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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät
für einen Druck in einer Common-Rail (Common-Rail-Drucksteuergerät)
zum Steuern des Drucks in einer Common-Rail, indem von einer Kraftstofflieferpumpe
gelieferter Kraftstoff dosiert wird. Die vorliegende Erfindung bezieht
sich des Weiteren auf ein Kraftstoffeinspritzsystem mit diesem Steuergerät
für einen Druck in einer Common-Rail. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zum Steuern des Drucks in
der Common-Rail.
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Beispielsweise
offenbart die Druckschrift
JP-A-6-207
548 ein Druckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystem mit einer
Common-Rail zum Speichern von Kraftstoff, der von einer Kraftstofflieferpumpe
geliefert wird, und zum Einspritzen des in der Common-Rail gespeicherten
Kraftstoffs durch ein Kraftstoffeinspritzventil in einen Zylinder
eines Verbrennungsmotors. In der Druckschrift
JP-A-6-207 548 steuert ein
Solenoidventil die Kommunikation einer Pumpenkammer der Kraftstofflieferpumpe,
die den Kraftstoff ansaugt und mit Druck beaufschlagt, und einen
Niederdruckkanal eines Kraftstoffeinlasses. In der Druckschrift
JP-A-6-207 548 wird
die Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs im Ansprechen auf ein Schließen
des Solenoidventils in einem Kompressionstakt eines Kolbens gestartet.
Der von der Kraftstofflieferpumpe gelieferte Kraftstoff wird gemäß einem
Zeitpunkt dosiert, an dem das Solenoidventil in dem Kompressionstakt
des Kolbens geschlossen ist. In der Druckschrift
JP-A-6-207 548 wird in einem Startbetrieb
eines Verbrennungsmotors das Solenoidventil in einem Ansaugtakt
des Kolbens geöffnet, und das Solenoidventil wird in dem
Kompressionstakt des Kolbens geschlossen. Dadurch kann im Startbetrieb
des Verbrennungsmotors eine große Menge an Kraftstoff geliefert
werden. Im Startbetrieb des Verbrennungsmotors wird eine große
Menge an Kraftstoff zu der Common-Rail geführt, und dadurch kann
der Druck in der Common-Rail schnell erhöht werden.
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Jedoch
kann es im Startbetrieb des Verbrennungsmotors, wenn eine überschüssige
Menge an Kraftstoff von der Kraftstofflieferpumpe zu der Common-Rail
geliefert wird, geschehen, dass der Druck (der Common-Rail-Druck)
in der Common-Rail übermäßig ansteigt,
und folglich kann es sein, dass der Common-Rail-Druck zu stark ansteigt.
Wenn der Common-Rail-Druck übermäßig
im Startbetrieb des Verbrennungsmotors ansteigt, kann es sein, dass das
Verbrennungsgeräusch und die Emission an NOX zunehmen.
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Im
Hinblick auf die vorstehend dargelegten und weiteren Probleme ist
es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuergerät
für den Druck einer Common-Rail zu schaffen, dass dazu
in der Lage ist, den Common-Rail-Druck im Startvorgang eines Verbrennungsmotors
schnell ansteigen zu lassen, während eine übermäßige
Zunahme des Common-Rail-Drucks vermieden wird. Es ist eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen,
dass das Steuergerät für den Druck der Common-Rail
aufweist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren zum Steuern des Drucks in der Common-Rail für
einen Verbrennungsmotor zu schaffen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuergerät
für den Druck einer Common-Rail für ein Kraftstoffeinspritzsystem
geschaffen, das eine Kraftstofflieferpumpe zum Liefern von Kraftstoff
zu einer Common-Rail und ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen
von Kraftstoff, der in der Common-Rail gespeichert worden ist, zu
einem Zylinder eines Verbrennungsmotors aufweist, wobei das Steuergerät
für den Druck der Common-Rail so aufgebaut ist, dass es
ein Dosierventil zum Dosieren von Kraftstoff, der von der Kraftstofflieferpumpe
geliefert worden ist, so handhabt, dass der Druck in der Common-Rail
gesteuert wird, wobei das Steuergerät für den
Druck in der Common-Rail eine Schaltzustandsbestimmungseinrichtung
aufweist zum Bestimmen, ob eine Schaltbedingung erfüllt
ist. Das Steuergerät für den Druck in der Common-Rail weist
des Weiteren eine Öffnungssteuereinrichtung auf zum Steuern
einer elektrischen Stromstärke, die zu dem Dosierventil
geliefert wird, um ein Öffnen des Dosierventils zu handhaben.
Die Öffnungssteuereinrichtung legt zunächst das Öffnen
des Dosierventils bei einem im Wesentlichen gänzlich offenen
Zustand in einem Startbetrieb des Verbrennungsmotors fest. Die Öffnungssteuereinrichtung
schaltet anschließend das Öffnen des Dosierventils
von dem im Wesentlichen gänzlich offenen Zustand zu einer
vorbestimmten Öffnung, die geringer (kleiner) als die Öffnung
in dem im Wesentlichen gänzlich offenen Zustand ist, und
zwar im Ansprechen auf ein Bestimmen der Schaltbedingungsbestimmungseinrichtung,
dass die Schaltbedingung erfüllt ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Steuern des Drucks in einer Common-Rail für einen Verbrennungsmotor
geschaffen, wobei das Verfahren aufweist, dass eine Öffnung
eines Dosierventils bei einem im Wesentlichen gänzlich
offenen Zustand in einem Startbetrieb des Verbrennungsmotors so
eingestellt wird, dass eine Menge an Kraftstoff gesteuert wird,
die von einer Kraftstofflieferpumpe geliefert wird, durch das Dosierventil
dosiert wird und in der Common-Rail gespeichert wird. Das Verfahren
weist des Weiteren auf, dass die Öffnung des Dosierventils von
dem im Wesentlichen gänzlich offenen Zustand zu einer vorbestimmten Öffnung,
die kleiner als die Öffnung in dem im Wesentlichen gänzlich
offenen Zustand ist, geschaltet wird, wenn die Schaltbedingung erfüllt
ist.
