DE102011053839B4

DE102011053839B4 - Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor

Info

Publication number: DE102011053839B4
Application number: DE102011053839.9A
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Yamada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP5278398B2; DE102011053839A1; JP2012077653A

Abstract

Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor für ein Kraftstoffeinspritzungssystem mit einem Sammler (42) zum Sammeln von Kraftstoff, der von einer Kraftstoffpumpe (41) zugeführt wird; einer Kraftstoffleitung (42b), die mit einem Auslass (42a) des Sammlers verbunden ist; einem Kraftstoffinjektor (10) mit einer Einspritzöffnung (11b), durch welche der Kraftstoff, der vom Sammler zugeführt wird, eingespritzt wird und einem Ventilkörper (12), welcher die Einspritzöffnung öffnet und schließt; und einem Kraftstoffdrucksensor (20), der in einer Kraftstoffzuführpassage (11a, 42a) zwischen dem Auslass (42a) und der Einspritzöffnung (11b) angebracht ist, um einen Kraftstoffdruck zu erfassen, wobei der Kraftstoffdrucksensor einen Sensorkurvenverlauf (W) ausgibt, der eine Kraftstoffdruckveränderung aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung anzeigt, wobei der Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor aufweist:
eine Pulsationsschätzeinrichtung (S20) zum Schätzen einer Kraftstoffzuführpulsation (Mb) basierend auf dem Sensorkurvenverlauf, welcher während der Kraftstoffeinspritzung zu dieser Zeit durch einen Kraftstofffluss erzeugt wird, der bei der Kraftstoffeinspritzung zu dieser Zeit vom Auslass durch die Kraftstoffleitung in den Kraftstoffinjektor fließt;
eine Pulsationsentfernungseinrichtung (S30) zum Entfernen eines Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs (Wa), der durch die Pulsationsschätzeinrichtung vom Sensorkurvenverlauf (W) geschätzt wird, um den Sensorkurvenverlauf zu korrigieren; und
eine Einspritzungszustandsschätzeinrichtung (S70-S100) zum Schätzen eines Kraftstoffeinspritzungszustands basierend auf dem korrigierten Sensorkurvenverlauf, welcher durch die Pulsationsentfernungseinrichtung korrigiert ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor, welcher einen Sensorkurvenverlauf erfasst, der eine Kraftstoffdruckveränderung aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung mittels eines Kraftstoffdrucksensors anzeigt. Ferner schätzt der Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor einen Kraftstoffeinspritzungszustand basierend auf dem Sensorkurvenverlauf, der durch den Kraftstoffdrucksensor erfasst wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist wichtig einen Kraftstoffeinspritzungszustand, wie zum Beispiel einen Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt, eine Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen zu erfassen, um ein Ausgangsdrehmoment und die Emission einer Verbrennungsmaschine genau steuern zu können. Im Stand der Technik ist ein Kraftstoffdrucksensor für eine Common-Rail (Sammler) und eine Kraftstoffleitung oder einen Kraftstoffinjektor derart vorgesehen, dass der Kraftstoffdrucksensor eine Kraftstoffdruckveränderung (Sensorkurvenverlauf) aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung erfasst. Basierend auf dem erfassten Kurvenverlauf wird der tatsächliche Krafteinspritzungszustand schätzt (siehe JP 2010 - 3004 A und JP 2009 - 57 924 A ). Zum Beispiel werden bei dem Sensorkurvenverlauf, der durch den Kraftstoffdrucksensor erfasst wird, Veränderungspunkte „P1“, „P2“ und „P3“, wie in 2C dargestellt, erfasst. Basierend auf diesen Punkten wird der tatsächliche Kraftstoffeinspritzungszustand berechnet. Genauer gesagt werden ein Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt „R1“, ein Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt „R4“ und die Kraftstoffeinspritzmenge „Q“ berechnet.
Gemäß den Versuchen des Erfinders der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass der Sensorkurvenverlauf, der durch den Kraftstoffdrucksensor erfasst wird, einen Kurvenverlauf enthält, der eine Kraftstoffzuführpulsation anzeigt.
Das heißt, wie in den 3A bis 3B dargestellt, wenn sich eine Pulsation des Kraftstoffdruckabfalls, der in der Nähe einer Einspritzöffnung 11a aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung erzeugt wird, zum Kraftstoffsensor 20 durch eine innere Passage des Kraftstoffinjektors 10 überträgt, beginnt der Sensorkurvenverlauf anzusteigen. Diese Pulsation des Kraftstoffdruckabfalls wird hiernach als Einspritzungspulsation „Ma“ bezeichnet. Anschließend, wenn die Einspritzungspulsation „Ma“ zur Common-Rail 42 durch eine Kraftstoffleitung 42b übertragen wird, wird eine Kraftstoffzufuhr von der Common-Rail 42 zur Kraftstoffleitung 42b gestartet (siehe 3D und 3E). Mit dieser Kraftstoffzuführung wird eine Pulsation des Kraftstoffdruckanstiegs in der Nähe eines Einlasses der Kraftstoffleitung 42b erzeugt. Diese Pulsation wird als Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ bezeichnet. Wenn diese Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ zum Kraftstoffdrucksensor 20 durch die Kraftstoffleitung 42b und den Kraftstoffinjektor 10 übertragen wird, überlagert bzw. überlappt sich eine Kurvenverlaufkomponente der Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ mit dem Sensorkurvenverlauf. Daher, falls der Einspritzungszustand basierend auf dem Kurvenverlauf einschließlich der Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ schätzt wird, ist es wahrscheinlich, dass ein Schätzfehler aufgrund der Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ auftritt.
Insbesondere bei einer kleinen Kraftstoffeinspritzung, bei welcher der Kraftstoffinjektor geschlossen wird, bevor die Einspritzrate ihr Maximum erreicht, überlagert bzw. überlappt die Kraftstoffzuführpulsation einen ansteigenden Kurvenverlauf des Sensorkurvenverlaufs. Somit, falls der Einspritzungszustand basierend auf diesem ansteigenden Kurvenverlauf schätzt wird, verschlechtert sich die Schätzgenauigkeit beträchtlich.
DE 10 2011 051 048 A1 offenbart einen Detektor für die Wellenform eines Kraftstoffdrucks, der die ermittelte Wellenform aufnehmende Einheit zum Empfang einer Druckwellenform einer mehrstufigen Einspritzung mittels eines Fühlers für den Kraftstoffdruck, während der Durchführung einer mehrstufigen Kraftstoffeinspritzung bei einem Verbrennungszyklus besitzt. Ein Speichermittel für eine Modellwellenform speichert eine Bezugsmodelldruckwellenform für den Fall, dass eine einzelne Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Eine Wellenformextrahierungseinheit extrahiert eine Druckwellenform einer aktuellen Kraftstoffeinspritzung durch Subtraktion der Bezugsmodelldruckwellenform von der Druckwellenform der mehrstufigen Einspritzung. Ein Korrekturmittel korrigiert die Bezugsmodelldruckwellenform derart, dass ihr Abschwächungsgrad größer wird, wenn eine Kraftstoffeinspritzperiode der aktuellen Kraftstoffeinspritzung länger ist.
