DE102010017325A1

DE102010017325A1 - Kraftstoff-Zustands-Erkennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010017325A1
Application number: DE102010017325A
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Kariya-city Yamada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: CN101929394B; JP4911199B2; US20100319445A1; DE102010017325B4; JP2011001842A; US8215161B2; CN101929394A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung für einen Injektor (10), welcher einen Kraftstoff durch eine Einspritzöffnung (11b) einspritzt, welcher von einer Kraftstoffpumpe (42) zugeführt wird. Die Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung weist einen Kraftstoffdrucksensor (22) (Kompressionsmodulerfassungsabschnitt) zum Erfassen eines Kompressionsmoduls des Kraftstoffs auf, welcher sich in der Kraftstoffpassage befindet, welche sich von einer Auslassöffnung (42a) der Kraftstoffpumpe (42) bis zu der Einspritzöffnung (11b) erstreckt. Die Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung weist einen Kraftstofftemperatursensor (23) (Kraftstofftemperaturerfassungsabschnitt) zum Erfassen einer Kraftstofftemperatur auf. Die Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung weist einen Luftmischzustandsberechnungsabschnitt (S22) zum Berechnen einer Menge oder eines Verhältnisses einer Luftmischung in dem Kraftstoff als eine Luftmischmenge oder ein Luftmischverhältnis basierend auf dem erfassten Kompressionsmodul und der erfassten Kraftstofftemperaturen auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffzustandserfassungseinrichtung, welche einen Mischzustand von Luft mit Kraftstoff erfasst.
Bezüglich einer Kraftstoffzufuhr eines Kraftstoffs, welcher zum Verbrennen in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, ist ein Kraftstoffzuführsystem bekannt, welches den Kraftstoff in einem Tank in eine Common-Rail bzw. eine Sammelleitung (Druckakkumulator) über eine Hochdruckpumpe zuführt, und welches eine Verteilungszufuhr des angesammelten Kraftstoffs in der Sammelleitung zu den Injektoren der entsprechenden Zylinder durchführt, und dabei den Kraftstoff von den Injektoren einspritzt (siehe Patentdokument 1: JP-A-2009-74535 ).
Wenn sich eine Kraftstoffzuführleitung, welche sich von dem Tank zum Injektor erstreckt, leicht blockiert ist, zum Beispiel, da ein Filter, welcher in der Kraftstoffzuführleitung vorgesehen ist, verstopft ist, kann es passieren, dass sich Luft mit dem Kraftstoff vermischt, welcher durch einen verengten Teil passiert ist, in welchem die Kraftstoffzuführleitung leicht verstopft bzw. blockiert ist. Dabei kann das Vermischen der Luft auftreten, da eine Luftkomponente bzw. ein Luftanteil, welcher in dem Kraftstoff enthalten ist, verbleibt, wenn die Luftkomponente bzw. der Luftteil durch den verengten Teil (verstopfter Teil) passiert. Dabei kann es außerdem auftreten, dass das Mischen der Luft verursacht wird, wenn ein Schaden, wie zum Beispiel ein Riss, in einer Leitung, welche die Kraftstoffzuführleitung ist, auftritt, und sich die Luft mit dem Kraftstoff durch das beschädigte Teil mischt. Falls solch ein Verbleiben und Mischen der Luft auftritt, und sich ein Vermischen der Luft mit dem Kraftstoff verstärkt, können Probleme auftreten, wie zum Beispiel ein extremer Abfall der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzmenge im Vergleich zu einer Zielkraftstoffeinspritzmenge.
Derzeit gibt es jedoch kein Mittel, um eine Luftmischmenge oder ein Luftmischverhältnis bezüglich des Kraftstoffs zu erfassen. Daher ist es schwierig, einen Verfall bzw. eine Verschlechterung der Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzmenge zu erfassen.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung vorzusehen, welche einen Mischzustand von Luft mit Kraftstoff erfasst.
Gemäß eines ersten beispielhaften Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung für einem Injektor angewandt, welcher Kraftstoff durch eine Einspritzöffnung einspritzt, welcher von einer Kraftstoffpumpe zugeführt wird. Die Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung weist einen Kompressionsmodulerfassungsabschnitt zum Erfassen eines Kompressionsmoduls des Kraftstoffs auf, welcher sich in einer Kraftstoffpassage befindet, welche sich von einer Auslassöffnung der Kraftstoffpumpe bis zur Einspritzöffnung erstreckt. Die Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung weist einen Kraftstofftemperaturerfassungsabschnitt zum Erfassen einer Kraftstofftemperatur auf. Die Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung weist einen Luftmischzustandsberechnungsabschnitt zum Berechnen einer Menge oder eines Verhältnisses von Luft, auf welche sich mit dem Kraftstoff vermischt hat, als eine Luftmischmenge oder ein Luftmischverhältnis, basierend auf dem erfassten Kompressionsmodul und der erfassten Kraftstofftemperatur.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat herausgefunden, dass die Luftmischmenge oder das Luftmischverhältnis als eine Funktion des Kompressionsmoduls des Kraftstoffs, welcher sich in der Kraftstoffpassage befindet, welche sich von der Auslassöffnung der Kraftstoffpumpe bis zur Einspritzöffnung bzw. Einspritzöffnung erstreckt, und der Kraftstofftemperatur berechnet werden kann. Gemäß des obenstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung sind der Kompressionsmodulerfassungsabschnitt und der Kraftstofftemperaturerfassungsabschnitt vorgesehen. Die Luftmischmenge oder das Luftmischverhältnis bezüglich des Kraftstoffs wird basierend auf dem erfassten Kompressionsmodul und der erfassten Kraftstofftemperatur berechnet. Demgemäß kann die Berechnung des Luftmischzustands ermöglicht werden.
