DE102011051814B4

DE102011051814B4 - Kraftstoffeinspritzungssteuerung

Info

Publication number: DE102011051814B4
Application number: DE102011051814.2A
Authority: DE
Inventors: Kou Komatsu
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: CN102345524B; DE102011051814A1; CN102345524A; JP5024430B2; JP2012026339A

Abstract

Kraftstoffeinspritzungssteuerung für ein Kraftstoffeinspritzungssystem mit einem Kraftstoffinjektor (10), der Kraftstoff in eine Verbrennungsmaschine durch eine Kraftstoffeinspritzöffnung (11b) einspritzt, und einen Kraftstoffdrucksensor (20), der eine Kraftstoffdruckveränderung in einer Kraftstoffzuführpassage (11a, 42b) aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffinjektor erfasst, wobei die Kraftstoffeinspritzungssteuerung aufweist:
eine Parameterermittlungseinrichtung (33a) zum Ermitteln eines Parameters eines Einspritzratenkurvenverlaufs, der basierend auf einem Erfassungswert des Kraftstoffdrucksensors eine Veränderung einer Einspritzrate anzeigt;
eine Lerneinrichtung (33b) zum Lernen eines Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals, das zum Kraftstoffinjektor übertragen wird, und des Parameters korrespondierend zum Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal, als Lernwerte;
eine Speichereinrichtung (32) zum Speichern eines Modellkurvenverlaufs, der eine Veränderung des Parameters aufgrund einer Veränderung des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals anzeigt;
eine Interpolationseinrichtung (33c) zum Berechnen des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals und dessen Parameter durch Interpolieren der Lernwerte mittels des Modellkurvenverlaufs.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzungssteuerung, welche einen Kraftstoffeinspritzungszustand basierend auf einem Druckkurvenverlauf steuert, welcher eine Kraftstoffdruckveränderung anzeigt. Diese Kraftstoffdruckveränderung wird durch eine Kraftstoffeinspritzung durch einen Kraftstoffinjektor verursacht und durch einen Kraftstoffdrucksensor erfasst.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist wichtig, einen Kraftstoffeinspritzungszustand, wie z. B. einen Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt, eine Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen zu erfassen, um ein Ausgangsdrehmoment und eine Emission einer Verbrennungsmaschine genau zu steuern.
Die JP 2010-003 004 A und die JP 2009-057 924 A beschreiben, dass ein Kraftstoffdrucksensor eine Kraftstoffdruckveränderung erfasst, welche in einer Kraftstoffzuführpassage aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung verursacht wird. Die Kraftstoffzuführpassage erstreckt sich von einer Common-Rail zu einer Einlassöffnung eines Kraftstoffinjektors. Da der Druckkurvenverlauf, der durch einen Kraftstoffdrucksensor erfasst wird, eine hohe Korrelation mit dem Einspritzratenkurvenverlauf, der eine Kraftstoffeinspritzratenveränderung anzeigt, aufweist, kann der Kraftstoffeinspritzungszustand, wie z. B. der Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge, basierend auf dem Einspritzratenkurvenverlauf erfasst werden, welcher anhand des erfassten Druckkurvenverlaufs erhalten wird.
Eine Beziehung zwischen einem Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal, das auf den Kraftstoffinjektor übertragen wird, und einem tatsächlichen Kraftstoffeinspritzungszustand (Einspritzratenkurvenverlauf) kann gelernt werden. Basierend auf diesem Lernwert wird das fortlaufend Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal korrigiert, wodurch der Kraftstoffeinspritzungszustand mit einer hohen Genauigkeit auf einen Sollzustand gebracht werden kann.
Der vorliegende Erfinder hat berücksichtigt, dass ein Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt (Parameter des Einspritzratenkurvenverlaufs) korrespondierend zur bzw. entsprechend der Erregungsdauer des Kraftstoffinjektors als ein Lernwert aktualisiert wird. Gemäß den Nachforschungen des Erfinders hat sich herausgestellt, dass die Beziehung zwischen der Erregungsdauer und dem Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt, wie in 4A durch eine durchgehende Linie dargestellt, periodisch variiert. Falls die Lernwerte G1 bis G5 in Lernbereichen A1 bis A5, wie durch eine gestrichelte Linie dargestellt, linear interpoliert werden, kann die Erregungsdauer basierend auf einer falschen Beziehung erschaffen werden, die von der tatsächlichen Beziehung abweicht, wodurch der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt nicht mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden kann.
Aus der DE 10 2010 017 326 A1 ist eine Lernvorrichtung bekannt, welche einen Steuerparameter lernt, der zur Entscheidung über einen Steuerungsinhalt eines gesteuerten Objektes in Bezug auf eine Kriteriumsvariable verwendet wird. Die Vorrichtung hat Speichermittel zur Speicherung mindestens eines Lernvektors, der aus dem Steuerparameter und der Kriteriumsvariablen besteht; Messvektorgewinnungsmittel zur Gewinnung eines Messvektors, welcher aus einem Messwert des Steuerparameters und einem Messwert der Kriteriumsvariablen besteht; und Korrekturmittel zur Korrektur des Lernvektors auf der Basis des Messvektors und zur Durchführung einer Speicherung und Aktualisierung des Lernvektors in den Speichermitteln.