DE 10 2011 050 925 A1 offenbart ferner eine Kraftstoffeinspritzungszustandserfassungsvorrichtung, die einen Einspritzungszeit-Drucksignalverlauf ermittelt, der mit einem Kraftstoffdrucksensor, der einem Injektor, der aktuell eine Kraftstoffeispritzung durchführt entspricht, unter den Kraftstoffdrucksensoren erfasst wird. Die Vorrichtung wandelt den Einspritzungszeit-Drucksignalverlauf in einen Einspritzungsraten-Signalverlauf, der eine Änderung einer Kraftstoffeinspritzungsrate angibt. Die Vorrichtung stellt einen Wandlungskoeffizienten und eine Verzögerung (das heißt eine Wandlungsfunktion) zum Wandeln des Einspritzungszeit-Drucksignalverlaufs in den Einspritzungsraten-Signalverlauf basierend auf einem Verteilungsversorgungsdruck innerhalb eines Verteilungsgefäßes ein. Die Vorrichtung ändert den Wandlungskoeffizienten und die Verzögerung (das heißt eine Wandlungsfunktion) innerhalb des Einspritzungszeit-Drucksignalverlaufs, der einer einzelnen Einspritzung entspricht, gemäß einer Änderung des Verteilungsversorgungsdrucks, die während der Kraftstoffeinspritzung auftritt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der vorstehenden Problematik gemacht, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor vorzusehen, welcher das Erfassen eines tatsächlichen Kraftstoffeinspritzungszustands mit hoher Genauigkeit ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor für ein Kraftstoffeinspritzungssystem mit einem Sammler zum Sammeln von Kraftstoff, der von einer Kraftstoffpumpe zugeführt wird; einer Kraftstoffleitung, die mit einem Auslass des Sammlers verbunden ist; einem Kraftstoffinjektor mit einer Einspritzöffnung, durch welche der Kraftstoff, der vom Sammler zugeführt wird, eingespritzt wird und einen Ventilkörper, welcher die Einspritzöffnung öffnet/schließt; und einem Kraftstoffdrucksensor, der in einer Kraftstoffzuführpassage zwischen dem Auslass und der Einspritzöffnung angebracht ist, um einen Kraftstoffdruck zu erfassen, vorgesehen. Der Kraftstoffdrucksensor gibt einen Sensorkurvensignal aus, der eine Kraftstoffdruckveränderung aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung anzeigt.
Der Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor eine Pulsationsschätzeinrichtung zum Schätzen einer Kraftstoffzuführpulsation basierend auf dem Sensorkurvenverlauf, welcher während der Kraftstoffeinspritzung zu dieser Zeit durch einen Kraftstofffluss erzeugt wird, der bei der Kraftstoffeinspritzung zu dieser Zeit vom Auslass durch die Kraftstoffleitung in den Kraftstoffinjektor fließt; eine Pulsationsentfernungseinrichtung zum Entfernen eines Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs, der durch die Pulsationsschätzeinrichtung vom Sensorkurvenverlauf schätzt wird, um den Sensorkurvenverlauf zu korrigieren; und eine Einspritzungszustandsschätzeinrichtung zum Schätzen eines Kraftstoffeinspritzungszustands basierend auf dem korrigierten Sensorkurvenverlauf, der durch die Pulsationsentfernungseinrichtung korrigiert wird bzw. ist, auf.
Gemäß der vorstehenden Konfiguration wird ein Kurvenverlauf der Kraftstoffzuführpulsation (Mb), welche durch einen Kraftstofffluss erzeugt wird, der in den Kraftstoffinjektor vom Auslass durch die Kraftstoffleitung während der Kraftstoffeinspritzung fließt, basierend auf dem Sensorkurvenverlauf schätzt. Da der Kraftstoffeinspritzungszustand schätzt wird, nachdem der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf vom Sensorkurvenverlauf entfernt wird, kann verhindert werden, dass ein Ermittlungs- bzw. Schätzungsfehler des Kraftstoffeinspritzungszustands aufgrund der Kraftstoffzuführpulsation erzeugt wird. Somit kann der Kraftstoffeinspritzungszustand mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Insbesondere bei einer kleinen Kraftstoffeinspritzung, bei welcher der Kraftstoffinjektor geschlossen wird, bevor die Einspritzrate einen Maximalwert erreicht, kann verhindert werden, dass die Kraftstoffzuführpulsation einen ansteigenden Kurvenverlauf des Sensorkurvenverlaufs überlagert bzw. überlappt. Somit, falls der Einspritzungszustand basierend auf diesem ansteigenden Kurvenverlauf schätzt wird, kann verhindert werden, dass die Schätzgenauigkeit aufgrund der Kraftstoffzuführpulsation beträchtlich abnimmt.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung schätzt die Pulsationsentfernungseinrichtung den Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf basierend auf einem absteigenden Kurvenverlauf des Sensorkurvenverlaufs, bei welchem der Kraftstoffdruck aufgrund der Kraftstoffeinspritzung abfällt.
Gemäß den Untersuchungen des Erfinders hat sich herausgestellt, dass ein Kurvenverlauf des abfallenden Drucks mit dem Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf korrigiert.
Das heißt, die Kraftstoffzuführpulsation (Kraftstoffdruckanstieg in der Nähe des Einlasses einer Kraftstoffleitung) wird aufgrund einer Einspritzungspulsation erzeugt (Kraftstoffdruckabfall in der Nähe der Einspritzöffnung). Der Zustand der Einspritzungspulsation verändert sich gemäß einem Zustand der Kraftstoffzuführpulsation. Das heißt, der Zustand der Kraftstoffzuführpulsation weist eine hohe Korrelation mit dem Zustand der Einspritzungspulsation auf. Ferner, nachdem die Einspritzungspulsation zum Kraftstoffdrucksensor übertragen worden ist, wird die Kraftstoffzuführpulsation zum Kraftstoffdrucksensor übertragen. Somit, obwohl der Abfallstartzeitpunkt und die Form des abfallenden Drucks durch die Einspritzungspulsation beeinflusst werden, werden diese durch die Kraftstoffzuführpulsation weniger beeinflusst. Wie vorstehend weist der Zustand der Kraftstoffzuführpulsation eine hohe Korrelation mit dem Zustand der Einspritzungspulsation auf, und die Einspritzungspulsation weist eine hohe Korrelation mit dem abfallenden Druckkurvenverlauf auf, wodurch der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf eine hohe Korrelation mit dem Abfalldruckkurvenverlauf aufweist.
Daher, gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung, wird der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf basierend auf einem abfallenden Kurvenverlauf des Sensorkurvenverlaufs schätzt, bei welchem der Kraftstoffdruck aufgrund der Kraftstoffeinspritzung abfällt. Somit kann die Schätzgenauigkeit verbessert werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Steigung eines ansteigenden Kurvenverlaufs des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs (Wa) basierend auf einer Steigung des abfallenden Kurvenverlaufs des Sensorkurvenverlaufs schätzt.
Gemäß den Untersuchungen des Erfinders hat sich herausgestellt, dass die Steigung bzw. der Verlauf des abfallenden Druckkurvenverlaufs stark mit der Steigung bzw. dem Verlauf des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs korreliert. 6A zeigt einen Graph, der ein Ergebnis eines Experiments darstellt, welches anzeigt, dass die Steigung „Pγ (Anstiegsgeschwindigkeit)“ des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“ mit der Steigung „Pα (Abfallgeschwindigkeit)“ des Abfalldruckkurvenverlaufs „W(P1-P2)" korreliert. Gemäß diesem Ergebnis des Experiments sind die Steigung „Pγ“ und die Steigung „Pα“ proportional zueinander. Wenn die Abfallgeschwindigkeit des abfallenden Kurvenverlaufs schneller bzw. größer wird, wird auch die Anstiegsgeschwindigkeit des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs größer.
Bezüglich des Vorstehenden und gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung, da die Steigung „Pγ“ basierend auf der Steigung „Pα“ schätzt wird, kann die Steigung „Pγ“ mit einer hohen Genauigkeit schätzt werden. Alternativ wird eine Mehrzahl von Modellen bzw. Verläufen der Steigung „Pγ“ gespeichert und die optimale Steigung „Pγ“ basiert auf der Steigung „Pα“ ausgewählt. Gemäß der vorstehenden Konfiguration kann die Steigung „Pγ“ des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs mit einer hohen Genauigkeit schätzt werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung, wird ein Überlagerungs- bzw. Überlappungsstartzeitpunkt, bei welchem der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf beginnt, den Sensorkurvenverlauf zu überlagern bzw. zu überlappen, basierend auf einem Abfallstartzeitpunkt des abfallenden Kurvenverlaufs oder einem Kraftstoffeinspritzungsbefehlszeitpunkt des Kraftstoffinjektors, schätzt.
