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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Kraftstoffeinspritzsystem, das mit Kraftstoffinjektoren ausgestattet ist, die so arbeiten, dass sie Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine einspritzen, und sie bezieht sich genauer gesagt auf ein solches Kraftstoffeinspritzsystem, das dazu ausgelegt ist, unter Verwendung einer Ausgabe eines in einem Kraftstoffinjektor installierten Drucksensors einen Kraftstoffeinspritzmodus zu überwachen.
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Hintergrund der Erfindung
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Um die Genauigkeit beim Steuern des abgegebenen Drehmoments von Brennkraftmaschinen und die Menge deren Abgasemissionen sicherzustellen ist es wesentlich, einen Kraftstoffeinspritzungsmodus, etwa die Menge des von einem Kraftstoffinjektor einzusprühenden Kraftstoffs oder die Einspritzzeitgebung, zu der der Kraftstoffinjektor mit dem Einsprühen des Kraftstoffs startet, zu steuern. Zum Steuern eines solchen Kraftstoffeinspritzungsmodus wurden Techniken zum Überwachen einer Druckänderung des Kraftstoffs vorgeschlagen, die vom Einsprühen des Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor herrühren.
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Genauer gesagt kann der Zeitpunkt, zu dem der Druck des Kraftstoffs infolge dessen Einsprühens von dem Kraftstoffinjektor beginnt abzufallen, dafür verwendet werden, eine tatsächliche Einspritzzeitgebung zu bestimmen, zu der der Kraftstoff tatsächlich eingesprüht wurde. Der Betrag des Druckabfalls des Kraftstoffs, der von dessen Einsprühen herrührt, kann dafür verwendet werden, die Menge des tatsächlich von dem Kraftstoffinjektor eingesprühten Kraftstoffs zu bestimmen. Ein solches Beobachten des tatsächlichen Kraftstoffeinspritzmodus stellt die gewünschte Genauigkeit beim Steuern des Kraftstoffeinspritzmodus sicher.
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Beispielsweise wird in dem Fall, dass die Kraftstoffdruckänderung, die von dem Einsprühen des Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor herrührt (und die im weiteren Verlauf nachstehend auch als eine Kraftstoffdruckänderung bezeichnet wird) unter Verwendung eines direkt in einer Common-Rail (d.h., einem Kraftstoffspeicher) installierten Drucksensor gemessen wird, ein Teil davon in der Common-Rail absorbiert, was zu einer Verschlechterung der Genauigkeit beim Bestimmen einer solchen Kraftstoffdruckänderung führt. Um diesen Nachteil auszugleichen lehrt die japanische Patenterstveröffentlichung
JP 2000 -
265 892 A das Installieren des Drucksensors in einer Verbindung zwischen der Common-Rail und einem Hochdruckrohr, durch welches der Kraftstoff von der Common-Rail zu dem Kraftstoffinjektor geschickt wird, um die Kraftstoffdruckänderung zu messen, bevor sie in der Common-Rail absorbiert wird. Dieser Aufbau erfordert es jedoch, dass eine in hohem Maße druckwiderstandsfähige Abdichtung der Verbindung, in der der Drucksensor installiert ist, sichergestellt wird, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten des Kraftstoffinjektors und zu Bedenken hinsichtlich einer Leckage des Kraftstoffs von der Verbindung führt.
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Ferner ist aus der
JP 2003 -
120 393 A ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen, das so ausgelegt ist, dass es einen Kraftstoffeinspritzungsmodus überwacht und den Bedarf zum hermetischen Abdichten eines in einem Kraftstoffinjektor installierten Drucksensors beseitigt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 und mit einem Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen von Anspruch 2 gelöst.
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Gemäß Anspruch 1 ist ein Kraftstoffeinspritzungssystem für eine Brennkraftmaschine, etwa für einen Dieselmotor für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Das Kraftstoffeinspritzungssystem weist Folgendes auf: (a) einen Kraftstoffinjektor, der einen Körper aufweist, in dem ein Einsprühloch ausgebildet ist, einen Hochdruckpfad, der sich in dem Körper erstreckt und durch den der Kraftstoff bei einem hohen Druck zu dem Einsprühloch zugeführt wird, einen Niederdruckpfad, der sich in dem Körper erstreckt und durch den überschüssiger Kraftstoff bei einem niedrigen Druck zur Außenseite des Körpers abgelassen wird, und ein Ventil, das so arbeitet, dass es eine Verbindung zwischen dem Hochdruckpfad und dem Einsprühloch wahlweise herstellt oder trennt, um die Einspritzung des Kraftstoffs von dem Einsprühloch in die Brennkraftmaschine zu steuern; (b) ein Niederdruckkraftstoffrohr, das mit dem Niederdruckpfad des Kraftstoffinjektors verbunden ist, um den überschüssigen Kraftstoff zu einem Kraftstofftank abzulassen; (c) einen Drucksensor, der in einem Rückführpfad angeordnet ist, der sich durch den Niederdruckpfad und das Niederdruckkraftstoffrohr zu dem Kraftstofftank erstreckt, wobei der Drucksensor so arbeitet, dass er ein Signal als eine Funktion eines Drucks des Kraftstoffs in dem Rückführpfad ausgibt; und (d) ein Steuergerät, das so arbeitet, dass es eine Änderung in der Abgabe des Drucksensors abfragt, um einen Einspritzmodus zu bestimmen, in dem der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor in die Brennkraftmaschine eingespritzt wurde, wobei das Steuergerät das Einsprühen des Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor auf Grundlage des Einspritzungsmodus steuert.
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Gemäß Anspruch 2 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine vorgesehen, welches Folgendes aufweist: (a) Kraftstoffinjektoren, die für jeweilige Zylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen sind, wobei jeder Kraftstoffinjektor einen Körper, in welchem ein Einsprühloch ausgebildet ist, einen Hochdruckpfad, der sich in dem Körper erstreckt und durch den der Kraftstoff bei einem hohen Druck zu dem Einsprühloch zugeführt wird, einen Niederdruckpfad, der sich in dem Körper erstreckt und durch den überschüssiger Kraftstoff bei einem niedrigen Druck zur Außenseite des Körpers abgelassen wird, und ein Ventil aufweist, das so arbeitet, dass es eine Verbindung zwischen dem Hochdruckpfad und dem Einsprühloch wahlweise herstellt oder trennt, um das Einspritzen des Kraftstoffs von dem Einsprühloch in die Brennkammer zu steuern; (b) Niederdruckabzweigungsrohre, die jeweils mit dem Niederdruckpfad eines jeweiligen Kraftstoffinjektors verbunden sind; (c) ein Niederdruckkraftstoffrohr, an dem die Niederdruckabzweigungsrohre angeschlossen sind, um den überschüssigen Kraftstoff zu einem Kraftstofftank abzulassen; (d) Drucksensoren, die alle stromaufwärts des Niederdruckkraftstoffrohrs in einem Rückführpfad angeordnet sind, der sich durch den Niederdruckpfad eines der Kraftstoffinjektoren, eines der Niederdruckabzweigungsrohre und das Niederdruckkraftstoffrohr zu dem Kraftstofftank erstreckt, wobei jeder der Drucksensoren so arbeitet, dass er ein Signal als eine Funktion eines Kraftstoffdrucks in dem Rückführpfad ausgibt; und (e) ein Steuergerät, das so arbeitet, dass es eine Änderung der Ausgabe eines jeden der Drucksensoren abfragt, um einen Einspritzmodus zu bestimmen, in welchem der Kraftstoff von einem entsprechenden der Kraftstoffinjektoren in die Brennkraftmaschine eingespritzt wurde. Das Steuergerät steuert das Einsprühen des Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor auf Grundlage des Einspritzmodus.
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Es wurde die Tatsache herausgefunden, dass der Kraftstoff in dem Rückführpfad, der zu dem Kraftstofftank bei dem niedrigen Druck abgelassen wird, dazu verwendet werden kann, eine Kraftstoffdruckänderung zu überwachen, die von dem Einsprühen des Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor herrührt. Der Drucksensor ist daher in dem Rückführpfad installiert, wodurch der Bedarf zum Sicherstellen des hohen Ausmaßes einer hermetischen Abdichtung des Drucksensors beseitigt wird.
