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GEBIET DER ERINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Detektor für den Zustand einer Kraftstoffeinspritzung, der eine Veränderung des durch eine Kraftstoffeinspritzung über eine an einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehene Kraftstoffeinspritzdüse verursachten Kraftstoffdrucks feststellt. Außerdem berechnet der Detektor für den Zustand einer Kraftstoffeinspritzung eine Wellenform der Einspritzrate basierend auf einer durch einen Kraftstoffdrucksensor ermittelten Druckwellenform.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es ist wichtig, einen Zustand der Kraftstoffeinspritzung, wie den Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, die Einspritzmenge des Kraftstoffs und dergleichen festzustellen, um ein Ausgangsdrehmoment und die Emission einer Verbrennungskraftmaschine exakt zu steuern. Die
JP-2010-3004A (
US-2009-0319157A1 ) und die
JP-2009-57924A (
US-2009-0063012A1 ) beschreiben, dass ein Kraftstoffdrucksensor eine Veränderung des Kraftstoffdrucks feststellt, der wegen der Kraftstoffeinspritzung in einem Kraftstoffversorgungskanal auftritt. Der Kraftstoffversorgungskanal erstreckt sich von einem Kraftstofftank zu einer Einspritzmündung einer Einspritzdüse. Weil eine von einem Kraftstoffdrucksensor ermittelte Druckwellenform eine hohe Korrelation mit der Wellenform der Einspritzrate aufweist, die für eine Änderung der Kraftstoffeinspritzrate kennzeichnend ist, wird der Zustand der Kraftstoffeinspritzung, wie der Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis der Wellenform der Einspritzrate ermittelt, die von der ermittelten Wellenform des Drucks abgeleitet ist. Wie oben, kann, falls der aktuelle Zustand der Kraftstoffeinspritzung ermittelt wird, der Zustand der Kraftstoffeinspritzung auf der Basis des ermittelten Zustands der Kraftstoffeinspritzung exakt gesteuert werden.
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Ein Verfahren zur Berechnung der Wellenform der Einspritzrate aus der Wellenform des Drucks wird nachfolgend beschrieben. Unter Bezugnahme auf 2C werden verschiedene Änderungspunkte „P1”, „P2”, „P3” und „P5” auf der Wellenform des Drucks festgestellt. Dann wird ein Teil der Wellenform (P1–P2), wo der Kraftstoffdruck aufgrund einer Öffnung einer Kraftstoffeinspritzdüse abnimmt, einer geraden Linie angenähert. Ebenso wird ein Teil der Wellenform (P1–P5), wo der Kraftstoffdruck durch Schließen der Kraftstoffeinspritzdüse zunimmt, einer geraden Linie angenähert. Dann werden die Steigung bzw. Neigung „Pα” und „Pβ” dieser angenäherten Linien berechnet. Auch wird ein Druckabfall (P1–P2) vom Änderungspunkt „P1” zum Änderungspunkt „P2” berechnet. Ein Zeitpunkt, zu dem der Änderungspunkt „P1” auf der Wellenform des Drucks erscheint, der Druckabfall (P1–P2) und die Winkel „Pα”, „Pβ” werden jeweils in einen Startzeitpunkt „t(R1”, die maximale Kraftstoffeinspritzrate „Rh” und die Steigung bzw. Neigung „Rα”, „Rβ” umgewandelt, um die Wellenform der Einspritzrate zu definieren. Dadurch kann die Wellenform der Einspritzrate definiert werden, um den aktuellen Zustand der Kraftstoffeinspritzung abzuschätzen.
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Die Korrelation zwischen der Wellenform des Drucks und der Wellenform der Einspritzrate hängt von einem Bezugsdruck „Pbase” ab, der ein Druck vor dem Beginn des Druckabfalls ist. Das heißt, selbst wenn die Neigung und die Steigung „Pα”, „Pβ” der Wellenform des Drucks nicht verändert sind, sind die Winkel „Rα”, „Rβ” der Wellenform der Einspritzrate entsprechend dem Bezugsdruck „Pbase” verändert. Zudem ist; selbst wenn die Erscheinungszeitpunkte der Änderungspunkte „P1”, „P2”, „P3” und „P5” nicht verändert sind, der Startzeitpunkt „t(R1)” entsprechend dem Bezugsdruck „Pbase” verändert. Der gegenwärtige Erfinder hat erkannt, dass die Umwandlungswerte für die Umwandlung der Wellenform des Drucks in die Wellenform der Einspritzrate entsprechend dem Bezugsdruck „Pbase” verändert werden sollten.
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Jedoch ist es wahrscheinlich, dass, wenn der Bezugsdruck „Pbase” auf der Basis der Wellenform des Drucks vor dem Änderungspunkt „P1” definiert wird, die Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall pulsiert (siehe 3B), wodurch die Umwandlungsgenauigkeit von der Wellenform des Drucks zur Wellenform der Einspritzrate beeinträchtigt werden kann. Das Pulsieren der Wellenform des Drucks hat folgende Gründe. Es wird nämlich eine Druckänderung aufgrund einer nach der Einspritzung in einem anderen Zylinder über eine gemeinsame Kraftstoffversorgungsleitung (common rail) übertragen und überlappt die Wellenform „Wa” vordem Druckabfall. Alternativ überlappt, wenn eine Kolbenpumpe den Kraftstoff zur Drucksteigerung hochpumpt, diese Drucksteigerung die Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall.