Der obenstehend beschriebene Kompressionsmodul K ist ein Koeffizient K, welcher einen Vergleichsausdruck erfüllt: ΔP = K·ΔV/V in einer Situation, in welcher sich der Druck und das Volumen des Kraftstoffs verändern. In dem Vergleichsausdruck steht K für den Kompressionsmodul, ΔP für einen Druckveränderungsbetrag bezüglich der Volumenveränderung des Kraftstoffs, V für ein Volumen der Kraftstoffpassage, welche sich von der Auslassöffnung der Kraftstoffpumpe bis zur Einspritzöffnung erstreckt, und ΔV für einen Volumenveränderungsbetrag der Kraftstoffpassage.
Gemäß eines zweiten beispielhaften Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst der Kompressionsmodulerfassungsabschnitt einen Kraftstoffdruckabfallbetragberechnungsabschnitt zum Berechnen eines Verminderungsbetrags bzw. Abfallbetrags des Kraftstoffdrucks (= ΔP), welcher bei einer einzelnen Einspritzung auftritt, und einen Einspritzmengenberechnungsabschnitt zum Berechnen einer Einspritzmenge bei der einen einzelnen Einspritzung (= ΔV). Der Kompressionsmodulerfassungsabschnitt berechnet den Kompressionsmodul (K) basierend auf dem berechneten Abfallbetrag (ΔP) und der berechneten Einspritzmenge (ΔV).
Beim Erstellen des obenstehend erwähnten Vergleichsausdrucks: ΔP = K·ΔV/V, hat der Erfinder die Erfindung einschließlich der Berechnung des Kompressionsmoduls (K) basierend auf dem obenstehend beschriebenen Vergleichsausdruck durch Berechnen der Einspritzmenge (Volumenveränderungsbetrag ΔV) und dem Kraftstoffdruckverminderungsbetrag (Druckveränderungsbetrag ΔP), gemacht. Somit kann der Kompressionsmodul, welcher für die Berechnung der Luftmischmenge oder des Luftmischverhältnisses verwendet wird, einfach berechnet werden.
Gemäß eines dritten beispielhaften Aspekts der vorliegenden Erfindung weist die Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung ferner einen Kraftstoffdrucksensor auf, welcher zum Erfassen des Kraftstoffdrucks an dem Injektor montiert ist. Der Kraftstoffdruckverminderungsbetragberechnungsabschnitt berechnet den Abfallbetrag basierend auf einer Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdruck, welcher mit dem Kraftstoffdrucksensor vor einem Einspritzstart erfasst wird, und dem Kraftstoffdruck, welcher mit dem Kraftstoffdrucksensor nach einem Einspritzende erfasst wird.
Der Einspritzmengenberechnungsabschnitt berechnet die Einspritzmenge basierend auf einem Fluktuationskurvenverlauf des erfassten Drucks, welcher mit dem Drucksensor erfasst wird.
Der Kraftstoffdrucksensor, welcher an dem Injektor montiert ist, kann den Kraftstoffdruck in einer Position nahe der Einspritzöffnung erfassen. Demgemäß kann der Fluktuationskurvenverlauf des Kraftstoffdrucks, welcher bei der Kraftstoffeinspritzung auftritt, erhalten werden. Ein Bereich des erhaltenen Fluktuationskurvenverlaufs (siehe den schattierten Bereich in Teil (b) von 2) ist gleich der Einspritzmenge ΔV. Die Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdruck, welcher mit dem Kraftstoffdrucksensor vor dem Einspritzstart erfasst wird, und dem Kraftstoffdruck, welcher mit dem Kraftstoffdrucksensor nach dem Einspritzende erfasst wird, ist gleich dem Verminderungsbetrag ΔP. Daher kann die Einspritzmenge ΔV und der Verminderungsbetrag ΔP, welche für die Berechnung des Kompressionsmoduls K verwendet werden, gemäß des obenstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung einfach berechnet werden.
Gemäß eines vierten beispielhaften Aspekts der vorliegenden Erfindung ist der Kraftstofftemperaturerfassungsabschnitt ein Kraftstofftemperatursensor, welcher an dem Injektor zum Erfassen der Kraftstofftemperatur montiert ist.
Gemäß des obenstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird die Kraftstofftemperatur, welche für die Berechnung der Luftmischmenge oder des Luftmischverhältnisses verwendet wird, mit dem Kraftstofftemperatursensor, welcher an dem Injektor montiert ist, erfasst. Daher kann die Temperatur des Kraftstoffs in einer Position beabstandet von der Auslassöffnung der Kraftstoffpumpe erfasst werden. Demgemäß wird die Temperatur in der Position erfasst, in welcher ein Einfluss einer Wärme bzw. Hitze, welche erzeugt wird, wenn die Hochdruckpumpe den Kraftstoff komprimiert, geringer ist, als in dem Fall, in welchem ein Kraftstofftemperatursensor verwendet wird, welcher außerhalb des Injektors installiert ist (zum Beispiel ein Kraftstofftemperatursensor, welcher im Inneren eines Druckakkumulators installiert ist, oder ein Kraftstofftemperatursensor, welcher an der Auslassöffnung der Kraftstoffpumpe installiert ist). Daher kann die Luftmischmenge oder das Luftmischungsverhältnis mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden.