Der Erfinder hat nach einer Ursache dafür geforscht, warum die Beziehung zwischen der Erregungsdauer und dem Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt periodisch variiert. Ein Kraftstoffinjektor 10, dargestellt in 1, weist eine Hochdruckpassage 11a und eine Abzweigpassage 11e in einem Körper 11 auf. Die Hochdruckpassage 11a ist definiert, um den Kraftstoff in eine Einspritzöffnung 11b einzuführen. Die Abzweigungspassage 11e zweigt von der Hochdruckpassage 11a ab, um den Kraftstoff zu einem Kraftstoffdrucksensor 20 zu führen. Eine Pulsation des Kraftstoffdrucks, die in der Einspritzöffnung 11b erzeugt wird, wird durch die Hochdruckpassage 11a übertragen. Ein Teil der Pulsation resultiert in einer Resonanz bzw. schwingt in der Abzweigungspassage 11e. Diese Resonanz kann die periodische Veränderung in der Beziehung zwischen der Erregungsdauer und dem Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt verursachen.
Selbst wenn der Kraftstoffinjektor keine Abzweigungspassage aufweist, und der Kraftstoffdrucksensor 200 in der Nähe der Hochdruckpassage angeordnet ist, wie in 5 dargestellt, wird eine Resonanzpulsation in einer Passage 11f mit einem großen Durchmesser erzeugt, in welcher ein Filter 17 angeordnet ist, wodurch die vorstehende Beziehung periodisch variiert.
Ferner wird solch eine periodische Veränderung nicht nur in der Beziehung zwischen der Erregungsdauer und dem Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt erzeugt. Zum Beispiel wird eine periodische Veränderung in einer Beziehung zwischen der Erregungsdauer und der Kraftstoffeinspritzmenge (Bereich eines Einspritzratenkurvenverlaufs) und einer Beziehung zwischen einem Erregungsstartzeitpunkt und dem Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt erzeugt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der vorstehenden Problematik geschaffen, wobei es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Kraftstoffeinspritzungssteuerung vorzusehen, welche es erlaubt, einen Kraftstoffeinspritzungszustand mit einer hohen Genauigkeit zu steuern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzungssteuerung für ein Kraftstoffeinspritzungssystem nach Anspruch 1 vorgeschlagen, welche einen Kraftstoffinjektor enthält, der Kraftstoff in eine Verbrennungsmaschine durch eine Kraftstoffeinspritzöffnung einspritzt, und einen Kraftstoffdrucksensor, der eine Kraftstoffdruckveränderung in einer Kraftstoffzuführpassage aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffinjektor erfasst.
Ferner enthält die Kraftstoffeinspritzungssteuerung eine Parameterermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Parameters eines Einspritzratenkurvenverlaufs, der basierend auf einem Erfassungswert des Kraftstoffdrucksensors eine Einspritzratenveränderung anzeigt; eine Lerneinrichtung zum Lernen eines Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals, das zum Kraftstoffinjektor übertragen wird, und des Parameters korrespondierend zum bzw. entsprechend des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals, als Lernwerte; eine Speichereinrichtung zum Speichern eines Modellkurvenverlaufs, der eine periodische Veränderung des Parameters aufgrund einer Veränderung des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals anzeigt; und eine Interpolationseinrichtung zum Berechnen des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals und dessen Parameter, durch Interpolieren des Lernwerts mittels des Modellkurvenverlaufs.
Gemäß der Nachforschungen des Erfinders verändern sich die Parameter des Einspritzratenkurvenverlaufs periodisch, wenn das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal variiert. In der vorliegenden Erfindung wird durch ein Experiment ein Modellkurvenverlauf vorzeitig erhalten und in der Speichereinrichtung gespeichert. Der Modellkurvenverlauf zeigt an, dass sich Parameter des Einspritzratenkurvenverlaufs gemäß einer Veränderung des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals periodisch verändern. Das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal und die Parameter zwischen angrenzenden Lernwerten werden durch Interpolieren der Lernwerte mittels des Modellkurvenverlaufs berechnet. Eine Beziehung zwischen einem Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal und den Parametern, welche zwischen den angrenzenden Lernwerten existieren, kann mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden. Basierend auf diesem Berechnungsergebnis wird das fortlaufende Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal erstellt, wodurch ein tatsächlicher Kraftstoffeinspritzungszustand mit hoher Genauigkeit auf einen Sollkraftstoffeinspritzungszustand gebracht werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung, welche bezüglich der beigefügten Figuren gemacht wird, in welchen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, deutlicher ersichtlich. In den Figuren zeigt:
1 eine Konstruktionszeichnung, die ein Kraftstoffeinspritzungssystem darstellt, in welchem eine Kraftstoffeinspritzungssteuerung montiert ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Funktionsblockdiagramm einer ECU, welche ein Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal erstellt;
3A ein Diagramm, das ein Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal für einen Kraftstoffinjektor darstellt;
3B ein Diagramm, das einen Einspritzratenkurvenverlauf darstellt, der eine Kraftstoffeinspritzratenveränderung anzeigt;
3C ein Diagramm, das einen auf Erfassungswerten eines Kraftstoffdrucksensors basierenden Druckkurvenverlauf darstellt;
4A ein Diagramm, das ein Befehlskennfeld M2 darstellt;
4B bis 4D Diagramme, die jeweils einen Modellkurvenverlauf M3 darstellen; und
5 eine Konstruktionszeichnung, die eine weitere Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors darstellt.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hiernach wird eine Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzungszustandserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Kraftstoffeinspritzungszustandserfassungsvorrichtung ist für eine Verbrennungsmaschine (Dieselmaschine) mit vier Zylindern #1 bis #4 vorgesehen.
