DE102012101200B4

DE102012101200B4 - Einspritzungssystem für Verbrennungsmaschinen

Info

Publication number: DE102012101200B4
Application number: DE102012101200.8A
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Maruyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: DE102012101200A1; JP2012172551A; US20120215421A1; US8670916B2; CN102644519B; JP5212502B2; CN102644519A

Abstract

Kraftstoffeinspritzsystem, ausgestaltet zum Zuführen von Kraftstoff zu einer Verbrennungsmaschine, aufweisend:
eine Pumpe, die einen Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank gespeichert ist, unter Druck setzt und von einem Auslass derselben in einen Kraftstoffweg einspeist;
einen Kraftstoffinjektor, der zum Einspritzen des Kraftstoffs dient, der von dem Kraftstoffweg zu einer Verbrennungsmaschine zugeführt wird;
einen Drucksensor, der in einem Bereich des Kraftstoffwegs näher zu dem Kraftstoffinjektor als zu dem Auslass der Pumpe angeordnet ist, wobei der Drucksensor eine Ausgabe erzeugt, die einen Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffweg anzeigt; und
einen Berechner, der die Ausgabe des Drucksensors abfragt, und der einen Pumpenabführdruck, der ein Druck ist, mit dem der Kraftstoff von der Pumpe abgeführt wird, basierend auf dem Druck, der durch den Drucksensor gemessen wird, berechnet, um einen Betrieb der Pumpe basierend auf dem Pumpenabführdruck zu steuern, wobei der Berechner eine Druckänderungskompensationszeit-Berechnugsaufgabe, eine Mengenänderungs-Berechnungsaufgabe, eine Umwandlungsaufgabe und eine Abführdruck-Berechnungsaufgabe durchführt, wobei die Druckänderungskompensationszeit-Berechnungsaufgabe darin besteht, zu einer Zeit, die zwischen einem Abfragen der Ausgabe des Drucksensors vor einer Berechnungsstartzeit, zu der ein Berechnen des Pumpenabführdrucks begonnen werden soll, und der Berechnungsstartzeit abgelaufen ist, eine Zeit zu addieren, die der Druck benötigt, um sich von dem Auslass der Pumpe auf den Drucksensor zu übertragen, um eine Druckänderungskompensationszeit zu definieren, die Mengenänderungs-Berechnungsaufgabe darin besteht, eine Mengenänderung zu berechnen, die eine Veränderung der Menge des Kraftstoffs ist, der innerhalb der Druckänderungskompensationszeit in dem Kraftstoffweg verbleibt, die Umwandlungsaufgabe darin besteht, die Mengenänderung, die aus der Mengenänderungs-Berechnungsaufgabe hergeleitet wird, in eine Druckänderung umzuwandeln, und die Abführdruck-Berechnungsaufgabe darin besteht, den Pumpenabführdruck basierend auf der Druckänderung und der Ausgabe des Drucksensors zu berechnen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Kraftstoffeinspritzungssystem für Verbrennungsmaschinen und insbesondere ein Sammelleitungs- (bzw. Common-Rail)-Kraftstoffeinspritzungssystem für Dieselmaschinen, die in einem Automobil eingesetzt werden können.
Verwandte Technik
Bei herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystemen für Verbrennungsmaschinen muss die Kraftstoffmenge gesteuert werden, die von einer Kraftstoffeinspeisungspumpe schließlich abgeführt wird, um der Verbrennungsmaschine eine erforderliche Kraftstoffmenge zuzuführen. Insbesondere bestimmt das Kraftstoffeinspritzungssystem eine Zielkraftstoffmenge (d.h. eine Zielflussrate des Kraftstoffs), die der Maschine in dem nächsten Zyklus zugeführt werden soll, basierend auf derzeitigen Betriebsbedingungen der Maschine und es steuert einen Betrieb eines Kraftstoffinjektors, um die Zielkraftstoffmenge zu erreichen.
