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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung
für einen Motor, insbesondere auf eine Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung,
durch welche die Treibstoffeinspritzmenge verändert werden
kann, während Treibstoff in einen Zylinder eingespritzt
wird.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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Ein
Dieselmotor wird beispielsweise durch Bildung einer hauptsächlich
aus einer Ausbreitungsverbrennung bestehenden Verbrennung betrieben, das
heißt wo eine Verbrennung an einer brennbaren Gasgemischschicht
durchgeführt wird, die an einer Grenze von eingespritztem
Treibstoff und der umgebenden unter Druck gesetzten Luft gebildet
wird. Mit dieser Art Motor werden die Ventilöffnungsdauer
und der Ventilöff nungsbeginn eines Treibstoffeinspritzventils
abhängig von einer Betätigungsstärke
eines Gaspedals, der Motordrehzahl und dergleichen bestimmt. Das
Treibstoffeinspritzventil wird dann basierend auf der Ventilöffnungsdauer
und dem Ventilöffnungsstart angesteuert.
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Eine
derartige Steuerung des Treibstoffeinspritzventils wird durch eine
herkömmliche Treibstoffeinspritzsteuereinrichtung durchgeführt
und eine derartige Verbrennung innerhalb eines Zylinders wird beispielsweise
wie durch die gestrichelte Linie im Ablaufdiagramm in 2 gezeigt
durchgeführt.
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Auf
diese herkömmliche Art wird das Ventil zunächst
bei dem Ventilöffnungsbeginn geöffnet und dann
wird eine Hubmenge eines Nadelventils des Treibstoffeinspritzventils
erhöht. Weil die Hubmenge erhöht wird, erhöht
sich die Treibstoffeinspritzmenge in den Zylindern schnell, bis
sie den maximalen Wert erreicht. Die Menge der Wärmeerzeugung
aufgrund der Verbrennung des in den Zylinder eingespritzten Treibstoffs
erhöht sich mit dem Anstieg der Treibstoffeinspritzmenge
wie in der Zeichnung gezeigt schnell, erreicht dann den Höhepunkt
und nimmt allmählich ab. Hier wird aufgrund der Treibstoffverbrennung
im Zylinder erzeugter Verbrennungsdruck über einen Kolben
und eine Kurbelwelle in Motordrehmoment umgewandelt. Dann wird die
Hubmenge des Nadelventils in Richtung der Ventilverschlusszeit reduziert
und schließlich das Treibstoffeinspritzventil geschlossen.
Weil die Hubmenge abnimmt, wird die Treibstoffeinspritzmenge auf
Null reduziert und die Wärmeerzeugungsmenge im Zylinder
nimmt ebenfalls ab.
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Diese
Art von Ausbreitungsverbrennung neigt zur Beeinflussung durch verschiedene
Faktoren, wie beispielsweise Einspritzdruck des Treibstoffs, Form
einer Verbrennungskammer, Luftstrom in den Zylindern und dergleichen.
Wenn jeder der Faktoren etwas unpassend wird, wird ein treibstoffreicher Bereich
aufgrund unvorteilhafter Mischung des Treibstoffs mit der Luft in
der brennbaren Gasgemischschicht gebildet. Weil im Überschuss
existierender Treibstoff in solch einem Treibstoffbereich wegen
des Mangels an Luft nicht normal verbrannt werden kann, wird eine
Rauchverstärkung im Zylinder und folglich eine Rauchverstärkung
aus dem Zylinder hervorgerufen. Wie weiterhin aus dieser Erhöhung
der Wärmeerzeugungsmenge vermutet werden kann, die den
Höhepunkt erreicht, wird wie in 2 mit gestrichelter
Linie gezeigt die Verbren nungsbeschaffenheit aufgrund der unvollständigen
Verbrennung des eingespritzten Treibstoffes verschlechtert, so dass
ein Problem eines geringen Gasverbrauches erzeugt werden kann.
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Verschiedene
technische Ansätze zur Verbesserung der Verbrennungsbeschaffenheit
im Zylinder eines Motors wurden vorgeschlagen. Beispielsweise ist
einer der technischen Ansätze in der
japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift
Nr. 2003-148220 offenbart (im Folgenden als Patentdokument
1 bezeichnet). In der im Patentdokument 1 offenbarten Technik wird
die Hubmenge des Treibstoffeinspritzventils so gesteuert, dass ein
schneller Anstieg der Treibstoffeinspritzmenge im anfänglichen Bereich
der Einspritzung unterdrückt wird, und dann die Treibstoffeinspritzmenge
bis zu ihrem Maximum erhöht wird.