1 zeigt eine schematische Ansicht, die Kraftstoffinjektoren 10 darstellt, die für jeden Zylinder vorgesehen sind, einen Kraftstoffdrucksensor 20, der für jeden Kraftstoffinjektor vorgesehen ist, eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30 und dergleichen.
Zuerst wird ein Kraftstoffeinspritzungssystem der Maschine mit dem Kraftstoffinjektor 10 erläutert. Kraftstoff in einem Kraftstofftank 40 wird durch eine Hochdruckpumpe 41 gepumpt und in einer Common-Rail 42 derart angesammelt, dass er zu jedem Kraftstoffinjektor 10 (#1 bis #4) zugeführt wird. Die Kraftstoffinjektoren 10 (#1 bis #4) führen die Kraftstoffeinspritzung sequentiell in einer vorbestimmten Reihenfolge durch. Die Hochdruckpumpe 41 ist eine Kolbenpumpe, die Hochdruckkraftstoff intermittierend auslässt.
Der Kraftstoffinjektor 10 besteht aus einem Körper 11, einem Nadelventilkörper 12, einem Aktor 13 und dergleichen. Der Körper 11 definiert eine Hochdruckpassage 11a und eine Einspritzöffnung 11b. Der Nadelventilkörper 12 ist im Körper 11 aufgenommen, um die Einspritzöffnung 11b zu öffnen/schließen.
Der Körper 11 definiert eine Gegendruckkammer 11c, mit welcher die Hochdruckpassage 11 und eine Niederdruckpassage 11d in Verbindung steht. Ein Steuerventil 14 schaltet derart zwischen der Hochdruckpassage 11a und der Niederdruckpassage 11d, dass die Hochdruckpassage 11a mit der Gegendruckkammer 11c in Verbindung steht, oder die Niederdruckpassage 11d mit der Gegendruckkammer 11c in Verbindung steht. Wenn der Aktor 13 erregt wird und das Steuerventil 14 sich wie in 1 dargestellt nach unten bewegt, steht die Gegendruckkammer 11c mit der Niederdruckpassage 11d derart in Verbindung, dass der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 11c vermindert wird. Demnach wird der Gegendruck auf das Ventil 12 derart vermindert, dass das Ventil 12 geöffnet wird. Währenddessen, wenn der Aktor 13 ausgeschaltet wird und sich das Steuerventil nach oben bewegt, ist die Gegendruckkammer 11c mit der Hochdruckpassage 11a derart verbunden, dass der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 11c ansteigt. Demnach wird der Gegendruck auf das Ventil 12 derart erhöht, dass das Ventil 12 geschlossen wird.
Die ECU 30 steuert den Aktor 13, um das Nadelventil 12 anzusteuern. Wenn das Nadelventil 12 die Einspritzöffnung 11b öffnet, wird Hochdruckkraftstoff in die Hochdruckpassage 11a zu einer Verbrennungskammer (nicht dargestellt) der Maschine durch die Einspritzöffnung 11b eingespritzt. Die ECU 30 berechnet einen Sollkraftstoffeinspritzungszustand, wie z. B. einen Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt, einen Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt, eine Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen basierend auf einer Maschinengeschwindigkeit, einer Maschinenlast und dergleichen. Die ECU 30 überträgt ein Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal auf den Aktor 13, um das Nadelventil 12 derart anzutreiben, dass der vorstehende Sollkraftstoffeinspritzungszustand erhalten wird.
Wie in 2 dargestellt, weist die ECU 30 eine Sollkraftstoffeinspritzungszustandberechnungseinrichtung 31 auf, welche einen Sollkraftstoffeinspritzungszustand basierend auf der Maschinenlast und der Maschinengeschwindigkeit berechnet, welche über die Gaspedalposition erhalten werden. Die ECU 30 speichert z. B. einen optimalen Kraftstoffeinspritzungszustand (Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen, Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen) bezüglich der Maschinenlast und der Maschinengeschwindigkeit als ein Kraftstoffeinspritzungszustandskennfeld M1 in einem Speicher 32. Anschließend, basierend auf der gegenwärtigen Maschinenlast und Maschinengeschwindigkeit, wird der Sollkraftstoffeinspritzungszustand hinsichtlich des Kraftstoffeinspritzungszustandskennfelds M1 berechnet.