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DE 10 2008 042 714 A1 offenbart eine Erfassungsvorrichtung eines Kraftstoffeinspritzzustandes, die einen ersten Einspritzmengenabschätzabschnitt (S25) zum Abschätzen einer Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage einer Schwankungswellenform, die durch einen Kraftstoffdrucksensor (
20a) erfasst wird, und einen zweiten Einspritzmengenabschätzabschnitt (S26) zum Abschätzen einer Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage einer Druckdifferenz (ΔP) vor und nach einem Einspritzstart aus einem erfassten Druck, der durch den Kraftstoffdrucksensor (
20a) erfasst wird, aufweist. Die Vorrichtung berechnet eine Einspritzmenge auf der Grundlage von beiden Abschätzwerten, die durch die zwei verschiedenen Arten an Verfahren (S25, S26) abgeschätzt werden. Demgemäß kann ein Einfluss des Erfassens einer Variation des maximalen Abfallbetrages im Vergleich zu dem Fall verringert werden, bei dem lediglich irgendeines der Abschätzergebnisse verwendet wird. Somit kann die Einspritzmenge mit einer hohen Genauigkeit erfasst werden, und schließlich kann eine Verlaufswellenform einer Einspritzrate genau auf der Grundlage der genau erfassten Einspritzmenge erfasst werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der obigen Umstände, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Detektor für den Zustand einer Kraftstoffeinspritzung zu schaffen, der die Fähigkeit besitzt, die Berechnungsgenauigkeit einer Wellenform der Einspritzrate zu steigern, indem die Berechnungsgenauigkeit eines Bezugsdrucks verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einem Detektor für den Zustand einer Kraftstoffeinspritzung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der sich daran anschließenden Ansprüche.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Detektor für den Zustand einer Kraftstoffeinspritzung bei einem Kraftstoffeinspritzsystem angewandt, das eine Kraftstoffeinspritzdüse einschließt, die einen Kraftstoff über eine Kraftstoffeinspritzmündung in eine Verbrennungskraftmaschine einspritzt, und einen Kraftstoffdrucksensor, der eine Änderung beim Kraftstoffdruck in einem Kraftstoffversorgungskanal aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzdüse feststellt.
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Außerdem ist der Detektor für den Zustand der Kraftstoffeinspritzung versehen mit einem Mittel zum Erhalten der Wellenform des Drucks zum Erhalten der für eine Änderung des Ermittlungswertes des Kraftstoffdrucksensors kennzeichnenden Wellenform des Drucks; ein Berechnungsmittel für den Bezugsdruck, das einen auf einer Wellenform vor dem Druckabfall basierenden Bezugsdruck berechnet, wobei diese Wellenform die Wellenform des Drucks ist, bevor der Kraftstoffdruck aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung abfällt; und ein Berechnungsmittel für die Wellenform der Einspritzrate zur Berechnung einer für die Änderung einer Kraftstoffeinspritzrate kennzeichnenden Wellenform der Einspritzrate basierend auf der Wellenform des Drucks und dem Bezugsdruck. Das Berechnungsmittel für den Bezugsdruck schließt weiter ein Suchmittel zum Suchen eines stabilen Abschnitts der Wellenform vor dem Druckabfall ein, bei dem eine Änderung des Kraftstoffdrucks in einem spezifizierten Bereich liegt, und ein Berechnungsmittel zur Berechnung des Bezugsdrucks basierend auf einem Kraftstoffdruck im stabilen Abschnitt.
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Eine Korrelation zwischen der Wellenform des Drucks und der Wellenform der Einspritzrate ändert sich entsprechend einem Druck vor dem Beginn des Druckabfalls. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Wellenform der Einspritzrate mit großer Genauigkeit berechnet werden, weil die Wellenform der Einspritzrate auf der Basis des Bezugsdrucks und der Wellenform des Drucks berechnet wird, die auf der Basis des Drucks vor dem Druckabfall erhalten wird.