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Die
vorstehend dargelegten und weiteren Ziele, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend dargelegten
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen deutlicher hervor.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
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2 zeigt
eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer zu einem
Dosierventil gelieferten elektrischen Stromstärke und einer
Kraftstoffströmungsmenge.
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3 zeigt
eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Öffnung
des Dosierventils und dem Druck in der Common-Rail in einem Startvorgang
eines Verbrennungsmotors.
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4 zeigt
eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Kraftstofftemperatur
und einer vorbestimmten Öffnung des Dosierventils.
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5A zeigt
eine graphische Darstellung der Beziehung und der Änderung
des Drucks in der Common-Rail gemäß der Kraftstofftemperatur,
und 5B zeigt eine graphische Darstellung einer Beziehung
zwischen der Kraftstofftemperatur und einem vorbestimmten Druck.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm eines Common-Rail-Drucksteuervorgangs beim Startbetrieb des
Verbrennungsmotors.
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7 zeigt
eine graphische Darstellung der Beziehung und der Änderung
des Drucks in der Common-Rail im Startbetrieb des Verbrennungsmotors gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
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ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Kraftstoffeinspritzsystem
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1 zeigt
ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem vorliegenden
ersten Ausführungsbeispiel. Beispielsweise liefert ein
Kraftstoffeinspritzsystem 10 Kraftstoff zu einem mit vier
Zylindern ausgestatteten Dieselverbrennungsmotor 2 eines
Kraftfahrzeugs. Das Kraftstoffeinspritzsystem 10 weist
eine Hochdruckpumpe 14, eine Common-Rail 20, ein
Kraftstoffeinspritzventil 30 und eine elektronische Steuereinheit
(ECU) 40 auf. Die Hochdruckpumpe 14 liefert unter
hohem Druck stehenden Kraftstoff zu der Common-Rail 20.
Die Common-Rail 20 speichert den unter hohem Druck stehenden
Kraftstoff, der von der Hochdruckpumpe 14 geliefert wird.
das Kraftstoffeinspritzventil 30 spritzt den unter hohem
Druck stehenden Kraftstoff, der von der Common-Rail 20 geliefert wird,
in jeden Zylinder des Verbrennungsmotors 2 ein. Die elektronische
Steuereinheit (ECU) 40 steuert das Kraftstoffeinspritzsystem 10.
Die Hochdruckpumpe 14 weist eine Zuführpumpe auf
zum Pumpen von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 12.
Die Hochdruckpumpe 14 als eine Kraftstofflieferpumpe hat
einen im Allgemeinen bekannten Aufbau und weist Kolben auf, die
sich jeweils im Ansprechen auf eine Drehung eines Nockens einer
Nockenwelle des Verbrennungsmotors hin- und hergehend bewegen, um Kraftstoff,
der in eine Kompressionskammer der Hochdruckpumpe 14 angesaugt
worden ist, mit Druck zu beaufschlagen. In der Hochdruckpumpe 14 sind
eine Vielzahl an Kolben um einen Nocken herum angeordnet. Ein Dosierventil 16 als
ein Dosieraktuator ist an der Seite eines Einlasses der Hochdruckpumpe 14 vorgesehen.
Das Dosierventil 14 wird mit einer elektrischen Stromstärke
beliefert, und die elektrische Stromstärke wird so gesteuert,
dass der in die Hochdruckpumpe 14 angesaugte Kraftstoff
in einem Ansaugtakt der Hochdruckpumpe 14 dosiert wird. Wie
dies in 2 gezeigt ist, ist das Dosierventil 16 ein
normalerweise offenes Ventil, das im Wesentlichen gänzlich
offen ist, wenn die zu dem Dosierventil 16 gelieferte elektrische
Stromstärke Null beträgt. Die Menge an Kraftstoff,
die von der Hochdruckpumpe 14 unter Druck zugeführt
wird, kann gesteuert werden, indem der in die Hochdruckpumpe 14 gesaugte
Kraftstoff dosiert wird.
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Die
Common-Rail 20 ist mit einem Drucksensor 22 und
einem Druckbegrenzer 24 versehen. Der Drucksensor 22 erfasst
den Druck (den Common-Rail-Druck) des Kraftstoffs im Drucksensor 22. Der
Druckbegrenzer 24 öffnet, um den Kraftstoff zu dem
Kraftstofftank 12 zurückkehren zu lassen, wodurch
der Common-Rail-Druck verringert wird, wenn der Common-Rail-Druck übermäßig
ansteigt. Der Drucksensor 22 ist gleichwertig einer Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung.