Gemäß eines fünften beispielhaften Aspekts der vorliegenden Erfindung berichtet die Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung von einem Auftreten einer Verstopfungsabnormalität oder einer Leitungsbeschädigungsabnormalität in einer Kraftstoffzuführleitung, welche sich von einem Kraftstofftank bis zu der Einspritzöffnung erstreckt, wenn die berechnete Luftmischmenge oder das berechnete Luftmischungsverhältnis gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Falls ein Differentialdruck über dem Filter zu messen und eine Verstopfungsabnormalität zu erfassen ist, basierend auf dem Messwert, welcher nicht dem obenstehend beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung entspricht, ist ein Sensor zum Messen des Differentialdrucks notwendig. Demhingegen ist der Sensor gemäß des obenstehend beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung nicht notwendig.
Eigenschaften und Vorteile einer Ausführungsform sowie Verfahren für den Betrieb und die Funktion der entsprechenden Teile werden anhand einer nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Figuren ersichtlich. In den Figuren zeigt:
1 ein Diagramm, welches ein Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors mit einer Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
2 ein Zeitdiagramm, welches ein Steuersignal für einen Injektor, eine Einspritzrate und einen erfassten Druck gemäß der Ausführungsform darstellt;
3 ein Flussdiagramm, welches einen Prozess zum Berechnen eines Kompressionsmoduls gemäß der Ausführungsform darstellt; und
4 ein Flussdiagramm, welches einen Prozess zum Berechnen einer Luftmischmenge bezüglich des Kraftstoffs gemäß der Ausführungsform darstellt.
Ein Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in einem Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug montiert. Ein Diesel-Verbrennungsmotor, welcher einen Hochdruckkraftstoff bzw. einen Kraftstoff, der unter einem hohen Druck steht, einspritzt, und eine Verbrennung unter einer Komprimierung durch Selbstzündung in mehreren Zylindern #1 bis #4 durchführt, wird als der Verbrennungsmotor der vorliegenden Ausführungsform angesehen.
1 zeigt ein schematisches Diagramm, welches einen Injektor 10 darstellt, welcher in jedem der Zylinder des Verbrennungsmotors montiert ist, eine Sensorvorrichtung 20, welche an dem Injektor 10 montiert ist, eine elektronische Steuereinheit 30 (ECU), welche in dem Fahrzeug montiert ist, und dergleichen.
Zuerst wird ein Kraftstoffeinspritzsystem des Verbrennungsmotors einschließlich des Injektors 10 beschrieben. Der Kraftstoff in einem Kraftstofftank 40 wird durch eine Hochdruckpumpe 42 (Kraftstoffpumpe) durch einen Filter 41 angesaugt, und in eine Sammelleitung 43 (Druckakkumulator) gepumpt. Der in der Sammelleitung 43 angesammelte Kraftstoff wird an die Injektoren 10 der entsprechenden Zylinder verteilt und zugeführt.
Der Injektor 10 weist einen Körper 11, eine Nadel 12 (Ventilelement), einen Aktuator 13 und dergleichen auf, welche untenstehend erläutert werden. Der Körper 11 definiert eine Hochdruckpassage 11a in dessen Inneren und eine Einspritzöffnung 11b zum Einspritzen des Kraftstoffs. Die Nadel 12 ist im Körper 11 angebracht und öffnet und schließt die Einspritzöffnung 11b. Der Aktor 13 verursacht die Nadel 12, den Öffnen-Schließen-Betrieb durchzuführen.
Die ECU 30 steuert den Aktor 13, um den Öffnen-Schließen-Betrieb der Nadel 12 zu steuern. Somit wird der Hochdruckkraftstoff, welcher von der Sammelleitung 43 der Hochdruckpassage 11a zugeführt wird, von der Einspritzöffnung 11b gemäß des Öffnen-Schließen-Betriebs der Nadel 12 eingespritzt. Zum Beispiel berechnet die ECU 30 Einspritzmodi, wie zum Beispiel den Einspritz-Startzeitpunkt, den Einspritz-Endzeitpunkt und eine Einspritzmenge, basierend auf einer Drehzahl der Verbrennungsmotorenabtriebswelle, einer Verbrennungsmotorenlast und dergleichen. Die ECU 30 steuert den Aktor 13, um die berechneten Einspritzmodi zu ermöglichen.
Anschließend wird eine Hardwarekonstruktion der Sensorvorrichtung 20 erläutert.
Die Sensorvorrichtung 20 hat einen Vorbau bzw. einen Schaft 21 (Belastungselement), einen Kraftstoffsensor 22 (Kompressionsmodulerfassungsabschnitt), einen Kraftstofftemperatursensor 23 (Kraftstofftemperaturerfassungsabschnitt), eine Pressform IC 24 und dergleichen, wie untenstehend erläutert. Der Schaft 21 ist an dem Körper 11 fixiert. Ein Membranabschnitt bzw. Blendenabschnitt 21a, welcher in dem Schaft 21 ausgebildet ist, nimmt einen Druck des Hochdruckkraftstoffs auf, welcher durch die Hochdruckpassage 11a fließt, und verformt sich elastisch.
Der Kraftstoffdrucksensor 22 weist eine Brückenschaltung einschließlich eines drucksensitiven Widerstandselements auf, welches an dem Blendenabschnitt 21a fixiert ist. Ein Widerstand des drucksensitiven Widerstandselements verändert sich gemäß eines Belastungsbetrags des Schafts 21, das heißt, des Drucks des Hochdruckkraftstoffs (Kraftstoffdruck). Somit gibt die Brückenschaltung (Kraftstoffdrucksensor 22) ein Druckerfassungssignal entsprechend des Kraftstoffdrucks aus.