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Außerdem kann der Bezugsdruck stabil berechnet werden, selbst wenn die Wellenform vor dem Druckabfall pulsiert und dadurch instabil wird. Somit kann eine Berechnungsgenauigkeit der Wellenform der Einspritzrate verbessert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlicher, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet sind, in denen
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1 eine Konstruktionsdarstellung ist, in der ein Überblick eines einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechenden Kraftstoffeinspritzsystems gezeigt ist, in dem ein Detektor für den Zustand einer Kraftstoffeinspritzung eingebaut ist;
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2A ein Diagramm ist, das ein Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung an eine Kraftstoffeinspritzdüse zeigt;
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2B ein Diagramm ist, das eine Wellenform der Einspritzrate zeigt, die kennzeichnend ist für Änderungen der Kraftstoffeinspritzrate;
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2C ein Diagramm ist, das eine Wellenform Wc des Drucks ist;
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3A ein Diagramm ist, das ein Antriebsignal zeigt;
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3B ein Diagramm ist, das eine Wellenform des Drucks einschließlich einer Wellenform vor dem Druckabfall zeigt;
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3C ein Antriebsignal im Detail zeigt;
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3D ein Diagramm ist, das eine Wellenform des Drucks in einem stabilen Zeitbereich Mb zeigt;
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4 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zur Berechnung eines Bezugsdrucks „Pbase” zeigt, und
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5A bis 5D Diagranne sind, die ein Verfahren zum Suchen eines stabilen Zeitbereichs Mb erläutern.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Detektors für den Zustand einer Kraftstoffeinspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Detektor für den Zustand einer Kraftstoffeinspritzung wird an einer vier Zylinder #1–#4 aufweisenden Verbrennungskraftmaschine (Dieselmotor) angebracht.
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Die 1 ist eine schematische Ansicht, die an jedem Zylinder vorgesehene Kraftstoffeinspritzdüsen 10 zeigt, eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30 und dergleichen.
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Zunächst wird ein Kraftstoffeinspritzsystem der die Kraftstoffeinspritzdüse 10 einschließenden Verbrennungskraftmaschine erläutert. Kraftstoff in einem Kraftstofftank 40 wird durch eine Hochdruckpumpe 41 hochgepumpt und in einer gemeinsamen Kraftstoffleitung (common rail) 42 gesammelt, um jeder Einspritzdüse 10 (#1–#4) zugeführt zu werden. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 10 (#1–#4) führen aufeinanderfolgend in vorgegebener Reihenfolge die Kraftstoffeinspritzung durch. Die Hochdruckpumpe 41 ist eine Kolbenpumpe, die intermittierend Hochdruckkraftstoff abgibt.
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Die Kraftstoffeinspritzdüse 10 umfasst einen Grundkörper 11, einen Nadelventilkörper 12, einen Aktuator 13 und dergleichen. Der Grundkörper 11 definiert einen Hochdruckkanal 11a und eine Einspritzmündung 11b. Der Nadelventilkörper 12 ist im Grundkörper 11 untergebracht, um die Einspritzmündung 11b zu öffnen und zu schließen.
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Der Grundkörper 11 definiert eine Rückdruckkammer 11c, mit der der Hochdruckkanal 11a und ein Niederdruckkanal 11d in Verbindung stehen. Ein Steuerventil 14 schaltet zwischen dem Hochdruckkanal 11a und dem Niederdruckkanal 11d um, so dass der Hochdruckkanal 11a oder der Niederdruckkanal 11d mit der Rückdruckkammer 11c verbunden ist. Wenn der Aktuator 13 erregt wird und sich das Steuerventil 14 in 1 abwärts bewegt, steht die Rückdruckkammer 11c mit dem Niederdruckkanal 11d in Verbindung, so dass der Kraftstoffdruck in der Rückdruckkammer 11c abnimmt. Demzufolge nimmt der auf das Ventil 12 einwirkende Rückdruck ab, so dass sich das Ventil 12 öffnet. Indessen steht die Rückdruckkammer 11c mit dem Hochdruckkanal 11a in Verbindung, wenn der Aktuator 13 aberregt wird und sich das Steuerventil aufwärts bewegt, so dass der Kraftstoffdruck in der Rückdruckkammer 11c zunimmt. Demzufolge nimmt der auf das Ventil 12 einwirkende Rückdruck zu, so dass das Ventil 12 geschlossen wird.
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Die ECU 30 steuert den Aktuator 13, um das Nadelventil 12 zu betätigen. Wenn die Nadel 12 die Einspritzmündung 11b öffnet, wird sich im Hochdruckkanal 11a befindender Hochdruckkraftstoff in eine (nicht gezeigte) Brennkammer des Motors durch die Einspritzmündung 11b eingespritzt. Die ECU 30 berechnet einen Zielzustand der Kraftstoffeinspritzung, wie den Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, den Endzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, eine Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen auf der Basis der Motordrehzahl, der Motorlast und dergleichen. Die ECU 30 überträgt ein Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung an den Aktuator 13, um das Nadelventil 12 derart zu betätigen, dass der obige Zielzustand der Kraftstoffeinspritzung erhalten wird.