Die Menge des Kraftstoffs, die von dem Kraftstoffinjektor eingespritzt werden soll, hängt üblicherweise in hohem Maße von dem Kraftstoffdruck zu einer Einschaltzeit ab, wenn der Kraftstoffinjektor geöffnet ist. Das Kraftstoffeinspritzungssystem reguliert daher die Kraftstoffmenge, die von der Pumpe abgeführt werden soll, basierend auf den Betriebsbedingungen der Maschine, um den Kraftstoffdruck mit einem Zielpegel in Übereinstimmung zu bringen. Die japanische Offenlegungsschrift JP H03- 18 645 A lehrt beispielsweise ein solches Kraftstoffeinspritzungssystem.
Im Allgemeinen wird der Betrieb der Pumpe des Kraftstoffeinspritzungssystems basierend auf einem abgeführten Kraftstoffdruck (d.h. Kraftstoffdruck an einem Auslass der Pumpe) gesteuert. Die Kraftstoffeinspritzungssysteme weisen üblicherweise einen Drucksensor auf, der in einem Bereich von einem Hochdruckkraftstoffweg angebracht ist, der sich näher zu dem Kraftstoffinjektor als zu dem Auslass der Pumpe befindet, was zu der großen Problematik führt, dass sich der Kraftstoffdruck, der durch den Drucksensor gemessen wird, von demjenigen des Kraftstoffs, der tatsächlich von der Pumpe abgeführt wird, unterscheidet.
Insbesondere beginnt der Kraftstoffdruck an dem Auslass der Pumpe üblicherweise in dem Moment anzusteigen, in dem der Kraftstoff von der Pumpe abgeführt wird, allerdings ist es für den Drucksensor unmöglich eine solche Druckveränderung zu messen, bis dieser sich zu dem Drucksensor ausgebreitet hat. Wenn sich der Druck des Kraftstoffs, der von der Pumpe abgeführt wird, augenblicklich verändert, führt dies daher annähernd zu einer Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck, der durch den Drucksensor gemessen wird, und demjenigen des Kraftstoffs, der tatsächlich von der Pumpe abgeführt wird.
Die feine Steuerung der Menge des Kraftstoffs, die von dem Kraftstoffinjektor eingespritzt werden soll, erfordert jedoch eine genaue Messung des Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffinjektor. Das Anbringen des Drucksensors an dem Auslass der Pumpe führt daher zu einem Fehler bei der Messung des Kraftstoffdrucks aufgrund der Ausbreitung des Kraftstoffdrucks, wie obenstehend beschrieben.
Die DE 10 2008 017 165 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der von einer Hochdruckpumpe in einen Hochdruckbereich eines Einspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems geförderten Kraftstoffmenge, wobei der Hochdruckbereich mit Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine verbunden ist und der Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich gemessen wird. Der Kraftstoffdruck wird vor und nach einem pumpenbedingten Druckanstieg gemessen und aus der folgenden Bilanzgleichung ΔP=E/V*(ΔV_HPP-ΔV_INJ-ΔV_SL-ΔV_CL) wird das geförderte Kraftstoffvolumen ΔV_HPP der Hochdruckpumpe für das vorgegebene Zeitintervall berechnet, wobei ΔP die Druckdifferenz des vor und nach dem pumpenbedingten Druckanstieg gemessenen Drucks, E der Kompressibilitätsmodul des Kraftstoffs, V das Volumen des Hochdruckbereichs, ΔV_INJ das eingespritzte Kraftstoffvolumen, ΔV_SL das Volumen der Schaltleckage und ΔV_CL das Volumen der Dauerleckage in oben genannten Zeitintervall sind, wobei E, V, ΔV_INJ, ΔV_SL und ΔV_CL bekannte und gegebenenfalls vernachlässigbare Größen sind.