Der Verbrennungsmotor 2 ist mit einem Kurbelsensor 32 und
einem Nockensensor 34 zum Erfassen eines Betriebszustandes
des Verbrennungsmotors 2 versehen. Der Kurbelsensor 32 erfasst
einen Kurbelwinkel des Verbrennungsmotors 2. Der Nockensensor 34 bestimmt
beispielsweise einen Verbrennungszustand eines Zylinders der vier
Zylinder. Die ECU 40 erfasst den Kurbelwinkel auf der Grundlage
eines Abgabesignals des Kurbelsensors 32, wodurch die Drehzahl
des Verbrennungsmotors 2 erlangt wird. Das Kraftstoffeinspritzsystem 10 weist
des Weiteren andere Sensoren zum Erfassen eines Betriebszustandes
des Verbrennungsmotors 2 auf. Beispielsweise weist das
Kraftstoffeinspritzsystem 10 des Weiteren einen Gaspedalsensor,
der eine Gaspedalposition (ACCP) erfasst, die einer Handhabung eines
Gaspedals entspricht, einen Temperatursensor, der die Temperatur der
Einlassluft (Einlasslufttemperatur), die Temperatur des Kühlwassers
(Wassertemperatur) und die Temperatur des Kraftstoffs (Kraftstofftemperatur)
erfasst, und dergleichen auf.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil 30 ist ein Solenoidventil mit
einem im Allgemeinen bekannten Aufbau, in dem beispielsweise ein
Anhebevorgang einer Düsennadel zum Öffnen und
Schließen eines Düsenlochs gemäß dem
in einer Steuerkammer herrschenden Druck gesteuert wird. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 30 Kraftstoff
einspritzt, steht die Steuerkammer mit einer Niedrigdruckkomponente
(Bauteil) in Kommunikation, und dadurch kehrt unter hohem Druck
stehender Kraftstoff, der von der Common-Rail 20 zu der
Steuerkammer geliefert wird, teilweise zu der Niederdruckkomponente
zurück. Bei dem gegenwärtigen Vorgang nimmt der
Kraftstoffdruck in der Steuerkammer ab, und dadurch wird die Düsennadel angehoben.
Kraftstoff kehrt von der Steuerkammer des Kraftstoffeinspritzventils 30 zu
der Niederdruckkomponente wie beispielsweise der Kraftstofftank 12 an
einer Niedrigdruckseite zurück.
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Die
ECU 40 des Steuergerätes für den Druck der
Common-Rail weist einen Mikrocomputer auf, der eine CPU, einen ROM,
einen RAM, einen Flash-Memory und dergleichen aufweist. Die ECU 40 empfängt
Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren inklusive dem Drucksensor 22,
dem Kurbelsensor 32 und dem Nockensensor 34, wodurch
der Betriebszustand des Verbrennungsmotors gesteuert wird. Beispielsweise
steuert die ECU 40 die Menge an Kraftstoff, die von der
Hochdruckpumpe 14 per Druck zugeführt wird, das
Kraftstoffeinspritzen aus dem Kraftstoffeinspritzventil 30,
eine Kraftstoffeinspritzzeit, ein Muster einer Mehrstufeneinspritzung und
dergleichen. In der Mehrstufeneinspritzung werden beispielsweise
eine Haupteinspritzung, eine Piloteinspritzung vor der Haupteinspritzung,
eine Nacheinspritzung nach der Haupteinspritzung und dergleichen
ausgeführt. Die ECU 40 steuert eine elektrische Stromstärke
(elektrischer Strom), die zu dem Dosierventil 16 geliefert
wird, durch eine Impulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung)
so, dass der von der Hochdruckpumpe 14 per Druck zugeführte Kraftstoff
dosiert wird, wodurch der Druck in der Common-Rail gesteuert wird.
Die elektrische Stromstärke, die zu dem Dosierventil 16 geliefert
wird, erhöht sich im Ansprechen auf eine Zunahme des Zyklusverhältnis'
der PWM-Steuerung. Das Dosierventil 16 ist ein normalerweise
offenes Ventil. Daher ist, wie dies in 2 gezeigt
ist, wenn das Zyklusverhältnis der PWM-Steuerung auf Null
gesetzt ist, um die elektrische Stromstärke auf Null zu
verringern, das Dosierventil 16 im Wesentlichen in dem
gänzlich offenen Zustand, und dadurch nimmt die Strömungsmenge
des Kraftstoffs bis zu dem maximalen Wert zu. Alternativ schließt,
wenn das Zyklusverhältnis der PWM-Steuerung so erhöht
wird, dass die elektrische Stromstärke zunimmt, das Dosierventil 16 allmählich ausgehend
von dem gänzlich offenen Zustand, und dadurch nimmt die
Strömungsmenge des Kraftstoffs ab. Der Druck in der Common-Rail
erhöht sich im Ansprechen auf das Öffnen des Dosierventils 16 und
die Zunahme der Strömungsmenge des Kraftstoffs, der von
der Hochdruckpumpe 14 per Druck zugeführt wird.
Im Gegensatz dazu nimmt der Druck in der Common-Rail im Ansprechen
auf das Schließen des Dosierventils 16 und die
Abnahme der Strömungsmenge des Kraftstoffs, der von der
Hochdruckpumpe 14 per Druck zugeführt wird, ab.
Bei dem vorliegenden Aufbau steuert die ECU 40 den Druck
der Common-Rail, indem das Dosierventil 16 so gehandhabt wird,
dass die Strömungsmenge des Kraftstoffs dosiert wird, der
von der Hochdruckpumpe 14 per Druck zugeführt
wird.