Wenn der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf vom Sensorkurvenverlauf entfernt wird, ist eine Ermittlung der Form bzw. des Verlaufs des Kraftstoffzufuhrpulsationskurvenverlaufs nicht ausreichend, um eine Entfernungsstartposition auf dem Sensorkurvenverlauf zu identifizieren. Somit, wenn der Überlappungsstartzeitpunkt schätzt wird, kann der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf genau vom Sensorkurvenverlauf entfernt werden.
Ferner korreliert der Überlappungsstartzeitpunkt stark mit dem Kraftstoffeinspritzungsbefehlszeitpunkt oder dem Abfallstartzeitpunkt des abfallenden Druckkurvenverlaufs. Zum Beispiel, wenn der Kraftstoffeinspritzungsbefehlszeitpunkt oder der Abfallstartzeitpunkt früher ist, wird auch der Überlappungsstartzeitpunkt früher.
In Anbetracht des Vorstehenden und gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung, da der Überlappungsstartzeitpunkt basierend auf dem Kraftstoffeinspritzungsbefehlszeitpunkt oder dem Abfallstartzeitpunkt schätzt wird, kann der Überlappungsstartzeitpunkt mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden. Somit kann der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf vom Sensorkurvenverlauf mit hoher Genauigkeit entfernt werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird gemäß eines Kraftstoffdrucks im Abfallstartzeitpunkt des abfallenden Kurvenverlaufs der Überlagerungsstartzeitpunkt, bei welchem der Kraftstoffzufuhrpulsationskurvenverlauf beginnt den Sensorkurvenverlauf zu überlagern, schätzt.
Selbst wenn der Kraftstoffeinspritzungsbefehlszeitpunkt oder der Abfallstartzeitpunkt konstant sind, ist der Überlappungsstartzeitpunkt bei einem höheren Kraftstoffdruck aufgrund der Tatsache, dass die Übertragungsgeschwindigkeit der Kraftstoffzuführpulsation höher wird, früher. Hinsichtlich des Vorstehenden und gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung, da der Überlappungsstartzeitpunkt gemäß dem Kraftstoffdruck beim Abfallstartzeitpunkt schätzt wird, kann der Überlappungsstartzeitpunkt basierend auf dem Kraftstoffdruck korrigiert werden. Somit kann eine Schätzgenauigkeit des Überlagerungsstartzeitpunkts verbessert werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Druckanstiegswert aufgrund der Kraftstoffzuführpulsation basierend auf einem Kraftstoffdruck im Abfallstartzeitpunkt des abfallenden Kurvenverlaufs und einem Kraftstoffdruck im Abfallendzeitpunkt des abfallenden Kurvenverlaufs schätzt.
Wenn die Kraftstoffflussrate, die vom Sammler zum Kraftstoffdrucksensor fließt, gleich der Kraftstoffflussrate ist, die aus dem Kraftstoffdrucksensor zur Einspritzöffnung fließt, wird der Kraftstoffdruckwert des Sensorkurvenverlaufs konstant. Gemäß den Untersuchungen des Erfinders stimmt ein Zeitpunkt, bei welchem der Kraftstoffdruckwert konstant wird, in etwa mit einem Zeitpunkt überein, bei welchem der Druckanstieg beendet wird. Ferner korreliert der Druckanstiegswert aufgrund der Kraftstoffzuführpulsation mit einem Druck Pa im Abfallstartzeitpunkt und einem Druck Pb im Abfallendzeitpunkt.
In Anbetracht des Vorstehenden und gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung, da der Druckanstiegswert basierend auf den beiden Kraftstoffdrücken berechnet wird, kann der Druckanstiegsendzeitpunkt identifiziert werden. Somit, da der Druckanstiegsendzeitpunkt basierend auf dem Druckanstiegswert genau schätzt werden kann, kann der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf vom Sensorkurvenverlauf mit hoher Genauigkeit entnommen werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung, im Falle einer kleinen Kraftstoffeinspritzung, bei der eine Kraftstoffeinspritzrate beginnt abzufallen bevor sie einen Maximalwert erreicht, wird ein Kraftstoffeinspritzendzeitpunkt basierend auf einem ansteigenden Kurvenverlauf des Sensorkurvenverlaufs, welcher durch eine Pulsationsentfernungseinrichtung korrigiert ist, berechnet.
Um den Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt genau zu schätzen bzw. zu ermitteln ist es erforderlich, den Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf durch die Pulsationsentfernungseinrichtung zu entfernen.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung, da der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf entfernt wird, kann der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt genau schätzt werden.
Figurenliste
Weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung bezüglich der beigefügten Zeichnung, in welcher gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, deutlich ersichtlich. In der Zeichnung zeigen:

1 ein Konstruktionsdiagramm gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das eine Gesamtansicht eines Kraftstoffeinspritzungssystems darstellt, bei welchem ein Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor montiert ist;
2A ein Diagramm, das ein Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal zu einem Kraftstoffinjektor darstellt;
2B ein Diagramm, das einen Einspritzratenkurvenverlauf darstellt, der eine Kraftstoffeinspritzratenveränderung anzeigt;
2C und 2D Diagramme, die entsprechend einen Sensorkurvenverlauf darstellen, der eine Erfassungsdruckveränderung anzeigt, die durch einen Kraftstoffdrucksensor erfasst wird;
3A bis 3G Diagramme zum Erläutern eines Mechanismus, bei welchem eine Einspritzungspulsation und eine Kraftstoffzuführpulsation erzeugt werden;
4 ein Flussdiagramm, das einen Prozessablauf zum Korrigieren eines Sensorkurvenverlaufs und Schätzen eines Einspritzratenkurvenverlaufs darstellt;
5A ein Diagramm, das einen Sensorkurvenverlauf W und einen Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf Wa darstellt;
5B ein Diagramm, das einen Modellkurvenverlauf Wm des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs darstellt;
5C ein Diagramm, das einen korrigierten Sensorkurvenverlauf WD darstellt;
6A bis 6C Graphen, die Ergebnisse eines Experiments darstellen, die durch den Erfinder schätzt worden sind;
7 eine schematische Ansicht, die eine Common-Rail und einen Kraftstoffinjektor zum Erläutern eines Schätzvorgangs für einen Modelkurvenverlauf Wm darstellt; und
8 ein Flussdiagramm, das einen Prozessablauf zum Schätzen eines Modellkurvenverlaufs Wm darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hiernach wird eine Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor wird bei einer Verbrennungsmaschine (Dieselmaschine) mit vier Zylindern #1 - #4 verwendet.
1 zeigt eine schematische Ansicht, welche die Kraftstoffinjektoren 10 darstellt, die für jeden Zylinder vorgesehen sind, einen Kraftstoffdrucksensor 20, der für jeden Kraftstoffinjektor 10 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 (Sammler) 42 angesammelt, um jedem Kraftstoffinjektor 10 (#1 - #4) zugeführt zu werden. Die Kraftstoffinjektoren 10 (#1 - #4) führen sequentiell in einer vorbestimmten Reihenfolge die Kraftstoffeinspritzung durch. Die Hochdruckpumpe 41 ist eine Kolbenpumpe, welche intermittierend Hochdruckkraftstoff ausgibt.
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 11a und eine Niederdruckpassage 11d kommunizieren bzw. in Verbindung stehen. Ein Steuerventil 14 schaltet zwischen der Hochdruckpassage 11a und der Niederdruckpassage 11d, so 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 abnimmt. Demnach wird der Gegendruck auf dem Ventilkörper 12 derart vermindert, dass der Ventilkörper 12 geöffnet wird. Währenddessen, wenn der Aktor 13 nicht mehr erregt wird und sich das Steuerventil 14 nach oben bewegt, steht die Gegendruckkammer 11c mit der Hochdruckpassage 11a derart in Verbindung, dass der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 11c ansteigt. Demnach wird der Gegendruck auf dem Ventilkörper 12 derart erhöht, dass der Ventilkörper 12 geschlossen wird.