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Durch
die Unterdrückung des schnellen Anstiegs der Treibstoffeinspritzmenge
im anfänglichen Bereich der Einspritzung, wie in Patentdokument
1 offenbart, soll eine schnelle Verbrennung von in den Zylinder
eingespritzten Treibstoff verhindert werden. Mit anderen Worten
hat die in Patentdokument 1 offenbarte Technik die Wirkung, Verbrennungsgeräusche
zu unterdrücken und eine NOx-Erzeugungsmenge im Zylinder
durch die Verhinderung einer schnellen Treibstoffverbrennung zu
reduzieren. Durch die im Patentdokument 1 offenbarte Technik soll
dennoch aber nicht die Bildung eines treibstoffreichen Bereiches
im Zylinder verhindert werden. Daher kann die im Patentdokument
1 offenbarte Technik das vorgenannte Problem nicht lösen,
und daher wird eine wirkungsvolle Maßnahme zum Lösen
des vorgenannten Problems benötigt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde zur Lösung dieser Probleme
gemacht. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung
für einen Motor vorzuschlagen, welche eine Bildung eines
treibstoffreichen Bereiches bei einer Ausbreitungsverbrennung unterdrücken
kann, und folglich mit welcher eine Rauch emission reduziert werden
kann und gleichzeitig die Verbrennungsbeschaffenheit verbessert
werden kann.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, umfasst eine Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung
für einen Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Treibstoffeinspritzmittel, das eingerichtet ist zur
Direkteinspritzung von Treibstoff in einen Zylinder eines Motors, wobei
die Treibstoffeinspritzmenge des Treibstoffeinspritzmittels während
der Treibstoffeinspritzung beliebig veränderbar ist; ein
Treibstoffzufuhrmittel, das eingerichtet ist für die Zufuhr
von unter Hochdruck gesetzten Treibstoff an das Treibstoffeinspritzmittel; und
ein Steuermittel, das eingerichtet ist zur Steuerung des Treibstoffeinspritzmittels
abhängig von einem Betriebsbereich des Motors, um eine
Menge des in die Zylinder des Motors eingespritzten Treibstoffes einzustellen,
wobei das Steuermittel die Treibstoffeinspritzmenge des Treibstoffeinspritzmittels
einmal reduziert und danach die Treibstoffeinspritzmenge während
der Haupteinspritzung erhöht, was zur Drehmomenterzeugung
des Motors beiträgt.
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Dementsprechend
steuert das Steuermittel das Treibstoffeinspritzmittel abhängig
vom Betriebsbereich des Motors, um Treibstoff vom Treibstoffeinspritzmittel
in den Zylinder einzuspritzen. Der Motor wird durch Ausbreitungsverbrennung
betrieben, die in einer brennbaren Gasgemischschicht erzeugt wird,
welche an einer Grenze des eingespritzten Treibstoffs und der umgebenden
unter Druck gesetzten Luft gebildet wird.
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Falls
ein treibstoffreicher Bereich aufgrund schlechter Vermischung des
Treibstoffs und der Luft in der brennbaren Gasgemischschicht aus
verschiedenen Gründen gebildet wird, ruft der treibstoffreiche Bereich
Probleme hervor, wie beispielsweise verstärkter Raucherzeugung
in dem Zylinder und geringem Gasverbrauch aufgrund der Verschlechterung der
Verbrennungsbeschaffenheit.
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Gemäß der
Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung der vorliegenden Erfindung
steuert das Steuermittel das Treibstoffeinspritzmittel so, dass
die Treibstoffeinspritzmenge des Treibstoffeinspritzmittels einmal
reduziert wird und danach während der Haupteinspritzung
erhöht wird. Weil die Menge des in den Zylinder geleiteten
Treibstoffes vorübergehend zusammen mit der reduzierten
Treibstoffeinspritzmenge reduziert wird, wird die Dichte des Lufttreibstoffgemisches
im treibstoffreichen Bereich dünn, so dass die Verbrennung
begünstigt wird. Folglich wird die Raucherzeugung im Zylinder
aufgrund dieses treibstoffreichen Bereiches unterdrückt.
Weil weiterhin der Treibstoffund die Luft mit einem Verhältnis vermischt
werden, das dem theoretischen Gleichgewichtsverhältnis ähnelt,
steigt die Verbrennungstemperatur an, so dass die Verbrennung des
im treibstoffreichen Bereich erzeugten Rauches begünstigt wird.
Im Ergebnis kann die Raucherzeugung aus dem Zylinder reduziert werden.
Weil weiterhin der Anstieg der Verbrennungstemperatur zu einem Anstieg
der Wärmeerzeugungsmenge im Zylinder führt, wird
die Verbrennungsbeschaffenheit verbessert, was in einem verbesserten
Kraftstoffverbrauch resultiert.
