
In einem Schritt 16 (S16) wird eine Einspritzendzeit Tfin ausgelesen, die in einer Verarbeitung gemäß 9 erfasst wird, die nachstehend ausführlicher beschrieben ist. Die Einspritzendzeit Tfin ist gleich einer abgelaufenen Zeit von dem Einschalten des Ansteuerungsimpulssignals bis zu dem Zeitpunkt, wenn ein negativer Stromspitzenwert erscheint.
In einem Schritt 17 (S17) wird eine Differenz dif_Tfin = Tfin – Tfin_com zwischen der erfassten Einspritzendzeit Tfin und dem Einspritzendzeitanweisungswert Tfin_com berechnet. Zusätzlich wird eine Differenz dif_Pc = Pc – Pc_com zwischen dem Leitungsdruck Pc, wenn die Einspritzendzeit Tfin erfasst wird, und dem in S11 ausgelesenen Leitungsdruck Pc_com berechnet.
In einem Schritt 18 (S18) wird eine Beziehung zwischen dem Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com, der in Schritt S15 ausgegeben wird, und der Einspritzendzeitdifferenz dif_Tfin, die in S17 berechnet wird, in dem Speicher der ECU 60 als Abtastdaten mem (Pc, I) für jede Leitungsdruckdifferenz dif_Pc gespeichert. Eine Verarbeitung von S10 bis S18 wird wiederholt, bis die Zahl I der Abtastdaten mem (Pc, I) größer oder gleich einer vorbestimmten Zahl N ist. Genauer gesagt wird, wenn in einem Schritt 19 (S19) bestimmt wird, dass die Abtastdatenzahl I nicht größer oder gleich der vorbestimmten Zahl N ist (NEIN), die Verarbeitung beendet. Wenn bestimmt wird, dass die Abtastdatenzahl I größer oder gleich der vorbestimmten Zahl N ist (JA), schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt 20 (S20) voran.
In S20 wird bestimmt, ob ein maximaler Wert und ein minimaler Wert der Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswerte Tq_com, die in dem Speicher gespeichert sind, außerhalb eines vorbestimmten korrigierten Tq-Bereichs sind (10B). Wenn bestimmt wird, dass der maximale Wert und der minimale Wert nicht außerhalb des vorbestimmten korrigierten Tq-Bereichs sind (NEIN), wird die Verarbeitung beendet. Somit wird die Verarbeitung von S10 bis S20 wiederum wiederholt, bis der maximale Wert und der minimale Wert außerhalb des vorbestimmten korrigierten Tq-Bereichs sind. Wenn bestimmt wird, dass der maximale Wert und der minimale Wert außerhalb des vorbestimmten korrigierten Tq-Bereichs sind (JA), schreitet die Steuerung zu einem Schritt 21 (S21) voran. In S21 wird eine Näherungskurve aus allen Abtastdaten mem (Pc, I) in dem Speicher als Grundgesamtheit gebildet (10A, 10B). Die Näherungskurve ist eine Funktion func (Tq_com, dif_Pc) mit dem Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com und der Leitungsdruckdifferenz dif_Pc als zugehörige Variable, wobei sie die Einspritzendzeitdifferenz dif_Tfin ausdrückt.
In einem Schritt 22 (S22) wird auf der Grundlage der in S21 gebildeten Näherungskurve bestimmt, ob ein Korrelationsgrad zwischen dem Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com und der Einspritzendzeitdifferenz dif_Tfin signifikant ist. Genauer gesagt wird, wenn ein Absolutwert eines Korrelationskoeffizienten, der aus der Näherungskurve erhalten wird, größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist (beispielsweise 0,2), bestimmt, dass der Korrelationsgrad signifikant ist. Wenn bestimmt wird, dass der Korrelationsgrad nicht signifikant ist (NEIN), wird die Verarbeitung beendet. Dementsprechend wird die Verarbeitung von S10 bis S21 wiederum wiederholt, bis der Korrelationsgrad signifikant ist.