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Gemäß Anspruch 1 und 2 ist der Kraftstoffinjektor so ausgelegt, dass er eine Steuerkammer, einen Auslass, eine Niederdruckkammer und ein Steuerventil hat. Die Steuerkammer ist in dem Körper ausgebildet und wird mit einem Teil des Kraftstoffs in dem Hochdruckpfad versorgt, um das Ventil hydraulisch in eine Ventilschließrichtung zu drängen, in der das Einsprühloch geschlossen wird. Der Auslass stellt zwischen der Steuerkammer und dem Rückführpfad eine Verbindung her, um dem Kraftstoff zu ermöglichen, von der Steuerkammer zu dem Rückführpfad abgelassen zu werden. Die Niederdruckkammer ist in dem Niederdruckpfad ausgebildet. Das Steuerventil ist in der Niederdruckkammer angeordnet und arbeitet so, dass es den Auslass wahlweise öffnet und schließt, um den Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer zu steuern. Bei dieser Art des Aufbaus tritt die Kraftstoffdruckänderung, die von dem Einsprühen des Kraftstoffs herrührt, für gewöhnlich an dem Auslass auf. Der Drucksensor ist daher in der Niederdruckkammer angeordnet, um die Genauigkeit beim Bestimmen der Kraftstoffdruckänderung sicherzustellen, ohne einer starken Abschwächung unterworfen zu werden.
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Das Steuergerät bestimmt einen Abfalltiefpunktzeitpunkt, der ein Zeitpunkt ist, zu dem die Ausgabe des Drucksensors einen Spitzenwert an einer Verlaufsform einer Änderung der Ausgabe von dem Drucksensor erstmals erreicht hat, nachdem das Ventil mit der Bewegung zum Öffnen des Einsprühlochs gestartet hat, wonach die Ausgabe des Drucksensors einen Tiefpunkt an der Verlaufsform erreicht. Das Steuergerät bestimmt den Abfalltiefpunktzeitpunkt als den Einspritzungsstartzeitpunkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Drucksensor in dem Kraftstoffinjektor angeordnet, wodurch ermöglicht wird, dass die Kraftstoffdruckänderung abgefragt wird, ohne dass sie stark abgeschwächt wird.
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Das Steuergerät kann als den Einspritzungsmodus zumindest eines von einem Einspritzstartzeitpunkt, zu dem die Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine startet, einem Einspritzendzeitpunkt, zu dem die Kraftstoffeinspritzung in die Brennkraftmaschine stoppt, und einem Vollhubzeitpunkt bestimmen, zu dem das Ventil in der Ventilöffnungsrichtung, in der das Einsprühloch geöffnet wird, vollständig angehoben ist.
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Bei durch Kompression gezündeten Kraftmaschinen, etwa Dieselkraftmaschinen, hängt die Verbrennung des Kraftstoffs verglichen mit Benzinkraftmaschinen für gewöhnlich stark von dem Einspritzstartzeitpunkt ab. Die Verbrennung des Kraftstoffs kann daher präzise gesteuert werden, indem ein Betrieb des Kraftstoffinjektors auf Grundlage des Einspritzstartzeitpunkts gesteuert wird.
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Es wurde die Tatsache herausgefunden, dass der Vollhubzeitpunkt von dem Alterungsgrad des Kraftstoffinjektors abhängig ist. Der Alterungsgrad des Kraftstoffinjektors kann daher auf Grundlage des Vollhubzeitpunkts bestimmt werden. Das Steuergerät kann einen Betrieb des Kraftstoffinjektors auf Grundlage des Alterungsgrads steuern, um die Verbrennung des Kraftstoffs präzise zu steuern. Der Alterungsgrad kann auf Grundlage einer Steigung einer Verlaufsform einer Änderung der Ausgabe von dem Kraftstoffinjektor zwischen dem Einspritzstartzeitpunkt und dem Vollhubzeitpunkt bestimmt werden.
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Das Steuergerät kann den Einspritzstartzeitpunkt und den Einspritzendzeitpunkt zum Bestimmen einer Menge des Kraftstoffs verwenden, der zum Ereignis des geöffneten Ventils eingesprüht wurde, während dem das Ventil das Einsprühloch einmal öffnet. Genauer gesagt stellt ein Zeitintervall (d.h., die Einspritzdauer) zwischen dem Einspritzstartzeitpunkt und dem Einspritzendzeitpunkt ein hohes Ausmaß einer Korrelation mit der Menge des eingesprühten Kraftstoffs dar. Je länger die Einspritzdauer ist, desto größer ist die Menge des eingesprühten Kraftstoffs.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem kann ferner einen Hochdrucksensor aufweisen, der einen Druck des Kraftstoffs misst, der sich unter hohem Druck befindet. Das Steuergerät kann die Menge des eingesprühten Kraftstoffs auf Grundlage des Kraftstoffdrucks, der durch den Hochdrucksensor gemessen wurde, ebenso wie des Einspritzstartzeitpunkts und des Einspritzendzeitpunkts bestimmen. Für gewöhnlich hängt die Menge des eingesprühten Kraftstoffs zudem von dem Druck des Kraftstoffs ab, der eingesprüht wurde. Die Menge des eingesprühten Kraftstoffs kann daher präzise unter Verwendung des Drucks des Kraftstoffs bestimmt werden, der stromaufwärts des Einsprühlochs bei dem hohen Druck platziert wurde. Dieser Druck wird bevorzugterweise abgefragt unmittelbar bevor der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor eingesprüht wird.
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Das Steuergerät kann als den Vollhubzeitpunkt einen Zeitpunkt bestimmen, zu dem nach dem Start der Ventilbewegung zum Öffnen des Einsprühlochs die Ausgabe des Drucksensors zuerst einen Spitzenwert an einer Verlaufsform einer Änderung in der Ausgabe des Drucksensors erreicht, abfällt, wieder ansteigt und dann stabil wird, wonach sie wieder mit dem Abfallen anfängt.
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Das Steuergerät kann einen Abfallendzeitpunkt bestimmen, der ein Zeitpunkt ist, zu dem das Ventil zum Schließen des Einsprühlochs bewegt wird, sodass die Ausgabe des Drucksensors abfällt und dann die Ausgabe des Drucksensors aufhört abzufallen. Das Steuergerät kann als den Einspritzendzeitpunkt einen Augenblick nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne seit dem Abfallendzeitpunkt bestimmen.
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Die vorgegebene Zeitspanne kann als eine Funktion eines Intervalls zwischen dem Einspritzstartzeitpunkt und dem Vollhubzeitpunkt bestimmt werden.
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Das Steuergerät kann die vorgegebene Zeitspanne als eine Funktion des Drucks bestimmen, der durch den Hochdrucksensor gemessen wird.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung verstanden, welche jedoch nicht zum Beschränken der Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden sollten, sondern lediglich dem Zwecke der Erläuterung und dem Verständnis dienen.
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In den Zeichnungen ist:
- 1 ein schematisches Schaubild, das ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der Erfindung zeigt;
- 2 eine Längsschnittansicht, die einen Innenaufbau eines Kraftstoffinjektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, der in dem Kraftstoffeinspritzsystem von 1 installiert ist;
- 3 ein Ablaufdiagramm einer Abfolge logischer Schritte oder eines Programms, das durch das Kraftstoffeinspritzsystem von 1 zum Steuern eines Betriebs eines Kraftstoffinjektors auszuführen ist;
- 4 eine Ansicht, die ein Einspritzsteuerungskennfeld M zum Gebrauch beim Bestimmen eines Einspritzmodus zeigt, in welchem der Kraftstoff einzusprühen ist;
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Einspritzmoduserfassungsprogramms, das durch das Kraftstoffeinspritzsystem aus 1 zum Erfassen eines tatsächlichen Einspritzmodus auszuführen ist;
- 6(a) eine Ansicht, die eine Kraftstoffdruckänderung in einer Niederdruckkammer eines Kraftstoffinjektors zeigt, die von einem einzelnen Kraftstoffschuss herrührt;
- 6(b) eine Ansicht, die ein Einspritzsteuersignal zeigt, das zu einem Kraftstoffinjektor ausgegeben wird;
- 6(c) eine Ansicht, die den Hubbetrag eines Steuerventils eines Kraftstoffinjektors zeigt;
- 6(d) eine Ansicht, die den Hubbetrag einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors zeigt;
- 6(e) eine Ansicht, die eine Einspritzrate eines von Einsprühlöchern eines Kraftstoffinjektors eingesprühten Kraftstoffs zeigt; und
- 7 eine Längsschnittansicht, die einen Innenaufbau eines Kraftstoffinjektors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, der in dem Kraftstoffeinspritzsystem von 1 installiert ist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Ansichten auf gleiche Teile beziehen, ist insbesondere unter Bezugnahme auf 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen gemäß der Erfindung gezeigt, welches als ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Dieselkraftmaschinen entworfen ist, die in vierrädrigen Fahrzeugen montiert ist. Die Dieselkraftmaschine, die im weiteren Verlauf als ein viertaktiger Reihendieselmotor bezeichnet ist, der vier Zylinder #1, #2, #3 und #4 hat und in den Kraftstoff direkt in eine Brennkammer eines jeden der Zylinder #1 bis #4 bei 1,000 atm oder mehr in einen Kraftmaschinenverbrennungszyklus (d.h., einen Viertaktzyklus) einschließlich eines Einlasses oder Induktionstakts, eines Kompressionstakts, eines Expansionstakts und eines Auslasstakts einzuspritzen ist. Der Kraftmaschinenverbrennungszyklus beträgt 720° Kurbelwinkel (CA) und wird bei einem Intervall von 180° Kurbelwinkel in Reihe unter den Zylindern #1 bis #4 initiiert.