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Insbesondere
kann in der Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung dass das Treibstoffeinspritzmittel
den Treibstoff in den Zylinder des Motors durch Öffnung
und Schließung eines Nadelventils einspritzen, und die
Treibstoffeinspritzmenge kann durch Veränderung eines Hubes
des Nadelventils verändert werden.
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In
diesem Fall wird die Treibstoffeinspritzmenge durch Veränderung
der Hubstärke des Nadelventils des Treibstoffeinspritzmittels
verändert. Die Treibstoffeinspritzmenge kann dadurch gesteuert werden,
um während der Haupteinspritzung erhöht oder reduziert
zu werden.
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Das
Phänomen, dass die Erhöhung der Wärmeerzeugungsmenge
den Höhepunkt nicht folgend auf die Erhöhung der
Treibstoffeinspritzmenge erreicht, wird dadurch hervorgerufen, dass
die nicht mit der Verbrennung verbundene Treibstoffmenge ansteigt
bezüglich des in den Zylinder eingespritzten Treibstoffs
wegen der Bildung eines treibstoffreichen Bereiches.
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Daher
kann bevorzugter Weise bei der Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung
das Steuermittel die Reduktion der Treibstoffeinspritzmenge zu einem Zeitpunkt
starten, zu dem die Wärmeerzeugungsmenge aufgrund der Verbrennung
des eingespritzten Treibstoffes in den Zylinder sich in Folge der
Erhöhung der Treibstoffeinspritzmenge nach dem Start der
Haupteinspritzung nicht weiter erhöht.
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In
diesem Fall startet die Reduktion der Treibstoffeinspritzmenge zur
optimalen Zeit, wenn der treibstoffreiche Bereich beginnt, sich
zu bilden. Im Ergebnis kann die Bildung des treibstoffreichen Bereiches
sicher unterdrückt werden.
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Das
Phänomen, dass die Wärmeerzeugungsmenge den Höhepunkt
aufgrund der Bildung des treibstoffreichen Bereiches erreicht, entsteht
zu einem Zeitpunkt lange nach dem Beginn der Treibstoffeinspritzung,
das heißt einem Zeitpunkt in der letzten Hälfte
der Haupteinspritzung.
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Daher
kann bevorzugter Weise bei Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung
das Steuermittel die Reduktion der Treibstoffeinspritzmenge in der
letzten Hälfte der Dauer der Haupteinritzung starten.
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In
diesem Fall startet die Reduktion der Treibstoffeinspritzmenge mit
Sicherheit zu dem optimalen Zeitpunkt, wenn der treibstoffreiche
Bereich sich beginnt zu bilden. Im Ergebnis kann die Bildung des
treibstoffreichen Bereiches mit Sicherheit unterdrückt
werden.
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In
dem Fall, dass die Treibstoffeinspritzmenge einmal reduziert wird
und danach während der Haupteinspritzung ansteigt, wenn
der Zeitpunkt zur Erhöhung der Treibstoffeinspritzmenge
zu früh gesetzt wird, kann der treibstoffreiche Bereich
nicht ausreichend geschrumpft werden. Wenn der Zeitpunkt zur Erhöhung
der Treibstoffeinspritzmenge zu spät festgelegt wird, wird
andererseits ein Treibstoffmangel aufgrund der verringerten Treibstoffeinspritzmenge
erzeugt, so dass die Verbrennungsbeschaffenheit verschlechtert wird.
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Daher
kann bevorzugter Weise bei der Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung
das Steuermittel die Erhöhung der Treibstoffeinspritzmenge
zu einem Zeitpunkt starten, zu dem ein treibstoffreicher Bereich
in einer brennbaren Gasgemischschicht, die aufgrund der Haupteinspritzung
im Zylinder gebildet ist, wegen der reduzierten Treibstoffeinspritzmenge schwindet,
und zu dem die Verbrennung noch nicht aufgrund eines Treibstoffmangels
verschlechtert wird, welche durch die Reduktion der Treibstoffeinspritzmenge
hervorgerufen wird.