Wenn bestimmt wird, dass der Korrelationsgrad signifikant ist (JA), schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt 23 (S23) voran, in dem die erste Abbildung M1, die in S21 verwendet wird, neu geschrieben wird. Genauer gesagt wird die Einspritzendzeitdifferenz dif_Tfin (= func (Tq_com, dif_Pc)), die auf der Grundlage der in S21 gebildeten Näherungskurve berechnet wird, zu dem Einspritzendzeitanweisungswert Tfin_com in der ersten Abbildung M1 addiert, wobei hierdurch die erste Abbildung M1 neu geschrieben wird und entsprechend gelernt wird. Zusätzlich kann an Stelle eines Korrigierens des Ansteuerungsimpulssignals durch Ausführen eines Lernens der ersten Abbildung M1 das Ansteuerungsimpulssignal direkt korrigiert werden.
Nachdem die Verarbeitung in S23, in der die erste Abbildung M1 neu geschrieben wird, beendet ist, schreitet die Steuerung zu einem Schritt 24 (S24) voran, in dem alle in dem Speicher gespeicherten Abtastdaten mem (Pc, I) gelöscht werden und dadurch die Abtastdatenzahl I auf Null gesetzt wird.
In einem Verarbeitungsablauf gemäß 9 wird die Endzeit einer Abnahme der Einspritzrate auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Resultate aus den in 7 gezeigten Prüfungsergebnissen geschätzt, indem die Zeit erfasst wird, wenn der negative Spitzenwert in dem Stromsignalverlauf erscheint. Die Zeit, wenn der negative Spitzenwert erscheint, entspricht der Einspritzendzeit Tfin, die in S16 verwendet wird.
Bei einem Erfassen des Ausschaltens des Ansteuerungsimpulssignals in einem Schritt 30 (S30) wird durch einen Zähler in Schritt 31 (S31) das Zählen gestartet. Genauer gesagt wird das Zählen bei einer Zeit t4 (11A bis 11C) gestartet, wenn das Ansteuerungsimpulssignal ausgeschaltet ist. Wenn der Zählwert in einem vorbestimmten Bestimmungszeitbereich W1 liegt (11B), wird eine Verarbeitung in einem Schritt 33 (S33), einem Schritt 34 (S34) und einem Schritt 35 (S35) ausgeführt, um die Erscheinungszeit des negativen Spitzenwerts des in dem Erfassungselement 29 erfassten Stroms zu erfassen. Der Bestimmungszeitbereich W1 ist derart eingestellt, dass er nicht mit einer Entladezeit W2 (11B) des piezoelektrischen Elements 52 überlappt.
Da der Spitzensignalverlauf während der Zeitdauer W2 von der Zeit, bei der das Ansteuerungsimpulssignal das piezoelektrische Element 52 anweist, das Düsenloch 32 zu schließen, zu der Zeit, bei der die den piezoelektrischen Element 52 zugeführte elektrische Energie entladen ist, nicht erzeugt wird, wird eine Erfassung von unnötigem Rauschen vermieden, indem der Spitzensignalverlauf erfasst wird, nachdem die vorbestimmte Entladezeit W2 abgelaufen ist.
Wenn in einer Bestimmungsverarbeitung in einem Schritt 32 (S32) bestimmt wird, dass der Zählwert nicht vor dem Bestimmungszeitbereich W1 liegt (NEIN), wird ein Stromwert Icur zu dem augenblicklichen Zeitpunkt, der in dem Erfassungselement 29 erfasst wird, in S33 erfasst. Wenn bestimmt wird, dass der erfasste Stromwert Icur größer als ein maximaler Wert Icur_max ist (S34: JA), wird der maximale Wert Icur_max auf den Stromwert Icur in S35 aktualisiert und der Zählwert ab der Aktualisierung wird gespeichert. Wenn bestimmt wird, dass der Stromwert Icur kleiner oder gleich dem maximalen Wert Icur_max ist (S34: NEIN), schreitet die Steuerung zu einem Schritt 36 (S36) ohne Aktualisierung voran.
Wenn in einer Bestimmungsverarbeitung in S36 bestimmt wird, dass der Zählwert nicht nach dem Bestimmungszeitbereich W1 liegt (NEIN), springt die Steuerung zu S33 zurück. Wenn bestimmt wird, dass der Zählwert nach dem Bestimmungszeitbereich W1 liegt (S36: JA), wird die Negative-Spitzenwert-Erfassungsverarbeitung in S33, S34, S35 beendet und die Steuerung schreitet zu einem Schritt 37 (S37) voran.