Der Kraftstofftemperatursensor 23 weist eine Brückenschaltung einschließlich eines temperatursensitiven Widerstandselements auf, welches an den Blendenabschnitt 21a fixiert ist. Ein Widerstand des temperatursensitiven Widerstandselements verändert sich gemäß einer Temperatur des Schafts 21 (Kraftstofftemperatur), welches sich abhängig von der Kraftstofftemperatur verändert. Somit gibt die Brückenschaltung (Kraftstofftemperatursensor 23) ein Temperaturerfassungssignal entsprechend der Kraftstofftemperatur aus.
Die Pressform IC 24 ist zusammen mit dem Schaft 21 an dem Injektor 10 montiert. Die Pressform IC 24 ist durch Pressen bzw. Formen elektronischer Komponenten wie zum Beispiel einer Verstärkerschaltung, welche das Druckerfassungssignal und das Temperaturerfassungssignal verstärkt, einer Leistungszuführschaltung, welche eine Spannung an der Brückenschaltung des Kraftstoffdrucksensors 22 und des Kraftstofftemperatursensors 23 anlegt, und einem Speicher 25 (Speichervorrichtung) mit einem Harz ausgebildet. Ein Verbinder bzw. eine Verbindung 14 ist an einem oberen Abschnitt des Körpers 11 vorgesehen. Die Pressform IC 24 und die ECU 30 sind über einen Kabelbaum 15, welcher mit der Verbindung 14 verbunden ist, elektrisch miteinander verbunden.
Die Sensorvorrichtung 20 ist an jedem der Injektoren 10 der entsprechenden Zylinder montiert. Die ECU 30 empfängt die Druckerfassungssignale und die Temperaturerfassungssignale von den entsprechenden Sensorvorrichtungen 20. Die Druckerfassungssignale verändern sich nicht nur abhängig von dem Kraftstoffdruck sondern auch dwe Sensortemperatur (Kraftstofftemperatur). Das heißt, selbst in dem Fall, in welchem der tatsächliche Kraftstoffdruck gleich ist, nimmt das Druckerfassungssignal verschiedene Werte an, falls sich die Temperatur des Kraftstoffdrucksensors 22 gleichzeitig verändert. Hinsichtlich dieser Tatsache führt die ECU 30 eine Temperaturkompensation durch Korrigieren des erhaltenen Kraftstoffdrucks basierend auf der erhaltenen Kraftstofftemperatur durch. Hiernach wird der Kraftstoffdruck mit der durchgeführten Temperaturkompensation vereinfacht als erfasster Druck bezeichnet. Die ECU 30 führt Prozesse zum Berechnen der Einspritzmodi, wie zum Beispiel dem Einspritzstartzeitpunkt, einer Einspritzzeit und der Einspritzmenge des Kraftstoffs, welcher von der Einspritzöffnung 11b unter Verwendung des erfassten Drucks, der auf diese Weise berechnet wird, eingespritzt wird, durch.
Als Nächstes wird ein Berechnungsverfahren der Einspritzmodi bezüglich 2 erläutert.
Abschnitt (a) von 2 stellt ein Einspritzsteuersignal dar, welches von der ECU 30 zu dem Aktor 13 des Injektors 10 ausgegeben wird. Aufgrund von Puls-An des Steuersignals wird der Aktor 13 betrieben und die Einspritzöffnung 11b geöffnet. Das heißt, ein Einspritzstart wird in einem Puls-An-Zeitpunkt t1 des Einspritzsteuersignals befohlen, und ein Einspritzende in einem Puls-Aus-Zeitpunkt t2. Daher wird die Einspritzmenge Q durch Steuern einer Ventilöffnungszeit Tq der Einspritzöffnung b mit einer Puls-An-Dauer des Steuersignals (das heißt, einer Einspritzbefehlsdauer) gesteuert.
Abschnitt (b) von 2 stellt eine Veränderung (einen Wechsel) der Kraftstoffeinspritzrate R des Kraftstoffs von der Einspritzöffnung 11b dar, welche mit dem obenstehend beschriebenen Einspritzbefehl auftritt. Abschnitt (c) von 2 stellt eine Veränderung (Fluktuationskurvenverlauf) des erfassten Drucks P dar, welche auch mit der Veränderung der Einspritzrate R auftritt. Es gibt einen Zusammenhang zwischen der Fluktuation des erfassten Drucks P und der Veränderung der Einspritzrate R, wie untenstehend erläutert. Daher kann ein Übertragungskurvenverlauf die Einspritzrate R anhand des Fluktuationskurvenverlaufs des erfassten Drucks P erstellt werden.
Das heißt, nach dem Zeitpunkt t1, wenn der Einspritzstartbefehl wie in Abschnitt (a) von 2 dargestellt ausgegeben wird, beginnt die Einspritzrate R im Zeitpunkt R1 anzusteigen, wobei eine Einspritzung gestartet wird. Da die Einspritzrate R im Zeitpunkt R1 beginnt anzusteigen, beginnt der erfasste Druck P in einem Veränderungspunkt bzw. Wechselpunkt P1 abzufallen. Anschließend stoppt der Abfall des erfassten Drucks P mit einem Wechselpunkt P2, da die Einspritzrate R die maximale Einspritzrate im Zeitpunkt R2 erreicht. Anschließend beginnt der erfasste Druck P in dem Wechselpunkt P2 anzusteigen, da die Einspritzrate R beginnt, im Zeitpunkt R2 abzufallen. Danach stoppt der Anstieg des erfassten Drucks P in einem Wechselpunkt P3, da die Einspritzrate R0 wird und die tatsächliche Einspritzung im Zeitpunkt R3 endet.
