DE102008011064B4

DE102008011064B4 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102008011064B4
Application number: DE102008011064A
Authority: DE
Inventors: Hidetaka Toyota Shibata; Takashi Toyota Oshima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP2008215127A; JP4497167B2; DE102008011064A1

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die in einer Brennkraftmaschine (10) verwendbar ist, welche einen Druckspeicher aufweist, der mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gefüllt ist, ein Kraftstoffeinspritzventil (11), das mit dem Druckspeicher verbunden ist, um Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einzuspritzen, und eine Abgasreinigungsvorrichtung (30), die in einem Abgasdurchlass (18) vorgesehen ist, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung den Kraftstoffdruck innerhalb des Druckspeichers (P) abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (10) anpasst und eine Nacheinspritzung von Kraftstoff während eines Arbeitshubs oder eines Ausstoßhubs getrennt von der Kraftstoffeinspritzung für die Erzeugung von Drehmoment mittels des Kraftstoffeinspritzventils (11) durchführt, wobei
ein Einzeleinspritzmodus, in dem nur eine einzelne Einspritzung als die Nacheinspritzung durchgeführt wird, und ein unterteilter Einspritzmodus, in dem mehrere Nacheinspritzungen als die Nacheinspritzung durchgeführt werden, als die Kraftstoffeinspritzmodi für die Nacheinspritzung festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Einzeleinspritzmodus ausgewählt wird, wenn der Kraftstoffdruck (P) höher als
ein vorab festgelegter Druck ist, während der unterteilte Einspritzmodus ausgewählt wird,...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Durchführen einer Kraftstoffeinspritzung von einem Kraftstoffeinspritzventil und einer Nacheinspritzung, d. h. einer Kraftstoffeinspritzung während eines Arbeitshubs oder Auspuffhubs getrennt von der Kraftstoffeinspritzung zur Erzeugung eines Drehmoments.
In letzter Zeit wurden viele Brennkraftmaschinen in Gebrauch genommen, in denen Kraftstoff direkt in eine Brennkammer eingespritzt wird. Diese Brennkraftmaschinen weisen einen Druckspeicher auf, der mit Kraftstoff unter hohem Druck gefüllt ist, und ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit dem Druckspeicher verbunden ist. Abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird der Kraftstoffdruck innerhalb des Druckspeichers angepasst und das Kraftstoffeinspritzventil wird geöffnet oder geschlossen, so dass eine Kraftstoffmenge, die zu dem Betriebszustand passt, von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird.
Weiterhin ist eine Abgasreinigungsvorrichtung in einem Abgasdurchlass der Brennkraftmaschine vorgesehen. Die Abgasreinigungsvorrichtung umfasst einen Konverter und einen Abgasfilter und reinigt Abgas. Um die vollständige Reinigungsfunktion der Abgasreinigungsvorrichtung zu erfüllen, ist eine Vorrichtung zum Durchführen einer Nacheinspritzung bekannt. Diese Vorrichtung stellt der Abgasreinigungsvorrichtung über die Nacheinspritzung unverbrannte Kraftstoffkomponenten bereit. Die Temperatur des Abgasfilters wird durch Oxidation der unverbrannten Kraftstoffkomponenten erhöht. Dann wird partikuläres Material bzw. Feinstaub, der sich in dem Abgasfilter sammelt, zur Entfernung oxidiert, um die volle Reinigungswirkung des Abgasfilters zu komplettieren. Die Nacheinspritzung ist eine Kraftstoffeinspritzung vom Kraftstoffeinspritzventil während des Arbeitstakts oder des Auspufftakts und wird getrennt von einer Einspritzung für die Drehmomenterzeugung durchgeführt.
In einer Brennkraftmaschine, in der eine solche Nacheinspritzung durchgeführt wird, ist es wahrscheinlich, dass sich eingespritzter Kraftstoff an den Wänden niederschlägt. Zudem wird ein Teil des niedergeschlagenen Kraftstoffs von dem Kolbenring in einen Kurbelkasten abgezogen, wo er sich mit Schmieröl vermischt. Wenn die Verdünnung des Öls fortschreitet, wird die Schmierfähigkeit verringert.
Folglich wurde eine Vorrichtung wie in der veröffentlichten Patentanmeldung JP-2005-307 778 A vorgeschlagen, um den Grad der Verdünnung des Öls mit Kraftstoff zu messen und den Bereich der Betriebsparameter für den Betrieb der Nacheinspritzung für die Brennkraftmaschine einzuschränken, wenn der Grad der Verdünnung größer ist. Diese Vorrichtung kann die Häufigkeit von Nacheinspritzungen verringern, wenn die Verdünnung fortschreitet, wodurch eine zu starke Verdünnung des Ols mit Kraftstoff vermieden wird.