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Die ECU 30 besitzt einen Mikrocomputer, der den Zielzustand der Kraftstoffeinspritzung auf der Basis der Motorlast und der Motordrehzahl berechnet, die aus der Position eines Fahrpedals abgeleitet werden. Beispielsweise speichert der Mikrocomputer einen optimalen Zustand der Kraftstoffeinspritzung (Anzahl der Einspritzstufen, Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, den Endzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, eine Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen) in Bezug auf die Motorlast und die Motordrehzahl als eine Kennwerttafel für den Zustand der Kraftstoffeinspritzung. Dann wird basierend auf der aktuellen Motorlast und Motordrehzahl unter Beachtung der Kennwerttafel für den Zustand der Kraftstoffeinspritzung der Zielzustand der Kraftstoffeinspritzung berechnet. Dann wird basierend auf dem berechneten Zielzustand der Kraftstoffeinspritzung das durch „t1”, „t2”, „Tq” repräsentierte Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung eingerichtet. Beispielsweise wird das dem Zielzustand der Kraftstoffeinspritzung entsprechende Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung in einer Befehlstafel gespeichert. Basierend auf dem berechneten Zielzustand der Kraftstoffeinspritzung wird das Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung unter Berücksichtigung der Befehlstafel eingerichtet. Wie oben wird das Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung entsprechend der Motorlast und der Motordrehzahl eingerichtet, um von der ECU 30 an die Einspritzdüse 10 ausgegeben zu werden.
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Es sollte beachtet werden, dass der aktuelle Zustand der Kraftstoffeinspritzung sich relativ zum Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung aufgrund der alterungsbedingten Beeinträchtigung der Kraftstoffeinspritzdüse, wie ein Verschleiß der Einspritzmündung 11b, verändert. Deshalb wird die Wellenform des Drucks vom Kraftstoffdrucksensor 20 ermittelt, so dass der Zustand der Kraftstoffeinspritzung festgestellt wird. Eine Korrelation zwischen dem festgestellten Zustand der Kraftstoffeinspritzung und dem Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung (Impuls-Ein-Zeitpunkt t1, Impuls-Aus-Zeitpunkt t2 und Impuls-Ein-Periode Tq) wird gelernt. Basierend auf diesem Lernergebnis wird das in der Befehlstafel gespeicherte Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung korrigiert. Somit kann der Zustand der Kraftstoffeinspritzung exakt gesteuert werden, so dass der aktuelle Zustand der Kraftstoffeinspritzung mit dem Zielzustand der Kraftstoffeinspritzung übereinstimmt.
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Nachfolgend wird eine Konstruktion des Kraftstoffdrucksensors 20 beschrieben. Der Kraftstoffdrucksensor 20 schließt einen Zapfen (Lastzelle), ein Drucksensorelement 22 und eine geformte IC (integrierte Schaltung) 23 ein. Der Zapfen 21 ist am Grundkörper 11 angebracht. Der Zapfen 21 besitzt eine Membran 21a, die sich ansprechend auf den hohen Kraftstoffdruck im Hochdruckkanal 11a elastisch verformt. Das Drucksensorelement 22 ist auf der Membran 21a angeordnet, um ein von einer elastischen Verformung der Membran 21a abhängiges Druckermittlungssignal auszugeben.
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Die geformte IC 23 schließt eine Verstärkerschaltung ein, die ein Druckermittlungssignal verstärkt, das vom Drucksensorelement 22 übertragen wird, und eine Übertragungsschaltung, die das Druckermittlungssignal überträgt. Am Grundkörper 11 ist ein Stecker 15 vorgesehen. Die geformte IC 23, der Aktuator 13 und die ECU 30 sind elektrisch mit einander durch einen am Stecker 15 angeschlossenen Kabelstrang 16 verbunden. Das verstärkte Druckermittlungssignal wird an die ECU 30 übertragen. Ein solches Verfahren zur Signalübertragung wird für jeden Zylinder durchgeführt.
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Wenn die Kraftstoffeinspritzung begonnen wird, beginnt der Kraftstoffdruck im Hochdruckkanal 11a abzunehmen. Wenn die Kraftstoffeinspritzung beendet ist, beginnt der Kraftstoffdruck im Hochdruckkanal 11a anzusteigen. Das heißt, eine Änderung des Kraftstoffdrucks und eine Änderung der Einspritzrate besitzen eine Korrelation, so dass die Änderung der Einspritzrate (aktueller Zustand der Kraftstoffeinspritzung) aus der Änderung des Kraftstoffdrucks ermittelt werden kann. Das Befehlssignal zur Kraftstoffeinspritzung wird korrigiert, so dass der ermittelte aktuelle Zustand der Kraftstoffeinspritzung mit dem Zielzustand der Kraftstoffeinspritzung übereinstimmt. Dadurch kann die Kraftstoffeinspritzung mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C die Korrelation zwischen der vom Kraftstoffdrucksensor 20 ermittelten Wellenform des Drucks und der Wellenform der Einspritzrate erläutert.
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Die 2A zeigt ein Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung, das die ECU 30 an den Aktuator 13 ausgibt. Basierend auf diesem Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung wird der Aktuator 13 aktiv, um die Einspritzmündung zu öffnen. Das heißt, eine Kraftstoffeinspritzung wird zu einem Impuls-Ein-Zeitpunkt „t1” des Befehlssignals für die Einspritzung gestartet und zu einem Impuls-Aus-Zeitpunkt „t2” des Befehlssignals für die Einspritzung beendet. Während einer Zeitspanne „Tq” zwischen den Zeitpunkten „t1” und „t2” ist die Einspritzmündung 11b geöffnet. Durch Steuerung der Zeitperiode „Tq” wird die Einspritzmenge „Q” gesteuert.
