DE102011008907B4

DE102011008907B4 - Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102011008907B4
Application number: DE102011008907.1A
Authority: DE
Inventors: Gaku Sato; Fuminori Sato; Masataka Kaihatsu; Takashi Hibira; Shinji Yokoyama
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: DE102011008907A1; JP2011149364A

Abstract

Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung, die ein Kraftstoffeinspritzventil steuert, umfassend:eine Ventil-offen-Periode-Erfassungsvorrichtung, die eine Ventil-offen-Periode des Kraftstoffeinspritzventils erfasst;eine Kraftstoffeinspritzmengenschätzvorrichtung, die eine Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der Ventil-offen-Periode schätzt; undeine Korrektursteuervorrichtung, die einen Schätzwert der Kraftstoffeinspritzmenge mit einem Anfangswert für die Kraftstoffeinspritzmenge, der im Voraus bestimmt worden ist, vergleicht und dann, wenn eine Beziehung zwischen diesen eine Vorbedingung für die Ingangsetzung einer Korrektur erfüllt, eine Steuerung zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge ausführt,wobei die Ventil-offen-Periode-Erfassungsvorrichtung eine Schwingungswellenform, die durch einen Ventilöffnungsvorgang des Kraftstoffeinspritzventils erzeugt wird und in einem Schwingungserfassungssignal enthalten ist, das von einem externen Schwingungssensor eingegeben wird, extrahiert und die Ventil-offen-Periode anhand der extrahierten Schwingungswellenform erfasst, undwobei die Kraftstoffeinspritzmengenschätzvorrichtung einen Schätzwert Q der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der folgenden Formel (2) berechnet, deren Elemente eine von der Ventil-offen-Periode-Erfassungsvorrichtung erfasste Ventil-offen-Periode T1, eine Einschaltzeit Ti eines dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführten Ansteuerimpulssignals und im Voraus bestimmte Koeffizienten A, B, C, K1 und K2 sind:Q=A⋅[K1⋅(Ti−T1)+K2⋅{T1−(B⋅T1−C)}]

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung und ein Verfahren hierzu.
Wie allgemein bekannt ist, werden Kraftstoffeinspritzventile, die in Verbrennungskraftmaschinen installiert sind, in Umgebungen mit hoher Temperatur, hohem Druck und starken Schwingungen verwendet. Daher treten leichter Betriebsfehlfunktionen auf, die durch Alterungsverschleiß hervorgerufen werden. Zum Beispiel wird die Kraftstoffeinspritzmenge durch die Einschaltzeit eines Ansteuerimpulssignals gesteuert (mit anderen Worten: durch die Impulsbreite des Ansteuerimpulssignals), das von einer Steuereinheit dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführt wird. Wenn eine Betriebsfehlfunktion in dem Kraftstoffeinspritzventil durch Alterungsverschleiß auftritt, ändern sich jedoch die Zeitspannen, die die Ventile offen und geschlossen sind, relativ zu den Ansteuerimpulssignalen. Folglich kann die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge nicht erreicht werden, wobei sich schwerwiegende Beeinträchtigungen für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ergeben.
In Reaktion auf diese Probleme offenbart JP 3 242 596 B2 eine Technik, in der eine Fehlerdiagnose für ein Kraftstoffeinspritzventil durchgeführt wird, während die Verbrennungskraftmaschine läuft. Bei dieser Technik ist in einer Verbrennungskraftmaschine ein Klopfsensor vorgesehen, der Schwingungen erfasst, die durch Öffnungs- und Schließvorgänge eines Kraftstoffeinspritzventils hervorgerufen werden, wobei dann, wenn keine Schwingung eines gegebenen Niveaus durch einen Öffnungsvorgang des Kraftstoffeinspritzventils innerhalb einer ersten Zeitspanne beginnend ab dem Einschaltzeitpunkt eines Ansteuerimpulssignals erzeugt wird, und wenn zusätzlich hierzu keine Schwingung eines gegebenen Niveaus durch einen Schließvorgang des Kraftstoffeinspritzventils innerhalb einer zweiten Zeitspanne beginnend ab dem Ausschaltzeitpunkt des Ansteuerimpulssignals erzeugt wird, eine Betriebsfehlfunktion des Kraftstoffeinspritzventils diagnostiziert wird.
Um dem Alterungsverschleiß eines Kraftstoffeinspritzventils entgegenzuwirken, wie in dem Fall der JP 3 242 596 B2 offenbarten Technik, obwohl es wichtig für eine Fehlerdiagnose eines Kraftstoffeinspritzventils ist, durchgeführt zu werden, während eine Verbrennungskraftmaschine läuft, ist dann, wenn Fehler nur unter Verwendung dieses Typs von Fehlerdiagnose diagnostiziert werden, die einzig zur Verfügung stehende Option, die Diagnoseergebnisse dem Fahrer mitzuteilen, wobei der Fahrer (oder ein von dem Fahrer beauftragter Operator) die Aufgabe des Austauschs des Kraftstoffeinspritzventils durchzuführen hat. Dementsprechend ist es schwierig, einen ununterbrochenen Lauf der Verbrennungskraftmaschine zu erreichen.
DE 10 2008 041 659 A1 offenbart eine Einspritzsteuervorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung erfasst eine Kraftstoffdrucksignalverlaufsform, die einen Übergang einer Kraftstoffdruckfluktuation angibt, die eine vorbestimmte Einspritzung der Einspritzeinrichtung begleitet, auf der Grundlage einer Ausgabe eines Kraftstoffdrucksensors und berechnet ein Einspritzbefehlssignal, um einen vorbestimmten Einspritzparameter betreffend die vorbestimmte Einspritzung an einen Bezugswert des Parameters anzunähern, auf der Grundlage der erfassten Kraftstoffdrucksignalverlaufsform.
DE 195 36 110 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine. Das Ausgangssignal wenigstens eines Körperschallsensors wird wenigstens einem ersten und einem zweiten Filtermittel zugeführt, die unterschiedliches Übertragungsverhalten aufweisen. Ausgehend von den Ausgangssignalen der Filtermittel werden wenigstens zwei die Verbrennung und/oder die Einspritzung In der Brennkraftmaschine charakterisierende Größen ermittelt.
Daher wird die Einführung einer Technik untersucht, bei der eine Korrektursteuerung der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend dem Verschleißzustand des Kraftstoffeinspritzventils durchgeführt wird, um einen kontinuierlichen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine unabhängig vom Verschleißzustand des Kraftstoffeinspritzventils erreichen zu können. Um diesen Typ von Technik einzuführen, ist es entscheidend, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, die Kraftstoffeinspritzmenge zu schätzen, die in dem Verschleißzustand des Kraftstoffeinspritzventils zum aktuellen Zeitpunkt erreicht werden kann. Der Grund hierfür besteht darin, dass, obwohl eine Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge durch Korrigieren der Einschaltzeit (d. h. der Impulsbreite) des Ansteuerimpulssignals erreicht wird, Fehler bei der Schätzung der Kraftstoffeinspritzmenge direkt zu Fehlern bei der Korrektur der Einschaltzeit führen, so dass als Ergebnis hiervon die Tendenz besteht, dass sich die Genauigkeit der Kraftstoffeinspritzmengenkorrektur verschlechtert.
Es ist eine Aufgabe von Aspekten der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die es ermöglichen, Kraftstoffeinspritzmengen äußerst genau zu schätzen, und die es folglich ermöglichen, Kraftstoffeinspritzmengen äußerst genau entsprechend dem Verschleißzustand des Kraftstoffeinspritzventils zu korrigieren.