Ferner weist die ECU 30 eine Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignalerzeugungseinrichtung 33 auf, welche Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignale ”t1”, ”t2”, ”Tq” basierend auf dem berechneten Sollkraftstoffeinspritzungszustand erzeugt. Zum Beispiel sind die Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignale entsprechend dem Sollkraftstoffeinspritzungszustand im Speicher 32 als Befehlskennfeld M2 gespeichert. Anschließend, basierend auf dem berechneten Sollkraftstoffeinspritzzustand, wird das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal hinsichtlich des Befehlskennfelds M2 erzeugt. Wie vorstehend wird das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal gemäß der Maschinenlast und der Maschinengeschwindigkeit derart erstellt, dass es von der ECU 30 zum Kraftstoffinjektor 10 ausgegeben wird.
Der tatsächliche Kraftstoffeinspritzungszustand variiert bezüglich des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals aufgrund der Alterung des Kraftstoffinjektors 10, wie z. B. der Abnutzung der Einspritzöffnung 11b. Somit wird der Einspritzratenkurvenverlauf basierend auf dem Druckkurvenverlauf berechnet, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20 erfasst wird, so dass der Kraftstoffeinspritzungszustand erfasst wird. Eine Korrelation zwischen dem erfassten Kraftstoffeinspritzungszustand (Parameter des Einspritzratenkurvenverlaufs) und dem Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal (Puls-Ein-Zeitpunkt t1, Puls-Aus-Zeitpunkt t2, und Puls-Ein-Dauer Tq) wird gelernt. Basierend auf diesem Lernergebnis wird das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal, das im Befehlskennfeld M2 gespeichert ist, korrigiert. Somit kann der Kraftstoffeinspritzungszustand derart genau gesteuert werden, dass der tatsächliche Kraftstoffeinspritzungszustand mit dem Sollkraftstoffeinspritzungszustand übereinstimmt.
Falls kein Lernwert des Kraftstoffeinspritzungsbefehlswerts entsprechend dem Sollkraftstoffeinspritzungszustand vorliegt, wird eine Mehrzahl von Lernwerten interpoliert, um das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal entsprechend dem Sollkraftstoffeinspritzzustand zu berechnen. Ein Interpolationsprozess wird später beschrieben.
Bezüglich 1 wird hiernach der Aufbau eines Kraftstoffdrucksensors 20 beschrieben. Der Kraftstoffdrucksensor 20 enthält einen Schaft (Ladezelle), ein Drucksensorelement 22 und eine geformte IC 23 (IC = integrierte Schaltung). Der Schaft 21 ist am Körper 11 vorgesehen. Der Schaft 21 weist eine Membran auf, welche sich in Erwiderung auf Hochdruckkraftstoff in der Hochdruckpassage 11a deformiert. Das Drucksensorelement 22 ist auf der Membran 21a vorgesehen, um ein Druckerfassungssignal abhängig von einer elastischen Deformation der Membran 21a auszugeben.
Die geformte IC 23 enthält eine Verstärkerschaltung, welche ein Druckerfassungssignal verstärkt, das vom Drucksensorelement 22 übertragen wird, und enthält eine Übertragungsschaltung, welche das Druckerfassungssignal überträgt. Ein Verbinder 15 ist am Körper 11 vorgesehen. Die geformte IC 23, der Aktor 13 und die ECU 30 sind über einen Kabelbaum 16, der mit dem Verbinder 15 verbunden ist, elektrisch miteinander verbunden. Das verstärkte Druckerfassungssignal wird auf die ECU 30 übertragen. Solch ein Signalverbindungsprozessablauf wird bei jedem Zylinder ausgeführt.
Wenn die Kraftstoffeinspritzung gestartet wird, beginnt der Kraftstoffdruck in der Hochdruckpassage 11a abzufallen. Wenn die Kraftstoffeinspritzung beendet ist, beginnt der Kraftstoffdruck in der Hochdruckpassage 11a anzusteigen. Das heißt, eine Veränderung des Kraftstoffdrucks und eine Veränderung der Einspritzrate korrelieren derart miteinander, dass die Veränderung der Einspritzrate (tatsächlicher Kraftstoffeinspritzungszustand) anhand der Veränderung des Kraftstoffdrucks erfasst werden kann. Das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal, das im Befehlskennfeld M2 gespeichert ist, wird derart korrigiert, dass der erfasste tatsächliche Kraftstoffeinspritzungszustand mit dem Sollkraftstoffeinspritzungszustand übereinstimmt. Dadurch kann der Kraftstoffeinspritzungszustand mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.
Bezüglich 3A bis 3C wird hiernach eine Korrelation zwischen dem Druckkurvenverlauf, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20 erfasst wird, und dem Einspritzratenkurvenverlauf erläutert.