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In
diesem Fall ist es möglich, die Erhöhung der Treibstoffeinspritzmenge
zum optimalen Zeitpunkt zu starten. Im Ergebnis kann die Bildung
des treibstoffreichen Bereiches mit Sicherheit unterdrückt werden,
während verhindert wird, dass die Verbrennungsbeschaffenheit
sich verschlechtert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten im Folgenden gegebenen
Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen verständlicher, die
nur zu Illustrationszwecken gegeben sind, und daher nicht beschränkend
auf die vorliegende Erfindung wirken:
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1 ist
eine Ansicht, die den Gesamtaufbau einer Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung
für einen Motor gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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2 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen Zustand eines durch eine ECU gesteuerten
Treibstoffeinspritz-Ventils und eine Verbrennungsbeschaffenheit
innerhalb eines Zylinders zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Eine
Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung für einen Motor gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun detailliert
mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Ansicht, die einen Gesamtaufbau der Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung
für einen Motor gemäß der Ausführungsform
zeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Motor 1 als
ein Inline-Sechszylinder-Dieselmotor ausgebildet und in einem Fahrzeug
installiert. Jeder Zylinder des Motors 1 ist mit einem
Treibstoffeinspritzventil (Treibstoffeinspritzmittel) 2 versehen.
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Jedes
Treibstoffeinspritzventil 2 ist über eine Treibstoffzufuhrleitung 3 mit
einem Common Rail (Treibstoffzufuhrmittel) 4 verbunden.
Der Common Rail 4 ist über eine Treibstoffzwangszufuhrleitung 5 mit
einem Treibstofftank 6 des Fahrzeugs verbunden. Eine Zufuhrpumpe 7,
die durch eine Verdrängerkolbenpumpe gebildet wird, ist
in der Mitte der Treibstoffzwangszufuhrleitung 5 eingefügt.
Wie bekannt, wird die Zufuhrpumpe 7 durch den Motor 1 in
Synchronisation mit der Rotation des Motors 1 angetrieben
und setzt den Treibstoff aus dem Treibstofftank 6 unter
Druck, um ihn zum Common Rail 4 zu leiten.
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Der
Treibstofftank 6 ist über eine Rückleitung 8 mit
jedem Treibstoffeinspritzventil 2 verbunden, und über
eine Rückleitung 9 mit der Zufuhrpumpe 7. Der
durch Öffnung und Schließung des Treibstoffeinspritzventils 2 und
durch den Ausstoß der Zufuhrpumpe 7 erzeugte überschüssige
Treibstoff wird über die Rückführleitungen 8 und 9 zum
Treibstofftank 6 gesammelt.
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Der
im Common Rail 4 gespeicherte Treibstoff wird kontinuierlich
den Treibstoffeinspritzventilen 2 jedes Zylinders zugeführt
und dem korrespondierenden Zylinder abhängig von der Öffnung
und Schließung eines in jedes Treibstoffeinspritzventil 2 eingesetzten
Nadelventils eingespritzt. Das Treibstoffeinspritzventil 2 der
vorliegenden Ausführungsform ist so konfiguriert, die Hubmenge
des Nadelventils von Null auf ihr Maximum willkürlich zu
verändern, so dass die Treibstoffeinspritzmenge in den
Zylindern während der Treibstoffeinspritzung verändert
werden kann.
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Im
Inneren des Fahrzeugs ist eine mit nicht gezeigten Eingabe/Ausgabe-Einrichtungen
ausgestattete ECU (Steuermittel) 11, Speichereinrichtungen
wie beispielsweise ROM, RAM, BURAM und dergleichen zum Speichern
von Steuerprogrammen, Steuerkennfeldern und dergleichen, eine zentrale Verarbeitungseinheit
(CPU) sowie Taktzähler und dergleichen vorgesehen, um eine
Treibstoffeinspritzsteuerung des Motors 1 durchzuführen.
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Auf
der Eingabeseite der ECU 11 sind verschiedene Sensoren,
wie beispielsweise ein Drucksensor 11, ein Gaspedalsensor 13,
ein Kurbelwinkelsensor 14 und dergleichen, sowie verschiedene Schalter
angeschlossen. Der Drucksensor 12 erkennt den Treibstoffdruck
p im Common Rail 4. Der Gaspedalsensor 13 erkennt
die Betätigungsmenge ACC eines Gaspedals durch einen Fahrer.
Der Kurbelwinkelsensor 14 gibt den Kurbelwinkelpuls abhängig
vom Kurbelwinkel des Motors 1 aus. An der Ausgabeseite
der ECU 11 sind verschiedene Einrichtungen wie beispielsweise
jedes Treibstoffeinspritzventil 2, die Zufuhrpumpe 7 und
dergleichen angeschlossen.
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Die
ECU 11 steuert den Leitungsdruck des Common Rail 4,
die Einspritzdauer und Einspritztaktung jedes Treibstoffeinspritzventils 2 basierend
auf den von diesen Sensoren erkannten Informationen. Die Treibstoffeinspritzmenge
in den Motor 1, welcher ein Dieselmotor vom Common-Rail-Typ
ist, wird eindeutig abhängig vom gegenwärtigen
Leitungsdruck des Common Rail 4 und der Ventilöffnungsdauer
des Treibstoffeinspritzventils 2 bestimmt. Entsprechend kann
die optimale Treibstoffeinspritzmenge durch Steuerung des gegenwärtigen
Leitungsdrucks und der Ventilöffnungsdauer erreicht werden.