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Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem ist mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 30 ausgestattet, die so arbeitet, dass sie die Menge des zu einem Ansaugsteuerventil 11c zuzuführenden elektrischen Stroms in einem rückgekoppelten Steuerungsmodus (beispielsweise einen PID-Steuerungsmodus) steuert, um die Menge des von einer Kraftstoffpumpe 11 abzugebenden Kraftstoffs auf einen ausgewählten Wert einzustellen, wodurch der Druck in einer Common Rail 12 (d.h., einen Kraftstoffspeicher), der durch einen Common-Rail-Drucksensor 13 gemessen wird, mit einem Sollwert in Übereinstimmung gebracht wird. Die ECU 30 steuert zudem einen Betrieb eines jeden der Kraftstoffinjektoren 20, um den Kraftstoff, dessen Druck in der Common Rail 12 auf den Solldruck erhöht wurde, in einen der Zylinder #1 bis #4 der Kraftmaschine einzusprühen. Genauer gesagt steuert die ECU 30 die Menge des in jeden der Zylinder #1 bis #4 der Kraftmaschine einzusprühenden Kraftstoffs, um die Drehzahl und das Abgabedrehmoment der Kraftmaschine zu steuern.
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Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem hat einen Kraftstofftank 10, die Kraftstoffpumpe 11, die Common Rail 12 und die Kraftstoffinjektoren 20. Die Kraftstoffpumpe 11 ist mit einer Hochdruckpumpe 11a und einer Niederdruckpumpe 11b ausgestattet, die durch eine Kraftmaschinenausgabe angetrieben sind. Die Niederdruckpumpe 11b arbeitet so, dass sie den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10 pumpt. Die Hochdruckpumpe 11a arbeitet so, dass sie den durch die Niederdruckpumpe 11b gepumpten Kraftstoff mit Druck beaufschlägt und ihn abgibt. Das Ansaugsteuerventil 11c steuert die Menge des in die Hochdruckpumpe 11b einzugebenden Kraftstoffs (d.h., die Menge des von der Kraftstoffpumpe 11 abzugebenden Kraftstoffs). Genauer gesagt steuert die ECU 30 die Menge des zu dem Ansaugsteuerventil 11c zuzuführenden elektrischen Stroms, um die Menge des von der Kraftstoffpumpe 11 abzugebenden Kraftstoffs auf einen ausgewählten Wert einzustellen.
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Die Niederdruckpumpe 11b kann durch eine Trochoidförderpumpe implementiert werden. Die Hochdruckpumpe 11a kann durch eine Tauchkolbenpumpe implementiert werden, in welcher Tauchkolben durch einen exzentrischen Nocken (nicht gezeigt) hin- und herbewegt werden, um den in die Druckkammern eingegebenen Kraftstoff der Reihe nach mit Druck zu beaufschlagen und abzugeben.
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Der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 10 wird durch die Kraftstoffpumpe 11 zu der Common Rail 12 gefördert und darin bei einem gesteuerten Hochdruck gespeichert. Der Kraftstoff in der Common Rail 12 wird durch eine Hochdruckpumpe 14 zu jedem der Kraftstoffinjektoren 20 verteilt. Ein überschüssiger Kraftstoff, der jeden der Kraftstoffinjektoren 20 betreten hat, wird durch Niederdruckabzweigungsrohre 15 und ein Niederdruckkraftstoffrohr 16 zu dem Kraftstofftank 10 abgelassen. Jedes der Niederdruckabzweigungsrohre 15 ist mit einem der Kraftstoffinjektoren 20 verbunden. Der durch die Niederdruckabzweigungsrohre 15 abgelassene Kraftstoff wird in dem Niederdruckkraftstoffrohr 16 gesammelt und zu dem Kraftstofftank 10 zurückgeführt.
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2 zeigt einen Innenaufbau eines jeden der Kraftstoffinjektoren 20.
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Jeder der Kraftstoffinjektoren 20 ist durch ein hydraulisch betätigtes Ventil gefertigt, welches durch den von dem Kraftstofftank 10 zugeführten Kraftstoff geöffnet oder geschlossen wird. Genauer gesagt hat der Kraftstoffinjektor 20 eine Steuerkammer Cd, in welche der Kraftstoff zum Öffnen der Einsprühlöcher 21c eingelassen wird. Der Kraftstoffinjektor 20 ist von einer normalerweise geschlossenen Bauweise, wie dies auf 2 ersichtlich ist.
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Der Kraftstoffinjektor 20 hat einen hohlen zylindrischen Körper 21, in dem ein Kraftstoffeinlass 21a ausgebildet ist, mit dem das Hochdruckkraftstoffrohr 14 verbunden ist, um den von der Common Rail 12 geschickten Kraftstoff zu fördern. Der Anteil des Kraftstoffs, der den Kraftstoffeinlass 21a betreten hat, strömt in die in dem Körper 21 definierte Steuerkammer Cd, während der Rest des Kraftstoffs durch einen im Inneren des Körpers 21 ausgebildeten Hochdruckpfad 21b zu den Einsprühlöchern 21c strömt. Die Steuerkammer Cd ist mit einem Auslass 21d in Verbindung, der durch ein Steuerventil 22 geöffnet oder geschlossen wird. Wenn der Auslass 21d durch das Steuerventil 22 geöffnet wird, wird dies den Kraftstoff in der Steuerkammer Cd dazu bringen, durch den Auslass 21d in eine Niederdruckkammer 21e zu strömen. Der Kraftstoff in der Niederdruckkammer 21e wird dann durch einen Kraftstoffauslass 21f zu dem Niederdruckabzweigungsrohr 15 abgelassen und durch das Niederdruckkraftstoffrohr 16 zurück zu dem Kraftstofftank 10 rückgeführt. Die Steuerkammer Cd ist durch eine Drosselöffnung mit dem Auslass 21d in Verbindung. Auf ähnliche Weise ist der Hochdruckpfad 21b durch eine Drosselöffnung mit der Steuerkammer Cd in Verbindung.
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Innerhalb des Körpers 21 sind ein Steuerkolben 23 und eine Düsennadel 24 in einer Achsrichtung (d.h., einer vertikalen Richtung) des Körpers 21 verschiebbar angeordnet. Der Steuerkolben 23 wird an seinem einen Ende durch den Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer Cd in Richtung der Einsprühlöcher 21c gedrängt und wird an seinem anderen Ende durch den Niederdruck des Kraftstoffs in einen Niederdruckpfad 21g, der sich von der Niederdruckkammer 21e erstreckt, von den Einspritzlöchern 21c weg gedrängt.
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In dem Körper 21 ist zudem ein ringförmiger Sitz 21h ausgebildet, auf dem die Düsennadel 24 aufzusetzen ist. Wenn sich die Düsennadel 24 auf dem Sitz 21h befindet, um den Hochdruckpfad 21b zu schließen, führt dies dazu, dass die Düsennadel 24 an ihrem einen Ende durch die Summe des durch die eine Schraubenfeder 25 hervorgebrachten elastischen Drucks und des niedrigen Drucks des Kraftstoffs in dem Niederdruckpfad 21b gedrängt wird, so dass die Einsprühlöcher 21c geschlossen werden.