Die DE 10 2011 051 062 A1 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem, welches eine gemeinsame Kraftstoffleitung, eine Kraftstoffpumpe, Injektoren, welche in jedem Maschinenzylinder vorgesehen sind, und Kraftstoffdrucksensoren zum jeweiligen Erfassen eines Kraftstoffdrucks in einer Kraftstoffpassage zwischen der gemeinsamen Kraftstoffleitung und dem Injektor, hat. Eine ECU erfasst einen Kraftstoffdruck (einen ersten Druck), welcher sich aufgrund der Kraftstoffeinspritzung ändert, basierend auf einer Ausgabe von dem Drucksensor, welcher auf einen Einspritzzylinder bezogen ist. Die ECU erfasst weiterhin einen Kraftstoffdruck (einen zweiten Druck), welcher sich aufgrund der Kraftstoffversorgung von der Kraftstoffpumpe ändert, basierend auf eine Ausgabe von dem Drucksensor, welcher auf einen Nichteinspritzzylinder bezogen ist. Ein verbleibender Grad einer Kraftstoffdruckänderung in einem solchen Zylinder, welche durch seine vorangehende Kraftstoffeinspritzung verursacht wird, ist unter den Nichteinspritzzylindern am geringsten. Eine Kraftstoffeinspritzcharakteristik (beispielsweise Kraftstoffeinspritzstart und/oder -endpunkte) des Injektors wird basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck berechnet.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe, ein Kraftstoffeinspritzungssystem zu schaffen, das dazu ausgestaltet ist, einen Pumpenabführungsdruck, welcher der Druck ist, mit dem Kraftstoff von einer Pumpe abgeführt wird, genau zu bestimmen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzsystem bereitgestellt, das an einer Verbrennungsmaschine für Automobile eingesetzt werden kann. Das Kraftstoffeinspritzungssystem ist zum Zuführen von Kraftstoff zu einer Verbrennungsmaschine ausgestaltet, und umfasst: (a) eine Pumpe 3, die einen Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank 9 gespeichert ist, unter Druck setzt und von einem Auslass derselben in einen Kraftstoffweg 4 einspeist; (b) einen Kraftstoffinjektor (6), der zum Einspritzen des Kraftstoffs dient, der von dem Kraftstoffweg (4) zu einer Verbrennungsmaschine 8 zugeführt wird; (c) einen Drucksensor 10, der in einem Bereich des Kraftstoffwegs 4 näher zu dem Kraftstoffinjektor 6 als zu dem Auslass der Pumpe 3 angeordnet ist, wobei der Drucksensor 10 eine Ausgabe erzeugt, die einen Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffweg 4 anzeigt; und (d) einen Berechner 7, der die Ausgabe des Drucksensors 10 abfragt, und der einen Pumpenabführdruck, der ein Druck ist, mit dem der Kraftstoff von der Pumpe 3 abgeführt wird, basierend auf dem Druck, der durch den Drucksensor 10 gemessen wird, berechnet, um einen Betrieb der Pumpe 3 basierend auf dem Pumpenabführdruck zu steuern. Der Berechner 7 führt eine Druckänderungskompensationszeit-Berechungsaufgabe, eine Mengenänderungs-Berechungsaufgabe, eine Umwandlungsaufgabe und eine Abführdruck-Berechungsaufgabe durch. Die Druckänderungskompensationszeit-Berechungsaufgabe besteht darin, zu einer Zeit T1, die zwischen einem Abfragen der Ausgabe des Drucksensors 10 (d.h. der Druck Psens) vor einer Berechnungsstartzeit, zu der ein Berechnen des Pumpenabführdrucks begonnen werden soll, und der Berechnungsstartzeit abgelaufen ist, eine Zeit T2 zu addieren, die der Druck benötigt, um sich von dem Auslass der Pumpe 3 auf den Drucksensor 10 zu übertragen, um eine Druckänderungskompensationszeit Tp zu definieren. Die Mengenänderungs-Berechnungsaufgabe besteht darin, eine Mengenänderung ΔQ zu berechnen, die eine Veränderung der Menge des Kraftstoffs ist, der innerhalb der Druckänderungskompensationszeit Tp in dem Kraftstoffweg 4 verbleibt. Die Umwandlungsaufgabe besteht darin, die Mengenänderung, die aus der Mengenänderungs-Berechnungsaufgabe hergeleitet wird, in eine Druckänderung ΔP umzuwandeln. Die Abführdruck-Berechnungsaufgabe besteht darin, den Pumpenabführdruck basierend auf der Druckänderung und der Ausgabe des Drucksensors 10 zu berechnen.