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Der
gegenwärtige Leitungsdruck kann abhängig vom Öffnen/Schließen-Zustand
eines elektromagnetischen Ventils (nicht gezeigt) gesteuert werden,
das in die Zufuhrpumpe 7 eingesetzt ist. Die ECU 11 bestimmt
einen Zielleitungsdruck gemäß eines nicht gezeigten
Kennfeldes basierend auf einer Motordrehzahl NE, die aus dem Kurbelwinkelpuls, der
vom Kurbelwinkelsensor 14 ausgegeben wird, und von der
Treibstoffeinspritzmenge im vorherigen Verbrennungszyklus abgeleitet
wird. Durch Steuerung der Öffnung/Schließung des
elektromagnetischen Ventils basierend auf den Zielleitungsdruck, hält
die ECU 11 den gegenwärtigen Leitungsdruck gleich
dem Zielleitungsdruck.
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Die
ECU 11 bestimmt ebenfalls die Treibstoffeinspritzmenge
des Treibstoffeinspritzventils 2 (mit anderen Worten die
Ventilöffnungsdauer des Treibstoffeinspritzventils 2)
abhängig von der Motordrehzahl NE und der Betätigungsmenge
ACC des Gaspedals gemäß einem nicht gezeigten
Kennfeld. Die ECU 11 bestimmt weiterhin den Beginn der
Treibstoffeinspritzung (mit anderen Worten den Öffnungsbeginn
des Treibstoffeinspritzventils 2) abhängig von der
Treibstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahl NE gemäß einem
nicht gezeigten Kennfeld. Die ECU 11 betätigt
den Motor 1 durch Steuerung des Treibstoffeinspritzventils 2 basierend
auf der Treibstoffeinspritzmenge und dem Einspritzbeginn.
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Zusätzlich
steuert in der vorliegenden Ausführungsform die ECU 11 die
Treibstoffeinspritzmenge des Treibstoffeinspritzventils 2 variierend
während der Treibstoffeinspritzung, um einen Anstieg der Rauchausstoßmenge
und eine Verschlechterung des Gasverbrauches zu unterdrücken,
was durch einen im Zylinder gebildeten treibstoffreichen Bereich
hervorgerufen wird. Diese Treibstoffeinspritzsteuerung wird nun
detailliert beschrieben.
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2 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen Zustand eines durch die ECU 11 gesteuerten
Treibstoffeinspritzventils 2 und eine Verbrennungsbeschaffenheit
innerhalb eines Zylinders zeigt. Die Zustände der vorliegenden
Ausführungsform sind in dieser Zeichnung mit durchgezogener
Linie gezeigt, während die konventionellen Zustände,
wo die Treibstoffeinspritzmenge konstant gehalten werden, durch
gestrichelte Linien dargestellt sind. Die in der Zeichnung dargestellte
Treibstoffeinspritzung korrespondiert mit einer Haupteinspritzung,
die zu einem Motordrehmoment führt. Nicht in der Zeichnung
dargestellt, werden eine Vor-Einspritzung und eine Nach-Einspritzung
vor und entsprechend nach der Haupteinspritzung geeignet durchgeführt,
abhängig von einem Betriebsbereich des Motors 1.
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Die
ECU 11 leitet einen Kurbelwinkel des Motors 1 entsprechend
eines Kurbelpulses aus dem Kurbelwinkelsensor 14 ab. Wenn
die ECU 11 abhängig vom abgeleiteten Kurbelwinkel
entscheidet, dass der Ventilöffnungsbeginn bezüglich
einem der Zylinder bei einer Zeit "a" in 2 angekommen
ist, dann startet die ECU 11 die Steigerung der Hubstärke
des Nadelventils, welches im Treibstoffeinspritzventils 2 des
korrespondierenden Zylinders enthalten ist, von Null an. Zu dieser
Zeit kann die ECU 11 das Nadelventil so steuern, dass die
Hubstärke um die Maximalmenge schwankt. Alternativ kann
die ECU 11 das Nadelventil so steuern, dass die Hubstärke
um eine vorbestimmte Schwankungsbreite schwankt. Nach der Erhöhung
der Hubstärke des Nadelventils steigt die Treibstoffinjektionsmenge
in dem Zylinder schnell an bis sie den Maximalwert erreicht. Durch
den in den Zylinder eingespritzten und verbrannten Treibstoff steigt
die Wärmeerzeugungsmenge im Zylinder allmählich
an.