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Wenn es erforderlich ist, die Einsprühlöcher 21c zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Kraftmaschine zu öffnen, dann erregt die ECU 30 ein Solenoid 26 eines Zwei-Wege-Solenoidventils. Dies lässt das Steuerventil 22 magnetisch anziehen, sodass der Auslass 21d gegen den durch die Feder 27 hervorgebrachten Druck geöffnet wird, wodurch der Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer Cd (der nachstehend auch als der Steuerdruck bezeichnet wird) abfällt. Der Steuerkolben 23 wird dann angehoben, so dass die Düsennadel 24 von dem Sitz 21h wegbewegt wird, um die Einsprühlöcher 21c zu öffnen, wodurch das Einsprühen des durch den Hochdruckpfad 21b geschickten Kraftstoffs initiiert wird.
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Wie dies aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, wird der Anstieg des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer Cd durch die Zufuhr des hohen Drucks des Kraftstoffs zu der Steuerkammer Cd von dem Kraftstoffeinlass 21a erreicht, während das Abfallen des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer Cd durch Erregen des Solenoids 26 erreicht wird, um das Steuerventil 22 zum Öffnen des Auslasses 21d zu bewegen. Die Bewegung der Düsennadel 24 zum Öffnen oder Schließen der Einsprühlöcher 21c wird gesteuert, indem das Steuerventil 21 bewegt wird, um den Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer Cd zu ändern.
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Die Bewegung der Düsennadel 24 wird in einer Ein-Aus-Art gesteuert. Genauer gesagt gibt die ECU 30 alternierend um umgekehrt ein Impulssignal zu dem Zwei-Wege-Solenoidventil aus, um die Düsennadel 24 anzuheben, um die Einsprühlöcher 21c für eine Ein-Dauer zu öffnen, während der das Impulssignal sich bei einem hohen Niveau befindet, und um es zum Schließen der Einsprühlöcher 21 für eine Aus-Dauer abzusenken, während der sich das Impulssignal auf einem niedrigen Niveau befindet.
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Der Kraftstoffinjektor 20 ist zudem mit einem Rückführdrucksensor 28 ausgestattet, der den Druck des von der Steuerkammer Cd durch den Auslass 21d abgelassenen Kraftstoffs misst und ein diesen Druck anzeigendes Signal zu der ECU 30 ausgibt. Der Rückführdrucksensor 28 ist in der Niederdruckkammer 21e angeordnet und erzeugt das Signal als eine Funktion des Kraftstoffdrucks in der Niederdruckkammer 21e.
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Der Rückführdrucksensor 28 ist in jedem der Kraftstoffinjektoren 20 installiert. Die ECU 30 arbeitet so, dass sie, wie dies später ausführlich beschrieben ist, die Verlaufsform einer Kraftstoffdruckänderung in der Niederdruckkammer 21e, die von dem Einsprühen des Kraftstoffs von jedem der Kraftstoffinjektoren 20 herrührt, präzise ermittelt. Der Rückführdrucksensor 28 kann aus einem Stab, der elastisch verformbar ist, wenn er dem Kraftstoffdruck ausgesetzt ist, und aus einem an dem Stab befestigten Dehnungsmessstreifen gefertigt sein.
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Der Rückführdrucksensor 28 ist durch einen (nicht gezeigten) Kabelstrang elektrisch an der ECU 30 angeschlossen. Der Kabelstrang erstreckt sich durch ein in einer Seitenwand des Körpers 21 ausgebildetes Loch 21i zur Außenseite des Körpers 21. Die Ausgabe des Rückführdrucksensors 28 wird durch den Kabelstrang zu der ECU 30 übertragen. Der Spalt zwischen dem Rückführdrucksensor 28 und dem Loch 21i ist hermetisch abgedichtet, um die Leckage des Kraftstoffs von der Niederdruckkammer 21e zur Außenseite des Körpers 21 zu vermeiden. Die hermetische Abdichtung kann erreicht werden, indem ein Dichtungselement zwischen dem Stab des Rückführdrucksensors 20 und einer Innenwand des Körpers 21 platziert wird, oder indem an dem Stab ein mechanischer Druck ausgeübt wird, um den Stab mit der Innenwand des Körpers 21 in Flächenkontakt zu bringen.
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Die ECU 30 ist mit einem Mikrocomputer ausgestattet, der aus einer CPU, die so arbeitet, dass sie vorgegebene Abläufe durchführt, einem RAM, der als ein Hauptspeicher zum temporären Speichern von Daten über die durchgeführten Vorgänge oder über Ergebnisse der Vorgänge dient, einem ROM, der als ein Programmspeicher dient, einem EEPROM, der als ein Datenvorhaltespeicher dient, und einem Sicherungs-RAM aufgebaut ist, der von einer in dem Fahrzeug montierten Speicherbatterie selbst dann mit elektrischer Energie versorgt wird, wenn die ECU 30 ausgeschaltet ist. In dem ROM sind ein Kraftstoffeinspritzsteuerprogramm, ein Kraftmaschinensteuerprogramm und Steuerdatenkennfelder gespeichert. In dem EEPROM sind Steuerungsdaten und Entwurfsdaten der durch die ECU 30 zu steuernden Kraftmaschine gespeichert.
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Die ECU 30 analisiert eine Ausgabe von einem Kurbelwinkelsensor 42, wie dies in 1 gezeigt ist, um eine Winkelstellung einer Kurbelwelle 41 der Kraftmaschine und die Drehzahl NE der Kraftmaschine zu bestimmen. Die ECU 30 analisiert zudem eine Ausgabe von einem Beschleunigungseinrichtungspositionssensor 44, um die Position eines Beschleunigungspedals als eine Funktion einer Betätigung des Beschleunigungspedals durch den Fahrer zu messen. Die ECU 30 überwacht die Ausgaben von den Sensoren 42 und 44 und von anderen Sensoren, wie dies später beschrieben wird, um einen Betriebszustand der Kraftmaschine und eine Fahreranfrage der Kraftmaschine zu bestimmen und steuert das Ansaugsteuerventil 11c und die Kraftstoffinjektoren 20, um die Betriebsbedingung der Kraftmaschine auf eine gewünschte Bedingung zu bringen.
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Nachstehend wird die durch die ECU 30 auszuführende Steuerung des Kraftstoffsystems beschrieben.
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Die ECU 30 überwacht einen momentanen Betriebszustand der Kraftmaschine, etwa die Drehzahl NE der Kraftmaschine und die Position des Beschleunigungspedals, um eine Sollmenge des von jedem der Kraftstoffinjektoren 20 einzusprühenden Kraftstoffs zu berechnen und gibt ein Einspritzsteuersignal synchron mit einer vorgegebenen Einspritzsteuerzeit aus, um jeden der Kraftstoffinjektoren 20 für eine Einspritzdauer zu öffnen, die zum Einspritzen der Sollmenge des Kraftstoffs in die Kraftmaschine erforderlich ist, wodurch das Abgabedrehmoment der Kraftmaschine in Übereinstimmung mit einem Sollwert gebracht wird.
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3 ist ein Ablaufdiagramm einer Abfolge von logischen Schritten oder eines Programms zum Steuern des Kraftstoffsystems. In dem Programm aus 3 verwendete Parameter sind in dem RAM, dem EEPROM oder dem Sicherungs-RAM der ECU 30 gespeichert und werden nach Bedarf nachgeführt. Das Programm aus 3 ist in dem ROM gespeichert und wird durch die ECU 30 ausgeführt.
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Zuerst werden in Schritt 11 die Parameter, etwa die Drehzahl NE der Kraftmaschine, die durch den Kurbelwinkelsensor 42 gemessen wird, der Druck des zu den Kraftstoffinjektoren 20 zugeführten Kraftstoffs (d.h., der Druck des Kraftstoffs in der Common Rail 20, der durch den Common-Rail-Drucksensor 13 gemessen wird) und die Position des Fahrpedals, die durch den Beschleunigungseinrichtungspositionssensor 44 gemessen wird, abgefragt.