Somit können der Anstiegsstartzeitpunkt R1 (tatsächlicher Einspritzstartzeitpunkt) und der Abfallendzeitpunkt R3 (tatsächlicher Einspritzendzeitpunkt) der Einspritzrate R bezüglich der Veränderungspunkte bzw. Wechselpunkte P1, P3 durch Erfassen der Wechselpunkte P1 und P3 in der Fluktuation des erfassten Drucks P berechnet werden. Zudem können durch Erfassen einer Druckabfallrate Pα, einer Druckanstiegsrate Pγ und eines Druckabfallbetrags Pβ von der Fluktuation des erfassten Drucks P eine Einspritzratenanstiegsrate Rα, eine Einspritzratenabfallrate Rγ und ein Einspritzratenanstiegsbetrag Rβ bezüglich den Werten Pα, Pγ, Pβ berechnet werden.
Ein Integrationswert bzw. Integralwert der Einspritzrate R von dem tatsächlichen Einspritzstart zum tatsächlichen Einspritzende (d. h. der schattierte Bereich S, dargestellt in Abschnitt (b) von 2) entspricht der Einspritzmenge Q. Ein Integralwert des Drucks P in einem Abschnitt des Fluktuationskurvenverlaufs des erfassten Drucks P entsprechend der Veränderung der Einspritzrate R vom tatsächlichen Einspritzstart bis zum tatsächlichen Einspritzende (d. h., Abschnitt vom Wechselpunkt P1 zum Wechselpunkt P3) bezieht sich auf den Integralwert S der Einspritzrate R. Daher kann der Einspritzratenintegralwert S gleich der Einspritzmenge Q durch Berechnen des Druckintegralwerts von der Fluktuation des erfassten Drucks P berechnet werden.
Wenn z. B. das Verstopfen des Filters 41 weiter voranschreitet, oder wenn zusätzliches Material in einer Kraftstoffpassage in der Hochdruckpumpe 42 oder einer Leitung gefangen wird, gibt es einen Fall, in welchem die Kraftstoffzuführleitung, welche sich vom Kraftstofftank 40 bis zur Einspritzöffnung 11b erstreckt, leicht verstopft wird. In diesem Fall, wenn der Kraftstoff durch einen verengten Abschnitt (verstopfter Abschnitt) passiert, kann es auftreten, dass Luft im Kraftstoff enthalten ist, so dass sich die Luft mit dem Kraftstoff vermischt. Zudem gibt es einen Fall, in welchem die Luft durch den beschädigten Abschnitt ins Innere der Leitung eintritt, sodass sich die Luft mit dem Kraftstoff vermischt, wenn eine Beschädigung, wie z. B. ein Riss, in der Leitung, welche die Kraftstoffzuführleitung ausbildet, auftritt (d. h., wenn eine Leitungsabnormalität auftritt).
Falls das Vermischen der Luft weiter voranschreitet und eine Menge der gemischten Luft (Luftmischmenge) mit dem Kraftstoff ansteigt, können Probleme auftreten, wie z. B. ein extremer Abfall der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzmenge im Vergleich zu einer Zielkraftstoffeinspritzmenge, wobei eine Veränderung der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzmenge auftritt. In solch einem Fall, wenn die ECU 30 eine Feedback-Steuerung durchführt, um die tatsächliche Einspritzmenge Q, welche durch den erfassten Druck P wie obenstehend erwähnt berechnet wird, an die Zieleinspritzmenge anzunähern, wird es für die ECU 30 möglich, die Feedback-Steuerung mit einer hohen Genauigkeit durchzuführen.
Daher wird die Luftmischmenge Qa gemäß der vorliegenden Ausführungsform als Funktion eines Kompressionsmoduls K und der Kraftstofftemperatur T berechnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Kompressionsmodul K unter Verwendung des Druckerfassungswerts P, welcher mit dem Kraftstoffdrucksensor 22 erfasst wird, berechnet. Die Kraftstofftemperatur T wird unter Verwendung des Temperaturerfassungswerts, welcher mit dem Temperatursensor 23 erfasst wird, berechnet. Anschließend wird die Luftmenge Qa anhand der Berechnungsergebnisse KT berechnet.
Der Kompressionsmodul K ist ein Kompressionsmodul des Kraftstoffs, welcher sich in der gesamten Kraftstoffzuführleitung befindet, welche sich von der Auslassöffnung 42a der Hochdruckpumpe 42 bis zur Einspritzöffnung 11b der entsprechenden Injektoren 10 erstreckt. Der Kompressionsmodul K ist ein Koeffizient K, welcher einen nachfolgenden Vergleichsausdruck einer Druckveränderung eines bestimmten Fluids erfüllt: ΔP = K·ΔV/V. In dem Vergleichsausdruck ist K der Kompressionsmodul, δP ein Druckveränderungsbetrag einschließlich einer Volumenveränderung des Fluids, V ein Volumen und ΔV ein Volumenveränderungsbetrag des Volumens V. Der Kehrwert des Koeffizienten K ist gleich dem Kompressionsverhältniss.
Anschließend wird ein Prozess zur Berechnung des Kompressionsmoduls K, welcher durch den Mikrocomputer durchgeführt wird, welcher in der ECU 30 vorgesehen ist, bezüglich eines Flussdiagramms, das in 3 dargestellt ist, erläutert.