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Wenn
die Treibstoffeinspritzmenge während der Treibstoffeinspritzung
wie herkömmlich auf einen konstanten Wert gehalten wird,
kann die Erhöhung der Hitzeerzeugungsmenge den Höhepunkt übersteigen,
wie durch die gestrichelte Linie zur Zeit "b" in den Zeichnungen
dargestellt, obwohl die Treibstoffeinspritzmenge auf ihrem Maximum
gehalten wird. Dieses Phänomen wird durch den Grund hervorgerufen,
der im "Hintergrund der Erfindung" erwähnt wurde. Mit anderen
Worten wird ein Treibstoffreicher Bereich aufgrund der unzureichenden
Mischung des Treibstoffs mit der Luft in der brennbaren Gasgemischschicht
gebildet, und in Überfluss im treibstoffreichen Bereich
existierender Treibstoff wird wegen des Luftmangels nicht vollständig
verbrannt, so dass die Verbrennungsbeschaffenheit aufgrund dieses Phänomens
verschlechtert wird. Eine derartige Bildung des treibstoffreichen
Bereichs kann ebenfalls zu einer Rauchverstärkung im Zylinder
führen.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform beginnt die ECU 11 die
Hubstärke des im Treibstoffeinspritzventil 2 befindlichen
Nadelventils zu einer der Zeit "b" vorausgehenden Zeit "b" zu reduzieren.
Folgend auf die reduzierte Hubstärke beginnt sich die Treibstoffeinspritzmenge
zu reduzieren, welche bereits bei ihrem Maximalwert angelangt. Nachdem
die ECU 11 weiterhin die Hubstärke bis zu einer
Zeit "c" reduziert, startet dann zu der Zeit "c" die ECU 11 die Erhöhung
der Hubstärke erneut. Weil die Zeit "c" vor einer Zeit
liegt, zu der die Hubstärke auf Null reduziert ist, wird
die Treibstoffeinspritzmenge nicht auf Null reduziert, sondern sie
erhöht sich auf einen gewissen Wert. Wenn dann die ECU 11 zu
einer Zeit "d" entscheidet, dass die Ventilöffnungsdauer
des Treibstoffeinspritzventils 2 endet, reduziert die ECU 11 die Hubstärke
des Nadelventils auf Null, wie in der Zeichnung gezeigt.
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Während
des Prozesses der Reduktion der Hubmenge von der Zeit "b" zur Zeit
"c", während des Prozesses der Erhöhung der Hubmenge
von der Zeit "c" zur Zeit "d", und während des Prozesses
der Erhöhung der Hubmenge nach der Zeit "d" kann die ECU 11 das
Nadelventil so steuern, dass die Hubmenge sich bei einem Maximum
verändert. Alternativ kann die ECU 11 die Hubmenge
des Nadelventils basierend auf einer vorbestimmten Änderungsmenge steuern.
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Wie
oben erwähnt, ist die Zeit "b" eine Zeit, wenn die Wärmeerzeugungsmenge
im Zylinder den Höhepunkt übersteigt, weil ein
treibstoffreicher Bereich aufgrund der unzureichenden Mischung des Treibstoffs
und der Luft in der brennbaren Gasgemischschicht gebildet wird.
Mit anderen Worten ist die Zeit "b" eine Zeit, wenn die Erhöhung
der Hitzeerzeugungsmenge nicht mehr auf die Erhöhung der Treibstoffeinspritzmenge
folgt. Die Zeit "b" wird eine Zeitdauer vor der Zeit "b" festgelegt,
die einer Reaktionszeit der Treibstoffeinspritzmenge bezüglich
der Veränderung der Hubmenge des Nadelventils entspricht,
die von einem Faktor wie beispielsweise der Trägheit des
Treibstoffs hervorgerufen wird. Durch Starten der Reduktion der
Hubmenge des Nadelventils zu dieser Zeit "b" beginnt die Treibstoffeinspritzmenge
zur optimalen Zeit abzunehmen, die im wesentlichen mit der Zeit
"b" koinzidiert, wenn der treibstoffreiche Bereich beginnt gebildet
zu werden.
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Weil
die dem Zylinder zugeführte Treibstoffmenge durch die reduzierte
Treibstoffeinspritzmenge reduziert wird, wird die Verbrennung von überschüssigem
Treibstoff im treibstoffreichen Bereich begünstigt, so
dass der treibstoffreiche Bereich allmählich schrumpft.