Der Berechner dient insbesondere dazu, den Kraftstoffdruck zu korrigieren, der durch den Drucksensor gemessen wird, so dass ein Fehler bei der Erfassung des Pumpenabführdrucks, der durch die Ausbreitung des Drucks von der Pumpe zu dem Sensor auftritt, kompensiert wird.
Bei einer bevorzugten Art und Weise zur Ausführung kann die Mengenänderungs-Berechnungsaufgabe eine Abführmengen-Berechnungsaufgabe zum Berechnen einer Menge des Kraftstoffs, der innerhalb der Druckänderungskompensationszeit von der Pumpe abgeführt wird, eine Einspritzungsmengen-Berechnungsaufgabe zum Berechnen einer Menge des Kraftstoffs, der innerhalb der Druckänderungskompensationszeit von dem Kraftstoffinjektor in die Verbrennungsmaschine eingespritzt wird, sowie eine Ablaufmengen-Berechnungsaufgabe zum Berechnen einer Menge des Kraftstoffs, der innerhalb der Druckänderungskompensationszeit von dem Kraftstoffweg zu einer Niedrigdruckseite abläuft, umfassen, und dadurch die Mengenänderung herleiten.
Die Pumpe kann mit einem Kolben ausgestaltet sein, der sich hin und her bewegt, um den Kraftstoff zyklisch abzuführen, und sie kann mit einem Flussratensteuerventil ausgestattet sein, das dazu dient, eine Kraftstoffmenge zu steuern, die von der Pumpe in jedem Zyklus der Hin- und Herbewegung des Kolbens abgeführt werden soll. Das Kraftstoffeinspritzungssystem umfasst ebenfalls einen Controller, der dazu dient, einen Betrieb des Flussratensteuerventils basierend auf dem Pumpenabführdruck zu steuern, so dass der Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffweg mit einem Zielwert, der basierend auf einer Betriebsbedingung der Verbrennungsmaschine bestimmt wird, in Übereinstimmung gebracht wird. Wenn ein Wert, der durch Dividieren einer Zeit, die zumindest eine Stellzeit des Flussratensteuerventils umfasst, durch eine Zykluszeit, die eine Zeit ist, die der Kolben benötigt, um sich hin- und her zu bewegen, hergeleitet wird, gleich oder größer als ein gegebener Wert ist, die Abführdruck-Berechnungsaufgabe den Pumpenabführdruck basierend auf der Druckänderung und der Ausgabe des Drucksensors berechnet.
Der Pumpenabführdruck kann basierend auf der Ausgabe des Drucksensors direkt und genau bestimmt werden, da er nach Ablauf einer Zeitdauer (d.h. der Ausbreitungszeit T2) abgetastet wird, die der Druck benötigt, um sich von dem Auslass der Pumpe zu dem Drucksensor auszubreiten.
Wenn jedoch der Wert, der durch Dividieren der Zeit, welche die Stellzeit des Flussratensteuerventils umfasst, durch die eine Zykluszeit hergeleitet wird (diese wird ebenso als ein Betriebszeitverhältnis bezeichnet), groß ist, und der Controller nach Ablauf der Ausbreitungszeit beginnt, den Betrieb des Flussratensteuerventils zu steuern, kann es dazu kommen, dass der Kolben bereits in den nachfolgenden Zyklus eingetreten ist, wenn begonnen worden ist, das Flussratensteuerventil zu stellen. In einem solchen Fall ist es unmöglich die Menge oder die Flussrate des Kraftstoffs, der von der Pumpe abgeführt wird, genau zu steuern.
Um dieses Problem zu lösen, berechnet der Controller den Pumpenabführdruck basierend auf der Druckänderung und der Ausgabe des Drucksensors (d.h. dem Druck Psens), wenn das Betriebszeitverhältnis größer als der gegebene eingestellte Wert ist. Dies ermöglicht es, den Betrieb des Flussratensteuerventils zu beginnen, um die Flussrate des Kraftstoffs, der von der Pumpe abgeführt wird, vor Ablauf der Ausbreitungszeit genau zu regulieren.