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Die Routine schreitet zu Schritt 12 vor, in dem die in Schritt 11 abgefragten Parameter analysiert werden, um ein Einspritzmuster zu bestimmen, welches das Muster ist, in dem der Kraftstoff von jedem der Kraftstoffinjektoren 20 einzusprühen ist. Genauer gesagt wird in dem Fall, dass jeder der Kraftstoffinjektoren 20 so gesteuert werden soll, dass ein einzelner Kraftstoffschuss in jedem Verbrennungszyklus (d.h., des viertaktigen Zyklus) der Kraftmaschine eingesprüht wird, eine Sollmenge Q des in die Kraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffs (eine Solleinspritzdauer) berechnet. Alternativ wird in dem Fall, dass jeder der Kraftstoffinjektoren 20 so zu steuern ist, dass mehrere Kraftstoffschüsse in jedem der Verbrennungszyklen der Kraftmaschine eingesprüht werden (die für gewöhnlich auch als Multi-Einspritzsteuerung bezeichnet wird), eine Gesamtsollmenge Q des in die Kraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffs in jedem der Verbrennungszyklen berechnet. Die Sollmenge Q oder die Gesamtsollmenge Q des Kraftstoffs ist so bestimmt, dass auf Grundlage eines erforderlichen Drehmoments oder einer erforderlichen Last an der Kraftmaschine, die als eine Funktion der Position des Beschleunigungspedals abgeleitet werden, an der Kurbelwelle 41 ein Solldrehmoment erzeugt wird. Die folgende Erörterung bezieht sich auf die Multi-Einspritzsteuerung.
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Das Einspritzmuster wird durch Auslesen unter Verwendung eines Einspritzsteuerungskennfelds M bestimmt, welches in 4 dargestellt und in dem EEPROM gespeichert ist. Das Einspritzmuster kann alternativ mathematisch berechnet werden. Das Einspritzmuster ist ein Muster, das so optimiert ist, dass das erforderliche Drehmoment erfüllt wird und eine hohe Qualität von Emissionen der Kraftmaschine erreicht wird. Genauer gesagt können mehrere optimale Einspritzmuster experimentell innerhalb eines Parameterbereichs, von dem erwartet wird, dass er in Schritt 11 hergeleitet wird, bestimmt und in dem Einspritzsteuerungskennfeld M eingetragen werden.
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Das Einspritzmuster wird zudem auf Grundlage der Anzahl von Malen bestimmt, mit der der Kraftstoff von einem entsprechenden der Kraftstoffinjektoren 20 einzusprühen ist, der Einspritzzeitgebungen und der Einspritzdauer in jedem der Verbrennungszyklen der Kraftmaschine. Das Einspritzsteuerungskennfeld M führt Beziehungen zwischen der Gesamtsollmenge Q des Kraftstoffs, der Kraftmaschinendrehzahl NE und den Einspritzmustern für jeden der in den Zylindern #1 bis #4 der Kraftmaschine installierten Kraftstoffinjektoren 20 auf. Die Einspritzmuster können zudem unter Verwendung eines zusätzlichen Parameters, etwa der Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels bestimmt werden.
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Die ECU 30 bestimmt das Einspritzsteuersignal auf Grundlage des Einspritzmusters, das auf vorstehend erwähnte Weise unter Verwendung des Einspritzsteuerungskennfelds M hergeleitet wurde, welches zu einem entsprechenden der Kraftstoffinjektoren 20 zum Durchführen einer Pilot-Einspritzung, einer Voreinspritzung, einer Haupteinspritzung, einer Nacheinspritzung und einer Post-Einspritzung von Kraftstoff in die Kraftmaschine auszugeben ist.
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Das von dem Einspritzsteuerkennfeld M hergeleitete Einspritzmuster wird unter Verwendung eines Korrekturfaktors korrigiert, der beispielsweise in dem EEPROM der ECU 30 gespeichert ist und zyklisch nachgeführt wird. Beispielsweise wird das Einspritzmuster auf Grundlage eines nachgeführten Einspritzmusterwerts = Einspritzmusterwert an dem Einspritzsteuerkennfeld M / Korrekturfaktor korrigiert, um das Einspritzmuster zu ermitteln, in dem der Kraftstoff von einem entsprechenden der Kraftstoffinjektoren 20 eingesprüht werden sollte. Die ECU 30 berechnet das Einspritzsteuersignal, um die mehreren Einspritzungen von Kraftstoff in dem korrigierten Einspritzmuster zu erreichen. Der Korrekturfaktor wird während des Betriebs der Kraftmaschine in einem anderen Programm zyklisch nachgeführt.
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Schließlich schreitet die Routine zu Schritt 13 vor, in dem die ECU 30 die in Schritt 12 bestimmten Einspritzsteuersignale zu einem entsprechenden der Kraftstoffinjektoren 20 ausgibt, um ihn zum Initiieren der Kraftstoffeinspritzung in die Kraftmaschine in dem auf vorstehende Weise definierten Einspritzmuster zu öffnen.
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Für gewöhnlich wird sich eine Abweichung eines tatsächlichen Einspritzmodus (d.h., der Menge des eingespritzten Kraftstoffs, der Einspritzzeitgebung oder der Einspritzendzeitgebung) von jenem durch das Einspritzsteuersignal angewiesenen Modus mit dem Altern des Kraftstoffinjektors 20 ändern. Die ECU 30 aus diesem Ausführungsbeispiel ist so ausgelegt, dass sie eine Ausgabe des Rückführdrucksensors 28, der eine Änderung des Kraftstoffdrucks in der Niederdruckkammer 21e angibt, die von dem Einsprühen des Kraftstoffs von dem Injektor 20 herrührt, überwacht, um den gegenwärtigen Einspritzmodus zu lernen. Die ECU 30 korrigiert die in dem Einspritzsteuerungskennfeld M gespeicherten Einspritzmuster um sie nahe an den gegenwärtigen Einspritzmodus oder in Übereinstimmung damit zu bringen.
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 5 bis 6(e) beschrieben, wie der gegenwärtige Einspritzmodus unter Verwendung der Ausgabe des Rückführdrucksensors 28 gefunden wird.
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5 veranschaulicht ein Einspritzmoduserfassungsprogramm, das durch die ECU 30 bei vorgegebenen Zeitintervallen (beispielsweise einem Betriebszyklus des Mikrocomputers) oder jedes Mal dann ausgeführt wird, wenn sich die Kurbelwelle 41 um einen vorgegebenen Winkel dreht. 6(a) zeigt eine Kraftstoffdruckänderung in der Niederdruckkammer 21e (d.h., eine Änderung der Ausgabe des Rückführdrucksensors 28), die von einem einzelnen Kraftstoffschuss von dem Kraftstoffinjektor 20 herrührt. 6(b) zeigt das Einspritzsteuersignal, das in Schritt 13 aus 3 zu dem Kraftstoffinjektor 20 ausgegeben wird. 6(c) zeigt den Hubbetrag des Steuerventils 22. 6(d) zeigt den Hubbetrag der Düsennadel 24. 6(e) zeigt die Einspritzrate des von den Einsprühlöchern 21c der Kraftstoffinjektoren 20 eingesprühten Kraftstoffs (d.h., die Menge des pro Zeiteinheit eingesprühten Kraftstoffs). Die Abszissenachse in jeder der 6(a) bis 6(e) gibt eine verstrichene Zeit wieder.
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Nach Betreten des Programms schreitet die Routine zu Schritt 21 vor, in dem die Ausgabe des Rückführdrucksensors 28 abgefragt wird. Dieser Schritt wird für jeden der Kraftstoffdrucksensoren 20 durchgeführt. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 6(a) bis 6(e) beschrieben, wie die Ausgabe des Rückführdrucksensors 28 abgefragt wird.
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Wie in 6(b) zu sehen ist, wird das Einspritzsteuersignal in Form eines Impulssignals vorbereitet. Wenn das Einspritzsteuerungssignal zunimmt, das heißt, wenn es sich in dem Ein-Zustand befindet, wird dies das Solenoid 26 erregen, um die Einsprühlöcher 21c zu öffnen. Mit anderen Worten wird dann, wenn das Einspritzsteuersignal zum Zeitpunkt t1 auf den Ein-Zustand geändert wird, der Kraftstoffinjektor 20 dazu angewiesen, das Einsprühen von Kraftstoff zu initiieren. Wenn das Einspritzsteuersignal zum Zeitpunkt t5 auf den Aus-Zustand geändert ist, dann wird der Kraftstoffinjektor 20 dazu angewiesen, das Einsprühen von Kraftstoff zu beenden. Die ECU 30 steuert die Zeitspanne, während der sich das Einspritzsteuersignal in dem Ein-Zustand befindet (d.h., die Ein-Dauer des Einspritzsteuersignals), um eine Ventilöffnungsdauer Tq zu regeln, für die die Einsprühlöcher 21c offen gehalten sind, um die Menge Q des einzusprühenden Kraftstoffs auf einen Sollwert zu bringen.