Die ECU 30 steuert den Aktor 13, um den Ventilkörper 12 anzusteuern. Wenn der Nadelventilkörper 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 weist einen Mikrocomputer auf, welcher einen Sollkraftstoffeinspritzzustand, wie zum Beispiel einen Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt, einen Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt, eine Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen, basierend auf einer Maschinengeschwindigkeit, einer Maschinenlast und dergleichen, berechnet. Die ECU 30 überträgt ein Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal zum Aktor 13, um den Nadelventilkörper 12 derart anzutreiben, dass der vorstehende Sollkraftstoffeinspritzungszustand erzielt wird.
Die ECU 33 weist einen Mikrocomputer auf, welcher den Sollkraftstoffeinspritzungszustand basierend auf der Maschinenlast und der Maschinengeschwindigkeit berechnet, welche anhand der Gaspedalposition schätzt werden. Der Mikrocomputer speichert zum Beispiel einen optimalen Kraftstoffeinspritzungszustand (Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen, Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt, Kraftstoffeinspritzungsmenge und dergleichen) bezüglich der Maschinenlast und der Maschinengeschwindigkeit als Kraftstoffeinspritzungszustandskennfeld. Anschließend, basierend auf der gegenwärtigen Maschinenlast und Maschinengeschwindigkeit, wird der Sollkraftstoffeinspritzungszustand hinsichtlich des Kraftstoffeinspritzungszustandskennfelds berechnet. Anschließend, basierend auf dem berechneten Sollkraftstoffeinspritzungszustand, wird das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal, das durch „t1“, „t2“, „Tq“ dargestellt ist, wie in 2A dargestellt, schätzt. Das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal entsprechend dem Sollkraftstoffeinspritzungszustand wird zum Beispiel in einem Befehlskennfeld gespeichert. Basierend auf dem berechneten Sollkraftstoffeinspritzungszustand wird das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal hinsichtlich des Befehlskennfelds schätzt. Wie vorstehend, gemäß der Maschinenlast und Maschinengeschwindigkeit, wird das Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal schätzt, um von der ECU 30 zum Injektor 10 ausgegeben zu werden.
Dabei ist zu erwähnen, dass sich der tatsächliche Kraftstoffeinspritzungszustand bezüglich des Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignals, abhängig von der Alterung des Kraftstoffinjektors 10, wie zum Beispiel der Abnutzung der Einspritzöffnung 11b, verändert. Somit wird der Einspritzratenkurvenverlauf basierend auf dem Druckkurvenverlauf (Sensorkurvenverlauf) berechnet, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20 erfasst wird, so dass der Kraftstoffeinspritzungszustand erfasst wird. Eine Korrelation zwischen dem erfassten Kraftstoffeinspritzungszustand 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 gespeichert ist, korrigiert. Somit kann der Kraftstoffeinspritzungszustand derart genau gesteuert werden, dass der tatsächliche Kraftstoffeinspritzungszustand mit dem Sollkraftstoffeinspritzungszustand übereinstimmt.
Der Aufbau des Kraftstoffdrucksensors 20 wird hiernach beschrieben. Der Kraftstoffdrucksensor 20 enthält einen Vorbau 21 (Ladezelle), ein Drucksensorelement 22 und eine gegossene bzw. geformte IC 23 (IC = Integrated Circuit bzw. Integrierte Schaltung). Der Vorbau 21 ist am Körper 11 vorgesehen. Der Vorbau 21 weist eine Membran 21a auf, welche sich in Erwiderung auf einen hohen Kraftstoffdruck in der Hochdruckpassage 11a elastisch deformiert. Das Drucksensorelement 22 ist auf der Membran 21a angebracht, um ein Druckerfassungssignal abhängig von einer elastischen Deformation der Membran 21a auszugeben.
Die geformte IC 23 enthält eine Verstärkerschaltung, welche ein Druckerfassungssignal, das vom Drucksensorelement 22 übertragen wird, verstärkt. Ein Verbinder 15 ist am Körper 11 vorgesehen. Die geformte IC 23, der Aktor 13 und die ECU 30 sind durch einen Kabelbaum 16, der mit dem Verbinder 15 verbunden ist, elektrisch miteinander verbunden.
Wenn die Kraftstoffeinspritzung gestartet wird, beginnt der Kraftstoffdruck in der Hochdruckpassage 11a abzufallen. Wenn die Kraftstoffeinspritzung abgeschlossen 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 wird derart korrigiert, dass der erfasste tatsächliche Kraftstoffeinspritzungszustand mit dem Sollkraftstoffeinspritzungszustand übereinstimmt. Dadurch kann der Kraftstoffeinspritzungszustand mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden.
Bezüglich 2B und 2C wird hiernach eine Korrelation zwischen dem Sensorkurvenverlauf, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20 erfasst wird, und dem Einspritzratenkurvenverlauf, der eine Veränderung der Kraftstoffeinspritzrate darstellt, erläutert.
2A stellt ein Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal dar, welches die ECU 30 zum Aktor 13 ausgibt. Basierend auf diesem Kraftstoffeinspritzungsbefehlssignal arbeitet der Aktor 13, 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 einer Zeitdauer „Tq“ von Zeitpunkt „t1“ zum Zeitpunkt „t2“ ist die Einspritzöffnung 11b geöffnet. Durch Steuern der Zeitdauer „Tq“ wird die Kraftstoffeinspritzmenge „Q“ gesteuert.
2B stellt den Einspritzratenkurvenverlauf dar, der eine Veränderung der Kraftstoffeinspritzrate darstellt, und 2C stellt den Sensorkurvenverlauf (Einspritzdruckkurvenverlauf) dar, der eine Veränderung des Erfassungsdrucks darstellt, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20 erfasst wird.
Da der Sensorkurvenverlauf und der Einspritzratenkurvenverlauf miteinander, wie nachfolgend beschrieben, korrelieren, kann der Einspritzratenkurvenverlauf anhand des erfassten Sensorkurvenverlaufs schätzt werden. Das heißt, wie in 2A dargestellt, nachdem das Einspritzbefehlssignal beim Zeitpunkt „t1“ ansteigt, wird die Kraftstoffeinspritzung gestartet und die Einspritzrate beginnt im Zeitpunkt „R1“ anzusteigen. Wenn eine Verzögerungszeit „C1“ nach dem Zeitpunkt „R1“ vergangen ist, beginnt der Erfassungsdruck im Punkt „P1“ abzufallen. Anschließend, wenn die Einspritzrate die maximale Einspritzrate im Zeitpunkt „R2“ erreicht, wird der Erfassungsdruckabfall bei einem Punkt „P2“ gestoppt. Anschließend, wenn eine Verzögerungszeit vergangen ist, nachdem die Einspritzrate beginnt im Zeitpunkt „R3“ abzufallen, beginnt der Erfassungsdruck bei dem Punkt „P3“ anzusteigen. Danach, wenn die Einspritzrate Null wird und die tatsächliche Kraftstoffeinspritzung bei einem Zeitpunkt „R4“ beendet wird, wird der Anstieg des Erfassungsdrucks bei dem Punkt „P5“ gestoppt.
Wie vorstehend erläutert weisen der Sensorkurvenverlauf und der Einspritzratenkurvenverlauf eine hohe Korrelation auf. Da der Einspritzratenkurvenverlauf für den Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt (R1), den Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt (R4) und die Kraftstoffeinspritzmenge (schattierter Bereich in 2B) steht, kann der Kraftstoffeinspritzzustand durch Schätzen des Einspritzratenkurvenverlaufs vom Sensorkurvenverlauf erfasst werden.