ÜBERBLICK
Eine Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung, die ein Kraftstoffeinspritzventil steuert, und die enthält: eine Ventil-offen-Periode-Erfassungsvorrichtung, die eine Ventil-offen-Periode des Kraftstoffeinspritzventils erfasst; eine Kraftstoffeinspritzmengenschätzvorrichtung, die eine Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der Ventil-offen-Periode schätzt; und eine Korrektursteuervorrichtung, die einen Schätzwert der Kraftstoffeinspritzmenge mit einem Anfangswert für die Kraftstoffeinspritzmenge, der im Voraus bestimmt worden ist, vergleicht und dann, wenn eine Beziehung zwischen diesen eine Vorbedingung zum Ingangsetzen einer Korrektur erfüllt, eine Steuerung zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge ausführt.
Bei dem oben beschriebenen Aspekt ist es auch möglich, dass die Ventil-offen-Periode-Erfassungsvorrichtung eine Schwingungswellenform extrahiert, die durch einen Ventilöffnungsvorgang des Kraftstoffeinspritzventils erzeugt wird und in einem Schwingungserfassungssignal, das von einem externen Schwingungssensor eingegeben wird, enthalten ist, und die Ventil-offen-Periode anhand der extrahierten Schwingungswellenform erfasst.
Bei dem oben beschriebenen Aspekt ist es ferner möglich, dass die Tatsache, dass eine Änderungsrate der Kraftstoffeinspritzmenge, die auf der Grundlage des Schätzwertes der Kraftstoffeinspritzmenge und des Anfangswertes berechnet worden ist, größer ist als ein Schwellenwert, als eine die Korrektur in Gang setzende Vorbedingung verwendet wird.
Bei dem oben beschriebenen Aspekt ist es ferner möglich, dass die Ventil-offen-Periode-Erfassungsvorrichtung die Ventil-offen-Periode während eines vorgegebenen Laufzustands erfasst.
Bei dem oben beschriebenen Aspekt ist es ferner möglich, dass die Kraftstoffeinspritzmengenschätzvorrichtung einen Schätzwert Q der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der folgenden Formel (2) berechnet, deren Elemente eine von der Ventil-offen-Periode-Erfassungsvorrichtung erfasste Ventil-offen-Periode T1, eine Einschaltzeit Ti eines dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführten Ansteuerimpulssignals und im Voraus bestimmte Koeffizienten A, B, C, K1 und K2 sind. $Q = A \cdot [K1 \cdot (Ti - T1) + K2 \cdot {T1 - (B \cdot T1 - C)}]$
Bei dem oben beschriebenen Aspekt ist es während normalem Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils auch möglich, dass die Kraftstoffeinspritzmengenschätzvorrichtung im Voraus einen Anfangswert Q0 für die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der folgenden Formel (3) berechnet, deren Elemente eine von der Ventil-offen-Perioden-Erfassungsvorrichtung erfasste Ventil-offen-Periode T0, eine Einschaltzeit Ti0 eines dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführten Ansteuerimpulssignals und im Voraus bestimmte Koeffizienten A, B, C, K1 und K2 sind. $Q0 = A \cdot [K1 \cdot (Ti0 - T0) + K2 \cdot {T0 - (B \cdot T0 - C)}]$
Bei dem oben beschriebenen Aspekt ist es dann, wenn eine Beziehung zwischen dem Schätzwert Q der Kraftstoffeinspritzmenge und dem Anfangswert Q0 die Korrektur in Gang setzende Vorbedingung erfüllt, auch möglich, dass die Korrektursteuervorrichtung eine Zeitdifferenz Δt zwischen der Ventil-offen-Periode T1, die zum Berechnen des Schätzwertes Q verwendet wird, und der Ventil-offen-Periode T0, die zum Berechnen des Anfangswertes Q0 verwendet wird, bestimmt, und dass die Korrektursteuervorrichtung eine Einschaltzeit Tix für das Ansteuerimpulssignal, das dem Kraftstoffeinspritzventil zuzuführen ist, auf der Grundlage der folgenden Formel (4) berechnet, deren Elemente die zeitliche Differenz Δt, die zum Berechnen des Anfangswertes Q0 verwendete Einschaltzeit Ti0 und die Koeffizienten B, K1 und K2 sind. $Tix = Ti0 + {1 + (B - 1) \cdot K2/K1} \cdot Δ T$
Außerdem ist das Kraftstoffeinspritzungs-Steuerverfahren der vorliegenden Erfindung ein Kraftstoffeinspritzungs-Steuerverfahren zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzventils, das enthält: einen Ventil-offen-Periode-Erfassungsschritt, in dem eine Ventil-offen-Periode des Kraftstoffeinspritzventils erfasst wird; einem Kraftstoffeinspritzmengen-Schätzschritt, in dem eine Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der Ventil-offen-Periode geschätzt wird; und einen Korrektursteuerschritt, in dem ein Schätzwert der Kraftstoffeinspritzmenge mit einem Anfangswert für die Kraftstoffeinspritzmenge, der im Voraus bestimmt worden ist, verglichen wird und dann, wenn eine Beziehung zwischen diesen eine Vorbedingung für die Ingangsetzung der Korrektur erfüllt, eine Steuerung zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge ausgeführt wird.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben eine gründliche Untersuchung der Beziehung zwischen der Ventil-offen-Periode eines Kraftstoffeinspritzventils und der Kraftstoffeinspritzmenge, sowie der Beziehung zwischen der Ventil-offen-Periode eines Kraftstoffeinspritzventils und der Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt. Als Ergebnis haben sie festgestellt, dass die Beziehung zwischen der Ventil-offen-Periode und der Kraftstoffeinspritzmenge eine streng proportionale Beziehung ist, dass jedoch die Beziehung zwischen der Ventil-geschlossen-Periode und der Kraftstoffeinspritzmenge eine äußerst schwach proportionale Beziehung ist. Hieraus haben sie erkannt, dass die Korrekturgenauigkeit beeinträchtigt ist, wenn die Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge unter Berücksichtigung der Ventil-geschlossen-Periode durchgeführt wurde, und haben folglich eine Anmeldung der vorliegenden Erfindung durchgeführt.
Da nämlich gemäß den Aspekten der vorliegenden Erfindung die Ventil-offen-Periode, die in einer streng proportionalen Beziehung zu der Kraftstoffeinspritzmenge steht, erfasst wird und die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der erfassten Ventil-offen-Periode geschätzt wird, ist es möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge äußerst genau zu schätzen. Folglich wird es möglich, eine Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem Verschleißzustand des Kraftstoffeinspritzventils äußerst genau durchzuführen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Konstruktionsansicht eines Maschinensteuersystems.
2 ist eine Konstruktionsblockansicht einer Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung (ECU3).
3 ist eine erste erläuternde Ansicht bezüglich der Kraftstoffeinspritzmengenschätzung.
4 ist eine zweite erläuternde Ansicht bezüglich der Kraftstoffeinspritzmengenschätzung.
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Kraftstoffeinspritzmengen-Korrektursteuerungsverarbeitung zeigt.
6 ist eine erste erläuternde Ansicht bezüglich der Erfassungsverarbeitung einer Ventil-offen-Periode T1 (d. h. der Verarbeitung von Schritt S3).
7 ist eine zweite erläuternde Ansicht bezüglich der Erfassungsverarbeitung der Ventil-offen-Periode T1 (d. h. der Verarbeitung des Schritts S3).