Die vorstehend erörterte Vorrichtung kann das Fortschreiten der Verdünnung des Ols verhindern, verringert jedoch die Häufigkeit der Nacheinspritzungen. Daher kann die vollständige Reinigungsfunktion der Abgasreinigungsvorrichtung nicht geeignet wiedererlangt werden.
Die Firmenschrift „FEV Spectrum” der FEV Motorentechnik GmbH in Aachen beschreibt in ihrer Ausgabe 28 vom März 2005 ab Seite 7 das Problem der Ölverdünnung beim Dieselmotor und schlägt als Lösung eine mehrfache Nacheinspritzung vor, da sich dadurch bei der zweiten (und weiteren) Nacheinspritzungen ein „thermischer Schutzschild” ausbilde, der ein Benetzen der Zylinderwand und die daraus resultierende Ölverdünnung verhindere.
Die DE 101 59 479 A1 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, um die Verdünnung des Ols mit Kraftstoff zu verringern oder zu verhindern und geeignet die volle Reinigungsfunktion der Abgasreinigungsvorrichtung wiederzuerlangen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung geschaffen, die in einer Brennkraftmaschine (10) verwendbar ist. Die Brennkraftmaschine weist einen Druckspeicher auf, der mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gefüllt ist, ein Kraftstoffeinspritzventil (11), das mit dem Druckspeicher verbunden ist, um Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einzuspritzen, und eine Abgasreinigungsvorrichtung (30), die in einem Abgasdurchlass (18) vorgesehen ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung passt den Kraftstoffdruck innerhalb des Druckspeichers (P) abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (10) an und führt eine Nacheinspritzung von Kraftstoff während eines Arbeitshubs oder eines Ausstoßhubs getrennt von der Kraftstoffeinspritzung für die Erzeugung von Drehmoment mittels des Kraftstoffeinspritzventils (11) durch. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Einzeleinspritzmodus, in dem nur eine einzelne Einspritzung als die Nacheinspritzung durchgeführt wird, und ein unterteilter Einspritzmodus, in dem mehrere Nacheinspritzungen als die Nacheinspritzung durchgeführt werden, als die Kraftstoffeinspritzmodi für die Nacheinspritzung festgelegt werden. Der Einzeleinspritzmodus wird verwendet, wenn der Kraftstoffdruck (P) höher als ein vorab festgelegter Druck ist, während der unterteilte Einspritzmodus verwendet wird, wenn der Kraftstoffdruck bei oder unter dem vorab festgelegten Druck liegt.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren deutlicher, welche beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
1 ist ein schematisches Schaubild, das eine Brennkraftmaschine veranschaulicht, bei der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und Peripheriegeräte der Brennkraftmaschine; und
2 ist ein Ablaufplan zur Veranschaulichung der Verarbeitung eines Modusumschaltvorgangs.
Nachstehend wird eine Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist ein schematisches Schaubild, das eine Brennkraftmaschine veranschaulicht, bei welcher eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sowie Peripheriegeräte der Brennkraftmaschine.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist in einer Brennkraftmaschine 10 angebracht, die eine Vielzahl von Zylindern #1 bis #4 umfasst. Eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzventilen 11 ist an der Brennkraftmaschine 10 angebracht. Jedes der Kraftstoffeinspritzventile 11 ist dazu angepasst, Kraftstoff direkt in eine Brennkammer eines unter den Zylindern #1 bis #4 einzuspritzen. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 11 ist mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung (”common rail”) 12 verbunden, die als ein Druckspeicher dient, und die gemeinsame Kraftstoffleitung ist mit einer Zuführ- bzw. Kraftstoffpumpe 13 verbunden. Kraftstoff, der in einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank gesammelt wird, wird von der Kraftstoffpumpe 13 angesaugt und in die gemeinsame Kraftstoffleitung 12 gepumpt. So wird die gemeinsame Kraftstoffleitung 12 mit dem unter hohem Druck stehenden Kraftstoff gefüllt. In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform wird der unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in der gemeinsamen Leitung 12 direkt über einen Umschaltvorgang (Öffnen oder Schließen) jedes Kraftstoffeinspritzventils 11 in die Brennkammer jedes Zylinders #1 bis #4 eingespritzt.
Jeder Zylinder #1 bis #4 der Brennkraftmaschine 10 ist über einen Ansaugkrümmer 14 mit einem Ansaugdurchlass 15 verbunden. In der Brennkraftmaschine 10 wird Außenluft durch den Ansaugkrümmer 14 und den Ansaugdurchlass 15 in die Brennkammer jedes Zylinders #1 bis #4 eingesaugt. Ein Drosselventil 16 ist in dem Ansaugdurchlass 15 vorgesehen und verändert eine Querschnittsfläche des Ansaugdurchlasses 15. Durch Steuern des Öffnungsgrads des Drosselventils 16 wird die durch den Ansaugdurchlass gehende Luftmenge, d. h. die Ansaugluftmenge, angepasst.