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Die 2B zeigt die Wellenform der Einspritzrate, die für eine Änderung der Kraftstoffeinspritzrate kennzeichnend ist. Die 2C zeigt die Wellenform des Drucks, die für eine Änderung des vom Kraftstoffdrucksensor 20 ermittelten Kraftstoffdrucks kennzeichnend ist.
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Weil die Wellenform des Drucks und die Wellenform der Einspritzrate eine unten beschriebene Korrelation besitzen, kann die Wellenform der Einspritzrate anhand der ermittelten Wellenform des Drucks abgeschätzt werden. Das heißt, daß nachdem, wie in 2A gezeigt, zu einem Zeitpunkt „t1” das Befehlssignals für die Kraftstoffeinspritzung ansteigt, die Kraftstoffeinspritzung gestartet wird und zu einem Zeitpunkt „R1” die Einspritzrate beginnt zuzunehmen. Wenn nach dem Beginn der Zunahme der Einspritzrate eine Verzögerungszeit „C1” abgelaufen ist, beginnt der Ermittlungsdruck an einem Punkt „P1” abzunehmen. Dann, wenn die Einspritzrate die maximale Einspritzrate beim Zeitpunkt „R2” erreicht, wird der Abfall des Ermittlungsdrucks an einem Punkt „P2” gestoppt. Dann, wenn eine Verzögerungszeit nach dem Beginn der Abnahme der Einspritzrate zum Zeitpunkt „R3” verstrichen ist, beginnt der Ermittlungsdruck beim Punkt „P3” zuzunehmen. Danach, wenn die Einspritzrate Null wir und die aktuelle Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt „R4” beendet wird, wird die Zunahme des Ermittlungsdrucks am Punkt „P5” gestoppt.
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Wie oben erläutert, besitzen die Wellenform des Drucks und die Wellenform der Einspritzrate eine hohe Korrelation. Weil die Wellenform der Einspritzrate den Startzeitpunkt (R1) der Kraftstoffeinspritzung, den Endzeitpunkt (R4) der Kraftstoffeinspritzung und die Kraftstoffeinspritzmenge (schraffierter Bereich in 2B) darstellt, kann der Zustand der Kraftstoffeinspritzung durch Abschätzung der Wellenform der Einspritzrate anhand der Wellenform des Drucks ermittelt werden.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Abschätzung der Wellenform der Einspritzrate ausgehend von der Wellenform des Drucks beschrieben.
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Zunächst werden die verschiedenen Änderungspunkte (beispielsweise „P1”, „P2”, „P3” und „P5” in 2C) der Wellenform des Drucks festgestellt. Dann wird ein Teil der Wellenform (P1–P2), wo der Kraftstoffdruck aufgrund einer Öffnung der Kraftstoffeinspritzdüse abnimmt, einer geraden Linie angenähert. Auch wird ein Teil der Wellenform (P3–P5), wo der Kraftstoffdruck aufgrund des Schließens der Kraftstoffeinspritzdüse zunimmt, einer geraden Linie angenähert. Dann werden die Steigung bzw. die Neigung Pα und Pβ dieser angenäherten Linien berechnet. Auch wird ein Druckabfall (P1–P2) vom Änderungspunkt „P1” bis zum Änderungspunkt „P2” berechnet. Die Zeitpunkte, zu denen die Änderungspunkte „P1” und „P2” auf der Wellenform des Drucks erscheinen, der Druckabfall (P1–P2) und die Steigung bzw. Neigung Pα, Pβ werden jeweils in den Startzeitpunkt „t(R1)” der Kraftstoffeinspritzung, einen Startzeitpunkt „t(R3)” der Abnahme der Einspritzrate, die maximale Kraftstoffeinspritzrate „Rh” und Winkel „Rα, Rβ umgewandelt, um die Wellenform der Einspritzrate zu definieren. Dadurch kann die Wellenform der Einspritzrate definiert werden, um den aktuellen Zustand der Kraftstoffeinspritzung abzuschätzen.
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Gemäß dem Versuch des gegenwärtigen Erfinders wird offensichtlich, dass die Umwandlungskoeffizienten und die Verzögerungszeiten „C1”, „C2” entsprechend dem Kraftstoffdruck vor dem Erscheinen des Änderungspunkts „P1” auf der Wellenform des Drucks verändert werden (Bezugsdruck „Pbase”). Somit werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Umwandlungskoeffizienten und die Verzögerungszeiten „C1”, „C2” entsprechend dem Bezugsdruck „Pbase” variabel verändert und die ECU 30 berechnet die Wellenform der Einspritzrate.