8 ist eine erläuternde Ansicht bezüglich der Berechnungsverarbeitung eines Schätzwerts Q einer Kraftstoffeinspritzmenge (Schritt S4).

Bezugszeichenliste

1: Maschine
2: Kraftstoffzuführungseinheit
3: ECU (elektronische Steuereinheit)
10: Zylinder
11: Kolben
12: Pleuel
13: Kurbelwelle
14: Lufteinlassventil
15: Luftauslassventil
16: Zündkerze
17: Zündspule
18: Lufteinlassleitung
19: Luftauslassleitung
20: Luftfilter
21: Drosselklappe
22: Injektor (d. h. Kraftstoffeinspritzventil)
23: Lufteinlassdrucksensor
24: Lufteinlasstemperatursensor
25: Drosselklappenöffnungswinkelsensor
26: Kühlwassertemperatursensor
27: Kurbelwinkelsensor
28: Klopfsensor (Schwingungssensor)
30: Kraftstofftank
31: Kraftstoffpumpe
40: Wellenform-Umformungsschaltung
41: Umdrehungszähler
42: A/D-Wandler
43: Zündungsschaltung
44: Injektoransteuerschaltung
45: Pumpenansteuerschaltung
46: ROM (Nur-Lese-Speicher)
47: RAM (Lese/Schreib-Speicher)
48: CPU (Zentraleinheit)
48a: Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit
48b: Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit
48c: Korrektursteuereinheit

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Konstruktionsansicht eines Maschinensteuersystems, das mit einer Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung (ECU) der vorliegenden Ausführungsform ausgestattet ist. Wie in 1 gezeigt ist, wird das Maschinensteuersystem der vorliegenden Ausführungsform schematisch durch eine Maschine 1, eine Kraftstoffzufuhreinheit 2 und eine ECU 3 (elektronische Steuereinheit) gebildet.
Die Maschine 1 ist eine Vierzylindermaschine und ist schematisch durch einen Zylinder 10, einen Kolben 11, ein Pleuel 12, eine Kurbelwelle 13, ein Lufteinlassventil 14, ein Luftauslassventil 15, eine Zündkerze 16, eine Zündspule 17, eine Lufteinlassleitung 18, eine Luftauslassleitung 19, einen Luftfilter 20, eine Drosselklappe 21, einen Injektor (ein Kraftstoffeinspritzventil) 22, einen Lufteinlassdrucksensor 23, einen Lufteinlasstemperatursensor 24, einen Drosselklappenöffnungswinkelsensor 25, einen Kühlwassertemperatursensor 26, einen Kurbelwinkelsensor 27 und einen Klopfsensor (d. h. einen Schwingungssensor) 28 gebildet.
Der Zylinder 10 ist ein hohles, kreisförmiges, zylinderförmiges Bauteil, in dessen Inneren ein Kolben 11 vorgesehen ist, der veranslasst wird, sich hin und her zu bewegen, wobei er einen Viertaktzyklus wiederholt, nämlich Lufteinlass, Kompression, Verbrennung (d. h. Expansion) und Auslass. Der Zylinder 10 ist mit einer Lufteinlassöffnung 10a, die ein Strömungsweg ist, der verwendet wird, um ein Gasgemisch aus Luft und Kraftstoff einer Brennkammer 10b zuzuführen, der Brennkammer 10b, die ein Raum ist, in dem das Gasgemisch akkumuliert und nach einer Kompression im Kompressionstakt im Verbrennungstakt verbrannt wird, und einer Luftauslassöffnung 10c versehen, die ein Strömungsweg ist, der verwendet wird, um im Auslasstakt Abgas aus der Brennkammer 10b nach außen auszustoßen. Ein Kühlwasserweg 10d, der verwendet wird, um Kühlwasser umzuwälzen, ist ebenfalls in einer Außenwand des Zylinders 10 vorgesehen.
Die Kurbelwelle 13, die verwendet wird, um die Hin- und Herbewegung des Kolbens 11 in eine rotierende Bewegung umzusetzen, ist über das Pleuel 12 mit dem Kolben 11 verbunden. Die Kurbelwelle 13 erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Hubbewegung des Kolbens 11 und ist mit einem Schwungrad und einem Getriebezahnrad und dergleichen (nicht gezeigt) verbunden. Zusätzlich ist ein Rotor 13a, der zum Erfassen von Kurbelwinkeln verwendet wird, koaxial mit der Kurbelwelle 13 verbunden. Mehrere Vorsprünge sind an einem Außenumfang dieses Rotors 13a vorgesehen, so dass die hinteren Enden jedes Vorsprungs in gleichen Winkelintervallen (z. B. Intervalle von 20°) in Drehrichtung des Rotors 13a angeordnet sind.
Das Lufteinlassventil 14 ist ein Ventilbauteil, das verwendet wird, um einen Öffnungsteil an der der Brennkammer 10b zugewandten Seite der Lufteinlassöffnung 10a zu öffnen und zu verschließen. Das Lufteinlassventil 14 ist mit einer (nicht gezeigten) Nockenwelle verbunden und wird durch diese Nockenwelle so angetrieben, dass es entsprechend den jeweiligen Takten öffnet oder schließt. Das Luftauslassventil 15 ist ein Ventilbauteil, das verwendet wird, um einen Öffnungsteil an der der Brennkammer 10b zugewandten Seite der Luftauslassöffnung 10c zu öffnen und zu verschließen. Das Luftauslassventil 15 ist mit einer (nicht gezeigten) Nockenwelle verbunden und wird durch diese Nockenwelle so angetrieben, dass es entsprechend den jeweiligen Takten öffnet oder schließt.
Die Zündkerze 16 ist in einem oberen Teil der Brennkammer 10b angeordnet, so dass deren Elektroden zur Innenseite der Brennkammer 10b freiliegen. Die Zündkerze 16 erzeugt bei Empfang eines Hochspannungssignals, das ihr von der Zündspule 17 zugeführt wird, einen Funken zwischen ihren Elektroden. Die Zündspule 17 ist ein Transformator, der von einer Primärspule und einer Sekundärspule gebildet wird und ein Zündspannungssignal, das von der ECU 3 der Primärspule zugeführt wird, verstärkt und anschließend dasselbe aus der Sekundärspule der Zündkerze 16 zuführt.
Die Einlassluftleitung 18 ist eine Luftzuführungsleitung und ist mit dem Zylinder 10 verbunden, so dass ein interner Einlassluftströmungsweg 18a derselben mit der Lufteinlassöffnung 10a verbunden ist. Die Luftauslassleitung 19 ist eine Abgasauslassleitung und ist mit dem Zylinder 10 verbunden, so dass ein interner Luftauslassströmungsweg 19a derselben mit der Luftauslassöffnung 10c verbunden ist. Der Luftfilter 20 ist stromaufseitig der Lufteinlassleitung 18 vorgesehen und reinigt die Luft, die von außen aufgenommen wird, bevor diese Luft in den Lufteinlassströmungsweg 18a gespeist wird.