3A stellt ein Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal dar, welches die ECU 30 zum Aktor 13 ausgibt. Basierend auf diesem Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal wird der Aktor 13 betrieben, um die Einspritzöffnung 11b zu öffnen. Das heißt, eine Kraftstoffeinspritzung wird bei einem Puls-Ein-Zeitpunkt ”t1” des Einspritzungsbefehlssignals gestartet, und die Kraftstoffeinspritzung wird bei einem Puls-Aus-Zeitpunkt ”t2” des Einspritzungsbefehlssignals beendet. Während der Erregungszeitdauer ”T2” vom Zeitpunkt ”t1” zum Zeitpunkt ”t2” wird die Einspritzöffnung 11b geöffnet. Durch Steuern der Erregungszeitdauer ”Tq” wird die Kraftstoffeinspritzmenge ”Q” gesteuert.
3B stellt einen Einspritzratenkurvenverlauf dar, der eine Veränderung der Kraftstoffeinspritzrate zeigt, und 3C stellt einen Druckkurvenverlauf dar, der eine Veränderung des Erfassungsdrucks zeigt, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20 erfasst wird.
Da der Druckkurvenverlauf und der Einspritzratenkurvenverlauf miteinander korrelieren, was nachstehend beschrieben wird, kann der Einspritzratenkurvenverlauf anhand des erfassten Druckkurvenverlaufs ermittelt werden. Das heißt, wie in 3A dargestellt, nachdem das Einspritzungsbefehlssignal im Zeitpunkt ”t1” ansteigt, beginnt die Kraftstoffeinspritzung, und die Einspritzrate beginnt im Zeitpunkt ”R1” anzusteigen. Wenn eine Verzögerungszeit ”C1” vergangen ist, nachdem die Einspritzrate beginnt im Zeitpunkt ”R1” anzusteigen, beginnt der Erfassungsdruck bei einem Punkt ”P1” abzufallen. Anschließend, wenn die Einspritzrate die maximale Einspritzrate im Zeitpunkt ”R2” erreicht, wird der Erfassungsdruckabfall im Punkt ”P2” gestoppt. Anschließend, stoff eine Verzögerungszeit ”T3” vergangen ist, nachdem die Einspritzrate beginnt beim Zeitpunkt ”R3” abzufallen, beginnt der Erfassungsdruck beim Punkt ”P3” anzusteigen. Danach, wenn die Einspritzrate Null wird und die tatsächliche Kraftstoffeinspritzung beim Zeitpunkt ”R4” beendet wird, wird der Anstieg des Erfassungsdrucks beim Punkt ”P5” gestoppt.
Wie vorstehend erläutert weisen der Druckkurvenverlauf und der Einspritzratenkurvenverlauf eine hohe Korrelation auf. Da der Einspritzratenkurvenverlauf den Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt ”R1”, den Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt ”R4”, die Kraftstoffeinspritzmenge (schattierter Bereich in 3B), eine maximale Einspritzrate ”Rh”, eine Einspritzratenanstiegsgeschwindigkeit ”Rα” und eine Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit ”Rβ” darstellt, kann der Einspritzzustand durch Abschätzen bzw. Ermitteln des Einspritzratenkurvenverlaufs anhand des Druckkurvenverlaufs erfasst werden.
Wenn der Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt ”R1 ”, der Zeitpunkt ”R2” der maximalen Einspritzrate, der Einspritzratenverminderungszeitpunkt ”R3”, der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt ”R4” und die Kraftstoffeinspritzmenge definiert sind, kann der Einspritzratenkurvenverlauf eines Trapezoids festgestellt werden. Das heißt, der Einspritzratenkurvenverlauf kann basierend auf verschiedenen Parametern des Druckkurvenverlaufs berechnet werden.
Genauer gesagt erfasst die ECU 30 Zeitpunkte, bei welchen die Veränderungspunkte ”P1” und ”P2” auf den Druckkurvenverlauf auftreten. Anschließend werden die Verzögerungszeiten ”C1”, ”C3” entsprechend von den erfassten Zeiten reduziert bzw. entnommen, so dass der Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt ”R1” und der Einspritzratenverminderungszeitpunkt ”R3” berechnet werden. Eine Druckverminderungsgeschwindigkeit ”Pα” und eine Druckanstiegsgeschwindigkeit ”Pβ” werden berechnet. Anschließend werden diese Geschwindigkeiten ”Pα” und ”Pβ” entsprechend in eine Einspritzratenanstiegsgeschwindigkeit ”Rα” und eine Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit ”Rβ” konvertiert. Ferner wird der maximale Kraftstoffdruckabfall (P1–P2) derart erfasst, dass er in eine maximale Einspritzrate ”Rh” konvertiert wird. Der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt ”R4” wird basierend auf dem Einspritzratenverminderungszeitpunkt ”R3” und der Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit ”Rβ” berechnet.
Wie in 2 dargestellt enthält die Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignalerzeugungseinrichtung 33 eine Parameterermittlungseinrichtung 33a, welche Parameter des Einspritzratenkurvenverlaufs basierend auf dem Druckkurvenverlauf berechnet. Ferner enthält die Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignalerzeugungseinrichtung 33 eine Lerneinrichtung 33b, welche das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal mit den Parameter korreliert. Anschließend wird der Lernwert des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals und der Parameter im Befehlskennfeld M2 gespeichert, um aktualisiert zu werden.