Zuerst wird in S1 (S steht für ”Schritt”), der erfasste Druck P, welcher durch den Kraftstoffdrucksensor 23 erfasst wird, erhalten. Im nachfolgenden S11 (Kraftstoffdruckverminderungsbetragberechnungsabschnitt), wird der Verminderungsbetrag bzw. Abfallbetrag ΔP des Kraftstoffdrucks P, welcher mit der einmaligen Einspritzung auftritt, anhand des Fluktuationskurvenverlaufs berechnet (siehe Abschnitt c) von 2), was den Wechsel des erhaltenen erfassten Drucks P anzeigt. Genauer gesagt wird der Abfallbetrag ΔP des Kraftstoffdrucks P, welcher durch den Einspritz-Startzeitpunkt bis zum Einspritz-Endzeitpunkt verursacht wird, durch Subtrahieren des erfassten Drucks P im Wechselpunkt P3 vom erfassten Druck P im Wechselpunkt P1 berechnet.
Im nachfolgenden S12 (Einspritzmengenberechnungsabschnitt), wird die Einspritzmenge Q anhand des Fluktuationskurvenverlaufs berechnet. Genauer gesagt, wie obenstehend erwähnt, wird der Übergangskurvenverlauf der Einspritzrate R, dargestellt in Abschnitt b) von 2, anhand des Fluktuationskurvenverlaufs, dargestellt in Abschnitt c) von 2, berechnet. Anschließend wird der Integralwert S (Einspritzmenge Q) der Einspritzrate R vom tatsächlichen Einspritzstart zum tatsächlichen Einspritzende unter Verwendung des berechneten Übergangskurvenverlaufs berechnet.
Im nachfolgenden S13 wird der Kompressionsmodul K basierend auf dem Abfallbetrag P, welcher in S11 berechnet wird, und der Einspritzmenge Q, welche in S12 berechnet wird, berechnet.
Genauer gesagt ist ΔP im obenstehend beschriebenen Vergleichsausdruck (ΔP = K·ΔV/V) gleich dem Abfallbetrag ΔP, und ΔV gleich der Einspritzmenge Q. Ein Wert, welcher gemessen und im Speicher 25 vorher gespeichert wird, wird als V verwendet. Der Kompressionsmodul K wird durch Einsetzen des Abfallbetrags ΔP, der Einspritzmenge Q (ΔV) und des Messwerts V in den obenstehend beschriebenen Vergleichsausdruck bzw. die Formel berechnet.
Als Nächstes wird ein Prozess zum Berechnen der Luftmischmenge Qa, welcher durch den Mikrocomputer durchgeführt wird, welcher in der ECU 30 vorgesehen ist, bezüglich dem Flussdiagramm von 4 erläutert.
Zuerst wird in S20 der Kompressionsmodul K, welcher in S13 von 3 berechnet wird, erhalten. Im nachfolgenden S21 wird die erfasste Temperatur T, welche mit dem Kraftstofftemperatursensor 23 erfasst wird, erhalten.
Im nachfolgenden S22 (Luftmischzustandsberechnungsabschnitt), wird die Luftmischmenge Qa basierend auf dem Kompressionsmodul K, der in S20 erhalten wird, und der erfassten Temperatur T, welche in S21 erhalten wird, berechnet. Hiernach wird ein Verfahren zum Berechnen der Luftmischmenge Qa über den Kompressionsmodul K und die erfassten Temperatur T erläutert.
Eine Schallgeschwindigkeit „a” im Kraftstoff, in welchem die Luft vermischt ist (d. h., luftgemischter Kraftstoff), wird mit der folgenden Gleichung 1 dargestellt:
In Gleichung 1 steht γ_w für die spezifische Anziehungskraft des Kraftstoffs, in welchem keine Luft gemischt ist, γ_a für die spezifische Anziehungskraft der Luft, Va für ein Volumen der Luft, die mit dem Kraftstoff gemischt ist (gleich der Luftmischmenge Qa), V für ein Volumen des luftgemischten Kraftstoffs, g für die Erdanziehungskraft bzw. Erdbeschleunigung, K_w für den Kompressionsmodul des Kraftstoffs, in welchem keine Luft gemischt ist, und K_a für den Kompressionsmodul der Luft.
γ_w, γ_a und g sind bekannte numerische Werte. V ist gleich dem Volumen der Kraftstoffleitung (z. B. einer Leitung, die sich von der Auslassöffnung 42a der Hochdruckpumpe 42 bis zur Einspritzöffnung 11b erstreckt) und kann im Voraus erhalten werden. Die Werte K_w und K_a können im Voraus durch Prüfen erhalten werden. Da die Werte K_w und K_a jedoch abhängig von der Temperatur verschiedene Werte annehmen, ist es erforderlich, die Werte K_w und K_a für jede Temperatur zu erhalten. Daher ist die obenstehend beschriebene erfasste Temperatur T zum Spezifizieren der Werte K_w und K_a erforderlich.