Die Drosselklappe 21 ist innerhalb des Lufteinlassströmungsweges 18a vorgesehen und dreht sich entsprechend einer Drosselklappenbetätigung (oder einer Fahrpedalbetätigung). Das heißt, die Querschnittsfläche des Lufteinlassströmungsweges 18a ändert sich, wenn die Drosselklappe 21 gedreht wird, so dass sich die Lufteinlassmenge ebenfalls ändert. Der Injektor 22 ist in der Lufteinlassleitung 18 angeordnet, so dass eine Strahldüse desselben an der Seite der Lufteinlassöffnung 10a freiliegt. Unter der Steuerung der ECU 3 spritzt der Injektor 22 Strahlen von Kraftstoff, der von der Kraftstoffzufuhreinheit 2 zugeführt wird, aus der Strahldüse heraus. Genauer spritzt dieser Injektor 22 Strahlen von Kraftstoff, in dem Ventilöffnungsvorgänge und Ventilschließvorgänge entsprechend den von der ECU 3 zugeführten Ansteuerimpulssignalen ausgeführt werden. Das heißt, die Kraftstoffeinspritzmengen werden durch die Einschaltzeiten (d. h. die Impulsbreite) der Ansteuerimpulssignale, die von der ECU 3 dem Injektor 22 zugeführt werden, gesteuert.
Der Lufteinlassdrucksensor 23 ist z. B. ein Halbleiterdrucksensor, der einen piezoresistiven Effekt nutzt, und ist in der Lufteinlassleitung 18 installiert, so dass eine sensitive Oberfläche desselben der Seite des Lufteinlassströmungsweges 18a stromabseitig der Drosselklappe 21 zugewandt ist. Der Lufteinlassdrucksensor 23 gibt Lufteinlassdrucksignale, die den Lufteinlassdruck innerhalb der Lufteinlassleitung 18 entsprechen, an die ECU 3 aus. Der Lufteinlasstemperatursensor 24 ist in der Lufteinlassleitung 18 installiert, so dass ein sensitiver Teil desselben auf der Seite des Lufteinlassströmungsweges 18a stromaufseitig der Drosselklappe 21 zugewandt ist. Der Lufteinlasstemperatursensor gibt Lufteinlasstemperatursignale, die der Lufteinlasstemperatur innerhalb der Lufteinlassleitung 18 entsprechen, an die ECU 3 aus. Der Drosselklappenöffnungswinkelsensor 25 gibt Drosselklappenöffnungswinkelsignale, die dem Öffnungswinkel der Drosselklappe 21 entsprechen, an die ECU 3 aus.
Der Kühlwassertemperatursensor 26 ist im Zylinder 10 so installiert, dass ein sensitiver Teil desselben der Seite des Kühlwasserweges 10d zugewandt ist. Der Kühlwassertemperatursensor 26 gibt Kühlwassertemperatursignale, die der Temperatur des durch den Kühlwasserweg 10d strömenden Kühlwassers entsprechen, an die ECU 3 aus. Der Kurbelwinkelsensor 27 ist z. B. ein elektromagnetischer Typ eines Aufnehmersensors und gibt an die ECU 3 jedes Mal dann ein Paar impulsförmiger Signale aus, die unterschiedliche Polaritäten aufweisen, wenn die entsprechenden Vorsprünge, die am Außenumfang des Rotors 13a vorgesehen sind, nahe am Sensor vorbeilaufen. Genauer, wenn das vordere Ende in Drehrichtung jedes Vorsprungs vorbeiläuft, gibt der Kurbelwinkelsensor 27 ein impulsförmiges Signal mit einer Amplitude negativer Polarität aus, wobei dann, wenn das hintere Ende in Drehrichtung jedes Vorsprungs vorbeiläuft, der Kurbelwinkelsensor 27 ein impulsförmiges Signal mit einer Amplitude positiver Polarität ausgibt.
Es ist zu beachten, dass in 1 nur ein Zylinder gezeigt ist, um die Erläuterung der Konstruktion zu vereinfachen, jedoch in Wirklichkeit abhängig von der Anzahl der Zylinder in der Maschine 1 entweder ein oder mehrere Zylinder 10, Kolben 11, Pleuel 12, Lufteinlassventile 14, Luftauslassventile 15, Zündkerzen 16, Zündspulen 17, Lufteinlassleitungen 18, Luftauslassleitungen 19, Luftfilter 20, Drosselklappen 21, Injektoren 22, Lufteinlassdrucksensoren 23, Lufteinlasstemperatursensoren 24, Drosselklappenöffnungswinkelsensoren 25 und Kühlwassertemperatursensoren 26 vorgesehen sein können, je nach Bedarf.
Außerdem sind diese Bauelemente der Maschine 1 integral auf einem Grundkörper in Form eines (nicht gezeigten) Zylinderblocks integriert. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Klopfsensor 28 an einer vorgegebenen Position an diesem Zylinderblock montiert. Dieser Klopfsensor 28 ist z. B. ein Schwingungssensor, wie z. B. ein Beschleunigungssensor oder dergleichen, und erfasst Schwingungen an der Montageposition. Er gibt anschließend ein Schwingungserfassungssignal, das das Erfassungsergebnis anzeigt, an die ECU 3 aus.
Die Kraftstoffzufuhreinheit wird von einem Kraftstofftank 30 und einer Kraftstoffpumpe 31 gebildet. Der Kraftstofftank 30 ist ein Behälter, der zum Aufbewahren von Kraftstoff, wie z. B. Benzinkraftstoff oder Alkoholkraftstoff, verwendet wird. Die Kraftstoffpumpe 31 ist innerhalb des Kraftstofftanks 30 vorgesehen und pumpt Kraftstoff von innerhalb des Kraftstofftanks 30 heraus und führt diesen entsprechend Pumpenansteuersignalen, die von der ECU 3 eingegeben werden, dem Injektor 22 zu.
Die ECU 3 steuert kollektiv alle Operationen des Maschinensteuersystems und wird, wie in 2 gezeigt ist, von einer Wellenform-Umformungsschaltung 40, einem Umdrehungszähler 41, einem A/D-Wandler 42, einer Zündungsschaltung 43, einer Injektoransteuerschaltung 44, einer Pumpenansteuerschaltung 45, einem ROM (nur-Lese-Speicher) 46, einem RAM (Lese/Schreib-Speicher) 47 und einer CPU (Zentraleinheit) 48 gebildet.
Die Wellenform-Umformungsschaltung 40 führt eine Wellenform-Umformung durch, um Kurbelsignale, die von Kurbelwinkelsensor 27 eingegeben werden, in Rechteckwellenimpulssignale umzusetzen (z. B. durch Setzen von Kurbelsignalen negativer Polarität auf einen hohen Pegel und durch Setzen von Kurbelsignalen positiver Polarität und solchen mit Massepegel auf einen niedrigen Pegel) und gibt das Ergebnis an den Umdrehungszähler 41 und die CPU 48 aus. Das heißt, diese Rechteckwellenimpulssignale sind Rechteckwellenimpulssignale, deren Zyklus die Zeitspanne ist, die die Kurbelwelle 13 benötigt, um sich um 20° zu drehen. Im Folgenden werden die Rechteckwellenformimpulssignale, die von dieser Wellenform-Umformungsschaltung 40 ausgegeben werden, als Kurbelimpulssignale bezeichnet.
Der Umdrehungszähler 41 berechnet Maschinenumdrehungen auf der Grundlage der Kurbelimpulssignale, die von der Wellenform-Umformschaltung 40 eingegeben werden, und gibt die Ergebnisse dieser Berechnungen an die CPU 48 aus. Der A/D-Wandler 42 wandelt die vom Lufteinlassdrucksensor 23 eingegebenen Lufteinlassdrucksignale, vom Lufteinlasstemperatursensor 24 eingegebene Lufteinlasstemperatursignale, vom Drosselklappenöffnungswinkelsensor 25 eingegebene Drosselklappenöffnungswinkelsignale, vom Kühlwassertemperatursensor 26 eingegebene Kühlwassertemperatursignale und vom Klopfsensor 28 eingegebene Schwingungserfassungssignale in digitale Signale um (d. h. in einen Lufteinlassdruckwert, einen Lufteinlasstemperaturwert, einen Drosselklappenöffnungswinkelwert, einen Kühlwassertemperaturwert und Schwingungswellenformdaten) und gibt diese an die CPU 48 aus.