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Bevor darauf der Änderungspunkts „P1” erscheint, ist bei der Wellenform des Drucks der Kraftstoffdruck konstant. In einem solchen Falle kann jeder Druck vor dem Erscheinen des Änderungspunkts „P1” als der Bezugsdruck „Pbase” eingestellt werden. Jedoch pulsiert die aktuelle Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall wie in 3B gezeigt. Die Gründe für das Pulsieren sind die folgenden. Die Druckänderung aufgrund einer in einem anderen Zylinder nachfolgenden Kraftstoffeinspritzung wird über eine gemeinsame Kraftstoffleitung (common rail) 42 übertragen und überlappt die Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall. Alternativ überlappt, wenn eine Kolbenpumpe 41 den Kraftstoff hochpumpt, um den Druck zu erhöhen, diese Drucksteigerung die Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform berechnet die ECU 30 einen durchschnittlichen Wert einer Wellenform „Wb” als den Bezugsdruck „Pbase”. Bei der Wellenform „Wb” ist die Änderung des Kraftstoffdrucks verhältnismäßig klein und stabil. Somit kann ein stabiler Bezugsdruck „Pbase” berechnet werden. Die 4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung des Bezugsdrucks „Pbase” zeigt, das ein Mikrocomputer der ECU 30 ausführt.
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Zunächst erhält beim Schritt S10 (Mittel zum Erhalten der Wellenform des Drucks) der Computer einen Ermittlungswert des Kraftstoffdrucksensors 20 während einer Kraftstoffeinspritzperiode in einem speziellen Beispielsintervall. Die Kraftstoffeinspritzperiode entspricht einer Periode vom Zeitpunkt „t1” zum Zeitpunkt „t3” (siehe 3A und 3B). Diese Periode ist lang genug, so dass der Änderungspunkt „P5” erscheint.
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Beim Schritt S11 wird ein in den 3C und 3D gezeigter Berechnungsendzeitpunkt „t4” berechnet. Die 3D ist eine vergrößerte Ansicht, die die Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall zeigt. Der Berechnungsendzeitpunkt „t4” kann identisch mit einem Zeitpunkt sein, an dem der Änderungspunkt „P1” erscheint. Alternativ kann der Berechnungsendzeitpunkt „t4” früher eingestellt werden als der Zeitpunkt, an dem der Änderungspunkt „P1” erscheint, wodurch es sicher vermieden werden kann, daß der Berechnungsendzeitpunkt „t4” später liegt als der Zeitpunkt des Änderungspunkts „P1”.
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Beiden Schritten S20 und S21 stellt der Computer fest, ob der beim Schritt S10 erhaltene, ermittelte Wert „S1” innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (stabiler Bereich) liegt. Der ermittelte Wert „S1” ist ein Wert, der vor dem Berechnungsendzeitpunkt „t4” ermittelt wurde und der, wie in 5B gezeigt, dem Berechnungsendzeitpunkt „t4” am nächsten liegt.
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Insbesondere stellt der Computer beim Schritt S20 (Suchmittel) fest, ob der ermittelte Wert „S1” innerhalb eines Bereichs zwischen einem oberen Grenzwert „Pg1” und einem unteren Grenzwert „Pg2” liegt. Diese Grenzwerte „Pg1”, „Pg2” können basierend auf einem ermittelten Wert „S0” definiert werden, der, wie in 5B gezeigt, nach dem ermittelten Wert „S1” ermittelt wird. Beispielsweise können der obere Grenzwert „Pg1” und der untere Grenzwert „Pg2” jeweils dadurch erhalten werden, dass man einen spezifizierten Wert zum ermittelten Wert „S0” hinzufügt oder von ihm abzieht. Alternativ können diese Grenzwerte „Pg1”, „Pg2” dadurch erhalten werden, daß ein spezifizierter Koeffizient und der ermittelte Wert „S0” multipliziert werden.
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Beim Schritt S21 (Suchmittel) stellt der Computer fest, ob ein vom ermittelten Wert „S1” abgeleiteter Wert in einem Bereich zwischen einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert liegt. Dieser abgeleitete Wert kann basierend auf einer Differenz zwischen dem ermittelten Wert „S1” und dem ermittelten Wert „S0” oder „S2” berechnet werden.
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Wenn bei den Schritten S20 und S21 die Antwort JA ist, stellt der Computer fest, dass der ermittelte Wert „S1” stabil ist. Das Verfahren schreitet zum Schritt S22 (Suchmittel) fort, bei dem der Computer entscheidet, ob der Zeitpunkt, zu dem der ermittelte Wert „S1” erscheint, einen Berechnungsstartzeitpunkt „t1” erreicht. Das heißt, der Computer entscheidet, ob der Erscheinungszeitpunkt von „S1” früher ist als der Zeitpunkt „t1”. Der Berechnungsstartzeitpunkt „t1” (siehe 5A) wird so eingerichtet, dass er mit dem Impuls-Ein-Zeitpunkt „t1” des Befehlssignals der Kraftstoffeinspritzung identisch ist.