Folglich wird aufgrund dieses treibstoffreichen Bereiches die Rauchbildung
im Zylinder unterdrückt. Weil der Treibstoffund die Luft
mit einem dem theoretischen Gleichgewichtsverhältnis entsprechenden
Verhältnis gemischt werden steigt gleichzeitig die Verbrennungstemperatur
an, so dass die Verbrennung des im treibstoffreichen Bereich im
Zylinder gebildeten Rauches begünstigt wird. Aufgrund dieser zwei
Faktoren kann die Rauchemission aus dem Zylinder beträchtlich
reduziert werden. Weil der Anstieg der Verbrennungstemperatur zum
Anstieg der Wärmeerzeugungsmenge wie in 2 gezeigt
nach der Zeit "b" führt, wird die Verbrennungsbeschaffenheit im
Zylinder verbessert, was dazu führt, dass der Gasverbrauch
weitgehend verbessert wird.
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Die
Wärmeerzeugungsmenge übersteigt den Höhepunkt
aufgrund der Bildung des treibstoffreichen Bereiches zu einem Zeitpunkt
lange nach dem Beginn der Treibstoffeinspritzung. Daher wird die
Zeit "b", wenn die Treibstoffeinspritzmenge beginnt, sich zu reduzieren,
unweigerlich in der letzten Hälfte eines Bereiches festgelegt
mit der Treibstoffeinspritzmenge höher als 0% (das heißt
Haupteinspritzdauer). Mit anderen Worten wird die Zeit b' so festgelegt,
dass sie die Beziehung T1 größer T2 erfüllt,
wobei T1 die Zeitdauer von der Zeit "a", bei welcher die Treibstoffeinspritzmenge
beginnt, von 0% gesteigert zu werden, zur Zeit "b" ist, und T2 die
Zeitdauer von der Zeit "b" zur Zeit "d" ist, bei welcher die Treibstoffeinspritzmenge
auf 0% gesenkt wird.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform wird die Hubmenge von
der Zeit "c" zur Zeit "d" gesteigert, nachdem die Hubmenge des Nadelventils
von der Zeit "b" zur Zeit "c" verringert wird. Wenn die Hubmenge
des Nadelventils nach ihrer Reduktion auf einen konstanten Wert
gehalten wird und dadurch die Ventilöffnungsdauer des Treibstoffeinspritzventils 2 verlängert
wird, kann tatsächlich das erwartete Motordrehmoment erreicht
werden. Weil diese Verbrennungsbeschaffenheit mit geringer Wärmeerzeugungsmenge
aufgrund des Treibstoffmangels für eine lange Zeit anhält,
ist in diesem Fall dennoch die Verbrennungsbeschaffenheit nicht
bevorzugt. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform
die Hubmenge des Nadelventils erneut zu einem Zeitpunkt angehoben,
wenn der dem Treibstoffbereich bildende Treibstoff vollständig
verbrannt ist, oder etwas früher. Durch diese Maßnahme
wird die Treibstoffeinspritzmenge, welche einmal reduziert wird,
erneut erfüllt, so dass eine günstige Verbrennungsbeschaffenheit
beibehalten werden kann.
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Die
Zeit "c", wenn die Hubmenge des Nadelventils die Richtung von Aufwärts
zu Abwärts umkehrt, wird unter Beachtung einer solchen
Verbrennungsbeschaffenheit innerhalb des Zylinders festgelegt, so
dass die Treibstoffeinspritzmenge auf einem vorzuziehenden Wert
für die Einschränkung des treibstoffreichen Bereiches
reduziert wird, wobei die Reaktionszeit der Treibstoffeinspritzmenge
bezüglich der Veränderung der Hubmenge geschätzt
wird. Wenn die Zeit c beispielsweise zu früh gesetzt wird, kann
der treibstoffreiche Bereich nicht ausreichend reduziert werden.
Wenn die Zeit "c" andererseits zu spät gesetzt wird, wird
ein Treibstoffmangel aufgrund der verringerten Treibstoffeinspritzmenge
erzeugt, so dass die Verbrennungsbeschaffenheit sich verschlechtert.
Dazu wird die Zeit "c" festgelegt, um dieses Phänomen zu
vermeiden.
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Die
optimale Zeit "b", zu der die Hubmenge des Nadelventils beginnt
reduziert zu werden, und die optimale Zeit "c", zu der die Hubmenge
des Nadelventils beginnt erhöht zu werden, sind ebenfalls abhängig
vom Betriebsbereich des Motors 1. Daher werden bei einer
gegenwärtigen Treibstoffeinspritz-Steuerung Kennfelder
im Vorhinein vorbereitet zum Setzen der optimalen Zeit "b" und der
Zeit "c" abhängig von der Motordrehzahl ne, der Treibstoffeinspritzmenge
und dergleichen. Die ECU 11 steuert die Hubmenge des Nadelventils
basierend auf der Zeit "b" und der Zeit "c", die aus den Kennfeldern
erhalten werden.