In der Verarbeitung in S33, S34, S35 wird ein Zählwert Tfin_cnt erfasst, wenn ein negativer Stromspitzenwert P1 (11B) in dem Bestimmungszeitbereich W1 erscheint.
In S37 wird der in S35 gespeicherte Zählwert Tfin_cnt zu dem in S15 ausgegebenen Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com addiert, um die in S16 verwendete Einspritzendzeit Tfin zu berechnen. In einem Schritt 38 (S38) wird die in S37 berechnete Einspritzendzeit Tfin in dem Speicher zusammen mit dem entsprechenden Ansteuerungsimpulsbreitenanweisungswert Tq_com und dem entsprechenden Leitungsdruck Pc gespeichert, wobei dann die Steuerung beendet wird.
Die in den 8, 9 gezeigte Verarbeitung wird bei jeder Piezo-Einspritzvorrichtung 10 in 1 ausgeführt. Die ECU 60 und das Erfassungselement 29, die die Verarbeitung gemäß 9 ausführen, dienen als eine Endzeiterfassungseinrichtung. Die ECU 60, die das Ansteuerungsimpulssignal ausgibt, dient als eine Ausgabeeinrichtung. Die ECU 60, die die erste Abbildung M1 unter Verwendung der in der Verarbeitung gemäß 9 erfassten Einspritzendzeit Tfin lernt, dient als eine Korrektureinrichtung.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird, wenn sich die Piezo-Einspritzvorrichtung 10 alterbedingt verschlechtert und dadurch die Einspritzmenge Q, die der Ansteuerungsimpulsbreite Tq entspricht, verkleinert wird, die Einspritzendzeit Tfin, die in der Verarbeitung gemäß 9 erfasst wird, im Vergleich zu der Einspritzendzeit Tfin, die in der ersten Abbildung M1 gespeichert ist, aufgrund des Zählwerts Tfin_cnt verzögert, so dass eine Zeit (die der Einspritzendzeit Tfin entspricht) von der Einspritzanweisung durch das Ansteuerungsimpulssignal bis zu der tatsächlichen Beendigung der Einspritzung länger gemacht wird. Da die erste Abbildung M1 in S23 auf der Grundlage der verlängerten Einspritzendzeit Tfin gelernt wird, wird die der erforderlichen Einspritzmenge Q entsprechende Ansteuerungsimpulsbreite Tq bestimmt, nachdem diese Variation der Einspritzkennlinien aufgrund der alterbedingten Verschlechterung der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 gelernt ist.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Einspritzendzeit Tfin, wenn die Einspritzung tatsächlich beendet ist, in der Verarbeitung gemäß 9 erfasst, und die erste Abbildung M1 wird unter Verwendung der erfassten Einspritzendzeit Tfin gelernt. Da die Einspritzendzeit Tfin lediglich entsprechend der altersbedingten Verschlechterung der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 variiert, wird die erste Abbildung M1 unabhängig von einer externen alterbedingten Verschlechterung gelernt. Dementsprechend wird die alterbedingte Verschlechterung der Piezo-Einspritzvorrichtung 10 getrennt von der externen altersbedingten Verschlechterung gelernt oder für eine Korrektur behandelt.
In der herkömmlichen Steuerung, die in der JP2003-254139A beschrieben ist, wird die Ansteuerungsimpulsbreite Tq auf der Grundlage einer Variation der Kraftmaschinendrehzahl korrigiert, wenn sich eine Einspritzkennlinie der Einspritzvorrichtung altersbedingt verschlechtert. Dementsprechend wird, obwohl eine tatsächliche Einspritzrate kleiner ist als ein geeigneter Wert, da das Düsenloch 32 beispielsweise blockiert ist, die erforderliche Einspritzmenge Q erfüllt, da die Ansteuerungsimpulsbreite tq durch die vorstehend beschriebene Korrektur korrigiert wird, um eine längere Zeitdauer aufzuweisen. Folglich kann nicht bestimmt werden, ob die tatsächliche Einspritzrate kleiner als der geeignete Wert ist, so dass eine Emissionsverschlechterungsbedingung aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung mit einer tatsächlichen Einspritzrate, die kleiner als der geeignete Wert ist, nicht erfasst werden kann.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird, da eine Verkleinerung der Kraftmaschinendrehzahl aufgrund der kleineren tatsächlichen Einspritzrate in dem Lernen der ersten Abbildung M1 nicht reflektiert wird, eine Einspritzmenge von Kraftstoff, der tatsächlich eingespritzt wird, kleiner als die erforderliche Einspritzmenge Q. Dementsprechend ist die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als die gewünschte Drehzahl aufgrund eines mangelnden Drehmoments der Kraftmaschine, wobei hierdurch die kleinere tatsächliche Einspritzrate erfasst wird, indem erfasst wird, ob die Kraftmaschinendrehzahl verkleinert ist. Zusätzlich kann, wenn die ECU 60 die Emissionsverschlechterungsbedingung in dieser Art und Weise erfasst, ein Fahrer vorzugsweise über einen Evakuierungsbetrieb aufgrund der Emissionsverschlechterungsbedingung sowie das mangelnde Drehmoment informiert werden, indem ein Warnalarm 61 (3), wie beispielsweise eine Warnlampe, betätigt wird.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei eine Konzentration auf Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt.