Zudem ist auch jeder Zylinder #1 bis #4 über einen Abgaskrümmer 17 mit einem Abgasdurchlass 18 verbunden. In der Brennkraftmaschine 10 wird Abgas, das nach der Verbrennung in der Brennkammer jedes Zylinders #1 bis #4 erzeugt wird, durch den Abgaskrümmer 17 und den Abgasdurchlass 18 nach außen abgegeben.
Ein Turbolader 19, der durch Abgas angetrieben wird, ist in der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen. Der Turbolader 19 weist einen Kompressor 20 auf, der in dem Ansaugdurchlass 15 bezüglich der Flussrichtung der Ansaugluft auf der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 16 vorgesehen ist, und eine Turbine 21, die in dem Abgasdurchlass 18 vorgesehen ist.
Ein Zwischenkühler bzw. Ladeluftkühler 22 ist zwischen dem Drosselventil 16 in dem Ansaugdurchlass 15 und dem Kompressor vorgesehen. Der Ladeluftkühler 22 kühlt die heiße Ansaugluft ab, die von dem Turbolader 19 aufgeladen bzw. verdichtet wurde.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 30 ist mit Bezug auf die Flussrichtung des Abgases auf der stromabwärtigen Seite der Turbine 21 in dem Abgasdurchlass angeordnet. Die Abgasreinigungsvorrichtung 30 fängt Verunreinigungen wie Feinstaub (partikuläres Material, PM), Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC) ab und/oder wandelt diese um, um das Abgas zu reinigen.
Genauer gesagt weist die Abgasreinigungsvorrichtung 30 zwei katalytische Konverter bzw. Katalysatoren 31 und 32 und einen Filter 33 auf. Die Katalysatoren 31 und 32 tragen einen Oxidationskatalysator in ihrem Inneren und sind hintereinander und mit einem Abstand zueinander in der Flussrichtung des Abgases angeordnet. Diese Katalysatoren 31 und 32 wandeln CO und HC im Abgas in harmloses Kohlendioxid (CO₂) oder Wasser (H₂0) um. Der Filter 33 ist in der Flussrichtung des Abgases auf der stromabwärtigen Seite der Katalysatoren 31 und 32 vorgesehen. Der Filter 33 fängt PM im Abgas auf.
Die Brennkraftmaschine 10 weist verschiedene Sensoren als Peripheriegeräte auf. Beispielsweise gehört zu diesen Sensoren ein Gaspedalsensor 41 zum Erfassen der Betätigungsstärke (d. h. des Gaspedalniederdrückbetrags AC) des (nicht gezeigten) Gaspedals, ein Drehzahlsensor 42 zum Erfassen der Drehzahl einer (nicht gezeigten) Abtriebswelle der Brennkraftmaschine (einer Brennkraftmaschinendrehzahl), und ein Drucksensor 43 zum Erfassen des Drucks des Kraftstoffs in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 12 (des momentanen Leitungsdrucks P). Zudem sind ein Temperatursensor 44 zum Erfassen einer Temperatur Ta von Abgas, das gerade durch einen Abschnitt des Abgasdurchlasses 18 zwischen den katalytischen Konvertern 31 und 32 geht, und ein Temperatursensor 45 zum Erfassen einer Temperatur Tb von Abgas vorgesehen, das durch den Abschnitt des Abgasdurchlasses 18 zwischen den zwei Katalysatoren 31 und 32 gegangen ist.
Die Brennkraftmaschine 10 weist auch eine elektronische Steuereinheit (ECU, electronic control unit) 40 als Peripheriegerät auf, die beispielsweise einen Mikrocomputer umfasst. Die elektronische Steuereinheit 40 empfängt Ausgangssignale von den verschiedenen Sensoren, führt verschiedene Vorgänge durch und übt verschiedene Steuerungen bezüglich des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 auf der Grundlage der Betriebsbedingungen aus. Die Steuerung umfasst die Steuerung des Antriebs des Kraftstoffeinspritzventils 11, die Steuerung des Antriebs der Kraftstoffpumpe 13 und die Steuerung des Öffnungsgrads des Drosselventils 16, sie ist aber nicht darauf beschränkt.