4A stellt ein Beispiel des Befehlskennfelds M2 dar, welches eine Beziehung zwischen der Erregungsdauer ”Tq” und dem Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt ”R4” darstellt. Die Erregungsdauer ”Tq” wird in eine Mehrzahl von Lernbereichen ”A1”–”A5” unterteilt. In jedem der Lernbereiche ”A1” bis ”A5” wird der Lernwert ”G1” bis ”G5” (Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt ”R4”) entsprechend gespeichert. Zum Beispiel wird in einem Fall, dass der berechnete Parameter dem Lernbereich ”A3” entspricht, das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal entsprechend dem Parameter im Lernbereich ”A3” als der Lernwert gespeichert.
Wie durch eine durchgehende Linie in 4A dargestellt, verändert sich die Tq-R4-Charakteristik periodisch mit den periodischen Pulsationen. Somit, falls die Lernwerte ”G1” bis ”G2”, wie durch eine gestrichelte Linie in 4A dargestellt, interpoliert werden, definiert die Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignalerzeugungseinrichtung 33 die Erregungsdauer ”Tq” basierend auf einer Beziehung, welche von der tatsächlichen Beziehung zwischen der Erregungsdauer ”Tq” und dem Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt ”R4” abweicht. Der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt ”R4” kann nicht mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Modellkurvenverlauf ”M3” (siehe 4B, 4C, 4D), welcher anzeigt, dass sich der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt ”R4” periodisch verändert, vorher durch ein Experiment ermittelt. Dieser Modellkurvenverlauf wird vorher im Speicher 32 gespeichert. Die Form des tatsächlichen Kurvenverlaufs verändert sich gemäß des Kraftstoffdrucks und der Kraftstofftemperatur zwischen der Common-Rail 42 und dem Kraftstoffinjektor 10. In der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere verschiedene Modellkurvenverläufe ”M3” im Speicher 32 gespeichert.
Zum Beispiel ist der Modellkurvenverlauf ”M3 ”, wie in 4C dargestellt, derart definiert, dass der Pulsationszyklus ”T10” umso länger wird, desto höher die Kraftstofftemperatur wird. Ferner, wie in 4D dargestellt, ist der Modellkurvenverlauf ”M3” derart definiert, dass der Pulsationszyklus ”T10” umso kürzer wird, desto höher die Kraftstofftemperatur wird. Der Erfinder hat die Beziehung zwischen der Kraftstofftemperatur, dem Kraftstoffdruck und dem Pulsationszyklus ”T10” wie nachfolgend studiert.
In einer Kraftstoffzuführpassage mit der Hochdruckpassage 11a und der Abzweigungspassage 11b weisen die Schallgeschwindigkeit und der Kompressionsmodul des Kraftstoffs die nachfolgende Beziehung auf, die durch die Formeln (1) und (2) ausgedrückt wird: α = √(K/ρ) (1) K = Kc + α × P + β × T (2)

a:: Schallgeschwindigkeit in der Kraftstoffzuführpassage,
K:: Kompressionsmodul des Kraftstoffs,
ρ:: Kraftstoffdichte,
Kc:: Konstante (abhängig von der Kraftstoffart),
α:: Konstante (positiver Wert),
β:: Konstante (negativer Wert),
P:: Kraftstoffdruck,
T:: Kraftstofftemperatur.

Gemäß der vorstehenden Formeln (1), (2) wird der Kraftstoffdruck ”P” umso höher, desto größer der Kompressionsmodul ”K” und desto höher die Schallgeschwindigkeit ”a” wird. Somit wird der Pulsationszyklus ”T10” kürzer. Währenddessen, wenn die Kraftstofftemperatur ”T” höher wird, wird der Kompressionsmodul ”K” kleiner und die Schallgeschwindigkeit ”a” niedriger. Somit wird der Pulsationszyklus ”T10” länger.
Die Modellkurvenverläufe ”M3”, die im Speicher 32 gespeichert sind, können anhand der vorstehenden Formeln (1), (2) oder experimentell ermittelt werden. Obwohl 4B bis 4D Modellkurvenverläufe ”M3” darstellen, bei welchen Amplituden gleich sind, können Modellkurvenverläufe ”M3” auch verschiedene bzw. ihre eigenen Amplituden aufweisen.
Zurückkommend zu 2 weist die Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignalerzeugungseinrichtung 33 eine Interpolationseinrichtung 33c auf. Die Interpolationseinrichtung 33c ermittelt die Kraftstofftemperatur und den Kraftstoffdruck, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20 erfasst wird. Anschließend wählt die Interpolationseinrichtung 33c einen Modellkurvenverlauf ”M3” aus, von dem die Kraftstofftemperatur und der Kraftstoffdruck am nächsten zu der ermittelten Kraftstofftemperatur und dem Kraftstoffdruck sind.