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Wenn beim Schritt S22 die Antwort NEIN ist, das heißt, wenn der Erscheinungszeitpunkt von „S1 ”später liegt als der Berechnungsstartzeitpunkt „t1”, schreitet das Verfahren zum Schritt S23 fort, bei dem der Computer den ermittelten Wert „S1” gegen einen vorher ermittelten Wert „S2” austauscht (siehe 5C). Dann geht das Verfahren zurück zum Schritt S20. Bei den Schritten S20 und S21 entscheidet der Computer, ob der ermittelte Wert „S2” stabil ist.
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Deshalb wird beim Schritt S23 der ermittelte Wert vom Berechnungsendzeitpunkt „t4” einer nach dem anderen bis zum Berechnungsstartzeitpunkt „t1” ausgetauscht. Wenn der Computer feststellt, dass alle der ermittelten Werte bis zum ermittelten Wert „S3” am Berechnungsstartzeitpunkt „t1” stabil sind, ist die Antwort beim Schritt 22 JA. In diesem Falle schreitet das Verfahren zum Schritt S30 (Berechnungsmittel) fort, bei dem der Computer den Bezugsdruck „Pbase” auf der Basis der ermittelten Werte vom Zeitpunkt „t1” bis zum Zeitpunkt „t4” berechnet. Insbesondere wird ein Durchschnitt der ermittelten Werte vom Zeitpunkt „t1” bis zum Zeitpunkt „t4” berechnet. Dieser Durchschnitt wird als Bezugsdruck „Pbase” definiert.
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Indessen, wenn die Antwort beim Schritt S20 oder S21 NEIN ist, entscheidet der Computer, daß der ermittelte Wert aus dem spezifizierten Bereich schwankt. Der Computer entscheidet, dass der ermittelte Wert instabil ist. Dann schreitet das Verfahren zum Schritt S24 fort, bei dem der Computer entscheidet, ob ein Erscheinungszeitpunkt des ermittelten Werts früher liegt als ein Schutzzeitpunkt „tg”, der unten beschrieben wird. Der Schutzzeitpunkt „tg” wird um eine spezifizierte Zeitspanne (stabiler Zeitbereich Mb, gezeigt in 3D) früher eingerichtet als der Berechnungsendzeitpunkt „t4”. Die Länge des stabilen Zeitbereichs „Mb” ist länger eingestellt als eine in einer Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall eingeschlossene, einem Pulsationszyklus zugeordnete Länge „Mc”. Die einem Pulsationszyklus zugeordnete Länge „Mc” kann vorab experimentell erhalten werden.
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Deshalb wird durch die Ausführung des Schritts S23 der ermittelte Wert vom Berechnungsendzeitpunkt „t4”, einer nach dem anderen, bis zum Berechnungsstartzeitpunkt „t1” ausgetauscht. Wenn der Computer feststellt, dass der ermittelte Wert „S4” nach dem Schutzzeitpunkt „tg” instabil ist (siehe 5D), ist die Antwort beim Schritt S24 JA. Das Verfahren schreitet zum Schritt S31 (Berechnungsmittel) fort, bei welchem ein Durchschnitt der ermittelten Werte im stabilen Zeitbereich „Mb” berechnet wird. Dieser berechnete Durchschnitt ist als der Bezugsdruck „Pbase” definiert. Alternativ wird ein Durchschnitt der ermittelten Werte vom Zeitpunkt „tg” bis zum Zeitpunkt „t4” berechnet. Dieser Durchschnitt kann als Bezugsdruck „Pbase” definiert werden.
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Des weiteren wird durch Ausführung des Schritts S23 der ermittelte Wert vom Berechnungsendzeitpunkt „t4” an einer nach dem anderen geändert. Wenn der Computer feststellt, dass der ermittelte Wert von „S5” vor dem Zeitpunkt „tg” instabil ist, ist die Antwort beim Schritt S24 NEIN. Das Verfahren schreitet zum Schritt S32 fort, bei dem die Berechnung des Bezugsdrucks „Pbase” beendet wird. Dann wird die Berechnung der Wellenform der Einspritzrate beendet und das Lernen der Korrelation zwischen dem Einspritzzustand und dem Befehlssignal der Kraftstoffeinspritzung wird ebenfalls beendet.
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Wie oben bei dem in 4 dargestellten Verfahren, wird ein Zeitbereich vom Berechnungsstartzeitpunkt „t1” bis zum Berechnungsendzeitpunkt „t4” als eine Suchzeitspanne „Ma” (siehe 3C) definiert. Unter Bezug auf jeden Ermittlungswert in der Suchzeitspanne „Ma”, von dem zum Zeitpunkt „t4” festgestellten Ermittlungswert an, stellt der Computer fest, ob eine Druckänderung in einem spezifizierten Bereich liegt. Dann wird der stabile Zeitbereich ”Mb” als Bezugsdruck „Pbase” berechnet. Jedoch wird die Berechnung des Bezugsdrucks „Pbase” beendet, falls der stabile Zeitbereich „Mb” den Schutzzeitpunkt „tg” nicht einschließt.