In der Steuerung zum Antrieb des Kraftstoffeinspritzventils 11 wird die eingespritzte Kraftstoffmenge zur Drehmomenterzeugung, d. h. die Haupteinspritzung, angepasst. Insbesondere wird zuerst ein Steuerzielwert für die Kraftstoffeinspritzung (Haupteinspritzmenge Qm) während der Haupteinspritzung auf der Grundlage des Niederdrückbetrags AC des Gaspedals und der Drehzahl NE der Brennkraftmaschine festgelegt. Der berechnete Wert für die Haupteinspritzmenge Qm wird größer, wenn der Niederdrückbetrag des Gaspedals größer und die Drehzahl der Brennkraftmaschine höher wird. Dann wird das Kraftstoffeinspritzventil 11 während der Zeit geöffnet, welche der Haupteinspritzmenge Qm entspricht und der zu dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 passende Kraftstoff bzw. die passende Menge wird durch Einspritzung bereitgestellt.
In der Steuerung zum Antrieb der Kraftstoffpumpe 13 wird der Druck des Kraftstoffs in der gemeinsamen Leitung 12 (tatsächlicher Leitungsdruck P) angepasst. Genauer wird zuerst ein Steuerzielwert für den tatsächlichen Leitungsdruck P, nämlich der Zielleitungsdruck TP, auf der Grundlage der Haupteinspritzmenge Qm und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE festgelegt. Der Zielleitungsdruck TP wird größer, wenn die Haupteinspritzmenge Qm größer und die Brennkraftmaschinendrehzahl NE höher ist. Dann wird die Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffpumpe 13 gepumpt wird, angepasst, um den tatsächlichen Leitungsdruck P an den Zielleitungsdruck TP anzupassen, und dadurch wird der tatsächliche Leitungsdruck P auf einen Druck gebracht, der für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 geeignet ist.
Zusätzlich wird bei der Steuerung des Antriebs des Kraftstoffeinspritzventils 11 eine Nacheinspritzung oder eine Kraftstoffeinspritzung während des Endabschnitts des Arbeitstakts der Brennkraftmaschine 10 (beispielsweise während des Zeitabschnitts zwischen 120° und 160° Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts [after top dead center of the compression, ATDC]) getrennt von der Haupteinspritzung durchgeführt. Die Nacheinspritzung wird durchgeführt, um die volle Funktion des Filters 33 zu regenerieren. Insbesondere werden dem Abgas durch die Nacheinspritzung unverbrannte Kraftstoffkomponenten hinzugefügt. Die unverbrannten Kraftstoffkomponenten werden dann in den zwei katalytischen Konvertern 31 und 32 oxidiert, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen. Der Durchgang des Abgases mit hoher Temperatur durch den Filter 33 erhöht die Temperatur des Filters 33 und dadurch wird Feinstaub PM, der in dem Filter aufgefangen wurde, oxidiert.
Im Folgenden wird die Nacheinspritzung genauer beschrieben.
Die Nacheinspritzung wird in einem vorab festgelegten Zeitabschnitt durchgeführt, wenn eine vorab festgelegte Betriebsbedingung erfüllt ist. Ob die Betriebsbedingung erfüllt ist oder nicht, wird basierend darauf bestimmt, ob die folgenden zwei Punkte erfüllt sind.

(1) Die Menge des Feinstaubs PM, der in dem Filter 33 aufgefangen wurde, oder eine PM-Sammelmenge erreicht mindestens einen vorab festgelegten Wert. In der vorliegenden Ausführungsform wird die PM-Sammelmenge über die Zeit auf der Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 10 oder der Temperatur des Filters 33 abgeschätzt und in der elektronischen Steuereinheit 40 gespeichert.
(2) Die Temperatur des katalytischen Konverters 32 auf der stromabwärtigen Seite hinsichtlich der Flussrichtung des Abgases ist gleich einem vorab bestimmten Wert oder größer. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Temperatur des katalytischen Konverters 32 über der Zeit auf der Grundlage der Temperatur Ta des Abgases abgeschätzt und in der elektronischen Steuereinheit 40 gespeichert.

In der Nacheinspritzung werden zwei unterschiedliche Arten von Modi, nämlich ein Einzeleinspritzmodus und ein unterteilter Einspritzmodus festgelegt. Einer davon wird zur Zeit des Betriebs der Nacheinspritzung verwendet.
Der Einzeleinspritzmodus ist ein Kraftstoffeinspritzmodus, in welchem nur eine einzelne Kraftstoffeinspritzung als Nacheinspritzung nach dem Vorgang der Haupteinspritzung durchgeführt wird.