Als nächstes wird der ausgewählte Modellkurvenverlauf ”M3” auf das Befehlskennfeld ”M2” übertragen. Genauer gesagt, wird das Verfahren der kleinsten Quadrate derart ausgeführt, dass eine Summierung der Abweichungen zwischen dem Modellkurvenverlauf ”M3” und den Lernwerten ”G1” bis ”G5” einen Minimalwert annimmt. Anschließend wird die Phase des Modellkurvenverlaufs ”M3” mit dem Befehlskennfeld ”M2” korrigiert (siehe durchgehende Linie in 4A). Bei dem korrelierten Modellkurvenverlauf ”M3” wird die Erregungsdauer ”Tq” entsprechend dem Sollkraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt ”R4” berechnet. Dadurch kann die Erregungsdauer ”Tq” bezüglich des Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkts ”R4” durch Interpolieren der Lernwerte ”G1” bis ”G5” mittels des Modellkurvenverlaufs ”M3”, dessen Phase korreliert ist, berechnet werden.
Die ECU 30 enthält einen Mikrocomputer, welcher als die Sollkraftstoffeinspritzungszustandsberechnungseinrichtung 31, die Parameterermittlungseinrichtung 33a, die Lerneinrichtung 33b und die Interpolationseinrichtung 33c funktioniert.
In der in 4 dargestellten Ausführungsform sind die Erregungsdauer ”Tq” und der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt ”R4” Lerngegenstände. Alternativ können aber auch der Puls-Ein-Zeitpunkt ”t1” und der Puls-Aus-Zeitpunkt ”t2” Lerngegenstände als das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal sein. Der Einspritzungsstartzeitpunkt ”R1 ”, der Zeitpunkt ”R2” der maximalen Einspritzrate, der Einspritzratenverminderungszeitpunkt ”R3”, die Kraftstoffeinspritzmenge, die Einspritzratenanstiegsgeschwindigkeit ”Rα” und die Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit ”Rβ” können Lerngegenstände als Parameter des Einspritzratenkurvenverlaufs sein.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können nachfolgende Vorteile erzielt werden.

(1) Der Modellkurvenverlauf ”M3 ”, der anzeigt, dass Parameter des Einspritzratenkurvenverlaufs über die Pulsation gemäß des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals variieren, wird vorher im Speicher 32 gespeichert. Falls der Sollkraftstoffeinspritzungszustand zwischen angrenzenden Lernwerten vorliegt, wird die Phase des vorher gespeicherten Modellkurvenverlaufs ”M3” mit dem Befehlskennfeld ”M2” basierend auf den Lernwerten ”G1” bis ”G5” korreliert. Mittels des korrelierten Modellkurvenverlaufs ”M3” wird das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal entsprechend dem Sollkraftstoffeinspritzungszustand durch Interpolieren der Lernwerte ”G1” bis ”G5” berechnet. Daher kann das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal entsprechend dem Sollkraftstoffeinspritzungszustand mit hoher Genauigkeit berechnet werden, wodurch die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Kraftstoffeinspritzungszustand und dem Sollkraftstoffeinspritzungszustand verringert werden kann.
(2) Mehrere verschiedene Modellkurvenverläufe ”M3” werden gemäß des Kraftstoffdrucks und der Kraftstofftemperatur gespeichert. Basierend auf dem passendsten Kurvenverlauf ”M3” für den gegenwärtigen Kraftstoffdruck und die gegenwärtige Kraftstofftemperatur wird das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal berechnet. Somit kann das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal genauer berechnet werden.
(3) Eine Pulsation des Kraftstoffdrucks, der in der Einspritzöffnung 11b erzeugt wird, wird durch die Hochdruckpassage 11a übertragen. Ein Teil der Pulsation findet eine Resonanz in der Abzweigungspassage 11e. Aufgrund dieser Resonanz wird die Veränderung in Parameter des Einspritzratenkurvenverlaufs im Verhältnis zur Veränderung des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals signifikant. Bei solch einem Kraftstoffinjektor 10 mit einer signifikanten Pulsationsveränderung erreicht die vorliegende Ausführungsform den größten Vorteil.
(4) Die vorstehende Resonanz in der Abzweigungspassage 11b wird erzeugt, nachdem die Pulsation des Kraftstoffdrucks, die in der Nähe der Einspritzöffnung 11b erzeugt wird, zur Abzweigungspassage 11e übertragen wird. Daher tritt die Pulsationsveränderung bei den Parametern des Einspritzratenkurvenverlaufs in ”R4”, ”R3”, ”Rβ” signifikanter als bei ”R1”, ”R2”, ”Rα” auf. Unter Verwendung solcher Parameter ”R4”, ”R3”, ”Rβ” kann das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal bezüglich des Sollkraftstoffeinspritzungszustands genauer berechnet werden.

[Weitere Ausführungsformen]
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auch z. B. wie nachfolgend dargestellt durchgeführt werden. Ferner können die charakteristischen Konfiguration jeder Ausführungsform kombiniert werden.
In der vorstehenden Ausführungsform ist der Kraftstoffdrucksensor 20 an einem Endabschnitt der Abzweigungspassage 11e durch den Schaft 21 angeordnet.