Der Sensorkurvenverlauf, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20 erfasst wird, enthält einen Kurvenverlauf, der eine Kraftstoffzuführpulsation anzeigt. Somit ist es erforderlich, die Kraftstoffzuführpulsation vom Sensorkurvenverlauf zu entfernen, und den Einspritzungszustand basierend auf diesem korrigierten Sensorkurvenverlauf zu ermitteln bzw. zu schätzen.
Die 3A bis 3G zeigen Diagramme, die eine Konfiguration der Common-Rail 42, der Hochdruckleitung (Kraftstoffleitung) 42b und des Kraftstoffinjektors 10 schematisch darstellen. Bezüglich dieser 3A bis 3G wird ein Erzeugungsmechanismus der Einspritzungspulsation und der Kraftstoffzuführpulsation erläutert.
Wenn der Kraftstoffinjektor 10 beginnt, den Kraftstoff durch die Einspritzöffnung 11b einzuspritzen, wird die Einspritzpulsation „Ma“ in der Nähe der Einspritzöffnung 11b in der Hochdruckpassage 11a, wie in 3A dargestellt, erzeugt. Anschließend wird die erzeugte Einspritzpulsation „Ma“ in Richtung der Common-Rail 42 in der Hochdruckpassage 11a, wie in 3B dargestellt, übertragen. Anschließend, wenn die Einspritzungspulsation „Ma“ zur Membran 21a des Kraftstoffdrucksensors 20, wie in 3C dargestellt, übertragen wird, beginnt der Sensorkurvenverlauf abzufallen, das heißt, der Veränderungspunkt bzw. Wechselpunkt „P1“ tritt auf.
Anschließend, wenn die Einspritzpulsation „Ma“ den Auslass 42a der Common-Rail 42, wie in 3D dargestellt, erreicht, wird der Hochdruckkraftstoff in der Common-Rail der Hochdruckleitung 42b durch den Auslass 42a zugeführt. Wenn die Kraftstoffzufuhr gestartet wird, wird die Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ in der Nähe des Auslasses 42a in der Hochdruckleitung 42b, wie in 3E dargestellt, erzeugt. Die erzeugte Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ wird in Richtung der Einspritzöffnung 11b in der Hochdruckpassage 11a, wie in 3F dargestellt, übertragen. Anschließend, wenn die Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ die Membran 21a des Kraftstoffdrucksensors 20, wie in 3G dargestellt, erreicht, beginnt der Sensorkurvenverlauf anzusteigen, das heißt, der Veränderungspunkt „P2“ tritt auf.
Danach, in der Nähe des Kraftstoffdrucksensor 20 in der Hochdruckpassage 11a, wenn die Kraftstoffflussrate, die von der Common-Rail 42 zugeführt wird, gleich der Kraftstoffflussrate wird, die durch die Einspritzöffnung 11b eingespritzt wird (bei dem Punkt „P2a“ in 2C), wird der Druckanstieg des Sensorkurvenverlaufs gestoppt und der Kraftstoffdruck wird konstant.
Das heißt, der Sensorkurvenverlauf enthält die Kurvenverlaufkomponente der Einspritzpulsation „Ma“ und die Kurvenverlaufkomponente der Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ (P2 - P2a in 2C). Hierbei ist zu beachten, dass ein Abschnitt des Sensorkurvenverlaufs vor Punkt „P2“ die Einspritzpulsation „Ma“ darstellt und keine Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ enthält.
Die 2A, 2B und 2C stellen einen Fall dar, in welchem die Einspritzbefehlsdauer „Tq“ ausreichend lang ist und der Kraftstoffinjektor 10 geschlossen wird, nachdem die Einspritzrate den Maximalwert erreicht. Der Einspritzratenkurvenverlauf ist trapezförmig. Solch eine Kraftstoffeinspritzung wird als Trapezeinspritzung bezeichnet. Hierbei, wie durch die strichpunktierte Linie in 2A und 2B dargestellt, wenn die Einspritzbefehlsdauer „Tq“ kurz ist und die Einspritzrate beginnt im Zeitpunkt, wenn die Einspritzrate ihren Maximalwert erreicht, abzufallen, wird der Einspritzratenkurvenverlauf dreiecksförmig. Solch eine Kraftstoffeinspritzung wird als Dreieckseinspritzung bezeichnet. Bei der Dreieckseinspritzung überlagert der Einspritzpulsationskurvenverlauf „P2 - P2a“ einen ansteigenden Kurvenverlauf (P3 - P5) des Sensorkurvenverlaufs. Der Sensorkurvenverlauf ist in 2D dargestellt.
Bei der Trapezeinspritzung wird eine Annäherungslinie „Lb“ basierend auf dem ansteigenden Kurvenverlauf (P3 - P5 in 2C) berechnet, was die Einspritzpulsationskurvenverlaufüberlagerung (P2 -P2a) ist. Bei der Dreieckseinspritzung ist es währenddessen wahrscheinlich, dass eine Annäherungslinie „Lb“ basierend auf dem ansteigenden Kurvenverlauf (P3 - P5 in 2D) berechnet wird, welcher den Einspritzpulsationskurvenverlauf überlagert. Daher wird es schwierig, eine Annäherungslinie „Lb“ zu berechnen, welche stark mit dem Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt korreliert. Es ist wahrscheinlich, dass eine Annäherungslinie „Lbd“, welche von der optimalen Annäherungslinie „Lb“ abweicht, berechnet werden kann. Der Kraftstoffeinspritzungszustand kann nicht mit einer hohen Genauigkeit abgeschätzt bzw. schätzt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Modelkurvenverlauf „Wm“ der Kurvenverlaufskomponente der Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ berechnet (siehe 5B). Dieser Modelkurvenverlauf „Wm“ wird vom Sensorkurvenverlauf „W“ subtrahiert, um einen korrigierten Sensorkurvenverlauf „WD“ zu erhalten. Basierend auf dem korrigierten Sensorkurvenverlauf „WD“ wird der Kraftstoffeinspritzungszustand schätzt.
Bezüglich 4 wird hiernach ein Prozessablauf zum Korrigieren des Sensorkurvenverlaufs „W“ und Schätzen des Einspritzratenkurvenverlaufs vom korrigierten Sensorkurvenverlauf „WD“ beschrieben. Dieser Prozessablauf, dargestellt in 4, wird durch einen Mikrocomputer der ECU 30 immer dann ausgeführt, wenn eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird.
Im Schritt S10 wird eine Mehrzahl von Erfassungswerten, welche der Kraftstoffdrucksensor 20 während einer einzelnen Kraftstoffeinspritzung ausgibt, erhalten. Das heißt, der Sensorkurvenverlauf „W“ wird erhalten. In 5A steht eine durchgehende Linie für den Sensorkurvenverlauf „W“ und eine gestrichelte Linie für den Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf „Wa“.
In Schritt S20 (Pulsationsschätzeinrichtung) wird der Modelkurvenverlauf „Wm“ des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“ berechnet. Ein Prozessablauf der Berechnung wird später beschrieben.
In Schritt S30 (Pulsationsentfernungseinrichtung) wird der berechnete Modelkurvenverlauf „Wm“ vom Sensorkurvenverlauf „W“ subtrahiert, um den korrigierten Sensorkurvenverlauf „WD“ zu erhalten (WD = W - Wm).
In 5C steht eine gestrichelte Linie für den Sensorkurvenverlauf „W“ gemäß der vorstehenden Korrektur, und eine durchgehende Linie für den korrigierten Sensorkurvenverlauf „WD“.
In Schritt S40 wird eine ungefähre Linie bzw. Annäherungslinie „La“ berechnet, welche einen abfallenden Kurvenverlauf „W(P1-P2)" im korrigierten Sensorkurvenverlauf „WD“ annähernd darstellt.
In Schritt S50 (Modelliereinrichtung des ansteigenden Kurvenverlaufs) wird eine Annäherungslinie „Lb“ berechnet, welche einen ansteigenden Kurvenverlauf „W(P3-P5)“ im korrigierten Sensorkurvenverlauf „WD“ annähernd darstellt.