Bei einer Steuerung der Einspritzmenge Q gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Einspritzzeit eingestellt, indem eine Ansteuerungsimpulsbreite tq des Ansteuerungsimpulssignals reguliert wird. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Einspritzzeit eingestellt, indem die an das piezoelektrische Element 52 angelegte Spannung reguliert wird, wobei die Ansteuerungsimpulsbreite tq konstant bleibt.
Genauer gesagt wird, wenn die an das piezoelektrische Element 52 angelegte Spannung vergrößert wird, wobei die Ansteuerungsimpulsbreite tq konstant ist, ein zugehöriger Spannungssignalverlauf von einer durchgezogenen Linie zu einer abwechselnd lang- und kurzgestrichelten Linie 13 verschoben (12D). Anders ausgedrückt wird die Einspritzzeit verlängert. Somit wird, wenn beispielsweise die Einspritzmenge Q gesteuert wird, um sich zu vergrößern, die Einspritzzeit verlängert, indem die Spannung vergrößert wird.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ebenso ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel die Einspritzendzeit Tfin geschätzt, indem eine Zeit erfasst wird, bei der ein negativer Spitzenwert in einem Stromsignalverlauf erscheint, wobei die erste Abbildung M1 auf der Grundlage der geschätzten Einspritzendzeit Tfin gelernt wird. Somit werden ähnliche Wirkungen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
Die Erfindung ist nicht auf die Beschreibungen in den vorstehenden Ausführungsbeispielen begrenzt, wobei charakteristische Konfigurationen der vorstehenden Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden können. Zusätzlich kann die Erfindung beispielsweise in der nachstehend beschriebenen Art und Weise verkörpert werden.
Wie vorstehend beschrieben entspricht die Zeit, bei der der negative Spitzenwert des Stroms, der dem piezoelektrischen Element 52 zugeführt wird, erscheint, im Allgemeinen der Endzeit einer Abnahme der Einspritzrate. Zusätzlich erscheint ein positiver Spitzenwert P2 (11A) der an das piezoelektrische Element 52 angelegten Spannung bei der Einspritzendzeit. Dementsprechend wird an Stelle einer Erfassung des Stromwerts in dem Erfassungselement 29 der Spannungswert erfasst, wobei die Einspritzendzeit Tfin erfasst werden kann, indem der positive Spitzenwert P2 der Spannung in der Verarbeitung gemäß 9 erfasst wird.
Ein Phänomen der Variation der Einspritzmenge entsprechend der Einspritzendzeit Tfin tritt deutlicher auf, wenn das piezoelektrische Element 52 für die Betätigungseinrichtung verwendet wird, als wenn ein Elektromagnet für die Betätigungseinrichtung verwendet wird. Dementsprechend wird, wenn das piezoelektrische Element 52 für die Betätigungseinrichtung verwendet wird, die Steuerung der Betätigungseinrichtung zuverlässiger unabhängig von der externen altersbedingten Verschlechterung korrigiert.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das piezoelektrische Element 52 als eine Betätigungseinrichtung zum Öffnen und Schließen der Düsennadel 34 verwendet. Alternativ hierzu kann ein Elektromagnet verwendet werden. Wenn der Elektromagnet verwendet wird, ist eine andere Endzeiterfassungseinrichtung erforderlich, da ein Strom und eine Spannung keine Spitzenwerte aufweisen. Beispielsweise kann ein Sensor zur Erfassung der Hubgröße der Düsennadel 34 bereitgestellt sein, und die Zeit, bei der die Düsennadel 34 das Düsenloch 32 schließt, muss durch diesen Sensor erfasst werden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Einspritzzeit eingestellt, indem die an das piezoelektrische Element 52 angelegte Spannung reguliert wird. Alternativ hierzu kann die Einspritzzeit eingestellt werden, indem der Stromwert ebenso reguliert wird.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind für einen Fachmann ersichtlich. Die Erfindung in ihren breiteren Begriffen ist folglich nicht auf spezifische Details, ein repräsentatives Gerät und auf gezeigte und beschriebene Veranschaulichungsbeispiele begrenzt.