Die Zündungsschaltung 43 ist mit einem Kondensator ausgestattet, der Stromversorgungsspannung akkumuliert, die von einer (nicht gezeigten) Batterie zugeführt wird, und gibt die Ladung, die im Kondensator akkumuliert ist, entsprechend einem Zündungssteuersignal, das von der CPU 48 eingegeben wird, an die Primärspule der Zündspule 17 als Zündungsspannungssignal ab. Die Injektoransteuerschaltung 44 erzeugt Ansteuerimpulssignale, die verwendet werden, um den Injektor 22 entsprechend den Kraftstoffeinspritzsteuersignalen, die von der CPU 48 eingegeben werden, anzusteuern, und gibt diese Ansteuerimpulssignale an den Injektor 22 aus. Die Pumpenansteuerschaltung 44 erzeugt Pumpenansteuersignale, die verwendet werden, um die Kraftstoffpumpe 31 entsprechend den Kraftstoffzufuhrsteuersignalen, die von der CPU 48 eingeben werden, anzusteuern, und gibt diese Pumpenansteuersignale an die Kraftstoffpumpe 31 aus.
Der ROM 46 ist ein nicht flüchtiger Speicher, in welchem Maschinensteuerprogramme, die von der CPU 48 ausgeführt werden, und verschiedene Typen von Einstellungsdaten im Voraus gespeichert sind. Der RAM 47 ist ein flüchtiger Arbeitsspeicher, der als ein vorübergehendes Datenspeicherziel verwendet wird, wenn die CPU 48 ein Maschinensteuerprogramm ausführt, um somit verschiedene Typen von Operationen durchzuführen.
Die CPU 48 führt im ROM 46 gespeicherte Maschinensteuerprogramme aus und führt eine Steuerung bezüglich der Kraftstoffeinspritzung, der Zündung und der Kraftstoffzufuhr für die Maschine 1 auf der Grundlage der von der Wellenform-Umformschaltung 40 eingegebenen Kurbelimpulssignale, der vom Umdrehungszähler 41 erhaltenen Maschinenumdrehungszahl und der Lufteinlassdruckwerte, der Lufteinlasstemperaturwerte, der Drosselklappenöffnungswinkelwerte, der Kühlwassertemperaturwerte und der Schwingungswellenformdaten, die von A/D-WW Wandler erhalten werden, aus. Genauer gibt die CPU 48 an die Zündungsschaltung 43 ein Zündungssteuersignal aus, das die Zündkerze 16 veranlasst, zu den geeigneten Zündzeitpunkten einen Funken zu bilden, und gibt an die Injektoransteuerschaltung 44 Kraftstoffeinspritzsteuersignale aus, die bewirken, dass eine vorgegebene Kraftstoffmenge vom Injektor 22 zu geeigneten Kraftstoffeinspritzzeitpunkten eingespritzt wird, und gibt ferner an die Pumpenansteuerschaltung 45 Kraftstoffzufuhrsteuersignale aus, die bewirken, dass dem Injektor 22 Kraftstoff zugeführt wird.
Außerdem ist die CPU 48 mit einer Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a, einer Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit 48b und einer Korrektursteuereinheit 48c in Form von Funktionen versehen, die durch Ausführen von Maschinensteuerprogrammen verwirklicht sind. Die Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a erfasst die Ventil-offen-Periode des Injektors 22 auf der Grundlage von Schwingungswellenformdaten, die vom A/D-Wandler 42 erhalten werden. Die Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit 48b schätzt die Kraftstoffeinspritzmenge (d. h. sie berechnet einen Schätzwert für die Kraftstoffeinspritzmenge), die potentiell im Verschleißzustand des Injektors 22 zum aktuellen Zeitpunkt erhalten werden kann, auf der Grundlage der Ventil-offen-Periode des Injektors 22, die von der Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a erfasst worden ist. Die Korrektursteuereinheit 48c vergleicht den Schätzwert für die Kraftstoffeinspritzmenge, der von der Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit 48b berechnet worden ist, mit einem Anfangswert für die Kraftstoffeinspritzmenge, der im Voraus bestimmt worden ist, und führt dann, wenn die Beziehung zwischen diesen beiden eine Vorbedingung zur Ausführung einer Korrektur erfüllt, eine Steuerung zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge aus.
Diese Funktionen der Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a, der Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit 48b und der Korrektursteuereinheit 48c werden im folgenden genauer beschrieben, wobei es jedoch durch Bereitstellen dieser Funktionen in der CPU 48 möglich ist, die Kraftstoffeinspritzmenge, die im Verschleißzustand des Injektors 22 zum aktuellen Zeitpunkt erhalten werden kann, äußerst genau zu schätzen. Im Folgenden wird der Grund hierfür beschrieben.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben eine ausführliche Untersuchung der Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge und der Ventil-offen-Periode des Injektors 22, sowie der Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge und der Ventil-geschlossen-Periode des Injektors 22 durchgeführt. 3 ist ein Graph, der zeitliche Änderungen eines Hubmaßes L eines Kolbens des Injektors 22 und einer Schwingungswellenform G, die durch Ventilöffnung- und Ventilschließvorgänge des Injektors 22 erzeugt werden, zeigt, wenn ein Ansteuerimpulssignal P mit einer vorgegebenen Impulsbreite dem Injektor 22 in Form eines Erregerstroms I, der in einer Magnetspule des Injektors 22 fließt, zugeführt wird. Es ist zu beachten, dass in 3 die Einschaltzeit des Ansteuerimpulssignals P mit t0 angenommen ist.
Da wie in 3 gezeigt, der Erregerstrom I selbst dann sanft ansteigt, wenn das Ansteuerimpulssignal P eingeschaltet wird, wird der Kolben des Injektors 22 in Ventil-offen-Richtung angehoben, nachdem eine gewisse Zeitspanne nach dem Einschalten des Ansteuerimpulssignals P verstrichen ist. Zu diesem Zeitpunkt oszilliert die Schwingungswellenform G stark aufgrund der Schwingungen, die durch den Ventilöffnungsvorgang des Injektors 22 erzeugt werden. Das heißt, es ist möglich, eine Ventil-offen-Periode T1 des Injektors 22 anhand der Schwingungswellenform G zu erfassen.
Da im Gegensatz hierzu, wie in 3 gezeigt ist, der Erregerstrom I selbst dann sanft abfällt, wenn das Ansteuerimpulssignal P ausgeschaltet wird, wird der Kolben des Injektors 22 in Ventil-geschlossen-Richtung bewegt, nachdem eine gewisse Zeitspanne nach dem Abschaltzeitpunkt des Ansteuerimpulssignals P verstrichen ist. Zu diesem Zeitpunkt oszilliert die Schwingungswellenform G stark aufgrund der Schwingungen, die durch den Ventilschließvorgang des Injektors 22 erzeugt werden. Das heißt, es ist möglich, eine Ventil-geschlossen-Periode T2 des Injektors 22 anhand der Schwingungswellenform G zu erfassen.