Bei der Auswahl des Einzeleinspritzmodus wird ein Steuerzielwert für die Kraftstoffeinspritzmenge (Zielnacheinspritzmenge Qp1) auf der Grundlage der Haupteinspritzmenge Qm festgelegt. Die Zielnacheinspritzmenge Qp1 wird größer gewählt, wenn die Haupteinspritzmenge kleiner ist. Der Grund dafür ist, dass die Temperatur des Gases niedrig ist, das in den Abgasdurchlass 18 ausgestoßen wird, und daher mehr Kraftstoff notwendig ist, um die Temperatur des Filters 33 anzuheben, wenn die Haupteinspritzmenge Qm klein ist. Dann wird das Kraftstoffeinspritzventil 11 während der Zeit geöffnet, welche der Nacheinspritzmenge Qp1 entspricht, wodurch die Nacheinspritzung durchgeführt wird.
Weiterhin wird bei der Auswahl des Einzeleinspritzmodus ein Steuerzielwert für den KraftstoffeinspritzZeitabschnitt (Zielnacheinspritzzeitabschnitt Tp) auf der Grundlage der Haupteinspritzmenge Qm und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE festgelegt.
Der Zielnacheinspritzzeitabschnitt Tp wird auf einen Zeitabschnitt festgelegt, der sowohl die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs als auch einen Niederschlag des eingespritzten Kraftstoffs an der Zylinderwand verhindern kann. Dann wird das Kraftstoffeinspritzventil 11 in dem Zielnacheinspritzzeitabschnitt Tp während der Nacheinspritzung geöffnet.
Weiterhin wird in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur an einem stromabwärtigen Ende des Katalysators 32 oder die Temperatur an einem stromaufwärtigen Ende des Filters 33 (Filtertemperatur Tf) in der Strömungsrichtung des Abgases auf der Grundlage der Abgastemperatur Tb abgeschätzt und in der elektronischen Steuereinheit 40 gespeichert. Bei der Durchführung des Nacheinspritzvorgangs wird die Betriebsgröße des Kraftstoffeinspritzventils 11 so feedback-geregelt, dass die Filtertemperatur Tf sich auf eine vorab festgelegte Zielfiltertemperatur (beispielsweise 600 bis 700°C) einpegelt.
Andererseits ist der geteilte Einspritzmodus ein Kraftstoffeinspritzmodus, in dem eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen nach der Haupteinspritzung durchgeführt werden.
Bei der Wahl des unterteilten Einspritzmodus wird ein Steuerzielwert für die Kraftstoffeinspritzmenge (Zielnacheinspritzmenge Qp2) für jede Kraftstoffeinspritzung festgelegt. Die Zielnacheinspritzmenge Qp2 ist die Hälfte der Zielnacheinspritzmenge Qp1. Dann wird das Kraftstoffeinspritzventil 11 zweimal in einem vorab bestimmten Intervall für eine Zeitdauer geöffnet, die jeweils der Zielnacheinspritzmenge Qp2 entspricht, wodurch die zwei Kraftstoffeinspritzungen als Nacheinspritzung durchgeführt werden.
Zudem werden bei der Auswahl des unterteilten Einspritzmodus Steuerzielwerte für den Kraftstoffeinspritzzeitabschnitt in den jeweiligen Kraftstoffeinspritzungen (Zielnacheinspritzzeitabschnitte Tpa und Tpb) auf der Grundlage der Haupteinspritzmenge Qm und der Brennkraftmaschinendrehzahl NE festgelegt. Jeder der Zielnacheinspritzzeitabschnitte Tpa und Tpb wird auch auf einen Zeitabschnitt festgelegt, der sowohl die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs als auch einen Niederschlag des eingespritzten Kraftstoffs an der Zylinderwand verhindern kann. Dann wird das Kraftstoffeinspritzventil 11 in jedem der Zielnacheinspritzzeitabschnitte Tpa und Tpb während der Nacheinspritzung geöffnet.
Zudem wird der Betätigungsbetrag des Kraftstoffeinspritzventils 11 während jeder der zwei Kraftstoffeinspritzungen so feedback-geregelt, dass die Filtertemperatur Tf der vorab bestimmten Zieltemperatur entspricht.
In der vorliegenden Ausführungsform können die Kraftstoffeinspritzmodi in der Nacheinspritzung selektiv abhängig von dem tatsächlichen Leitungsdruck P umgeschaltet werden.
Eine genauere Erläuterung wird mit Bezug zu 2 gegeben, welche einen beispielhaften Vorgang zum Umschalten der Modi veranschaulicht. Wenn der tatsächliche Leitungsdruck P größer als ein vorab bestimmter Druckpegel ist (Nein in Schritt S10), wird der Einzeleinspritzmodus gewählt (Schritt S11). Wenn der tatsächliche Leitungsdruck P auf oder unter dem vorab bestimmten Druckpegel liegt (Ja in Schritt S10), wird der unterteilte Einspritzmodus gewählt (Schritt S12).