Die obenstehend beschriebene Schallgeschwindigkeit „a” kann auch durch nachfolgende Gleichung 2 dargestellt werden. ρwa in Gleichung 2 kann durch die nachfolgende Gleichung 3 dargestellt werden. γwa in Gleichung 3 kann mit der nachfolgenden Gleichung 4 dargestellt werden. Kwa steht für den Kompressionsmodul des luftgemischten Kraftstoffs, ρwa für die Dichte des luftgemischten Kraftstoffs und γwa für die spezifische Anziehungskraft des luftgemischten Kraftstoffs. Gleichung 2:
Gleichung 3:
Gleichung 4:
Daher kann die Schallgeschwindigkeit „a” im luftgemischten Kraftstoff durch K_wa g, γa, γw, V and Va (gleich der Luftmischmenge Qa) durch Erhalten eines numerischen Ausdrucks bzw. einer numerischen Formel durch Einsetzen der Formel 4 in γa der Formel 3 und durch Einsetzen der erhaltenen numerischen Formel bzw. des numerischen Ausdrucks in ρwa in Formel 2 ausgedrückt werden. Das heißt, die Schallgeschwindigkeit „a” kann mit einer Funktion von Va und Kwa ausgedrückt werden.
Die Formel 1 steht für eine Schallgeschwindigkeit „a” mit der Funktion Va. Daher kann Va (gleich der Luftmischmenge Qa) durch eine Funktion von Kwa durch gleichzeitiges Lösen der Gleichungen ausgedrückt werden, welche aus einer Gleichung bestehen, welche anhand der Gleichungen 2 bis 4 erhalten werden, und der Gleichung 1. Somit können die Werte von K_w und K_a in der Gleichung 1 spezifiziert werden, falls die erfasste Temperatur T bekannt ist. Va (gleich der Luftmischmenge Qa) kann berechnet werden, falls der Kompressionsmodul K (gleich dem Kompressionsmodul Kwa des luftgemischten Kraftstoffs) bekannt ist.
Im nachfolgenden S23 in 4 wird bestimmt, ob die Luftmischmenge Qa, welche in S22 berechnet wird, „gleich oder größer” als ein Schwellwert TH ist. Falls die Luftmischmenge Qa kleiner als der Schwellwert TH ist, wird der Prozessablauf von 4 beendet. Falls die Luftmischmenge Qa gleich oder größer als der Schwellwert TH ist, wird bestimmt, dass eine Verstopfungsabnormalität oder ein Leitungsschaden in der Kraftstoffzuführleitung besteht, d. h., es wird im nachfolgenden S24 eine Abnormalität bestimmt. In diesem Fall wird ein Diagnosesignal ausgegeben, welches die Abnormalität anzeigt, wobei die Abnormalität einen Operator des Verbrennungsmotors übermittelt wird.
Die vorliegende Ausführungsform, welche obenstehend beschrieben ist, weist folgende Effekte auf:

(1) Der Kompressionsmodul K und die Kraftstofftemperatur T werden erfasst, und die Luftmischmenge Qa wird durch Einsetzen des erfassten Kompressionsmoduls K und der Kraftstofftemperatur T in die Funktion f(K, T) berechnet. Demgemäß kann die Berechnung der Luftmischmenge Qa ausgeführt werden.
(2) In einem Zustand vor dem Montieren eines Injektors 10 in dem Verbrennungsmotor und vor dem Versenden des Produkts auf dem Markt, kann der Kompressionsmodul K durch Prüfen erhalten werden. Jedoch verändert sich der Kompressionsmodul K gemäß der Kraftstoffeigenschaften, wie z. B. der Viskosität und der spezifischen Anziehungskraft des Kraftstoffs, welcher in dieser Zeit verwendet wird, der Temperatur des verwendeten Kraftstoffs, und dergleichen. Daher muss beachtet werden, dass sich der Kompressionsmodul K vom tatsächlichen Kompressionsmodul K verändert, falls der Kompressionsmodul K, welcher durch das Prüfen vor dem Versenden auf dem Markt erhalten wird, verwendet wird wie er ist.

Demhingegen wird der Kompressionsmodul K gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem On-Board-Zustand unter Verwendung des erfassten Drucks P, welcher mit dem Kraftstoffdrucksensor 22 erfasst wird, erfasst (berechnet). Daher kann der Kompressionsmodul K in jeder vorbestimmten Zeit (oder jeder vorbestimmten Fahrdistanz) berechnet werden, selbst nach dem Versenden im Markt. Demgemäß kann der tatsächliche Kompressionsmodul K mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden, wobei die Berechnungsgenauigkeit der Luftmischmenge Qa verbessert werden kann.

(3) Die Kraftstofftemperatur T, welche für die Berechnung für die Luftmischmenge Qa verwendet wird, wird mit dem Kraftstofftemperatursensor 23 erfasst, welcher am Injektor 10 montiert ist. Daher wird die Temperatur in einer Position erfasst, in welcher ein Einfluss einer Wärme bzw. Hitze, welche erzeugt wird, wenn die Hochdruckpumpe 42 den Kraftstoff komprimiert, kleiner als in dem Fall ist, in welchem ein Kraftstofftemperatursensor, welcher an der Auslassöffnung 42a der Hochdruckpumpe 42 installiert ist, verwendet wird. Daher kann die Luftmischmenge Qa mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
(4) In der vorliegenden Ausführungsform wird die Abnormalität bestimmt, wenn die Luftmischmenge Qa gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellwert TH ist. Falls eine Verstopfungsabnormalität basierend auf einem Differentialdruck über den Filter 41 entgegen der vorliegenden Ausführungsform bestimmt wird, ist ein Differentialdrucksensor bzw. Differenzdrucksensor zum Messen des Differentialdrucks bzw. Differenzdrucks erforderlich. Demhingegen kann die Luftmischmenge Qa gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung der Erfassungswerte des Kraftstoffdrucksensors 22 und des Kraftstofftemperatursensors 23, welche für die Kraftstoffeinspritzsteuerung verwendet werden, berechnet werden. Daher kann die Verstopfungsabnormalität des Filters 41 und die Leitungsbeschädigungsabnormalität ohne den sonst erforderlichen Differentialdrucksensor bestimmt werden.