Wenn sich die Pumpe oder der Kraftstoffinjektor in einem ordnungsgemäßen Betrieb befinden, wird die Ausgabe des Drucksensors nicht übermäßig groß sein, wenn jedoch ein Fehler im Betrieb auftritt, kann es dazu kommen, dass die Ausgabe des Drucksensors einen Wert aufzeigt, der einen normal eingestellten Druck überschreitet. Im Gegensatz hierzu ist das Kraftstoffeinspritzsystem derart ausgestaltet, dass der Controller den gemessenen Druck als den Pumpenabführdruck definiert, um die Menge des Kraftstoffs, der von der Pumpe abgeführt werden soll, zu steuern, wenn ein Druck des Kraftstoffs, der zu der Berechnungsstartzeit durch den Drucksensor gemessen wird, gleich oder größer als ein gegebener eingestellter Wert ist, wohingegen der Controller einen Druck des Kraftstoffs, der basierend auf der Druckänderung und der Ausgabe des Drucksensors bestimmt wird, als Pumpenabführdruck definiert, um die Menge des Kraftstoffs, der von der Pumpe abgeführt werden soll, zu steuern, wenn der Druck des Kraftstoffs, der zu der Berechnungsstartzeit durch den Drucksensor gemessen wird, kleiner als der gegebene eingestellte Wert ist. Dies führt zu einer verbesserten Zuverlässigkeit im Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besser verständlich, wobei diese nicht als Einschränkung der Erfindung auf die bestimmte Ausführungsform, sondern lediglich zum Zweck der Erklärung und des Verständnisses zu verstehen ist.
In der Zeichnung zeigt:

1 (a) ein Blockdiagramm eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
1(b) ein Blockdiagramm einer elektronischen Steuereinheit des Kraftstoffeinspritzsystems aus 1(a);
2 eine schematische Ansicht einer Vorhub-Flussratensteuerung in einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems aus 1(a);
3 ein Zeitablaufdiagramm, das zeigt, wann damit begonnen wird, den Pumpenabführdruck zu berechnen; und
4 ein Flussdiagramm eines Pumpenabführberechungsprogramms, das durch die elektronische Steuereinheit aus 1(b) ausgeführt wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die Zeichnung, in der sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile in mehreren Ansichten beziehen, ist insbesondere in den 1(a) und 1(b) ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt, dass dazu ausgestaltet ist, ein Einspritzen des Kraftstoffs in eine Dieselverbrennungsmaschine 8 für Automobile zu steuern.
Aufbau des Kraftstoffeinspritzsystems
Das Kraftstoffeinspritzsystem1 ist von Common-Rail-Typ und ist mit einer Einspeisepumpe 2, einer Hochdruckpumpe 3, einer Sammelleitung (bzw. Common-Rail) 4, die als Kraftstoffsammelspeicher dient, einem Druckminderungsventil 5, Kraftstoffinjektoren 6 und einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 7, welche die Kraftstoffinjektoren 6 ansteuert (d.h. Kraftstoffinjektorventile), die jedem der vier Zylinder #1 bis #4 der Dieselmaschine 8 angebracht sind, ausgestattet.
Die Einspeisepumpe 2 saugt Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 9 an und speist diesen in die Hochdruckpumpe 3 ein. Die Hochdruckpumpe 3 ist, wie in 2 dargestellt, mit einem Kolben 3A ausgestattet, der durch eine Abgabe der Maschine derart angesteuert wird, dass er sich synchron mit der Drehung der Maschine 8 hin- und herbewegt, um den Kraftstoff zyklisch anzusaugen, unter Druck zu setzen und abzuführen.