In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform tritt unvermeidlich ein Fehler der Einspritzmenge bei jeder Einspritzung auf Grund von Toleranzen eines oder mehrerer Elemente der Vorrichtung auf. Dieser Fehler wird größer, je weiter der tatsächliche Leitungsdruck P steigt.
Wenn der Einzeleinspritzmodus ausgewählt ist, addiert sich der Fehler für die Einspritzmenge nicht, das heißt, es treten nicht Fehler für zwei Kraftstoffeinspritzungen auf. Folglich kann im Vergleich zu dem Fall, in welchem ein unterteilter Einspritzmodus gewählt wird, eine höhere Genauigkeit der Kraftstoffmenge erhalten werden, die für die Einspritzung vorbereitet wird. Andererseits wird in dem Einzeleinspritzmodus eine große Kraftstoffeinspritzmenge auf einmal von dem Kraftstoffeinspritzventil 11 eingespritzt. Folglich ist die Treibkraft bzw. der Impuls des eingespritzten Kraftstoffs groß und eine größere Menge des Kraftstoffs schlägt sich an der Wandoberfläche nieder.
Wenn ein unterteilter Einspritzmodus gewählt wird, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass sich Kraftstoff auf der Wand niederschlägt, auf Grund der erhöhten Zahl von Einspritzungen, aber die Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzung ist geringer. Dies verringert die Menge des sich an der Wand niederschlagenden Kraftstoffs, was dazu führt, dass die Gesamtmenge des Kraftstoffs kleiner wird, der sich an der Wand niederschlägt. In dem unterteilten Einspritzmodus tritt jedoch ein Fehler bei jeder Kraftstoffeinspritzung auf, und die Fehler addieren sich. Somit ist es wahrscheinlich, dass die Genauigkeit der Kraftstoffmenge, die zur Einspritzung vorbereitet ist, im Vergleich zu jener im Einzeleinspritzmodus kleiner ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der unterteilte Einspritzmodus gewählt, wenn der tatsächliche Leitungsdruck P niedrig ist, das heißt, wenn der Fehler der Einspritzmenge klein und die Genauigkeit der Kraftstoffmenge, die für die Einspritzung vorbereitet ist, nicht so stark verringert wird, selbst wenn der unterteilte Einspritzmodus gewählt wird. Daher wird ein Niederschlag des eingespritzten Kraftstoffs an der Wandoberfläche und somit die Verdünnung des Öls mit Kraftstoff vorzugsweise verhindert oder zumindest verringert.
Der Einzeleinspritzmodus wird demgegenüber gewählt, wenn der tatsächliche Leitungsdruck P, das heißt der Fehler der Einspritzmenge, groß und die Genauigkeit der Kraftstoffmenge, die für die Einspritzung vorbereitet ist, stark verringert wäre, wenn der unterteilte Einspritzmodus gewählt würde. Daher wird eine Verringerung der Genauigkeit der Kraftstoffmenge, die für die Einspritzung vorbereitet wird, bevorzugt verhindert. Der Einzeleinspritzmodus kann den Fehler zwischen der Temperatur des Filters 33 und der Zieltemperatur während der Nacheinspritzung unterdrücken, und daher kann bevorzugt die volle Funktion des Filters 33 wiedergewonnen werden. Das Auftreten von unerwünschten Vorfällen, wie einer Verschlechterung des Filters 33 auf Grund einer exzessiven Temperaturerhöhung oder ein Versagen der Wiedergewinnung der Funktionsfähigkeit des Filters 33 auf Grund ungenügender Effekte der erhöhten Temperatur kann ebenfalls verhindert werden. Dies ermöglicht es, die volle Funktion des Filters 33 geeignet in größerem Umfang über einen längeren Zeitabschnitt beizubehalten. Zudem sollte die Haupteinspritzmenge Qm oder die Brennkraftmaschinendrehzahl NE groß und die Temperatur der Zylinderwandfläche hoch sein, wenn der tatsächliche Leitungsdruck P hoch ist. Diese Gegebenheit ist ebenfalls vorteilhaft, weil dann das Auftreten eines Niederschlags des Kraftstoffs an der Wandoberfläche des Zylinders und eine Verdünnung des Öls schwieriger werden.
Daher wird nach der vorliegenden Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzmodus während der Nacheinspritzung abhängig vom tatsächlichen Leitungsdruck P zwischen einem Einzeleinspritzmodus und einem unterteilten Einspritzmodus umgeschaltet. So kann sowohl die Verdünnung des Öls durch Kraftstoff verhindert als auch die volle Funktion des Filters 33 geeignet wiedergewonnen werden.