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Normalerweise
werden die Zeit "b", die Zeit "c" nicht in den Kennfeldern für
einen Betriebsbereich festgelegt, in welchem der treibstoffreiche
Bereich nicht mit Sicherheit gebildet wird. In einem derartigen Betriebsbereich
wird die Treibstoffeinspritzmenge während der Treibstoffeinspritzung
auch einen im Wesentlichen konstanten Wert gehalten, wie im Falle einer
herkömmlichen Treibstoffeinspritz-Steuerung.
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Es
muss angemerkt werden, dass diese vorübergehende Reduktion
der Treibstoffeinspritzmenge trotz der vorgenannten verschiedenen
Wirkungen aufgrund der Erhöhung der Verbrennungstemperatur zur
Erhöhung der Erzeugung des NOx führen kann. Aber
die Wirkung der Erhöhung der erzeugten NOx-Menge durch
diese Steuerung ist sehr klein verglichen mit der Wirkung der Reduktion
der Rauchemission, und die Erhöhung der NOx-Erzeugung kann beispielsweise
behandelt werden durch geeignetes Setzen der optimalen Einspritzzeit.
Daher kann die Treibstoffeinspritz-Steuereinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung die Charakteristik vom Abgas des Motors 1 im
Ganzen zufrieden stellend verbessern.
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Wie
oben erwähnt, steuert die Treibstoffeinspritzeinrichtung
für einen Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung die Menge des Nadelventils so, dass die Treibstoffeinspritzmenge
des Treibstoffeinspritzventils 2, welche einmal reduziert
wird, bei der Haupteinspritzung erneut erhöht wird. im
Ergebnis wird der in den Zylinder geleitete Treibstoff vorübergehend
reduziert, so dass eine Bildung des treibstoffreichen Bereiches
bei der Ausbreitungsverbrennung beträchtlich unterdrückt
werden kann. Folglich kann Rauchbildung aus dem Zylinder beträchtlich
reduziert werden und gleichzeitig kann die Verbrennungsbeschaffenheit
verbessert werden, resultierend darin, dass der Gasverbrauch größtenteils
verbessert werden kann.
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Weiterhin
wird der Zeitpunkt, zu dem die Treibstoffeinspritzmenge beginnt
reduziert zu werden, auf die Zeit "b" festgelegt, bei welcher eine
Erhöhung der Wärmeerzeugungsmenge nicht mehr auf die
Erhöhung der Treibstoffeinspritzmenge folgt (er wird unweigerlich
in der letzten Hälfte eines Bereiches festgelegt, bei dem
die Treibstoffeinspritzmenge mehr als 0% beträgt). Daher
ist es möglich, die Treibstoffeinspritzmenge zu einem optimalen
Zeitpunkt beginnend zu reduzieren, wenn sich der treibstoffreiche Bereich
beginnt zu bilden. Im Ergebnis kann die Bildung des treibstoffreichen
Bereiches mit Sicherheit unterdrückt werden.
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Obwohl
die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform hiermit
abgeschlossen ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese
Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann
die Steuerung der Hubmenge des Nadelventils auf verschiedene Arten
verändert werden. In einem Betriebsbereich, wo ein erheblicher
treibstoffreicher Bereich gebildet werden kann, kann beispielsweise
die ECU 11 die Hubmenge des Nadelventils so steuern, dass
sie einmal auf Null reduziert wird, damit der in den Zylinder geleitete
Treibstoff vollständig verbraucht werden kann und die Treibstoffeinspritzmenge
auf 0 Prozent reduziert wird. Die ECU 11 kann die reduzierte
Hubmenge des Nadelventils auch für eine vorbestimmte Zeitdauer
der Zeit "c" konstant halten und dann erhöhen. Weiterhin
kann die ECU 11 die Treibstoffeinspritzmenge, die einmal
reduziert wird, durch halbes Unterbrechen der Erhöhung
auf einen konstanten Wert halten, anstatt die Treibstoffeinspritzmenge
erneut auf den maximalen Wert zu erhöhen.
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Es
wird offensichtlich sein, dass die soeben beschriebene Erfindung
auf verschiedene Arten verändert werden kann. Derartige
Veränderungen sollen nicht als ein Abweichen vom Gedanken
und Schutzbereich der Erfindung betrachtet werden und all solche
Veränderungen sollen – wie es einem Fachmann offensichtlich
sein wird – als vom Schutzbereich der folgenden Ansprüche
umfasst angesehen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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