Alternativ kann das Drucksensorelement 22, wie in 5 dargestellt, direkt am Körper 11 vorgesehen sein. Der Körper 11 weist einen dünnen Wandabschnitt 11g auf. Das Drucksensorelement 22 erfasst dann eine elastische Deformation des dünnen Wandabschnitts 11g.
Selbst bei dem Kraftstoffinjektor 10A ohne Abzweigungspassage 11e, wie in 5 dargestellt, wird eine Pulsationsresonanz in einer Passage 11f mit einem großen Durchmesser erzeugt. Diese Pulsationsresonanz kann eine Pulsationsveränderung in Parametern des Einspritzratenkurvenverlaufs erzeugen. Die vorliegende Erfindung kann für solch einen Kraftstoffinjektor 10A verwendet werden.
Obwohl die Erregungsdauer ”Tq” gleichmäßig in Lernbereiche ”A1” bis ”A5” in der in 4A dargestellten Ausführungsform unterteilt ist, kann die Erregungsdauer ”Tq” auch ungleich aufgeteilt sein. Zum Beispiel kann der Bereich, bei welchem die Amplitude der Pulsation größer ist oder die Frequenz der Pulsation höher ist, als kleinerer Lernbereich definiert sein, wodurch der Pulsationszustand bei der Interpolation genau berücksichtigt werden kann.
Der Kraftstoffsensor 20 kann an einer beliebigen Stelle in der Kraftstoffzuführpassage zwischen einem Auslass 42a der Common-Rail 42 und der Einspritzöffnung 11b angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Kraftstoffdrucksensor 20 in einer Hochdruckleitung 42b angeordnet sein, die die Common-Rail 42 und den Kraftstoffinjektor 10 verbindet. Die Hochdruckleitung 42b und die Hochdruckpassage 11a im Körper 11 entsprechen einer Kraftstoffzuführpassage der vorliegenden Erfindung.

Claims

Kraftstoffeinspritzungssteuerung für ein Kraftstoffeinspritzungssystem mit einem Kraftstoffinjektor (10), der Kraftstoff in eine Verbrennungsmaschine durch eine Kraftstoffeinspritzöffnung (11b) einspritzt, und einen Kraftstoffdrucksensor (20), der eine Kraftstoffdruckveränderung in einer Kraftstoffzuführpassage (11a, 42b) aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffinjektor erfasst, wobei die Kraftstoffeinspritzungssteuerung aufweist: eine Parameterermittlungseinrichtung (33a) zum Ermitteln eines Parameters eines Einspritzratenkurvenverlaufs, der basierend auf einem Erfassungswert des Kraftstoffdrucksensors eine Veränderung einer Einspritzrate anzeigt; eine Lerneinrichtung (33b) zum Lernen eines Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals, das zum Kraftstoffinjektor übertragen wird, und des Parameters korrespondierend zum Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal, als Lernwerte; eine Speichereinrichtung (32) zum Speichern eines Modellkurvenverlaufs, der eine Veränderung des Parameters aufgrund einer Veränderung des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals anzeigt; eine Interpolationseinrichtung (33c) zum Berechnen des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals und dessen Parameter durch Interpolieren der Lernwerte mittels des Modellkurvenverlaufs.
Kraftstoffeinspritzungssteuerung nach Anspruch 1, wobei die Speichereinrichtung (32) mehrere verschiedene Modellkurvenverläufe speichert, deren Formen korrespondierend zum Kraftstoffdruck, der dem Kraftstoffinjektor zugeführt wird, ausgebildet sind; und die Interpolationseinrichtung (33c) eine Interpolation mittels des Modellkurvenverlaufs korrespondierend zum Kraftstoffdruck, der dem Kraftstoffinjektor zugeführt wird, ausführt.
Kraftstoffeinspritzungssteuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Speichereinrichtung (32) mehrere verschiedene Modellkurvenverläufe speichert, deren Formen korrespondierend zur Kraftstofftemperatur ausgebildet werden; und die Interpolationseinrichtung (33c) eine Interpolation mittels des Modellkurvenverlaufs korrespondierend zur Kraftstofftemperatur ausführt.
Kraftstoffeinspritzungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kraftstoffinjektor einen Ventilkörper (12) enthält, der die Einspritzöffnung (11b) öffnet/schließt, und einen Körper (11), der den Ventilkörper (12) und den Drucksensor (20) aufnimmt, und der Körper (11) die Einspritzöffnung (11b), eine Hochdruckpassage zum Einführen des Kraftstoffs in die Einspritzöffnung, und eine Abzweigungspassage (11e), die von der Hochdruckpassage zum Einführen des Kraftstoffs zum Kraftstoffdrucksensor (20) abzweigt, definiert.
Kraftstoffeinspritzungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Parameter zumindest einen Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt, bei welchem die Einspritzrate Null wird, einen Zeitpunkt, bei welchem die Einspritzrate beginnt mit einer Beendigung der Kraftstoffeinspritzung abzufallen, oder einer Neigung der Einspritzrate, welche mit der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung abfällt, umfasst.