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Die ECU 30 führt zudem ein Unterprogramm durch, um die Ausgabe von dem Rückführdrucksensor 28 in einem Zyklus abzufragen, der kürzer als der Ausführzyklus des Programms aus 5 ist, der aber dazu ausreicht, den Ortspunkt oder die Verlaufsform einer Kraftstoffdruckänderung herzuleiten, die in 6(a) gezeigt ist. Beispielsweise wird die Ausgabe des Rückführdrucksensors 28 bei einem Intervall von weniger als 50 µsek bevorzugterweise kleiner als 20 psek abgefragt.
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Die Routine schreitet zu Schritt 22 vor, in dem die Verlaufsform der Kraftstoffdruckänderung, die in Schritt 21 hergeleitet wurde, analysiert wird, um den in 6(a) dargestellten Zeitpunkt t3 zu finden, zu dem ein Abfalltiefpunkt auftritt, der der tiefste Punkt an der Verlaufsform ist, nachdem der Druck des Kraftstoffs angestiegen ist, einen Zeitpunkt t4 zu finden, zu dem der Druck des Kraftstoffs schließlich damit anfängt abzufallen, und einen Zeitpunkt t7 zu finden, zu dem das Abfallen des Kraftstoffdrucks beendet ist. Die Beziehungen unter den Zeitpunkten t3, t4 und t7, dem Hubbetrag des Steuerventils 22, dem Hubbetrag der Düsennadel 24 und der Einspritzrate werden nachstehend erörtert.
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BEZIEHUNG ZWISCHEN DEM ZEITPUNKT t3, ZU DEM DER ABFALLTIEFPUNKT AUFTRITT, UND DEM ZEITPUNKT t3, ZU DEM DAS EINSPRITZEN VON KRAFTSTOFF BEGONNEN WIRD
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Wenn das Einspritzsteuersignal zum Zeitpunkt t1 auf den Ein-Zustand umgeschaltet wird, dann wird damit begonnen, das Steuerventil 22 anzuheben. Dies lässt den Kraftstoff in der Steuerkammer Cd durch den Auslass 21d in die Niederdruckkammer 21e strömen, sodass der Druck in der Niederdruckkammer 21e (der nachstehend auch als ein Ablassdruck bezeichnet wird) ansteigt (siehe A1 in 6(a)). Danach taucht der erste Spitzenwert t2 an der Verlaufsform der Kraftstoffänderung auf. Genauer gesagt dann, wenn ein gewisser Betrag des Kraftstoffs von der Steuerkammer Cd abgelassen wurde, fängt der Druck in der Steuerkammer Cd damit an, abzufallen. Dieser Druckabfall führt zu einem Abfall des Kraftstoffdrucks in der Niederdruckkammer 21e (siehe A2 in 6(a)).
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Wenn danach der Druck in der Steuerkammer Cd fällt und die Düsennadel 24 zum Zeitpunkt t3 in 6(d) mit der Aufwärtsbewegung beginnt, wird dies den Kraftstoff in der Steuerkammer Cd dazu bringen, durch die Bewegung der Düsennadel 24 zwangsweise abgelassen zu werden, so dass der Druck in der Niederdruckkammer 21e wieder steigt (siehe A3 in 6(a)). Kurz gesagt steigt der Druck in der Niederdruckkammer 21e zum Zeitpunkt t3 wieder an, zu dem die Düsennadel mit dem Anheben der Einsprühlöcher 21c anfängt. Es wurde daher herausgefunden, dass die Einspritzung dann initiiert wurde, wenn das Einspritzsteuersignal auf den Ein-Zustand umgeschaltet wurde und der erste Spitzenwert t2 an der Verlaufsform der durch den Rückführdrucksensor 28 gemessenen Kraftstoffdruckänderung aufgetreten ist, wonach der Abfalltiefpunktzeitpunkt t3 erreicht wurde (d.h., der Druck des Kraftstoffs wieder damit anfängt zu steigen).
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BEZIEHUNG DEM ZEITPUNKT t4, ZU DEM DER DRUCKABFALL STARTET, UND DEM ZEITPUNKT t4, ZU DEM DIE DÜSE VOLLSTÄNDIG ANGEHOBEN IST
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Wenn der Kraftstoff in der Steuerkammer Cd durch die Bewegung der Düsennadel 24 zwangsweise abgelassen wird, dann pulsiert der Druck des Kraftstoffs in der Niederdruckkammer 21e und steigt anfänglich an (siehe A3 in 6(a)). Zu einer späteren Stufe, zu der der Kraftstoff in der Steuerkammer Cd abgelassen wird, wird der Druck in der Niederdruckkammer 21e im Wesentlichen konstant gehalten (siehe A4 in 6(a)). Wenn danach die Düsennadel 24 zum Zeitpunkt t4 in 6(d) vollständig angehoben ist, dann stoppt das Ablassen des Kraftstoffs in der Steuerkammer Cd, so dass der Druck in der Niederdruckkammer 21e wieder anfängt, abzufallen (siehe A5 in 6(a)). Es wurde daher herausgefunden, dass dann, wenn der zweite Wiederanstieg des Kraftstoffdrucks an der Verlaufsform der Kraftstoffdruckänderung auftritt (siehe A3) und dann der Druck des Kraftstoffs stabil wird (siehe A4), wonach der Kraftstoffdruck im Zeitpunkt t4 wieder damit anfängt abzufallen, der Hubbetrag der Düsennadel 24 einen Maximalwert erreicht.
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BEZIEHUNG ZWISCHEN DEM ZEITPUNKT t7, ZU DEM DER KRAFTSTOFFDRUCKABFALL ENDET, UND DEM ZEITPUNKT t8, ZU DEM DIE KRAFTSTOFFEINSPRITZUNG ENDET
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Wenn der Kraftstoffdruck stabil wird (siehe A4 in 6(a)) und das Einspritzsteuersignal zum Zeitpunkt t5 in 6(b) auf den Aus-Zustand geschaltet wird, dann wird zum Zeitpunkt t6 in 6(a) mit dem Absenken des Steuerventils 22 begonnen. Dies lässt den Druck in der Niederdruckkammer 21e wieder abfallen (siehe A6). Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Auslass 21d durch das Steuerventil 22 verschlossen ist, wird der Kraftstoffdruckabfall in der Niederdruckkammer 21e zum Zeitpunkt t7 beendet. Danach fängt die Düsennadel 24 mit dem Absenken an und erreicht den Sitz 21h, so dass die Kraftstoffeinspritzung zum Zeitpunkt t8, der in 6(d) gezeigt ist, beendet wird, wenn nach dem Beenden des Kraftstoffdruckabfalls zum Zeitpunkt t7 eine vorgegebene Zeitspanne B2, die in 6(e) dargestellt ist, erreicht wurde. Es wurde daher herausgefunden, dass der Zeitpunkt t8 nach dem Verstreichen der vorgegebenen Zeitspanne B2 seit dem Zeitpunkt t7, zu dem der aus dem Umschalten des Einspritzsteuersignal auf den Aus-Zustand resultierende Kraftstoffdruckabfall beendet wird, mit anderen Worten, zu dem der Druck in der Niederdruckkammer 21e auf jenen Druck zurückgestellt ist, der herrschte, bevor die Kraftstoffeinspritzung initiiert wurde, der Zeitpunkt ist, zu dem die Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 5 werden in Schritt 23 der Zeitpunkt t3, zu dem die Kraftstoffeinspritzung initiiert wird, und der Zeitpunkt t8, zu dem die Kraftstoffeinspritzung beendet wird, unter Verwendung eines Einspritzmoduserfassungskennfelds, das nachstehend ausführlich beschrieben ist, auf Grundlage des Zeitpunkts t3, zu dem der Abfalltiefpunkt an der Verlaufsform der Kraftstoffdruckänderung auftritt, und des Zeitpunkts t7, zu dem der Kraftstoffdruckabfall beendet wird, wie dies in Schritt 22 herausgefunden wurde, durch Ablesen bestimmt. Das Einspritzmoduserfassungskennfeld ist in dem ROM und dem EEPROM gespeichert. Das Einspritzungsmoduserfassungskennfeld gibt eine Beziehung des Abfalltiefpunktzeitpunkts t3 und des Druckabfallendzeitpunkts t7 zu der Einspritzungssteuerzeit t3 und der Einspritzungsbeendigungszeitpunkt t8 wieder. Das Einspritzungsmoduserfassungskennfeld kann für jeden der vorgegebenen Parameter, etwa den Druck in der Common Rail 12 und/oder die Temperatur des Kraftstoffs vorbereitet werden.