Der Kolben 3A wird durch eine dreieckige Nocke hin- und herbewegt, die sich synchron mit der Drehung einer Kurbelwelle der Maschine 8 dreht. Der Kolben 3A bewegt sich mit jeder 360°-Drehung der Nocke nach oben und nach unten hin und her. Wenn insbesondere eine Winkelposition der Nocke bei 0° ist oder ein geradzahliges Vielfaches von 180° ab dem oberen Totpunkt erreicht, befindet sich der Kolben 3A an dem oberen Totpunkt. Wenn die Winkelposition der Nocke ein ungerades Vielfaches von 180° ab dem oberen Totpunkt erreicht, befindet sich der Kolben 3A an dem unteren Totpunkt.
Die Hochdruckpumpe 3 ist, wie in 2 dargestellt, ebenso mit einem Vorhub-Steuerventil 3C ausgestattet, das in einem Einlass angebracht ist, durch den der Kraftstoff in die Hochdruckpumpe 3 eintritt. Das Vorhub-Steuerventil 3C dient als ein Flussratensteuerventil, um die Menge des Kraftstoffs, der in eine Druckkammer 3B eingesaugt wird, zu steuern. Das Öffnen oder Schließen des Vorhub-Steuerventils 3C wird durch die ECU 7 gesteuert. Die Hochdruckpumpe 3 ist ebenso mit einem Rückschlagventil 3D ausgestattet, das in dem Auslass derselben angebracht ist, und lediglich ein Herausfließen des Kraftstoffs aus der Hochdruckpumpe 3 ermöglicht.
Wenn sich der Kolben 3A bei geöffneten Vorhub-Steuerventil 3C von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt bewegt, nimmt das Volumen der Druckkammer 3B zu, so dass der Kraftstoff, der von der Einspeisepumpe 2 zugeführt wird, in die Druckkammer 3B eingesaugt wird (dies wird ebenso als Ansaugzyklus bezeichnet).
Wenn sich der Kolben 3A von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt bei geöffneten Vorhub-Steuerventil 3C bewegt, fließt der Kraftstoff, der in die Druckkammer 3B eingesaugt ist, durch das Vorhub-Steuerventil 3C zu dem Kraftstofftank 9 zurück (dies wird ebenso als Vorhub-Zyklus bezeichnet).
Wenn nachfolgend das Vorhub-Steuerventil 3C geschlossen ist, wird der Druck, der in der Druckkammer 3B verbleibt, unter Druck gesetzt. Wenn der Druck in der Druckkammer 3B denjenigen in der Sammelleitung 4 überschreitet, wird der Kraftstoff in der Druckkammer 3B durch das Rückschlagventil 3D in die Sammelleitung 4 eingespeist (dies wird ebenso als Kraftstoffabführzyklus bezeichnet). Die Menge des Kraftstoffs, der von der Hochdruckpumpe 3 zu der Sammelleitung 4 zugeführt wird, wird daher durch Steuern der Zeit bestimmt, zu der das Vorhub-Steuerventil 3C geöffnet oder geschlossen wird.
Das Vorhub-Steuerventil 3C wird durch ein Solenoid-betriebenes Ventil realisiert, es kann jedoch wahlweise so ausgestaltet sein, dass es durch ein Stellglied unter Verwendung einer piezoelektrischen Vorrichtung angesteuert wird.
Die Sammelleitung 4 bildet, wie in 1(a) dargestellt, einen Hochdruckkraftstoffweg, der zu dem Auslass der Hochdruckpumpe 3 führt, und ebenso als ein Sammelspeicher dient, in den Kraftstoff, der von der Hochdruckpumpe 3 zugeführt wird, bei einem Druck einbehalten bleibt, der sich nach einer Funktion einer Betriebsbedingung der Maschine 8 bestimmt. Im geöffneten Zustand lässt das Druckminderungsventil 5 den Kraftstoff von der Sammelleitung 4 in einen Niedrigdruckweg 9A ablaufen, der zu dem Kraftstofftank 9 führt, um den Druck des Kraftstoffs innerhalb der Sammelleitung 4 zu verringern.