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In 2 zeigt
eine gestrichelte Linie 200 die maximale Strömungscharakteristik
für die elektrische Stromstärke, die zu dem Dosierventil 16 geliefert wird,
im Hinblick auf eine individuelle Differenz, einer durch ein Altern
hervorgerufene Variation und dergleichen. Eine durchgehende Linie 210 zeigt
den Mittelwert der Strömungscharakteristik. Die ECU 40 steuert
das Dosierventil 16 unter Berücksichtigung der
maximalen Strömungscharakteristik, die durch die gestrichelte
Linie 200 gezeigt wird. Die ECU 40 arbeitet als
die folgenden Einrichtungen, indem ein Steuerprogramm ausgeführt
wird, das durch den ROM oder den Flash-Memory beispielsweise gespeichert
wird.
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Druckbestimmungseinrichtung
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Die
ECU 40 erlangt den Druck der Common-Rail von dem Abgabesignal
des Drucksensors 22. Die ECU 40 bestimmt, ob der
Druck der Common-Rail auf einen vorbestimmten Druck (kinjpc) erhöht
wird, nachdem der Verbrennungsmotor 2 gestartet worden
ist.
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Schaltbedingungsbestimmungseinrichtung
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Wenn
die Druckbestimmungseinrichtung bestimmt, dass der Druck der Common-Rail
auf den vorbestimmten Druck kinjpc erhöht wird, nachdem der
Verbrennungsmotor 2 gestartet worden ist, bestimmt die
ECU 40, dass eine Schaltbedingung (Wahlbedingung) erfüllt
ist. Wenn die Schaltbedingung erfüllt ist, handhabt die
ECU 40 das Dosierventil 16 bei einem vorbestimmten Öffnungsgrad,
der kleiner als die Öffnung des Durchtrittsbereiches von
diesem in dem gänzlich offenen Zustand ist, nachdem das
Dosierventil 16 bei dem gänzlich offenen Zustand
während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors 2 gehandhabt
worden ist. Gemäß dem vorliegenden Vorgang wird
bestimmt, ob die Schaltbedingung, bei der das Öffnen des
Dosierventils 16 von dem gänzlich offenen Zustand
zu der vorbestimmten Öffnung gehandhabt wird, erfüllt
ist und zwar auf der Grundlage des Drucks in der Common-Rail, der
von dem Abgabesignal des Drucksensors 22 erlangt wird.
Daher kann ein Zeitpunkt (Schaltzeitpunkt), bei dem das Öffnen
des Dosierventils 16 gewählt wird und zu der vorbestimmten Öffnung
geschaltet wird, mit einer hohen Genauigkeit beim Startvorgang des
Verbrennungsmotors 2 bestimmt werden. Somit kann der Druck der
Common-Rail mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden.
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Öffnungssteuereinrichtung
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Vorzugsweise
wird, wie dies durch eine durchgehende Linie 220 in 3 dargestellt
ist, der Druck der Common-Rail schnell auf einen Zieldruck (Solldruck)
im Startbetrieb des Verbrennungsmotors 2 so erhöht,
dass Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil 30 sofort
eingespritzt wird. Gemäß dem vorliegenden Vorgang
steuert, wenn eine Zündvorrichtung beispielsweise durch
ein Drehen eines Zündschalters zu einer Startposition betätigt
wird, die ECU 40 zunächst das Zyklusverhältnis
der PWM-Steuerung bei im Wesentlichen Null, um so die elektrische
Stromstärke, die zu dem Dosierventil 16 geliefert
wird, auf im Wesentlichen Null zu steuern. Dadurch wird das Dosierventil 16 bei
dem gänzlich offenen Zustand gehandhabt, und eine maximale Strömung
an Kraftstoff wird von dem Dosierventil 16 in die Kompressionskammer
der Hochdruckpumpe 14 gesaugt. Somit nimmt, wie dies durch
eine durchgehende Linie 230 gezeigt ist, der Druck in der
Common-Rail zu. In dem vorliegenden Zustand wird, wenn das Dosierventil 16 bei
dem gänzlich offenen Zustand gehalten wird, der Druck in
der Common-Rail so erhöht, dass er größer
als der Solldruck ist. Folglich überschreitet, wie dies
durch die durchgehende Linie 230 dargestellt ist, der Common-Rail-Druck
den Solldruck (Zieldruck).
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Wenn
daher die Druckbestimmungseinrichtung bestimmt, dass der Druck in
der Common-Rail, der auf der Grundlage des Abgabesignals des Drucksensors 22 erlangt
wird, bis zu dem vorbestimmten Druck (kinjpc) sich erhöht,
erhöht die ECU 40 das Zyklusverhältnis
der PWM-Steuerung so, dass die zu dem Dosierventil 16 gelieferte
elektrische Stromstärke von Null ausgehend erhöht
wird. Somit steuert die ECU 40 das Dosierventil 16 bei
der vorbestimmten Öffnung, die kleiner als die Öffnung
bei dem gänzlich offenen Zustand ist. Somit nimmt die Menge
an Kraftstoff, die zu der Hochdruckpumpe 14 strömt,
ab, und dadurch nimmt die Menge an Kraftstoff ab, die von der Hochdruckpumpe 14 per
Druck zugeführt wird. Daher wird, wie dies durch die gestrichelte
Linie 240 dargestellt ist, die Erhöhungsrate des
Drucks in der Common-Rail im Vergleich zu der Erhöhungsrate verringert,
die durch die durchgehende Linie 230 bei dem gänzlich
offenen Zustand gezeigt ist.