Die vorliegende Ausführungsform weist die folgenden Vorteile auf:
Zum einen kann die Verdünnung des Öls durch den Kraftstoff verhindert oder zumindest verringert werden und zum anderen kann die volle Funktion des Filters 33 oder zumindest ein größerer Prozentsatz der vollen Funktion geeignet wiedergewonnen werden.
Eine größerer Anteil der vollen Funktion des Filters 33 kann geeignet über einen längeren Zeitabschnitt beibehalten werden.
Die vorstehend gezeigte Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden:
Der unterteilte Einspritzmodus kann ein Kraftstoffeinspritzmodus sein, in dem drei oder mehr Kraftstoffeinspritzungen als Nacheinspritzungen nach dem Vorgang der Haupteinspritzung durchgeführt werden.
Der unterteilte Einspritzmodus kann zwei Kraftstoffeinspritzmodi umfassen, d. h. einen zweigeteilten Einspritzmodus, in welchem zwei Kraftstoffeinspritzungen durchgeführt werden, und einen dreigeteilten Einspritzmodus, in welchem drei Kraftstoffeinspritzungen als Nacheinspritzung durchgeführt werden. In diesem Aufbau kann ein dreigeteilter Einspritzmodus gewählt werden, wenn der tatsächliche Leitungsdruck P auf einem vorab bestimmten Druckpegel α oder darunter liegt, der zweigeteilte Einspritzmodus kann gewählt werden, wenn der tatsächliche Leitungsdruck P größer als der vorab bestimmte Druckpegel ist, aber einen vorab festgelegten Druckpegel β nicht übersteigt (wobei β größer als α ist), und der Einzeleinspritzmodus kann gewählt werden, wenn der tatsächliche Leitungsdruck P höher als der vorab bestimmte Druckpegel β ist.
Zusätzlich zu dem tatsächlichen Leitungsdruck P kann die Zielnacheinspritzmenge Qp1 als ein Auswahlparameter verwendet werden, der zur Auswahl des Einspritzmodus verwendet wird. In diesem Aufbau kann der unterteilte Einspritzmodus gewählt werden, wenn eine Bedingung erfüllt wird wie ”wenn der tatsächliche Leitungsdruck P höchstens gleich einem vorab bestimmten Wert und die Zielnacheinspritzmenge Qp1 kleiner als ein vorab bestimmter Wert ist”, und der Einzeleinspritzmodus kann gewählt werden, wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist.
Man beachte, dass der Fehler der Einspritzmenge wie vorstehend beschrieben größer wird, wenn die einzuspritzende Kraftstoffmenge oder die Zielnacheinspritzmenge Qp1 größer ist. Folglich wird in dem vorstehend beschriebenen Aufbau der unterteilte Einspritzmodus gewählt, wenn die Zielnacheinspritzmenge Qp1 klein ist. In anderen Worten wird der unterteilte Einspritzmodus gewählt, wenn der Fehler der Einspritzmenge selbst bei Auswahl des unterteilten Einspritzmodus nicht zu groß wird. Daher wird vorzugsweise ein Niederschlag des eingespritzten Kraftstoffs an der Wandoberfläche verhindert. Zudem wird die Einzeleinspritzung ausgewählt, wenn die Zielnacheinspritzmenge Qp1 groß ist. In anderen Worten wird die Einzeleinspritzung ausgewählt, wenn die Summe der Fehler durch Auswahl des unterteilten Einspritzmodus groß würde. Daher kann der Unterschied zwischen der Temperatur des Filters 33 und der Zieltemperatur während des Vorgangs der Nacheinspritzung gering gehalten werden.
Die vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung beschränkt, welche eine Kraftstoffeinspritzung als Nacheinspritzung während des Endes des Arbeitshubs bzw. -takts der Brennkraftmaschine durchführt, sondern kann auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung angewendet werden, welche die Kraftstoffeinspritzung während eines Auspuffhubs bzw. -takts einer Brennkraftmaschine durchführt.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist auch auf eine Brennkraftmaschine anwendbar, die keinen Ladeluftkühler aufweist, auf eine Brennkraftmaschine, die keinen Turbolader aufweist, auf eine Brennkraftmaschine, die einen einzelnen Katalysator aufweist und auf eine Brennkraftmaschine ohne katalytischen Konverter.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist auch auf eine Brennkraftmaschine anwendbar, die einen NOx-Speicherreduktionskatalysator in dem Abgasdurchlass aufweist, wobei der NOx-Speicherreduktionskatalysator NOx speichert, indem er das NOx in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases mager ist und das gespeicherte NOx in dem Abgas reduziert, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases fett ist.