Wie es vorstehend beschrieben ist, steuert ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem eine Einspritzvorrichtung (10), die einen Ventilkörper (30a, 30b, 30c, 30d) mit einem Düsenloch (32), ein Ventilelement (34, 36, 38), das in dem Ventilkörper aufgenommen ist und eingerichtet ist, das Düsenloch zu öffnen und zu schließen, und eine Betätigungseinrichtung (52) umfasst, die das Ventilelement zum Öffnen und Schließen des Düsenlochs betätigt. Das System steuert die Betätigungseinrichtung, um eine Kraftstoffeinspritzung zu steuern, und umfasst eine Ausgabevorrichtung (60), eine Endzeiterfassungsvorrichtung (60, 29) und eine Korrekturvorrichtung (60). Die Ausgabevorrichtung (60) stellt ein Anweisungssignal auf der Grundlage einer erforderlichen Einspritzmenge (Q) ein und gibt dieses aus. Das Signal weist die Betätigungseinrichtung an, das Düsenloch zu öffnen und zu schließen. Die Endzeiterfassungsvorrichtung erfasst eine Endzeit (Tfin), zu der das Ventilelement betätigt wird, um das Düsenloch zu schließen, wobei hierdurch die Kraftstoffeinspritzung tatsächlich beendet wird. Die Korrekturvorrichtung (60) korrigiert das Signal entsprechend der Endzeit (Tfin).

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem zur Steuerung einer Einspritzvorrichtung (10), die einen Ventilkörper (30a, 30b, 30c, 30d) mit einem Düsenloch (32), durch das Kraftstoff eingespritzt wird, ein Ventilelement (34, 36, 38), das in dem Ventilkörper (30a, 30b, 30c, 30d) aufgenommen ist und eingerichtet ist, das Düsenloch (32) zu öffnen und zu schließen, und eine Betätigungseinrichtung (52) umfasst, die eingerichtet ist, das Ventilelement (34, 36, 38) zum Öffnen und Schließen des Düsenlochs (32) zu betätigen, wobei das System die Betätigungseinrichtung (52) der Einspritzvorrichtung (10) steuert, um eine Kraftstoffeinspritzung zu steuern, und umfasst: eine Ausgabeeinrichtung (60) zum Einstellen und Ausgeben eines Anweisungssignals auf der Grundlage einer erforderlichen Einspritzmenge (Q), wobei das Anweisungssignal die Betätigungseinrichtung (52) anweist, das Düsenloch (32) zu öffnen und zu schließen, eine Endzeiterfassungseinrichtung (60, 29) zur Erfassung einer Endzeit (Tfin), zu der das Ventilelement (34, 36, 38) zum Schließen des Düsenlochs (32) betätigt wird, wobei hierdurch die Kraftstoffeinspritzung tatsächlich beendet wird, und eine Korrektureinrichtung (60) zur Korrektur des Anweisungssignals entsprechend der Endzeit (Tfin), wobei die Betätigungseinrichtung (52) ein piezoelektrisches Element (52) ist, das sich ausdehnt, um das Düsenloch (32) zu öffnen, oder sich zusammenzieht, um das Düsenloch (32) zu schließen, entsprechend einem Laden des piezoelektrischen Elements (52) mit elektrischer Energie, die dem piezoelektrischen Element (52) in Reaktion auf das Anweisungssignal zugeführt wird, oder entsprechend einem Entladen der elektrischen Energie aus dem piezoelektrischen Element (52), die Ausgabeeinrichtung (60) ein Ansteuerungsimpulssignal als das Anweisungssignal ausgibt, das die Betätigungseinrichtung (52) anweist, das Düsenloch (32) zu öffnen und zu schließen, die Endzeiterfassungseinrichtung (60, 29) einen Spitzensignalverlauf (P2, P1) in einem Signalverlauf erfasst, der eine Variation des Spannungswerts oder des Stromwerts der dem piezoelektrischen Element (52) zugeführten elektrischen Energie entsprechend einer vergangenen Zeit ist, wobei der Spitzensignalverlauf (P2, P1) nach einer Zeit (t4) erzeugt wird, zu der die Betätigungseinrichtung (52) durch das Ansteuerungsimpulssignal angewiesen wird, das Düsenloch (32) zu schließen, und die Endzeiterfassungseinrichtung (60, 29) eine Zeit (Tfin), zu der der Spitzensignalverlauf (P2, P1) erzeugt wird, als die Endzeit (Tfin) behandelt.