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In 3 tritt
eine Zeitverzögerung Δt anschließend
an einen Zeitpunkt, bei dem das Dosierventil 16 mit der
elektrischen Stromstärke beliefert wird und bei der vorbestimmten Öffnung
ausgehend von dem gänzlich offenen Zustand gesteuert wird, und
vor einem Zeitpunkt auf, bei dem die Erhöhungsrate des
Drucks der Common-Rail zuzunehmen beginnt. Wie dies durch die nachstehend
dargelegte Formel (1) definiert ist, wird die Zeitverzögerung Δt hauptsächlich
durch drei Faktoren (dta, dtb, dtc) bestimmt. Δt = dta + dtb + dtc (1)
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Der
Ausdruck dta ist eine Zeitspanne, die verstrichen ist, um Kraftstoff
von dem Dosierventil 16 in die Kompressionskammer zu saugen.
Der Ausdruck dtb ist eine Zeitspanne, die verstrichen ist, damit
der Kraftstoff mit Druck beaufschlagt wird und der Kraftstoff per
Druck zugeführt wird, nachdem der Kraftstoff in die Kompressionskammer
gesaugt worden ist. Der Ausdruck dtc ist eine Zeitspanne, die verstrichen
ist, damit der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 14 zu
der Common-Rail 20 strömt. Die Zeitverzögerung Δt
wird erhalten, indem ein Experiment oder dergleichen zuvor ausgeführt
wird. Der vorbestimmte Druck (kinjpc), bei dem die Öffnung
des Dosierventils gewählt und geschaltet wird, wird auf
der Grundlage der Zeitverzögerung Δt in der Formel
(1), der Wassertemperatur und dergleichen bestimmt.
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Öffnungseinstelleinrichtung
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Die
ECU 40 bestimmt und stellt die vorbestimmte Öffnung
ein, zu der die ECU 40 die Öffnung des Dosierventils 16 wählt
und schaltet, und zwar ausgehend von dem gänzlich offenen
Zustand auf der Grundlage der Wassertemperatur oder der Kraftstofftemperatur
während des Startbetriebs des Verbrennungsmotors 2.
Wenn die Wassertemperatur hoch wird, wird die Temperatur des Kraftstoffs
hoch, und dadurch nimmt die Viskosität des Kraftstoffs
ab. Wenn die Viskosität des Kraftstoffs abnimmt, nimmt beispielsweise
die Menge an Kraftstoff, die von einer Hochdruckkomponente (Bauteil)
zu der Niederdruckkomponente durch einen Gleitabschnitt zwischen dem
Kolben und der Hochdruckpumpe 14 und dem Zylinder austritt,
zu. Folglich nimmt, wenn die Temperatur des Kraftstoffs hoch wird,
die Menge an Kraftstoff, die von der Hochdruckpumpe 14 per
Druck zugeführt wird, unter der Voraussetzung ab, dass
die Öffnung des Dosierventils 16 konstant bleibt.
Daher wird, wie dies in 4 gezeigt ist, wenn die Temperatur
des Kraftstoffs (die Wassertemperatur) hoch wird, die vorbestimmte Öffnung,
zu der die Öffnung des Dosierventils 16 gewählt
und ausgehend von den gänzlich offenen Zustand geschaltet
wird, erhöht (nimmt zu). Dadurch kann eine Verringerung
der Menge an Kraftstoff, die von der Hochdruckpumpe 14 per
Druck zugeführt wird, was durch die Zunahme der Temperatur
des Kraftstoffs bewirkt wird, eingeschränkt werden.
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Die
ECU 40 kann die Kraftstofftemperatur auf der Grundlage
der Wassertemperatur abschätzen. Alternativ kann die ECU 40 die
Kraftstofftemperatur erfassen und sie kann die vorbestimmte Öffnung
auf der Grundlage der erfassten Kraftstofftemperatur einstellen.
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Druckeinstelleinrichtung
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Die
ECU 40 bestimmt und stellt den vorbestimmten Druck (kinjpc),
bei dem die ECU 40 die Öffnung des Dosierventils 16 von
dem gänzlich offenen Zustand zu der vorbestimmten Öffnung
wählt und schaltet, auf der Grundlage der Wassertemperatur oder
der Kraftstofftemperatur beim Startbetrieb des Verbrennungsmotors 2 ein.
Wenn die Kraftstofftemperatur hoch wird und dadurch die Viskosität
des Kraftstoffs abnimmt, nimmt die Menge an von der Hochdruckpumpe 14 per
Druck zugeführtem Kraftstoff ab. Somit verringert sich
die Erhöhungsrate des Drucks in der Common-Rail im Ansprechen
auf eine Verringerung der Menge an Kraftstoff, die von der Hochdruckpumpe 14 per
Druck zugeführt wird. Daher wird, wie dies in 5A gezeigt
ist, unter einer Voraussetzung, dass der vorbestimmte Druck (kinjpc),
wenn die Öffnung des Dosierventils 16 von dem gänzlich
offenen Zustand zu der vorbestimmten Öffnung geschaltet
wird, unabhängig von der Kraftstofftemperatur konstant
ist, eine Zunahmecharakteristik des Drucks in der Common-Rail, die
durch die gestrichelte Linie 240 gezeigt ist, in einem
Umgebungstemperaturzustand zu einer Charakteristik, die durch eine
gestrichelte Linie 250 gezeigt ist, im Ansprechen auf eine
Erhöhung der Temperatur des Kraftstoffs. Folglich wird
die Zeitspanne, die verstreicht, damit der Druck in der Common-Rail
zu dem Solldruck zunimmt, lang.