4(a) zeigt Untersuchungsergebnisse, die Beziehungen zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Ventil-offen-Periode 1 des Injektors 22 zeigen, die in der oben beschriebenen Weise erfasst worden sind. 4(b) zeigt Untersuchungsergebnisse, die Beziehungen zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Ventil-geschlossen-Periode T2 des Injektors 22 zeigen, die in der oben beschriebenen Weise erfasst worden sind. Hierbei zeigen Kreissymbole (O) die Untersuchungsergebnisse eines ersten Beispiels, während Quadratsymbole (□) die Untersuchungsergebnisse eines zweiten Beispiels zeigen. Wie in 4(a) und 4(b) gezeigt ist, ist die Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Ventil-offen-Periode T1 eine streng proportionale Beziehung, jedoch die Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Ventil-geschlossen-Periode T2 eine äußerst schwach proportionale Beziehung.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben als Ergebnis der Entdeckung auf der Basis dieser Untersuchungsergebnisse, dass die Korrekturgenauigkeit beeinträchtigt ist, wenn die Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge Q unter Berücksichtigung der Ventil-geschlossen-Periode T2 durchgeführt wurde, eine Anmeldung für die vorliegende Erfindung durchgeführt. Das heißt, da gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ventil-offen-Periode T1, die in einer streng proportionalen Beziehung mit der Kraftstoffeinspritzmenge Q steht, mittels der Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a erfasst wird, und die Kraftstoffeinspritzmenge mittels der Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit 48b auf der Grundlage der Ventil-offen-Periode T1 geschätzt wird, ist es möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge äußerst genau zu schätzen. Folglich wird es möglich, eine äußerst genaue Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend dem Verschleißzustand des Injektors 22 durchzuführen.
Im Folgenden werden die Funktionen der Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a, der Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit 48b und der Korrektursteuereinheit 48c, die ermöglichen, die oben beschriebene äußerst genaue Schätzung und Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge zu erreichen, genauer beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm, das eine Korrektursteuerungsverarbeitung für die Kraftstoffeinspritzmenge zeigt, die von der CPU 48 der ECU 3 ausgeführt wird. Es ist zu beachten, dass die CPU 48 die in 5 gezeigte Kraftstoffeinspritzmengenkorrektur-Steuerungsverarbeitung in einem bestimmten Zyklus nach dem Starten der Maschine 1 wiederholt.
Wie in 5 gezeigt ist, bestimmt die Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a der CPU 48 zuerst, ob sich die Maschine 1 in einem vorgegebenen Betriebszustand (in der vorliegenden Ausführungsform ist dies ein Leerlaufzustand nach dem Aufwärmen der Maschine) befindet (Schritt S1). Genauer bestimmt die Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a, dass die Maschine 1 sich in einem Leerlaufzustand nach dem Aufwärmen befindet, wenn die Maschinendrehzahl Ne, die vom Umdrehungszähler 41 erhalten wird, z. B. gleich 710 ±20 (min^-1) ist, und wenn der Kühlwassertemperaturwert Tw, der vom A/D-Wandler 42 erhalten wird, z. B. gleich 90 °C oder höher ist.
Wenn im Schritt S1 NEIN ermittelt wird, beendet die Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a die Kraftstoffeinspritzmengenkorrektur-Steuerungsverarbeitung. Wenn andererseits JA ermittelt wird, erfasst die Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a die Schwingungswellenformdaten (d. h. das digitale Signal, das über die A/D-Wandlung von dem vom Klopfsensor 28 ausgegebenen Schwingungserfassungssignal erhalten wird) vom A/D-Wandler 42 (Schritt S2) und extrahiert die Schwingungswellenform D, die durch den Ventilöffnungsvorgang des Injektors 22 erzeugt wird, aus diesen Schwingungswellenformdaten und detektiert die Ventil-offen-Periode T1 des Injektors 22 aus der extrahierten Schwingungsform D (Schritt S3). Im Folgenden wird die Verarbeitung dieses Schritts S3, d. h. die Erfassungsverarbeitung für die Ventil-offen-Periode T1 des Injektors 22, genauer beschrieben.
6(a) zeigt Wellenformen eines Schwingungserfassungssignals, das vom Klopfsensor 28 ausgegeben wird, und des Ansteuerimpulssignals P, das dem Injektor 22 zugeführt wird. Es ist zu beachten, dass in 6(a) die Einschaltzeit des Ansteuerimpulssignals P als t0 angenommen ist. Wie in 6(a) gezeigt ist, enthält das vom Klopfsensor 28 ausgegebene Schwingungserfassungssignal Frequenzkomponenten für verschiedene Schwingungen (d. h. Störkomponenten) zusätzlich zu der Frequenzkomponente der Schwingung, die durch einen Ventilöffnungsvorgang des Injektors 22 erzeugt wird.
Daher extrahiert die Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a durch Ausführen einer Bandpassfilterverarbeitung (d. h. durch digitale Filterung) und einer Absolutwertverarbeitung für die Schwingungswellenformdaten, die vom A/D-Wandler 42 aufgenommen werden, die Frequenzkomponente (d. h. die Schwingungswellenform G) der Schwingung, die durch den Ventilöffnungsvorgang des Injektors 22 erzeugt wird, aus den Schwingungswellenformdaten. 6(b) zeigt die Schwingungswellenform G, die durch den Ventilöffnungsvorgang erzeugt wird und nach der Bandpassfilterverarbeitung und der Absolutwertverarbeitung erhalten wird. Es ist zu beachten, dass, obwohl diese Schwingungswellenform G herkömmlicherweise als digitale Daten erhalten werden, in 6(b) eine analoge Wellenform gezeigt ist, um sie visuell leichter verständlich zu machen.
Wie in 7 gezeigt ist, schließt die Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a in der Schwingungswellenform G aus dem Subjekterfassungssegment der Ventil-offen-Periode T1 das Segment TS0 aus, das andauert, bis eine gewisse Zeitspanne nach dem Einschalten des Ansteuerimpulssignals P verstrichen ist. Der Grund hierfür ist, dass, wie mit Bezug auf 3 beschrieben worden ist, der Injektor 22 den Ventilöffnungsvorgang ausführt, nachdem eine gewisse Zeitspanne nach dem Einschalten des Ansteuerimpulssignals P verstrichen ist. Es ist zu beachten, dass der Wert des Segments TS0 entsprechend dem als Injektor 22 verwendeten Maschinentyps geeignet festgelegt sein kann.
Wie in 7 gezeigt ist, setzt außerdem die Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a das Segment vom Endzeitpunkt des Segments TS0 bis zum Ausschaltzeitpunkt des Ansteuerimpulssignals P als ein Subjekterfassungssegment TS der Ventil-offen-Periode T1 und erfasst in diesem Subjekterfassungssegment TS einen Zeitpunkt T2' zu dem die Schwingungswellenform G den maximalen Amplitudenwert aufweist. Eine Laufzeit T_D der Schwingung, die durch den Ventilöffnungsvorgang des Injektors 22 erzeugt wird, ist in diesem Zeitpunkt T', zu dem die Schwingungswellenform G den maximalen Amplitudenwert aufweist, enthalten. An diesem Punkt berechnet die Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a die Ventil-offen-Periode T1 des Injektors 22 auf der Grundlage der folgenden Formel (1). $T1 = T1' - T_D$
Es ist zu beachten, dass die Laufzeit T_D für jeden Zylinder der Maschine 1 geeignet festgelegt sein kann. Da die Laufstrecke und der Resonanzmodus der Schwingung vom Injektor 22 zum Klopfsensor 28 sich für jeden Zylinder der Maschine 1 ändert, ist ein Festlegen der Laufzeit T_D notwendig, um eine Erfassungsgenauigkeit (d. h. Berechnungsgenauigkeit) für die Ventil-offen-Periode T1 sicherzustellen.