Die Kraftstoffinjektoren 6 sind parallel zueinander mit der Sammelleitung 4 verbunden und dienen als Kraftstoffeinspritzventile, um den Kraftstoff, der von der Sammelleitung 4 zugeführt wird, jeweils in die Zylinder der Maschine 8 einzuspritzen. Jeder der Kraftstoffinjektoren 6 ist ein bekannter Solenoid-betriebener oder Piezo-angesteuerter Typ, bei dem der Kraftstoffdruck in einer Druckkammer, der eine Düsennadel in einer Ventilschließrichtung zum Schließen eines Einspritzlochs beaufschlagt, gesteuert wird, um eine gewünschte Menge des Kraftstoffs einzuspritzen.
Der Drucksensor 10 ist in einem Bereich der Sammelleitung 4 angebracht, der sich näher zu den Kraftstoffinjektoren 6 als zu dem Auslass der Hochdruckpumpe 3 befindet, und er misst den Druck des Kraftstoffs in der Sammelleitung 4. Die Sammelleitung 4 weist ebenso einen Kraftstofftemperatursensor 11 auf, der die Kraftstofftemperatur in der Sammelleitung 4 misst. In ähnlicher Weise weist die Hochdruckpumpe 3 einen Kraftstofftemperatursensor 12 auf, der die Kraftstofftemperatur in der Druckkammer 3B der Hochdruckpumpe 3 misst.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 umfasst ebenso einen Maschinengeschwindigkeitssensor 13, der die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle der Maschine 8 misst, und einem Gaspedalpositionssensor (nicht dargestellt), der die Position eines Gaspedals (d.h. eine Betätigung des Fahrers an dem Gaspedal) misst, auf. Ausgaben der Sensoren 10 bis 13 und des Gaspedalpositionssensors werden, wie in 1(b) dargestellt, in die ECU 7 eingegeben.
Die Sensoren 10 bis 13 und der Gaspedalpositionssensor führen die Ausgabe der Signale an die ECU 7 fort. Die ECU 7 fragt diese jedoch zu einem Zeitintervall ab, das durch ein gegebenes Programm ausgewählt wird.
Die ECU 7 wird durch einen typischen Mikrocomputer, der mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und einem nicht-flüchtigen Speicher, wie beispielsweise einem Flash-Speicher ausgestattet ist, realisiert und sie dient dazu, die Vorgänge des Vorhub-Steuerventils 3C, des Druckminderungsventils 5 und der Kraftstoffinjektoren 6 zu steuern. Ein Abführdruckberechnungs-/Steuerprogramm, das nachstehend ausführlich beschrieben wird, ist in dem ROM (d.h. dem nicht-flüchtigen Speicher) gespeichert.
Steuerbetrieb des Kraftstoffeinspritzsystems (ECU)
Drucksteuerung
Die ECU 7 fragt Parameter wie beispielsweise die Geschwindigkeit der Maschine 8 und die Position des Gaspedals ab, welche Betriebsbedingungen der Maschine 8 aufzeigen, und sie sucht in einem Steuerkennfeld, das in dem ROM gespeichert ist, um die Zeit (d.h. die Einspritzzeitvorgabe), zu der jeder der Kraftstoffinjektoren 6 geöffnet oder geschlossen werden soll, sowie einen Zieldruck Tp in der Sammelleitung 4 zu bestimmen. Die ECU 7 steuert anschließend die Vorgänge des Vorhub-Steuerventils 3C und des Druckminderungsventils 5, um den Druck in der Sammelleitung 4 mit dem Zieldruck Tp in Übereinstimmung zu bringen.
Insbesondere berechnet die ECU 7 die Flussrate (diese wird ebenso als eine erforderliche Flussrate Qn nachstehend bezeichnet), zu welcher ein Zuführen des Kraftstoffs der Sammelleitung 4 in jedem Kraftstoffeinspeisezyklus erforderlich ist, um den Druck in der Sammelleitung 4 mit dem Zieldruck Tp in Übereinstimmung zu bringen, und sie misst die Flussrate (diese wird nachstehend ebenso als ein tatsächliche Flussrate Qr bezeichnet), mit welcher der Kraftstoff tatsächlich von der Hochdruckpumpe 3 in die Sammelleitung 4 eingespeist worden ist.