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Daher
stellt, wie dies in 5B dargestellt ist, die ECU 40 den
vorbestimmten Druck (kinjpc) bei einem höheren Druck ein,
wenn die Temperatur des Kraftstoffs von der Wassertemperatur hoch
wird. Gemäß dem vorliegenden Vorgang kann, wie
dies durch eine Strichpunktlinie mit zwei kurzen Strichen 252 in 5A gezeigt
ist, der Druck der Common-Rail unter der Bedingung bedeutsam zunehmen,
bei der das Dosierventil 16 in dem gänzlich offenen
Zustand ist, und zwar so, dass der Druck der Common-Rail nicht beim
Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 eine Überschreitung
bewirkt. Folglich kann eine Verringerung der Zunahmerate des Drucks
der Common-Rail, die durch die Erhöhung der Kraftstofftemperatur
bewirkt wird, ausgeglichen werden, und dadurch kann der Druck der
Common-Rail sofort auf den Solldruck zunehmen.
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Common-Rail-Drucksteuerung
beim Startvorgang
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In
einer Common-Rail-Drucksteuerung wird das Dosierventil 16 so
gehandhabt, dass der Druck der Common-Rail beim Startvorgang des
Verbrennungsmotors gesteuert wird. Eine Common-Rail-Drucksteuerroutine
ist nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Die Common-Rail-Drucksteuerung wird bei dem Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 ausgeführt.
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Common-Rail-Drucksteuervorgang
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Bei
dem Schritt S300 in 6 dreht, wenn beispielsweise
der Zündschalter zu der Startposition gehandhabt wird,
die ECU 40 eine Startervorrichtung zum Starten eines Ankurbelvorgangs
des Verbrennungsmotors 2. Bei dem Schritt S302 bestimmt
die ECU 40, ob Sensorsignale des Kurbelsensors und des
Nockensensors in angemessener Weise ausgegeben und synchronisiert
werden. Wenn die Sensorsignale des Kurbelsensors und des Nockensensors synchronisiert
sind, erfolgt eine bejahende Bestimmung bei dem Schritt S302. In
diesem Fall führt bei dem Schritt S304 die ECU 40 eine
normale Steuerung der Öffnung des Dosierventils 16 so
aus, dass eine Rückführ-Steuerung (Regelung) des
Drucks der Common-Rail gemäß der Differenz zwischen
dem tatsächlichen Common-Rail-Druck, den der Drucksensor 22 erfasst,
und dem Soll-Common-Rail-Druck ausgeführt wird. Wenn die
Sensorsignale des Kurbelsensors und des Nockensensors nicht synchronisiert sind,
erfolgt eine negative Bestimmung bei dem Schritt S302. In diesem
Fall bestimmt bei dem Schritt S306 die ECU 40, ob der tatsächliche
(derzeitige) Common-Rail-Druck (RP), den der Drucksensor 22 erfasst,
größer als der vorbestimmte Druck (kinjpc) ist.
Wenn der derzeitige Common-Rail-Druck (RP) geringer als der vorbestimmte
Druck (kinjpc) ist, erfolgt eine negative Bestimmung bei dem Schritt S306.
In diesem Fall setzt bei dem Schritt S308 die ECU 40 die
elektrische Stromstärke, die zu dem Dosierventil 16 geliefert
wird, auf die elektrische Stromstärke für das
gänzlich erfolgende Öffnen, durch die das Dosierventil 16 so
gesteuert wird, dass sich ein gänzlich offener Zustand
einstellt. Das Dosierventil 16 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das normalerweise
offene Ventil, und daher ist die elektrische Stromstärke
für das gänzlich erfolgende Öffnen, durch
die sich das Dosierventil 16 im gänzlich offenen
Zustand befindet, im Wesentlichen Null. Somit kehrt der Vorgang
der ECU 40 zu dem Schritt S302 zurück. Wenn der
derzeitige Common-Rail-Druck (RP) gleich wie oder größer
als der vorbestimmte Druck (kinjpc) ist, erfolgt eine positive Bestimmung
bei dem Schritt S306. In diesem Fall erlangt bei dem Schritt S310
die ECU 40 die elektrische Stromstärke, die zu
dem Dosierventil 16 geliefert wird, aus einer Datenzuordnung
(Datentabelle) oder dergleichen gemäß der vorbestimmten Öffnung
und der Wassertemperatur. Somit kehrt der Vorgang der ECU 40 zu
dem Schritt S302 zurück.
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ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Gemäß dem
vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel weist die ECU 40 eine
Druckerhöhungsratenerfassungseinrichtung und eine Schaltzeitpunkteinstelleinrichtung
auf zum Bestimmen des Schaltzeitpunktes, bei dem die ECU 40 die Öffnung des
Dosierventils 16 wählt und schaltet von dem gänzlich
offenen Zustand zu der vorbestimmten Öffnung.
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Druckerhöhungsratenerfassungseinrichtung
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Wie
dies in 7 dargestellt ist, startet beim Startvorgang
des Verbrennungsmotors 2 die ECU 40 den Ankurbelvorgang
des Verbrennungsmotors 2, während das Dosierventil 16 beim
gänzlich offenen Zustand gesteuert wird. Folglich berechnet
und erfasst die ECU 40 die Zunahmerate oder Erhöhungsrate
(p1/T1) des Drucks in der Common-Rail gemäß dem
Common-Rail-Druck p1, der in vorbestimmten Zeitspanne T1 zunimmt.