Die obige Beschreibung gilt für die Verarbeitung des Schritts S3, d. h. für die Erfassungsverarbeitung der Ventil-offen-Periode T1 des Injektors 22. Im Folgenden kehrt die Beschreibung zur 5 zurück. Wie in 5 gezeigt ist, berechnet die Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit 48b der CPU 48, nachdem der oben beschriebene Schritt S3 beendet ist, den Schätzwert Q der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der Ventil-offen-Periode T1 des Injektors 22, die mittels der Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a erfasst (d. h. berechnet) worden ist (S4).
Genauer, die Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit 48b berechnet den Schätzwert Q der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der folgenden Formel (2), deren Elemente die von der Ventil-offen-Periode-Erfassungseinheit 48a erfasste Ventil-offen-Periode T1 und die Einschaltzeit (d. h. Impulsbreite) Ti des dem Injektor 22 zugeführten Ansteuerimpulssignals, sowie die im voraus bestimmten Koeffizienten A, B, C, K1 und K2 sind. $Q = A \cdot [K1 \cdot (Ti - T1) + K2 \cdot {T1 - (B \cdot T1 - C)}]$
In der obigen Formel (2) ist der Koeffizient A eine statische Einspritzmenge Qwot des Injektors 22 (oder ist andernfalls ein Wert, der durch Korrigieren der statischen Einspritzmenge Qwot erhalten wird) und ist entweder der aktuelle Messwert zum Zeitpunkt der Auslieferung von der Fabrik, oder ist ansonsten ein fester Wert, der für jeden Typ von Injektor 22 festgelegt ist. Die Koeffizienten B, C, K1 und K2 sind experimentelle Koeffizienten, die im Voraus mittels Experiment bestimmt worden sind. 8 zeigt eine Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Q und der Zeit t. Das erste Element in der obigen Formel (2) repräsentiert die Fläche eines Bereichs W1 in 8, während das zweite Element die Flächen der Bereiche W2 und W3 in 8 repräsentiert.
Das heißt, obwohl theoretisch der Kraftstoffeinspritzmengenschätzwert Q nur durch Betrachtung des Bereichs W1 in 8 und Multiplizieren der Ventil-offen-Zeit (Ti - T1) mit der statischen Einspritzmenge Qwot berechnet werden kann, was tatsächlich die Kraftstoffeinspritzmenge pro Einheitsfläche ist, da es eine Verzögerung gibt, bevor der Ventilöffnungsvorgang des Injektors 22 dem Einschaltzeitpunkt des Ansteuerimpulssignals folgt, erreicht die Kraftstoffeinspritzmenge pro Einheitszeit nicht sofort die statische Einspritzmenge Qwot (d. h. Erzeugen des Bereichs W2). Da es in der gleichen Weise eine Verzögerung gibt, bevor der Ventilschließvorgang des Injektors 22 dem Ausschaltzeitpunkt des Ansteuerimpulssignals folgt, erreicht die Kraftstoffeinspritzmenge pro Einheitszeit nicht sofort Null (d. h. Erzeugung des Bereichs W3). Durch Verwenden der Formel (2), die nicht nur den Bereich W1 in 8 berücksichtigt, sondern auch die Bereiche W2 und W3, ist es dementsprechend möglich, den Kraftstoffeinspritzmengenschätzwert Q genau zu berechnen.
Nachdem der obige Schritt S4 beendet ist, vergleicht die Korrektursteuereinheit 48c der CPU 48 den Kraftstoffeinspritzmengenschätzwert Q, der von der Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit 48b berechnet worden ist, mit einem Anfangswert Q0 der Kraftstoffeinspritzmenge, der im Voraus bestimmt worden ist, und ermittelt, ob eine Beziehung zwischen den beiden eine Vorbedingung zum Ausführen einer Korrektur erfüllt, oder nicht (Schritt S5). In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Korrektursteuereinheit 48c, ob eine Änderungsrate X (= Q/Q0) der Kraftstoffeinspritzmenge, die auf der Grundlage des Kraftstoffeinspritzmengenschätzwertes Q und des Anfangswertes Q0 berechnet worden ist, größer ist als ein Schwellenwert, und verwendet diese Bestimmung für die die Korrektur in Gang setzende Vorbedingung. Das heißt wenn im Schritt S5 ermittelt wird, dass die Änderungsrate X der Kraftstoffeinspritzmenge größer als ein Schwellenwert ist, stellt die Korrektursteuereinheit 48c fest, dass die die Korrektur in Gang setzende Vorbedingung erfüllt worden ist.
Es ist zu beachten, dass der Anfangswert Q0 der Kraftstoffeinspritzmenge ein Wert ist, der im Voraus von der Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit 48b berechnet worden ist. Das heißt während des normalen Betriebs des Injektors 22 hat die Kraftstoffeinspritzmengenschätzeinheit 48b die Funktion zur Berechnung des Anfangswertes Q0 für die Einspritzmenge auf der Grundlage der Formel (3) im Voraus, deren Elemente eine von der Ventil-offen-Periode-Erfassungseiheit 48a erfasste Ventil-offen-Periode T0, eine Einschaltzeit Ti0 des dem Injektor 22 zugeführten Ansteuerimpulssignals, sowie die im voraus bestimmten Koeffizienten A, B, C, K1 und K2 sind. $Q0 = A \cdot [K1 \cdot (Ti0 - T0) + K2 \cdot {T0 - (B \cdot T0 - C)}]$
Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt S5 gleich NEIN ist, d. h. wenn die Änderungsrate X der Kraftstoffeinspritzmenge kleiner als der Schwellenwert ist, so dass die die Korrektur in Gang setzende Vorbedingung nicht erfüllt ist, beendet die Korrektursteuereinheit 48c die Kraftstoffeinspritzmengenkorrektur-Steuerverarbeitung. Wenn andererseits das Ergebnis dieser Ermittlung gleich JA ist, führt die Korrektursteuereinheit 48c eine Korrektursteuerung für die Kraftstoffeinspritzmenge aus (Schritt S6).
Genauer, die Korrektursteuereinheit 48c ermittelt eine Zeitdifferenz ΔT (= T1 - T0) zwischen der Ventil-offen-Periode T1, die bei der Berechnung des Kraftstoffeinspritzmengenschätzwertes Q verwendet worden ist, und der Ventil-offen-Periode T0, die bei der Berechnung des Anfangswertes Q0 verwendet worden ist. Außerdem berechnet die Korrektursteuereinheit 48c eine Einschaltzeit Tix für das dem Injektor 22 zuzuführende Ansteuerimpulssignal auf der Grundlage der folgenden Formel (4), deren Elemente die in der oben beschriebenen Weise bestimmte Zeitdifferenz ΔT, die bei der Berechnung des Anfangswertes Q0 verwendete Einschaltzeit Ti0, sowie die Koeffizienten B, K1 und K2 sind. $Tix = Ti0 + {1 + (B - 1) \cdot K2/K1} \cdot Δ T$
Es ist zu beachten, dass in der obigen Formel 4 angenommen wird, dass die Zeitdifferenz DT (= T1 - T0) aufgrund von Alterungsverschleiß des Injektors 22 hervorgerufen wird und eine Einschaltzeit Ti, die bewirkt, dass der durch Einsetzen von T1 = T0 + ΔT in die obige Formel (2) erhaltene Kraftstoffeinspritzmengenschätzwert Q gleich dem Kraftspritzeinspritzmengenanfangswert Q0 ist, der durch die obige Formel (3) ausgedrückt wird, unter Verwendung von Umformungen der Formel (2) und (3) bestimmt wird, wobei die so ermittelte Einschaltzeit Ti als Tix geschrieben wird. Das heißt, die obige Formel (4) drückt eine Ansteuerimpulssignaleinschaltzeit Tix aus, die verwendet wird, um die aktuelle Kraftstoffeinspritzmenge Q zu dem Anfangswert Q0 zu korrigieren.