In diesem Aufbau wird der unterteilte Einspritzmodus gewählt, wenn der tatsächliche Leitungsdruck auf oder unter einem vorab bestimmten Druckpegel liegt. Daher wird der Niederschlag des eingespritzten Kraftstoffs an der Wandoberfläche verhindert. Zudem wird der Einzeleinspritzmodus gewählt, wenn der tatsächliche Leitungsdruck höher als der vorab bestimmte Druckpegel ist. So wird vorzugsweise die Verringerung der Genauigkeit der für die Einspritzung vorbereiteten Kraftstoffmenge verhindert und die volle Funktion der Abgasreinigungsvorrichtung kann geeigneter wiederhergestellt werden.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann auf eine Brennkraftmaschine angewendet werden, die einen bis drei Zylinder aufweist, oder auf eine Brennkraftmaschine, welche fünf oder mehr Zylinder aufweist.
Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sind als Veranschaulichung und nicht als Beschränkung anzusehen, und die Erfindung ist nicht auf die darin aufgeführten Einzelheiten beschränkt, sondern kann innerhalb der durch die nachstehenden Ansprüche und ihre Äquivalente gezogenen Grenzen modifiziert werden.
Zusammenfassend leistet die Erfindung Folgendes:
Es wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen, die einen Kraftstoffdruck innerhalb einer Kraftstoffleitung der Brennkraftmaschine abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine anpasst und eine Nacheinspritzung von Kraftstoff während eines Arbeitshubs oder eines Auspuffhubs getrennt von der Einspritzung von Kraftstoff zur Erzeugung eines Drehmoments durch das Kraftstoffeinspritzventil durchführt. Ein Einzeleinspritzmodus, in dem nur eine einzelne Kraftstoffeinspritzung als die Nacheinspritzung durchgeführt wird, und ein unterteilter Einspritzmodus, in welchem eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen als die Nacheinspritzung durchgeführt wird, werden als Kraftstoffeinspritzmodi für die Nacheinspritzung festgelegt. Der Einzeleinspritzmodus wird ausgewählt, wenn der Kraftstoffdruck (P) höher als ein vorab festgelegter Druckpegel ist, während der unterteilte Einspritzmodus ausgewählt wird, wenn der Kraftstoffdruck auf dem vorab festgelegten Druck oder darunter liegt.

Claims

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die in einer Brennkraftmaschine (10) verwendbar ist, welche einen Druckspeicher aufweist, der mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff gefüllt ist, ein Kraftstoffeinspritzventil (11), das mit dem Druckspeicher verbunden ist, um Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einzuspritzen, und eine Abgasreinigungsvorrichtung (30), die in einem Abgasdurchlass (18) vorgesehen ist, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung den Kraftstoffdruck innerhalb des Druckspeichers (P) abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (10) anpasst und eine Nacheinspritzung von Kraftstoff während eines Arbeitshubs oder eines Ausstoßhubs getrennt von der Kraftstoffeinspritzung für die Erzeugung von Drehmoment mittels des Kraftstoffeinspritzventils (11) durchführt, wobei ein Einzeleinspritzmodus, in dem nur eine einzelne Einspritzung als die Nacheinspritzung durchgeführt wird, und ein unterteilter Einspritzmodus, in dem mehrere Nacheinspritzungen als die Nacheinspritzung durchgeführt werden, als die Kraftstoffeinspritzmodi für die Nacheinspritzung festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Einzeleinspritzmodus ausgewählt wird, wenn der Kraftstoffdruck (P) höher als ein vorab festgelegter Druck ist, während der unterteilte Einspritzmodus ausgewählt wird, wenn der Kraftstoffdruck (P) bei oder unter dem vorab festgelegten Druck liegt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nacheinspritzung eine Kraftstoffeinspritzung ist, die durchgeführt wird, um der Abgasreinigungsvorrichtung (30) unverbrannte Kraftstoffkomponenten bereitzustellen, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (30) einen Abgasfilter (33) umfasst, um partikuläres Material (PM) in dem Abgas abzufangen.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung (30) auch einen Oxidationskatalysator umfasst, der mit Bezug auf die Flussrichtung des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Abgasfilters (33) vorgesehen ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unterteilte Einspritzmodus ein Modus ist, in welchem zwei Kraftstoffeinspritzungen als die Nacheinspritzung durchgeführt werden.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unterteilte Einspritzmodus ein Einspritzmodus ist, in welchem drei oder mehr Kraftstoffeinspritzungen als die Nacheinspritzung durchgeführt werden.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unterteilte Einspritzmodus zwei unterschiedliche Kraftstoffeinspritzmodi umfasst.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zielnacheinspritzmenge (Qp1, Qp2) auch als ein Parameter zur Auswahl des Einspritzmodus verwendet wird.