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Schaltzeitpunkteinstelleinrichtung
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Die
ECU 40 berechnet eine Zeitspanne T, die der Druck der Common-Rail
benötigt, um zu dem Solldruck p2 des Common-Rail-Drucks
unter der Bedingung zuzunehmen, bei der das Dosierventil 16 im gänzlich
offenen Zustand ist, aus der folgenden Formel (2) unter Verwendung
der Zunahmerate (p1/T1). T = p2/(p1/T1)
= p2 × (T1/p1) (2)
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Der
vorbestimmte Druck (kinjpc), bei dem die Öffnung des Dosierventils 16 von
dem gänzlich offenen Zustand zu der vorbestimmten Öffnung
derart geschaltet wird, dass der Common-Rail-Druck keine Überschreitung
aufweist, wird bestimmt, um die folgende Formel (3) zu erfüllen.
Der vorbestimmte Druck (kinjpc) wird unter Berücksichtigung
der Zeitverzögerung Δt bestimmt, die der Common-Rail-Druck
benötigt, um sich nach dem Schalten der Öffnung
des Dosierventils 16 zu ändern. T – Δt > kinjpc × (T1/p1)
p2 × (T1/p1) – Δt > kinjpc × (T1/p1)
p2 – Δt × (p1/T1) > kinjpc (3)
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Die
ECU 40 bestimmt den vorbestimmten Druck (kinjpc) mit einem
Grenzwert, der die Formel (3) erfüllt, auf der Grundlage
eines Sicherheitsfaktors, einer vorhergesagten Erhöhungsrate
des Common-Rail-Drucks, wenn die Öffnung des Dosierventils 16 aus
dem gänzlich offenen Zustand zu der vorbestimmten Öffnung
verringert wird, und dergleichen. Der Sicherheitsfaktor wird derart
bestimmt, dass der Druck der Common-Rail nicht eine Überschreitung ausführt.
Der vorbestimmte Druck (kinjpc) bezieht sich auf einen Schaltzeitpunkt,
bei dem die Öffnung des Dosierventils von dem gänzlich
geöffneten Zustand zu der vorbestimmten Öffnung
geschaltet wird. Der vorbestimmte Druck (kinjpc) wird auf der Grundlage
der Erhöhungsrate (p1/T1) des Common-Rail-Drucks bestimmt,
die auf der Grundlage des Abgabesignals des Drucksensors 22 berechnet wird.
Daher wird der vorbestimmte Druck (kinjpc) unter Berücksichtigung
einer Änderung der Strömungscharakteristik der
Hochdruckpumpe 14, die durch eine Änderung der
Temperatur des Kraftstoffs bewirkt wird, einer Individualdifferenz
des Dosierventils 16, eines Alterns und dergleichen bestimmt.
Bei dem vorliegenden Aufbau kann die Öffnung des Dosierventils 16 in
geeigneter Weise von dem gänzlich offenen Zustand zu der
vorbestimmten Öffnung gemäß dem Zuführzustand
der Hochdruckpumpe 14 geschaltet werden.
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Gemäß dem
vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel wird die Öffnung
des Dosierventils 16 zunächst bei dem gänzlich
offenen Zustand so gesteuert, dass die Gesamtmenge an Kraftstoff
von der Hochdruckpumpe 14 zu der Common-Rail 20 beim Startvorgang
des Verbrennungsmotors 2 zugeführt wird. Somit
erhöht sich der Druck in der Common-Rail schnell beim Startvorgang
des Verbrennungsmotors 2. Wenn der Druck in der Common-Rail sich
bis zu dem vorbestimmten Druck (kinjpc) erhöht, wird das
Dosierventil 16 auf die vorbestimmte Öffnung eingestellt,
die kleiner als die Öffnung beim gänzlich offenen
Zustand ist. Somit kann die Erhöhungsrate des Drucks in
der Common-Rail verringert werden. Folglich kann der Druck der Common-Rail davor
bewahrt werden, dass er den Soll-Druck überschreitet.
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ANDERE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel werden der vorbestimmte Druck
(kinjpc), bei dem die Öffnung des Dosierventils 16 von
dem gänzlich offenen Zustand zu der vorbestimmten Öffnung
beim Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 geschaltet wird,
und die vorbestimmte Öffnung auf der Grundlage der Wassertemperatur
und/oder der Kraftstofftemperatur bestimmt. Alternativ kann zumindest
ein Wert des vorbestimmten Drucks (kinjpc) und/oder der vorbestimmten Öffnung
ein konstanter Wert sein unabhängig von der Wassertemperatur
und der Kraftstofftemperatur.
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Gemäß den
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das
Dosierventil 16 an dem Einlass der Hochdruckpumpe 14 vorgesehen,
um den Kraftstoff, der von der Hochdruckpumpe 14 zugeführt
wird, gemäß seiner Öffnung zu dosieren,
indem der in die Hochdruckpumpe 14 gesaugte Kraftstoff
dosiert wird. Es ist ausreichend, dass das Dosierventil den Kraftstoff,
der von der Hochdruckpumpe 14 zugeführt wird,
gemäß seiner Öffnung dosiert. Daher kann
das Dosierventil an dem Auslass der Hochdruckpumpe vorgesehen sein,
um den von der Hochdruckpumpe zugeführten Kraftstoff zu
dosieren.
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Gemäß den
vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wird
das Dosierventil 16 zunächst bei dem gänzlich
offenen Zustand beim Startvorgang des Verbrennungsmotors 2 gesteuert.