Diese Annäherungslinien „La“, „Lb“ können durch Abschätzen einer Mehrzahl von Erfassungswerten des abfallenden Kurvenverlaufs „W(P1-P2)" oder des ansteigenden Kurvenverlaufs „W(P3-P5)" durch das Verfahren der kleinsten Quadrate als Linien erhalten werden. Alternativ kann eine Tangentiallinie bei einem minimalen Differentialpunkt auf dem abfallenden Kurvenverlauf „W(P1-P2)" oder eine Tangentiallinie an einem maximalen Differentialpunkt auf dem ansteigenden Kurvenverlauf „W(P3-P5)" als Annäherungslinie berechnet werden.
In Schritt S60 (Referenzdruckberechnungseinrichtung) wird ein Kraftstoffdruck als Referenzdruck „Pbase“ berechnet, bevor der Kraftstoffdruck beginnt auf den korrigierten Sensorkurvenverlauf „WD“ abzufallen. Basierend auf dem Referenzdruck „Pbase“ werden die Referenzlinien „Lc“ und „Ld“ berechnet. Der Referenzdruck „Pbase“ ist ein Durchschnittsdruck vom Zeitpunkt „t1“ zum Zeitpunkt „P1“. Die Referenzlinie „Lc“ wird basierend auf dem Referenzdruck „Pbase“ berechnet. Die Referenzlinie „Ld“ wird basierend auf einem Druck berechnet, welcher um einen festgelegten Wert niedriger als der Referenzdruck „Pbase“ ist. Dieser festgelegte Wert wird umso größer eingestellt, desto größer ein Druckabfall ΔP von „P1“ bis „P2“ oder desto länger die Kraftstoffeinspritzungsbefehlsdauer „Tq“ ist.
In Schritt S70 wird ein Zwischenabschnitt der Referenzlinie „Lc“ und die Annäherungslinie „La“ berechnet. Ein Zeitpunkt dieses Zwischenabschnitts ist im Wesentlichen gleich einem Zeitpunkt des Punkts „P1“. Da der Zeitpunkt des Zwischenabschnitts stark mit dem Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt „R1“ korreliert, wird der Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt „R1“ basierend auf diesem Zwischenabschnitt berechnet. In Schritt S80 wird ein Zwischenabschnitt der Referenzlinie „Ld“ und der Annäherungslinie „Lb“ berechnet. Da der Zeitpunkt dieses Zwischenabschnitts stark mit dem Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt „R4“ korreliert, wird der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt „R4“ basierend auf diesem Zwischenabschnitt berechnet.
Eine Steigung „Ra“ der in 2B dargestellten Einspritzrate weist eine starke Korrelation mit der Steigung der Annäherungslinie „La“ auf. Diesbezüglich wird in Schritt S90 die Steigung „Rα“ der Einspritzrate basierend auf der Steigung der Annäherungslinie „La“ berechnet. Außerdem weist eine Steigung „Rβ“ der in 2B dargestellten Einspritzrate eine starke Korrelation mit einer Steigung der Annäherungslinie „Lb“ auf. Diesbezüglich wird die Steigung „Rβ“ der Einspritzrate basierend auf der Steigung der ungefähren Linie „Lb“ berechnet. Der Druckabfall ΔP(P1-P2) von „P1“ zu „P2“ weist eine starke Korrelation mit einer maximalen Kraftstoffeinspritzungsrate „Rh“ auf. Diesbezüglich wird in Schritt S100 die maximale Kraftstoffeinspritzungsrate „Rh“ basierend auf dem Druckabfall ΔP(P1-P2) berechnet.
Wie vorstehend beschrieben werden in den Schritten S70 bis S100 (Einspritzzustandsschätzeinrichtung) der Kraftstoffeinspritzungsstartzeitpunkt „R1“, der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt „R4“, die Steigung „Rα“ des Einspritzratenanstiegs, die Steigung „Rβ“ des Einspritzratenabfalls, und die maximale Einspritzungsrate „Rh“ berechnet. Basierend darauf wird der in 2B dargestellte Einspritzratenkurvenverlauf schätzt.
Als nächstes wird ein Berechnungsprozessablauf des Modellkurvenverlaufs „Wm“ des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf beschrieben.
Wie in 5A dargestellt, weist der tatsächliche Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf „Wa“ bis zu einem Zeitpunkt „ta“ einen Druckwert von Null auf. Der Druckwert des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“ beginnt im Zeitpunkt „ta“ graduell anzusteigen, und wird anschließend beim Zeitpunkt „tb“ ein konstanter Wert. Daher, wenn eine Steigung „Pγ“ des Drucks vom Zeitpunkt „ta“ zum Zeitpunkt „tb“ ansteigt und ein Druckanstiegswert „ΔP“ schätzt wird, kann der Modellkurvenverlauf „Wm“ des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“ schätzt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Modellkurvenverlauf „Wm“ durch Berechnen des Zeitpunkts „ta“, der Steigung „Pγ“ und des Druckanstiegswerts „ΔP“ wie nachfolgend schätzt.
6A zeigt einen Graph, der ein Versuchsergebnis darstellt, welches anzeigt, dass die Steigung „Pγ (Anstiegsgeschwindigkeit)“ des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“ mit der Steigung „Pα (Abfallgeschwindigkeit)“ des Abfalldruckkurvenverlaufs „W(P1-P2)" korreliert.
Gemäß diesem Versuchsergebnis sind die Steigung „Pγ“ und die Steigung „Pα“ proportional zueinander. Wenn die Abfallgeschwindigkeit des Abfallkurvenverlaufs „W(P1-P2)" stärker wird, wird auch die Anstiegsgeschwindigkeit des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“ stärker bzw. schneller.
In 6A wird eine Mehrzahl von Erfassungswerten erhalten, wenn die Kraftstofftemperatur „20°C“, „40°C“ oder „80°C“ ist. In Anbetracht der vorstehenden Versuchsergebnisse gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Proportionalausdruck der vorstehenden Steigung vorher durch einen Versuch erhalten. Die Steigung „Pα“ des abfallenden Kurvenverlaufs „W(P1-P2)“ wird basierend auf dem Sensorkurvenverlauf „W“ berechnet, und anschließend wird die Steigung des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“ gemäß des Proportionalausdrucks berechnet. Die Steigung der ungefähren Linie „La“ kann als die Steigung „PΔ“ des abfallenden Kurvenverlaufs „W(P1-P2)" verwendet werden.
Als nächstes wird ein Berechnungsverfahren des Überlagerungsstartzeitpunkts „ta“ beschrieben. Eine Kraftstoffzuführpulsationsübertragungsdauer „ta“ vom Abfallstartzeitpunkt „Tsta“ zum Überlappungsstartzeitpunkt „ta“ wird gemäß der nachfolgenden Formel (1) berechnet. $T a = T s t a + 2 L / a$
In dieser Formel (1) steht „L“ für eine Kraftstoffpfadlänge von der Membran 21a des Kraftstoffdrucksensors 20 zum Auslass 42a, wie in 7 dargestellt. Außerdem steht in der Formel (1) „a“ für eine Übertragungsgeschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) der Einspritzungspulsation „Ma“ und der Kraftstoffzuführpulsation „Mb“. Da die Übertragungsgeschwindigkeit „a“ gemäß dem Kraftstoffdruck variiert, wird die Übertragungsgeschwindigkeit „a“ basierend auf dem Referenzdruck „Pbase“ berechnet.