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Die Routine schreitet zu Schritt 24 vor, in dem die Zeit bestimmt wird, die zum vollständigen Anheben der Düsennadel 24 erforderlich ist, d.h., das Intervall (d.h., B4 in 6(e)) zwischen dem Einspritzungssteuerzeitpunkt t3, der in Schritt 23 hergeleitet wurde, und dem Zeitpunkt t4 der vollständig angehobenen Düsennadel, der in Schritt 22 hergeleitet wurde.
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Für gewöhnlich ändert sich der Vollhubzeitpunkt B4 mit dem Altern des Kraftstoffinjektors 20. Daher ändert sich die vorstehend beschriebene Zeitspanne B2 mit dem Altern des Kraftstoffinjektors 20. Um diesen Zeitfehler zu kompensieren schreitet die Routine zu Schritt 25 vor, in dem der in Schritt 23 hergeleitete Einspritzungsbeendigungszeitpunkt t8 korrigiert wird. Im Allgemeinen nehmen die Abnutzung des Steuerkolbens 23 und des Körpers 21 mit einer Zunahme der Alterung des Kraftstoffinjektors 20 zu, so dass der Spalt zwischen ihnen größer wird, was zu einer Abnahme der Vollhubzeitspanne B4 und zu einer Erhöhung der Zeitspanne B2 führt. Daher wird die Zeitspanne B2 so korrigiert, dass sie mit einer Abnahme der Vollhubzeitspanne B4 länger wird. Genauer gesagt wird in Schritt 25 die Einspritzbeendigungszeit t8 verzögert.
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Zusätzlich ändert sich die Zeitspanne B2 mit einer Änderung des Drucks in der Common Rail 12 selbst dann, wenn die Vollhubzeitspanne B4 unverändert bleibt. Um einen solchen durch eine Druckänderung verursachten Fehler zu kompensieren wird in Schritt 25 in Abhängigkeit des Drucks in der Common Rail 12, der dann gemessen wird, wenn die Vollhubzeitspanne B4 erreicht wurde, eine Bestimmung des Alterungsgrads des Kraftstoffinjektors 20 gemacht. Genauer gesagt wird der Einspritzendzeitpunkt t8 als eine Funktion des Drucks in der Common Rail 12 korrigiert.
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Die Routine schreitet zu Schritt 26 vor, in dem die Menge Q des von dem Kraftstoffinjektor 20 in einer Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgendem Ansteigen und Abfallen des Einspritzsteuersignals (d.h., die Impulsweite des Einspritzsteuersignals) eingesprühten Kraftstoffs auf Grundlage der in Schritt 23 hergeleiteten Einspritzzeitgebung t3 und dem in Schritt 25 hergeleiteten Einspritzendzeitpunkt t8 bestimmt wird. Für gewöhnlich nimmt die Menge Q des von dem Kraftstoffinjektor 20 eingesprühten Kraftstoffs mit einer Zunahme der Einspritzdauer B3 und des Kraftstoffdrucks in der Common Rail 12 zu. Die Einspritzdauer B3 (= B1 + B2) ist durch das Intervall zwischen der Einspritzsteuerzeitgebung t3 und dem Einspritzendzeitpunkt t8 definiert. Die Menge Q des von dem Kraftstoffinjektor 20 eingesprühten Kraftstoffs kann alternativ durch Ablesen unter Verwendung eines Kennfelds bestimmt werden, das eine Beziehung zwischen den Zeiten t3 und t8, dem Druck in der Common Rail 12 und der Kraftstoffmenge Q wiedergegeben ist, oder sie kann mathematisch berechnet werden.
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Das in Schritt 12 von 3 verwendete Einspritzsteuerkennfeld kann unter Verwendung der in Schritt 22 hergeleiteten Einspritzzeitgebung t3, des in Schritt 25 hergeleiteten Einspritzendzeitpunkts t8 und der in Schritt 26 hergeleiteten Menge Q des eingesprühten Kraftstoffs nachgeführt werden.
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Anstelle der Schritte 23 bis 25 kann ein Kennfeld, das eine Beziehung einer Kombination des Abfalltiefpunktzeitpunkts t3, des Druckabfallstartzeitpunkts t4 und des Druckabfallendzeitpunkts t7, die in Schritt 22 hergeleitet wird, zu einer Kombination der Einspritzzeitgebung, des Einspritzendzeitpunkts und der Kraftstoffmenge Q wiedergibt, vorbereitet und verwendet werden, um die Menge Q des Kraftstoffs zu bestimmen, der von dem Kraftstoffinjektor 20 eingesprüht wurde.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem dieses Ausführungsbeispiels bietet die folgenden Vorteile.
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1) Der Rückführdrucksensor 28 ist in der Niederdruckkammer 21e des Kraftstoffinjektors 20 angeordnet, um den Zeitpunkt, zu dem mit dem Einsprühen des Kraftstoffs gestartet wurde (d.h., die tatsächliche Einspritzzeitgebung) und den Zeitpunkt, zu dem das Einsprühen des Kraftstoffs beendet wurde sowie die Menge des eingesprühten Kraftstoffs zu finden, um dadurch den Bedarf zum Sicherstellen eines höheren Dichtungsgrads zwischen dem Rückführdrucksensor 28 und dem Loch 21i des Körpers 21 verglichen mit dem Fall zu beseitigen, gemäß dem eine Änderung in einem höheren Kraftstoffdruck zum Bestimmen der vorstehend erwähnten Parameter abgefragt wird. Dies macht es möglich, dass der Spalt zwischen der Innenwand des Körpers 21 und dem Rückführdrucksensor 28 bei verringerten Kosten hermetisch abgedichtet ist und führt zu einer Abnahme der Wahrscheinlichkeit, mit der eine Leckage des Kraftstoffs von dem Loch 21i auftritt.
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2) Jeder der Kraftstoffinjektoren 20 ist mit dem Rückführdrucksensor 28 ausgestattet, der so arbeitet, dass er den Druck des Kraftstoffs in einem Niederdruckkraftstoffströmungspfad misst, wodurch die Nachteile beseitigt werden, die in dem Fall eintreten würden, dass der Rückführdrucksensor 28 in dem Niederdruckkraftstoffrohr 16 installiert ist. Eine Variation im Kraftstoffdruck, die in einem der Kraftstoffinjektoren 20 auftritt, wird mit jener in den anderen Kraftstoffinjektoren 20 überlagert. Der Rückführdrucksensor 28 wird den Kraftstoffdruck messen, dessen von dem Einsprühen des Kraftstoffs herrührende Variation bereits in dem Niederdruckkraftstoffrohr 15 abgeschwächt wurde.
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3) Der Rückführdrucksensor 28 ist in der im Inneren des Körpers 21 des Kraftstoffinjektors 20 ausgebildeten Niederdruckkammer 21e installiert, wodurch ermöglicht wird, dass der Kraftstoffdruck gemessen wird, dessen Abschwächung geringer als in dem Fall ist, dass der Rückführdrucksensor 28 in dem Niederdruckpfad 21g oder dem Kraftstoffauslass 21f angeordnet ist, der sich stromabwärts der Niederdruckkammer 21e befindet, wodurch die Genauigkeit beim Bestimmen der Einspritzzeitgebung, des Einspritzbeendigungszeitpunkts und der Menge des von dem Kraftstoffinjektor 20 tatsächlich eingesprühten Kraftstoffs verbessert wird.
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4) Die Vollhubzeitspanne B4 wird bestimmt, indem der Zeitpunkt t4 aus der Verlaufsform der durch den Rückführdrucksensor 28 gemessenen Kraftstoffdruckänderung herausgefunden wird, zu dem die Düsennadel 24 vollständig angehoben wurde. Der Einspritzendzeitpunkt t8 wird unter Verwendung der Vollhubzeitspanne B4 korrigiert, die einen hohen Korrelationsgrad zu der Alterung des Kraftstoffinjektors 20 hat, wodurch die hohe Genauigkeit beim Bestimmen des Zeitpunkts, zu dem die Kraftstoffeinspritzung tatsächlich beendet wurde, und der tatsächlich von dem Kraftstoffinjektor eingesprühten Kraftstoffmenge sichergestellt wird.