Danach wird bestimmt, dass die Schaltbedingung erfüllt
ist, wenn der Druck in der Common-Rail zu dem vorbestimmten Druck
(kinjpc) zunimmt, und dadurch wird das Dosierventil 16 von
dem gänzlich offenen Zustand zu der vorbestimmten Öffnung
geschaltet. Alternativ kann beispielsweise die Schaltbedingung als
erfüllt bestimmt werden und kann das Dosierventil 16 von dem
gänzlich offenen Zustand so zu der vorbestimmten Öffnung
geschaltet werden, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne beim Startvorgang
des Verbrennungsmotors 2 verstrichen ist.
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Gemäß den
vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen weist
die ECU 40 die Schaltbedingungsbestimmungseinrichtung,
die Öffnungssteuereinrichtung, die Öffnungseinstelleinrichtung,
die Druckbestimmungseinrichtung, die Druckeinstelleinrichtung, die
Druckerhöhungsratenerfassungseinrichtung und die Schaltzeitpunkteinstelleinrichtung auf,
die jeweils durch das Steuerprogramm definiert sind. Alternativ
kann zumindest ein Teil der Funktion dieser Einrichtungen durch
eine Hardware bewirkt werden, die elektronische Schaltungen aufweist.
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In
dieser Weise ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern
ist auf verschiedene Ausführungsbeispiele innerhalb des
Umfangs der Erfindung anwendbar.
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Die
vorstehend dargelegten Abläufe wie beispielsweise die Berechnungen
und Bestimmungen sind nicht darauf beschränkt, dass sie
durch die ECU 40 ausgeführt werden. Die Steuereinheit
kann verschiedene Strukturen aufweisen, die die dargestellte ECU 40 als
ein Beispiel haben. Die Funktionen der Einrichtungen (Einheiten)
können unter Verwendung einer Hardware mit Funktionen,
die durch ihren Aufbau bestimmt sind, einer Hardware mit Funktionen, die
durch ein Programm spezifiziert sind, oder eine Kombination aus
diesen Hardwareeinrichtungen bewirkt werden. Die vorstehend dargelegten
Ausführungsbeispiele sind nicht auf eine analoge Schaltung beschränkt,
die Einrichtungen zum Handhaben von analogen Signalen aufweist,
die so aufgebaut sind, dass sie die Vorgänge wie beispielsweise
das Vergleichen, das Verstärken und andere Vorgänge
unter Verwendung von analogen Größen ausführen.
Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Signale in den Schaltungsstrukturen
der vorstehend dargelegten Ausführungsbeispiele in digitale
Signale umgewandelt werden, und im Wesentlichen die gleichen Vorgänge
wie beispielsweise das Vergleichen, das Verstärken und
die anderen Vorgänge können unter Verwendung der
umgewandelten digitalen Signale ausgeführt werden, indem
ein Mikrocomputer, eine programmierbare Logikschaltung und dergleichen angewendet
werden.
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Beispielsweise
können die vorstehend dargelegten Vorgänge wie
beispielsweise die Berechnungen und Bestimmungen durch irgendeine
Software, eine elektrische Schaltung, eine mechanische Vorrichtung
und dergleichen und Kombinationen aus ihnen ausgeführt
werden. Die Software kann in einem Speichermedium gespeichert sein
und kann über eine Übertragungsvorrichtung wie
beispielsweise eine Netzwerkvorrichtung übertragen werden.
Die elektrische Schaltung kann eine integrierte Schaltung sein und
kann eine diskrete Schaltung sein wie beispielsweise eine Hardwarelogik,
die mit elektrischen oder elektronischen Elementen oder dergleichen konfiguriert
ist. Die Elemente, die die vorstehend erläuterten Vorgänge
bewirken, können diskrete (einzelne) Elemente sein und
können teilweise oder gänzlich integriert sein.
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Es
sollte verständlich sein, dass, während die Vorgänge
der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hierbei
so beschrieben sind, dass sie eine spezifische Abfolge an Schritten
aufweisen, weitere alternative Ausführungsbeispiele mit
verschiedenen anderen Abfolgen dieser Schritte und/oder zusätzliche
Schritte, die hierbei nicht offenbart sind, in den Umfang der vorliegenden
Erfindung fallen sollen.
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Die
vorstehend dargelegten Strukturen der Ausführungsbeispiele
können in geeigneter Weise kombiniert werden. Verschiedene
Abwandlungen und Änderungen können sich direkt
aus dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen
ergeben, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Das
Einspritzventil 30 spritzt Kraftstoff, der in der Common-Rail 20 gespeichert
wird, in einen Verbrennungsmotor 2 ein. Die Öffnungssteuereinheit (Schritt
S308, S310) steuert eine elektrische Stromstärke, die zu
dem Dosierventil 16 geliefert wird, zum Handhaben einer Öffnung
des Dosierventils 16 in derartiger Weise, dass der von
der Lieferpumpe 14 zu der Common-Rail 20 gelieferte
Kraftstoff dosiert wird und der Druck in der Common-Rail 20 gesteuert wird.
Die Öffnungssteuereinheit (Schritt S308, S310) stellt zunächst
die Öffnung des Dosierventils 16 auf einen im
Wesentlichen gänzlich offenen Zustand beim Startvorgang
des Verbrennungsmotors 2 ein. Die Öffnungssteuereinheit
(Schritt S308, S310) schaltet anschließend die Öffnung
des Dosierventils 16 von dem im Wesentlichen gänzlich
offenen Zustand zu einer vorbestimmten Öffnung, die kleiner
als die Öffnung in dem im Wesentlichen gänzlich
offenen Zustand ist, im Ansprechen auf eine Bestimmung, dass die
Schaltbedingung erfüllt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 6-207548
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