Die Kraftstoffpfadlänge „L“ ist ein Auslegungswert. Die Übertragungsgeschwindigkeit „a“ kann basierend auf dem Referenzdruck „Pbase“ berechnet werden. Der Abfallstartzeitpunkt „Tsta“ kann vom Sensorkurvenverlauf „W“ berechnet werden. Diese Werte werden in der Formel (1) derart eingesetzt, dass die Kraftstoffzuführpulsationsübertragungsdauer „Ta“ berechnet werden kann. Diese Übertragungsdauer „Ta“ wird zum Abfallstartzeitpunkt „Tsta“ derart hinzugefügt, dass der Überlappungsstartzeitpunkt „ta“ berechnet werden kann. 6B zeigt einen Graph, der Erfassungswerte der Kraftstoffzuführpulsationsübertragungsdauer „Ta“ dargestellt, die durch Versuche schätzt werden, und theoretische Werte der Kraftstoffzuführpulsationsübertragungsdauer „Ta“, die gemäß der vorstehenden Formel (1) schätzt werden. Bei diesem Graph ist es bestätigt, dass die theoretischen Werte in etwa mit den Erfassungswerten übereinstimmen.
Als nächstes wird ein Berechnungsverfahren des Druckanstiegswerts „ΔP“ beschrieben. Der Druckanstiegswert „ΔP“ kann basierend auf der nachfolgenden Formel (4) berechnet werden, welche durch die Formeln (2) und (3) schätzt wird. $Δ P = (μ_{2} A_{2} V_{2} - μ_{0} A_{0} V_{0}) \times (K / a A_{1})$
$a A_{1} d t Δ v / v = μ_{0} A_{0} V_{0} \cdot d t$
$Δ P = {μ_{2} A_{2} V_{2} - a A_{1} (P_{1} - P_{2}) / K} \times {K / a A_{1}}$
Bei der Formel (2) steht der Ausdruck _µ2A₂V₂ für eine Kraftstoffmenge, die in die Hochdruckpassage 11a aufgrund der Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ fließt, und der Ausdruck _µ0A₀V₀ für eine Kraftstoffmenge, die aus der Einspritzöffnung 11b aufgrund der Einspritzungspulsation „Ma“ fließt. Ferner steht „a“ für die Schallgeschwindigkeit, „µ“ für den Flusskoeffizienten, „V“ für eine Flussrate und „A“ für einen Querschnittsbereich. Suffixe „0“, ,,1" und „2“ stehen entsprechend für die Einspritzöffnung 11b, die Hochdruckpassage 11a und die Hochdruckleitung 42b. „Ao“ steht für einen Querschnittsbereich der Einspritzöffnung 11b.
Falls die Trapezeinspritzung durchgeführt wird, wenn die Kraftstoffmenge, die in die Hochdruckpassage 11a fließt, gleich der Kraftstoffmenge wird, nachdem die Kraftstoffeinspritzrate einen Maximalwert annimmt, wird der Wert des Sensorkurvenverlaufs konstant (Gleichgewichtsdruck „Peq“). Ein Zeitpunkt, bei welchem der Kraftstoffdruck den Gleichgewichtsdruck „Peq“ annimmt, entspricht einem Zeitpunkt, bei welchem eine Überlagerung des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“ beendet wird. Der Gleichgewichtsdruck „Peq“ wird vom Kraftstoffdruck des Punkts „P2“ subtrahiert, so dass der Druckanstiegswert „ΔP“ erhalten wird. Bezüglich des vorstehenden, wird selbst bei der Dreieckseinspritzung angenommen, dass die Trapezeinspritzung durchgeführt wird, um den Gleichgewichtsdruck „Peq“ zu berechnen. Der Gleichgewichtsdruck „Peq“ wird vom Kraftstoffdruck beim Punkt „P3“ derart subtrahiert, dass der Druckanstiegswert „ΔP“ erhalten wird.
Die Kraftstoffmenge ,,µ₀A₀V₀" wird von der Kraftstoffmenge „µ₂A₂V₂“ subtrahiert, um eine Kraftstoffmenge zu erhalten, welche in den Membranabschnitt 21a fließt. Diese erhaltene Kraftstoffmenge wird mit „K/aA1“ derart multipliziert, dass der Druckanstiegswert „ΔP“ berechnet wird.
In 5A, während einer Dauer vom Zeitpunkt „Tsta“ zum Zeitpunkt „ta“ ist die Kraftstoffzuführpulsation „Mb“ noch nicht übertragen worden. Somit stimmt eine Expansionsmenge des Kraftstoffs in der Hochdruckpassage 11a mit der Kraftstoffeinspritzungsmenge von der Einspritzöffnung 11b überein. Dadurch wird die vorstehende Formel (3) erstellt. In dieser Formel (3) steht „aA_ldt“ für das ursprüngliche Volumen des Kraftstoffs in der Hochdruckpassage 11a und „Δv/v" für eine Expansionsrate des Kraftstoffs. Anschließend wird die linke Seite der Formel (3) in Formel (2) derart eingesetzt, dass die Formel (4) erhalten wird. In der Formel (4) steht „P₁ “ für einen Druck zum Zeitpunkt „Tsta“, das heißt, für den Kraftstoffdruck in der Common-Rail 42. „P2“ steht für einen Kraftstoffdruck zum Zeitpunkt „ta“.
Wie vorstehend werden der Druck „P₁ “ und der Druck „P₂ “ anhand des Sensorkurvenverlaufs „W“ erfasst, und diese Druckwerte werden in die Formel (4) eingesetzt, wodurch der Druckanstiegswert „ΔP“ berechnet wird. 6C zeigt einen Graph, der die Druckanstiegswerte darstellt, die durch Versuche und theoretische Druckanstiegswerte, die gemäß Formel (4) berechnet werden, erhalten werden. Wie in 6C dargestellt ist bestätigt, dass die theoretischen Druckanstiegswerte in etwa mit den erfassten Druckanstiegswerten übereinstimmen.
8 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Prozessablauf zum Schätzen des Modellkurvenverlaufs „Wm“ des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“ darstellt, welcher eine Subroutine von Schritt S20 ist.
Zuerst werden eine Korrelationsgleichung, welche eine Korrelation zwischen der Steigung „Pα“ und der Steigung „Pγ“ darstellt, das Kennfeld, dass eine Beziehung zwischen dem Referenzdruck „Phase“ und der Kraftstoffzuführpulsationsdauer „Ta“ darstellt, und die Formel (4) in einem Speicher gespeichert.
In Schritt S21 wird die Steigung „Pα“ des Abfalldruckkurvenverlaufs „W(P1-P2)" vom Sensorkurvenverlauf „W“ erfasst. Die erfasste Steigung „Pα“ wird in die Korrelationsgleichung, die im Speicher derart gespeichert ist, dass die Steigung „Pγ“ des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“ berechnet wird, eingesetzt.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Korrelationsgleichung in 6A beschrieben ist. In dieser Gleichung steht „y“ für die Steigung „Pα“ und „x“ für die Steigung „Pγ“.
In Schritt S22 wird hinsichtlich eines Kennfelds die Kraftstoffzuführpositionsübertragungsdauer „Ta“ basierend auf dem Referenzdruck „Pbase“ berechnet. In Schritt S23 wird die Übertragungsdauer „Ta“ zum Abfallstartzeitpunkt „Tsta“ hinzugefügt, um den Überlappungsstartzeitpunkt „ta“ zu berechnen.
In Schritt S24 werden der Druck „P1“ des Zeitpunkts „Tsta“ und der Druck „P2“ zum Zeitpunkt „ta“ in die Formel (4) derart eingesetzt, dass der Druckanstiegswert „ΔP“ berechnet wird. In Schritt S25 wird basierend auf der Steigung „Pγ“, dem Überlappungsstartzeitpunkt „ta“ und dem Druckanstiegswert „ΔP“ der Modellkurvenverlauf „Wm“ des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“, was in 5B dargestellt ist, berechnet.
Vorstehend, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wird der Modellkurvenverlauf „Wm“ berechnet und der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf wird durch Subtrahieren des Modellkurvenverlaufs „Wm“ vom Sensorkurvenverlauf „W“ entfernt. Somit werden der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt „R4“ und die Steigung „Rβ“ des Abfalldruckkurvenverlaufs mittels der ungefähren Linie „Lb“, die vom Sensorkurvenverlauf „WD“ erhalten wird, in welchem der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf „Wa“ entfernt ist, berechnet. Der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt „R4“ und die Steigung „Rβ“ können mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden.