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Ausgabeeinrichtung (60) das Ansteuerungsimpulssignal korrigiert, um die Zeit (t4) zu ändern, zu der die Betätigungseinrichtung (52) angewiesen wird, das Düsenloch (32) zu schließen.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausgabeeinrichtung (60) das Anweisungssignal unter Verwendung einer Einspritzanweisungskennlinie (M1) einstellt, die eine Beziehung zwischen der erforderlichen Einspritzgröße (Q) und einer erwarteten Einspritzendzeit (Tfin_com) zeigt, und die Korrektureinrichtung (60) das Anweisungssignal korrigiert, indem die Einspritzanweisungskennlinie (M1) auf der Grundlage der Endzeit (Tfin) neu geschrieben wird.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Korrektureinrichtung (60) einen Spannungswert oder einen Stromwert der dem piezoelektrischen Element (52) zugeführten elektrischen Energie korrigiert.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Endzeiterfassungseinrichtung (60, 29) den Spitzensignalverlauf (P2, P1) erfasst, der in einer der nachstehenden Zeitdauern erzeugt wird: eine Zeitdauer, während der der Spannungswert höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, und eine Zeitdauer, während der der Stromwert niedriger ist als ein vorbestimmter Schwellenwert.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach Anspruch 1 bis 5, wobei die Endzeiterfassungseinrichtung (60, 29) den Spitzensignalverlauf (P2, P1) erfasst, der bei einer der nachstehenden Zeiten erzeugt wird: eine Zeit (P2), wenn sich eine Variation des Spannungswerts pro Einheitszeit von einem positiven Wert zu einem negativen Wert ändert, und eine Zeit (P1), wenn sich eine Variation des Stromwerts pro Einheitszeit von einem negativen Wert zu einem positiven Wert ändert.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Endzeiterfassungseinrichtung (60, 29) den Spitzensignalverlauf (P2, P1) nach einer Zeit (t4 + W2) erfasst, die eine vorbestimmte Zeitdauer (W2) nach der Zeit (t4) liegt, zu der die Betätigungseinrichtung (52) angewiesen wird, das Düsenloch (32) zu schließen, und die elektrische Energie aus dem piezoelektrischen Element (52) während der vorbestimmten Zeitdauer (W2) entladen wird.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Einspritzvorrichtung (10) eine von einer Vielzahl von Einspritzvorrichtungen (10) ist, jede der Vielzahl von Einspritzvorrichtungen (10) bei einem entsprechenden einer Vielzahl von Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine angebracht ist, und die Korrektureinrichtung (60) das Anweisungssignal derart korrigiert, dass die Vielzahl von Einspritzvorrichtungen (10) näherungsweise die gleiche tatsächliche Einspritzmenge an Kraftstoff einspritzt.
Kraftstoffeinspritzsystem mit: einer Einspritzvorrichtung (10), die umfasst: einen Ventilkörper (30a, 30b, 30c, 30d) mit einem Düsenloch (32), durch das Kraftstoff eingespritzt wird, ein Ventilelement (34, 36, 38), das in dem Ventilkörper (30a, 30b, 30c, 30d) aufgenommen ist und eingerichtet ist, das Düsenloch (32) zu öffnen und zu schließen, und eine Betätigungseinrichtung (52), die eingerichtet ist, das Ventilelement (34, 36, 38) zum Öffnen und Schließen des Düsenlochs (32) zu betätigen, und dem Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8.