(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obenstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann wie nachfolgend beispielhaft dargestellt modifiziert und implementiert werden. Ferner können entsprechende Konstruktionen der Ausführungsform beliebig kombiniert werden.
In der obenstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Luftmischmenge Qa (gleich Va in Gleichung 1) in S22 von 4 berechnet. Alternativ kann ein Luftmischverhältnis Va/V als Verhältnis des Volumens Va der Luft, welche in dem Kraftstoff gemischt ist (Luftmischmenge Qa), zu dem Volumen des luftgemischten Kraftstoffs berechnet werden. Das Luftmischverhältnis Va/V kann unter Verwendung des Kompressionsmoduls K, der erfassten Temperatur T und der Gleichungen 1 bis 4 berechnet werden. In diesem Fall kann bestimmt werden, dass die Verstopfungsabnormalität oder die Leitungsbeschädigung vorliegt, wenn das Luftmischverhältnis Va/V gleich oder größer als ein Schwellwert TH1 in S23 von 4 ist.
In der obenstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Kraftstofftemperatur T, welche für die Berechnung der Luftmischmenge Qa verwendet wird, mit dem Kraftstofftemperatursensor 23 erfasst werden, welcher an dem Injektor 10 montiert ist. Alternativ kann jedoch z. B. auch die Kraftstofftemperatur T mit einem Kraftstofftemperatursensor erfasst werden, welcher an der Auslassöffnung 42a oder einer Ansaugöffnung der Hochdruckpumpe 42 installiert ist.
In der obenstehend beschriebenen Ausführungsform wird der Kompressionsmodul K (Abfallbetrag ΔP und Einspritzmenge Q (ΔV)), welcher für die Berechnung der Luftmischmenge Qa verwendet wird, mit dem Kraftstoffdrucksensor 42 erfasst, welcher an dem Injektor 10 montiert ist. Alternativ kann der Kompressionsmodul K z. B. auch mit einem Kraftstoffdrucksensor erfasst werden, welcher an der Sammelleitung 43 vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auch auf verschiedene andere Arten und Weisen, abweichend vom Umfang der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, ausgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2009-74535 A [0002]

Claims

Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung für einen Injektor (10), welcher Kraftstoff durch eine Einspritzöffnung (11b) einspritzt, welcher von einer Kraftstoffpumpe (42) zugeführt wird, gekennzeichnet durch: eine Kompressionsmodulerfassungseinrichtung (22, S11, S12) zum Erfassen eines Kompressionsmoduls des Kraftstoffs, welcher sich in einer Kraftstoffpassage befindet, welche sich von einer Auslassöffnung (42a) der Kraftstoffpumpe (42) bis zu der Einspritzöffnung (11b) erstreckt; eine Kraftstofftemperaturerfassungseinrichtung (23) zum Erfassen einer Kraftstofftemperatur; und eine Luftmischzustandsberechnungseinrichtung (S22) zum Berechnen einer Menge oder eines Verhältnisses einer Luftmischung im Kraftstoff als eine Luftmischmenge oder ein Luftmischverhältnis, basierend auf dem erfassten Kompressionsmodul oder der erfassten Kraftstofftemperatur.
Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kompressionsmodulerfassungseinrichtung (22, S11, S12) eine Kraftstoffdruckabfallbetragberechnungseinrichtung (S11) zum Berechnen eines Abfallbetrags des Kraftstoffdrucks, welcher mit einer einzelnen Einspritzung auftritt, und eine Einspritzmengenberechnungseinrichtung (S12) zum Berechnen einer Einspritzmenge der einen einzelnen Einspritzung umfasst, und die Kompressionsmodulerfassungseinrichtung (22, S11, S12) den Kompressionsmodul basierend auf dem berechneten Abfallbetrag und der berechneten Einspritzmenge berechnet.
Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner aufweisend: einen Kraftstoffdrucksensor (22), welcher an dem Injektor (10) zum Erfassen des Kraftstoffdrucks montiert ist, wobei die Kraftstoffdruckabfallbetragberechnungseinrichtung (S11) den Abfallbetrag basierend auf der Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdruck, welcher mit dem Kraftstoffdrucksensor (22) vor einem Einspritzstart erfasst wird, und dem Kraftstoffdruck, welcher mit dem Kraftstoffdrucksensor (22) nach dem Einspritzende erfasst wird, berechnet, und die Einspritzmengenberechnungseinrichtung (S12) die Einspritzmenge basierend auf einem Fluktuationskurvenverlauf des erfassten Drucks berechnet, welcher mit dem Kraftstoffdrucksensor (22) erfasst wird.
Kraftstoffzustandserfassungsvorrichung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kraftstofftemperaturerfassungseinrichtung (23) ein Kraftstofftemperatursensor (23) ist, welcher an dem Injektor (10) zum Erfassen der Kraftstofftemperatur montiert ist.
Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kraftstoffzustandserfassungsvorrichtung das Auftreten einer Verstopfungsabnormalität oder einer Leitungsbeschädigungsabnormalität in einer Kraftstoffzuführleitung, welche sich von einem Kraftstofftank (40) bis zu der Einspritzöffnung (11b) erstreckt, berichtet, wenn die berechnete Luftmischmenge oder das berechnete Luftmischverhältnis gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.