Insbesondere hinsichtlich der Korrelation zwischen der Steigung „Pα“ und der Steigung „Pγ“, da die Steigung „Pγ“ des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs „Wa“ anhand der Steigung „Pα“ des abfallenden Kurvenverlaufs „W(P1-P2)“ berechnet wird, kann die Berechnungsgenauigkeit des Modellkurvenverlaufs „Wm“ verbessert werden.
Ferner kann die Berechnungsgenauigkeit des Modellkurvenverlaufs „Wm“ hinsichtlich der Tatsache verbessert werden, dass die Kraftstoffzufuhrpulsationsübertragungsdauer „Ta“ gemäß des Referenzdrucks „Pbase“ variiert, da der Überlappungsstartzeitpunkt „ta“ mittels der Kraftstoffzuführpulsationsübertragungsdauer „Ta“ berechnet wird, welche basierend auf dem Referenzdruck „Pbase“ berechnet wird.
Außerdem kann die Berechnungsgenauigkeit des Modellkurvenverlaufs „Wm“ hinsichtlich der Tatsache verbessert werden, dass der Druckanstiegswert „ΔP“ gemäß Formel (4) berechnet werden kann, da der da der Druckanstiegswert „ΔP“ basierend auf dem Druck „P1 " und dem Druck „P2“ berechnet wird.
[Weitere Ausführungsformen]
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann zum Beispiel auch auf die nachfolgende Art und Weise durchgeführt werden. Außerdem können die kennzeichnenden Konfigurationen jeder Ausführungsform miteinander kombiniert werden.
In der ersten Ausführungsform wird der Modellkurvenverlauf „Wm“ basierend auf dem Zeitpunkt „ta“, der Steigung „Pγ“ und dem Druckanstiegswert „ΔP“ schätzt. Alternativ kann aber auch nur die Steigung „Pγ“ als Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf berechnet werden, ohne den Zeitpunkt „ta“ und den Druckanstiegswert „ΔP“ zu berechnen. In diesem Fall wird die Annäherungslinie „Lb“ gemäß der Steigung „Pγ“ korrigiert. Mittels der korrigierten Annäherungslinie „Lb“ kann der Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt „R4“ und die Steigung „Rβ“ berechnet werden.
Selbst in einem Fall der Trapezeinspritzung kann der Sensorkurvenverlauf „W“ mittels des Modellkurvenverlaufs „Wm“ korrigiert werden.
Eine Mehrzahl von Modellkurvenverläufen ist vorher gespeichert, wodurch der optimale Modellkurvenverlauf „Wm“ basierend auf dem erfassten Druckkurvenverlauf „W(P1-P2)" ausgewählt werden kann.
In Anbetracht der Tatsache, dass der Puls-Ein-Zeitpunkt „t1“ mit dem Überlappungsstartzeitpunkt „ta“ korreliert, kann der Überlappungsstartzeitpunkt „ta“ basierend auf dem Puls-Ein-Zeitpunkt „t1“ berechnet werden.
Der Kraftstoffdrucksensor 20 kann an einer beliebigen Stelle in einer Kraftstoffzuführpassage zwischen einem Auslass 42a der Common-Rail 42 und der Einspritzöffnung 11b angebracht sein. Zum Beispiel kann der Kraftstoffdrucksensor 20 an der Hochdruckleitung 42b vorgesehen sein. Die Hochdruckpassage 11a und die Hochdruckleitung 42b entsprechen einer Kraftstoffzuführpassage der vorliegenden Erfindung.

Claims

Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor für ein Kraftstoffeinspritzungssystem mit einem Sammler (42) zum Sammeln von Kraftstoff, der von einer Kraftstoffpumpe (41) zugeführt wird; einer Kraftstoffleitung (42b), die mit einem Auslass (42a) des Sammlers verbunden ist; einem Kraftstoffinjektor (10) mit einer Einspritzöffnung (11b), durch welche der Kraftstoff, der vom Sammler zugeführt wird, eingespritzt wird und einem Ventilkörper (12), welcher die Einspritzöffnung öffnet und schließt; und einem Kraftstoffdrucksensor (20), der in einer Kraftstoffzuführpassage (11a, 42a) zwischen dem Auslass (42a) und der Einspritzöffnung (11b) angebracht ist, um einen Kraftstoffdruck zu erfassen, wobei der Kraftstoffdrucksensor einen Sensorkurvenverlauf (W) ausgibt, der eine Kraftstoffdruckveränderung aufgrund einer Kraftstoffeinspritzung anzeigt, wobei der Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor aufweist: eine Pulsationsschätzeinrichtung (S20) zum Schätzen einer Kraftstoffzuführpulsation (Mb) basierend auf dem Sensorkurvenverlauf, welcher während der Kraftstoffeinspritzung zu dieser Zeit durch einen Kraftstofffluss erzeugt wird, der bei der Kraftstoffeinspritzung zu dieser Zeit vom Auslass durch die Kraftstoffleitung in den Kraftstoffinjektor fließt; eine Pulsationsentfernungseinrichtung (S30) zum Entfernen eines Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs (Wa), der durch die Pulsationsschätzeinrichtung vom Sensorkurvenverlauf (W) geschätzt wird, um den Sensorkurvenverlauf zu korrigieren; und eine Einspritzungszustandsschätzeinrichtung (S70-S100) zum Schätzen eines Kraftstoffeinspritzungszustands basierend auf dem korrigierten Sensorkurvenverlauf, welcher durch die Pulsationsentfernungseinrichtung korrigiert ist.
Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor nach Anspruch 1, wobei die Pulsationsentfernungseinrichtung (S30) den Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf (Wa) basierend auf einem Abfallkurvenverlauf des Sensorkurvenverlaufs, bei welchem der Kraftstoffdruck aufgrund der Kraftstoffeinspritzung abfällt, schätzt.
Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor nach Anspruch 2, wobei die Pulsationsentfernungseinrichtung (S30) eine Steigung eines Anstiegskurvenverlaufs des Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlaufs (Wa) basierend auf einer Steigung des Abfallkurvenverlaufs des Sensorkurvenverlaufs schätzt.
Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Pulsationsentfernungseinrichtung (S30) einen Überlappungsstartzeitpunkt (ta) schätzt, bei welchem der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf (Wa) beginnt, den Sensorkurvenverlauf (W) zu überlappen, basierend auf einem Abfallstartzeitpunkt (Tsta) des Abfallkurvenverlaufs oder einem Kraftstoffeinspritzungsbefehlszeitpunkt des Kraftstoffinjektors.
Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor nach Anspruch 4, wobei die Pulsationsentfernungseinrichtung (S30) den Überlappungsstartzeitpunkt (ta), bei welchem der Kraftstoffzuführpulsationskurvenverlauf (Wa) beginnt, den Sensorkurvenverlauf (W) zu überlappen, gemäß eines Kraftstoffdrucks im Abfallstartzeitpunkt (Tsta) des Abfallkurvenverlaufs schätzt.
Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Pulsationsentfernungseinrichtung (S30) einen Druckanstiegswert (ΔP) aufgrund der Kraftstoffzuführpulsation (Mb) basierend auf einem Kraftstoffdruck im Abfallstartzeitpunkt des Abfallkurvenverlaufs und einem Kraftstoffdruck im Abfallendzeitpunkt des Abfallkurvenverlaufs schätzt.
Kraftstoffeinspritzungszustandsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in einem Fall einer kleinen Kraftstoffeinspritzung, bei der eine Kraftstoffeinspritzrate beginnt abzufallen, bevor sie einen Maximalwert erreicht, die Einspritzungszustandsschätzeinrichtung einen Kraftstoffeinspritzungsendzeitpunkt basierend auf einem Anstiegskurvenverlauf, aufgrund der Kraftstoffeinspritzung, des Sensorkurvenverlaufs, der durch die Pulsationsentfernungseinrichtung korrigiert ist, berechnet.