Die Korrektursteuereinheit 48c zeigt die Ansteuerimpulssignaleinschaltzeit Tix, die unter Verwendung der obigen Formel (4) berechnet worden ist, der Injektoransteuerschaltung 44 an. Als Ergebnis wird ein Ansteuerimpulssignal, das die Einschaltzeit (d. h. die Impulsbreite Tix enthält) von der Injektoransteuerschaltung 44 dem Injektor 22 zugeführt, wobei die aktuelle Kraftstoffeinspritzmenge Q auf den Anfangswert Q0 korrigiert ist.
Da wie oben beschrieben gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ventil-offen-Periode T1, die eine streng proportionale Beziehung zu der Kraftstoffeinspritzmenge aufweist, erfasst wird und die Kraftstoffeinspritzmenge anschließend auf der Grundlage dieser erfassten Ventil-offen-Periode T1 geschätzt wird, kann die Kraftstoffeinspritzmenge äußerst genau geschätzt werden, so dass es folglich möglich wird, eine äußerst genaue Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend dem Verschleißzustand des Injektors 22 durchzuführen.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und abweichende Beispiele, wie z. B. diejenigen, die im Folgenden angegeben sind, ebenfalls eingesetzt werden können.

(1) In der oben beschriebenen Ausführungsform ist beispielhaft ein Fall dargestellt, in dem der Schätzwert Q der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der obigen Formel (2) berechnet wird, jedoch ist es, da der Zweck der vorliegenden Erfindung darin besteht, eine Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der Ventil-offen-Periode T1 zu schätzen, die eine streng proportionale Beziehung zu der Kraftstoffeinspritzmenge aufweist, auch möglich, weitere Formeln zu verwenden, um den Schätzwert Q zu berechnen, vorausgesetzt, dass diese eine Funktion der Ventil-offen-Periode T1 sind (wenn die zum Berechnen des Schätzwertes Q verwendete Formel verändert wird, ändern sich selbstverständlich auch die zum berechnen des Anfangswertes Q0 verwendete Formel und die zum berechnen der Einschaltzeit Tix des Ansteuerimpulssignals verwendete Formel ebenfalls entsprechend).
(2) In der oben beschriebenen Ausführungsform ist beispielhaft ein Fall dargestellt, in dem die Tatsache, dass die Änderungsrate X (= Q/Q0) der Kraftstoffeinspritzmenge, die auf der Grundlage des Kraftstoffeinspritzschätzwertes Q und des Anfangswerts Q0 berechnet worden ist, größer ist als ein Schwellenwert, als eine die Korrektur in Gang setzende Vorbedingung verwendet wird, jedoch ist die die Korrektur in Gang setzende Vorbedingung nicht hierauf beschränkt, wobei es möglich ist, dass andere Vorbedingungen verwendet werden, vorausgesetzt, dass diese Vorbedingungen ermöglichen, zu ermitteln, ob der Grad, bis zu dem der Alterungsverschleiß fortgeschritten ist, ein Niveau erreicht hat, das das Ausführen einer Korrektur erfordert.
(3) In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde eine Erfassungsverarbeitung der Ventil-offen-Periode T1 (d. h. die Verarbeitung des Schritts S3) mit Bezug auf die 6 und 7 genauer beschrieben, jedoch ist das für die Ventil-offen-Periode T1 verwendete Erfassungsverfahren nicht hierauf beschränkt, wobei es auch möglich ist, andere Erfassungsverfahren zu verwenden, vorausgesetzt, dass diese eine äußerst genaue Erfassung der Ventil-offen-Periode T1 ermöglichen.

Claims

Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung, die ein Kraftstoffeinspritzventil steuert, umfassend: eine Ventil-offen-Periode-Erfassungsvorrichtung, die eine Ventil-offen-Periode des Kraftstoffeinspritzventils erfasst; eine Kraftstoffeinspritzmengenschätzvorrichtung, die eine Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der Ventil-offen-Periode schätzt; und eine Korrektursteuervorrichtung, die einen Schätzwert der Kraftstoffeinspritzmenge mit einem Anfangswert für die Kraftstoffeinspritzmenge, der im Voraus bestimmt worden ist, vergleicht und dann, wenn eine Beziehung zwischen diesen eine Vorbedingung für die Ingangsetzung einer Korrektur erfüllt, eine Steuerung zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge ausführt, wobei die Ventil-offen-Periode-Erfassungsvorrichtung eine Schwingungswellenform, die durch einen Ventilöffnungsvorgang des Kraftstoffeinspritzventils erzeugt wird und in einem Schwingungserfassungssignal enthalten ist, das von einem externen Schwingungssensor eingegeben wird, extrahiert und die Ventil-offen-Periode anhand der extrahierten Schwingungswellenform erfasst, und wobei die Kraftstoffeinspritzmengenschätzvorrichtung einen Schätzwert Q der Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der folgenden Formel (2) berechnet, deren Elemente eine von der Ventil-offen-Periode-Erfassungsvorrichtung erfasste Ventil-offen-Periode T1, eine Einschaltzeit Ti eines dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführten Ansteuerimpulssignals und im Voraus bestimmte Koeffizienten A, B, C, K1 und K2 sind: $Q = A \cdot [K1 \cdot (Ti - T1) + K2 \cdot {T1 - (B \cdot T1 - C)}]$
Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei während normaler Operationen des Kraftstoffeinspritzventils die Kraftstoffeinspritzmengenschätzvorrichtung im Voraus einen Anfangswert Q0 für die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage der folgenden Formel (3) berechnet, deren Elemente eine von der Ventil-offen-Periode-Erfassungsvorrichtung erfasste Ventil-offen-Periode T0, eine Einschaltzeit Ti0 eines dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführten Ansteuerimpulssignals und im Voraus bestimmte Koeffizienten A, B, C, K1 und K2 sind: $Q0 = A \cdot [K1 \cdot (Ti0 - T0) + K2 \cdot {T 0 - (B \cdot T0 - C)}]$
Kraftstoffeinspritzungs-Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei dann, wenn eine Beziehung zwischen dem Schätzwert Q der Kraftstoffeinspritzmenge und dem Anfangswert Q0 die die Korrektur in Gang setzende Vorbedingung erfüllt, die Korrektursteuervorrichtung eine Zeitdifferenz ΔT zwischen der Ventil-offen-Periode T1, die zum Berechnen des Schätzwertes Q verwendet wird, und der Ventil-offen-Periode T0, die zum Berechnen des Anfangswertes Q0 verwendet wird, bestimmt, und wobei die Korrektursteuervorrichtung eine Einschaltzeit Tix für das Ansteuerimpulssignal, das dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführt werden soll, auf der Grundlage der folgenden Formel (4) berechnet, deren Elemente die Zeitdifferenz ΔT, die zum Berechnen des Anfangswertes Q0 verwendete Einschaltzeit Ti0 und die Koeffizienten B K1 und K2 sind: $Tix = Ti0 + {1 + (B - 1) \cdot K2/K1} \cdot Δ T$