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5) Die Menge des eingesprühten Kraftstoffs wird auf Grundlage der Einspritzdauer B3 sowie des Kraftstoffdrucks in der Common Rail 12 bestimmt, wodurch die Genauigkeit einer solchen Bestimmung erhöht wird. Der Druck des von dem Kraftstoffinjektor 20 abgelassenen Kraftstoffs hat eine Korrelation zu dem Druck in der Common Rail 12. Genauer gesagt nimmt der Ablassdruck mit einer Erhöhung des Drucks in der Common Rail 12 zu. Die Menge des eingesprühten Kraftstoffs kann alternativ auf Grundlage der Einspritzdauer B3 und des Ablassdrucks bestimmt werden. In diesem Fall kann der Common-Rail-Drucksensor 13 ausgelassen werden. Der Ablassdruck wird bevorzugterweise zum Spitzenwertzeitpunkt t2, zu dem der Druck in der Niederdruckkammer 21e zu der späteren Stufe im Wesentlichen konstant gehalten wird, zu der der Kraftstoff zwangsweise von der Steuerkammer Cd abgelassen wird (siehe A4 in 6(a)), zum Druckabfallstartzeitpunkt t4, zum Zeitpunkt t5, zu dem das Einspritzsteuersignal auf den Aus-Zustand geschaltet wird, und zum Zeitpunkt t6 gemessen, zu dem mit dem Absenken des Steuerventils 22 begonnen wird.
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 7 das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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Die Niederdruckkammer 21e des ersten Ausführungsbeispiels ist durch einen Abschnitt des Niederdruckkraftstoffpfads definiert, der zu dem Auslass 21d führt, während der Kraftstoffinjektor 20 des zweiten Ausführungsbeispiels so gestaltet ist, dass er eine zwischenliegende Rückdruckkammer 210e hat, die stromabwärts des Auslasses 21d ausgebildet ist, sowie eine Drosselstelle 21j hat, durch die die Niederdruckkammer 21e mit der zwischenliegenden Rückdruckkammer 210e in Verbindung ist. Mit anderen Worten befindet sich die Drosselstelle 21j stromabwärts des Rückführdrucksensors 28 innerhalb des Niederdruckkraftstoffströmungspfads. Die Wirksamkeit der Drosselstelle 21j lässt den Druck des Kraftstoffs in der zwischenliegenden Rückdruckkammer 210e unmittelbar nach dem Anheben des Steuerventils 22 auf einen Wert zwischen den Drücken des Kraftstoffs in der Steuerkammer Cd und in dem Niederdruckpfad 21g einstellen. Dies führt zu einer Abnahme der Kavitation an dem Auslass 21d, die für gewöhnlich dann auftritt, wenn der Kraftstoff aus dem Auslass 21d herausströmt, was zu einer Abnahme des durch Kavitation verursachten Rauschens führt, das der Ausgabe des Rückführdrucksensors 28 hinzugefügt wird, und was die Genauigkeit beim Bestimmen der tatsächlich von dem Kraftstoffinjektor 20 eingesprühten Kraftstoffmenge sicherstellt.
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Während die Erfindung hinsichtlich bevorzugter Ausführungsbeispiele offenbart wurde, um ihr besseres Verständnis zu erleichtern, ist es so zu verstehen, dass die Erfindung auf verschiedene Arten ausgeführt werden kann, ohne von dem Erfindungsprinzip abzuweichen. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen der gezeigten Ausführungsbeispiele aufweist, die ausgeführt werden können, ohne von dem in den beiliegenden Ansprüchen dargelegten Erfindungsprinzip abzuweichen.
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Beispielsweise können die vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiele wie nachstehend beschrieben modifiziert werden.
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In den vorgenannten Ausführungsbeispielen werden der Abfalltiefpunktzeitpunkt t3, der Druckabfallstartzeitpunkt t4 und der Druckabfallendzeitpunkt t7 so bestimmt, dass sie den Einspritzmodus von der in 6(a) gezeigten Kraftstoffdruckänderung wiedergeben, die durch den Rückführsensor 28 gemessen wird, um die Zeitpunkte der Initiierung und der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung sowie die tatsächlich eingesprühte Kraftstoffmenge zu bestimmen. Jedoch können zum Wiedergeben des Einspritzmodus Zeitpunkte, zu denen die Einspritzrate einen Maximalwert erreicht und die Einspritzrate damit anfängt abzufallen, eine Erhöhungsrate der Einspritzrate, eine Abfallrate der Einspritzrate und eine maximale Einspritzrate verwendet werden.
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Die ECU 30 kann eine Änderung in der Einspritzrate (siehe 6(e)) auf Grundlage einer Änderung des durch den Rückführdrucksensor 28 gemessenen Kraftstoffdrucks bestimmen. Beispielsweise kann die Änderung in der Einspritzrate auf Grundlage des Abfalltiefpunktzeitpunkts t3, des Druckabfallstartzeitpunkts t4, des Druckabfallendzeitpunkts t7 und des Kraftstoffdrucks in der Common Rail 12 berechnet werden.
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Die ECU 30 kann den Alterungsgrad des Kraftstoffinjektors 20 auf Grundlage der Vollhubzeit B4 bestimmen.
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Jeder der Kraftstoffinjektoren 20 kann so gestaltet sein, dass der Rückführdrucksensor 28 an einer beliebigen Stelle in dem Niederdruckkraftstoffströmungspfad installiert ist. Beispielsweise kann der Rückführdrucksensor 28 in dem Niederdruckpfad 21g, dem Kraftstoffauslass 21f, dem Niederdruckabzweigungsrohr 15 oder dem Niederdruckkraftstoffrohr 16 angeordnet sein. In dem Beispiel aus 1 definieren die durch Vergrößerung des Durchmessers des Niederdruckpfads 21g ausgebildete Niederdruckkammer 21e, der Niederdruckpfad 21g, der Kraftstoffauslass 21f, das Niederdruckabzweigungsrohr 15 und der Niederdruckkraftstoffpfad 16 einen Rückführpfad, auf den in der gesamten Beschreibung Bezug genommen wird.
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Jeder der Kraftstoffinjektoren 20 kann alternativ so gestaltet sein, dass er anstelle des Solenoids 26 ein piezoelektrisches Stellglied hat.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem der vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiele kann mit mittels Funken gezündeten Ottomotoren, insbesondere mit direkt einspritzenden Motoren verwendet werden. Typische Kraftstoffeinspritzsysteme für direkt einspritzende Ottomotoren sind mit einem Beschickungsrohr ausgestattet, in welchem der Kraftstoff bei einem hohen Druck gespeichert ist. Der Kraftstoff wird von einer Kraftstoffpumpe zu dem Beschickungsrohr gefördert und wird dann zu den Kraftstoffinjektoren geschickt. Das Kraftstoffeinspritzsystem kann ferner mit Kraftmaschinen mit einem einzelnen Zylinder verwendet werden.
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Es ist ein Kraftstoffeinspritzsystem offenbart, das zum Steuern des Einsprühens von Kraftstoff von einem Kraftstoffinjektor in eine Brennkraftmaschine ausgelegt ist. Der Kraftstoffinjektor hat einen Hochdruckpfad, durch den Kraftstoff bei einem hohen Druck zu einem Einsprühloch zugeführt wird, einen Niederdruckpfad, durch den ein überschüssiger Kraftstoff bei niedrigem Druck zur Außenseite des Kraftstoffinjektors abgelassen wird. Das Kraftstoffeinspritzsystem hat ein Steuergerät und einen Drucksensor, der so arbeitet, dass er eine Kraftstoffdruckänderung misst, die vom Einsprühen des Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor herrührt. Das Steuergerät überwacht eine Ausgabe des Drucksensors, um das Einsprühen des Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor zu steuern. Der Drucksensor ist in einem Rückführpfad angeordnet, durch den der Kraftstoff bei dem niedrigen Druck zu einem Kraftstofftank zurückgeführt wird, wodurch der Bedarf zum Sicherstellen einer hochgradig hermetischen Abdichtung des Drucksensors beseitigt wird.