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Außerdem ist die der Suchzeitspanne „Ma” entsprechende Wellenform der Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall äquivalent. Des weiteren ist die dem stabilen Zeitbereich „Mb” entsprechende Wellenform einer Wellenform von einem Startzeitpunkt des Druckabfalls bis zum Zeitpunkt des Ablaufs einer spezifizierten Zeitspanne bei der Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall äquivalent. Noch weiter entspricht eine Zeitspanne des stabilen Zeitbereichs „Mb” einer spezifizierten Zeitspanne, die länger eingestellt ist als die in der Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall eingeschlossene, einem Pulsationszyklus zugeordnete Länge.
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Basierend auf dem berechneten Bezugsdruck „Pbase” werden die Umwandlungskoeffizienten und Verzögerungszeiten „C1”, „C2” für die Umwandlung der Wellenform des Drucks in die Wellenform der Einspritzrate derart definiert, dass die Wellenform der Einspritzrate berechnet wird. Dann wird die Korrelation zwischen dem Befehlssignal für die Kraftstoffeinspritzung und dem Zustand der Einspritzung gelernt. Der Einspritzzustand stellt den aktuellen Startzeitpunkt „R1” für die Kraftstoffeinspritzung, den aktuellen Endzeitpunkt „R4” für die Kraftstoffeinspritzung, die Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen dar.
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Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Wellenform der Einspritzrate mit großer Genauigkeit berechnet werden, weil der Bezugsdruck „Pbase” basierend auf der Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall berechnet wird und die Umwandlungskoeffizienten durch Anwendung des Bezugsdrucks „Pbase” variabel eingestellt werden.
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Außerdem kann gemäß der vorliegenden Erfindung, selbst wenn eine Pulsation die Wellenform „Wa” überlagert, der Bezugsdruck „Pbase” ungeachtet dieser Pulsation stabil berechnet werden, weil der Bezugsdruck „Pbase” auf der Basis der Wellenform „Wb” berechnet wird, deren Druckänderung stabil ist. Deshalb können die Umwandlungskoeffizienten und die Verzögerungszeiten „C1”, „C3” genauer eingerichtet werden, wodurch die Berechnungsgenauigkeit der Wellenform der Einspritzrate verbessert werden kann.
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Weil der Bezugsdruck „Pbase” auf der Basis des näher beim Änderungspunkt „P1” liegenden Drucks berechnet wird, können die Umwandlungskoeffizienten und die Verzögerungszeiten „C1”, „C3” genauer eingerichtet werden. Angesichts dessen schließt der stabile Zeitbereich Mb einen Abschnitt unmittelbar vor dem Änderungspunkt „P1” ein, weil die Schritte S20 und S21 ab dem Berechnungsendzeitpunkt „t4” ausgeführt werden. Deshalb können die Umwandlungskoeffizienten und die Verzögerungszeiten „C1”, „C3” exakt eingerichtet werden, wodurch die Berechnungsgenauigkeit der Wellenform der Einspritzrate verbessert werden kann.
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Falls der stabile Zeitbereich „Mb” länger ist als eine spezifizierte Zeitspanne, wird ein durchschnittlicher Druck im stabilen Zeitbereich „Mb” als der Bezugsdruck „Pbase” berechnet. Somit ist die Nummer der Druckmeßstelle gesichert, wodurch die Genauigkeit des Bezugsdrucks „Pbase” hoch gehalten werden kann. Außerdem kann, weil die Länge des stabilen Zeitbereichs „Mb” länger eingestellt ist als die in einer Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall eingeschlossene, dem Pulsationszyklus zugeordnete Länge „Mc”, vermieden werden, dass die sich mit einer Pulsation überlappende Wellenform „Wa” vor dem Druckabfall als der stabile Zeitbereich „Mb” definiert wird.
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[Andere Ausführungsform]
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann beispielsweise in folgender Weise ausgeführt werden. Außerdem können die charakteristischen Gestaltungen jeder Ausführungsform kombiniert werden.
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Beim in 4 gezeigten Verfahren kann einer der Schritte S20 und S21 übersprungen werden.
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Falls der stabile Zeitbereich nur in einem mittleren Abschnitt zwischen dem Berechnungsstartzeitpunkt „t1” und dem Berechnungsendzeitpunkt „t4” existiert, kann der Bezugsdruck „Pbase” in diesem stabilen Zeitbereich berechnet werden.
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Beim Schritt S20 der 4 können der obere Grenzwert „Pg1” und der untere Grenzwert „Pg2” entsprechend der Kraftstofftemperatur variabel eingestellt werden.
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Der Kraftstoffdrucksensor 20 kann an jedem Platz in einem Kraftstoffversorgungskanal zwischen einem Ausgang der Common-Rail-Leitung 42 und der Einspritzmündung 11b angeordnet werden. Beispielsweise kann der Kraftstoffdrucksensor 20 in einem Hochdruckrohr 42b angeordnet sein, das die Common-Rail-Leitung 42 und die Einspritzdüse 10 verbindet. Das Hochdruckrohr 42b und der Hochdruckkanal 11a im Grundkörper 11 entsprechen einem Kraftstoffversorgungskanal der vorliegenden Erfindung.