Die ECU 7 berechnet danach eine Flussrate des Kraftstoffs (die nachstehend ebenso als eine F/B-Flussrate Qf bezeichnet wird), die erforderlich ist, um den Druck in der Sammelleitung 4 mit dem Zieldruck Tp in Übereinstimmung zu bringen, mit anderen Worten, um die tatsächliche Flussrate Qr basierend auf einer Differenz zwischen der erforderlichen Flussrate Qn und der tatsächlichen Flussrate Qr mit der erforderlichen Flussrate Qn in Kongruenz zu bringen. Die ECU 7 steuert den Betrieb der Hochdruckpumpe 3, um den Kraftstoff mit der Flussrate, welche die Summe der erforderlichen Flussraten Qn und der F/B-Flussrate Qf beträgt, abzuführen.
Wenn insbesondere die erforderliche Flussrate Qn gleich oder größer als Null (0) ist, steuert die ECU 7 den Betrieb des Vorhub-Steuerventils 3C, um die Ausgabe des Kraftstoffs von der Hochdruckpumpe 3 bei einer Flussrate zu steuern, welche die Summe der erforderlichen Flussrate Qn und der F/B-Flussrate Qf beträgt. Wahlweise lässt die ECU 7 das Vorhub-Steuerventil 3C geöffnet, um keinen Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 3 abzuführen, und öffnet das Druckminderungsventil 5, wenn die erforderliche Flussrate Qn niedriger als Null ist.
Die ECU 7 dient als ein PID (Proportional-Integral-Differential) Controller, um die Vorgänge der Hochdruckpumpe 3 (d.h. des Vorhub-Steuerventils 3C) und des Druckminderungsventils 5 zu steuern. Die ECU 7 bestimmt Verstärkungen in dem PID-Algorithmus, die verwendet werden, um die F/B-Flussrate Qf zum Steuern der Hochdruckpumpe 3 (d.h. des Vorhub-Steuerventils 3C) zu berechnen, sowie Verstärkungen, die verwendet werden, um die F/B-Flussrate Qf zum Steuern des Druckminderungsventils 5 zu berechnen, voneinander unabhängig.
Der Kolben 3A der Hochdruckpumpe 3 bewegt sich, wie obenstehend beschrieben, synchron mit der Geschwindigkeit der Maschine 8 hin und her, so dass er sich synchron mit einer Hin- und Herbewegung der Ventile der Maschine 8 nach oben und unten bewegt. Die ECU 7 beginnt daher die erforderliche Flussrate Qn und die tatsächliche Flussrate Qr jedes Mal dann zu berechnen, wenn der Kolben 3A den oberen Totpunkt erreicht, um die Vorgänge der Hochdruckpumpe 3 und des Druckminderungsventils 5 zu steuern.
Insbesondere vervollständigt die ECU 7 die Berechnung der erforderlichen Flussrate Qn und der tatsächlichen Flussrate Qr und gibt ein Steuersignal (dieses wird nachstehend ebenso als Befehlssignal bezeichnet) an die Hochdruckpumpe 3 (d.h. das Vorhub-Steuerventil 3C) oder an das Druckminderungsventil 5 aus, bevor die Hochdruckpumpe 3 in den Vorhub-Zyklus eintritt, d.h. während des Ansaugzyklus der Hochdruckpumpe 3. Mit anderen Worten nimmt die ECU 7 jedes Mal die Berechnung der erforderlichen Flussrate Qn und der tatsächlichen Flussrate Qr vor, wenn der Kolben 3A eine Runde durchläuft, und sie gibt das Steuersignal aus, um die Hochdruckpumpe 3 (d.h. das Vorhub-Steuerventil 3C) oder das Druckminderungsventil 5 zu betreiben.
Die erforderliche Flussrate Qn und die tatsächliche Flussrate Qr werden durch die volumetrische Flussrate und nicht durch die Massenflussrate ausgedrückt, und sie ändern sich mit einer Veränderung von entweder der Temperatur oder dem Druck des Kraftstoffs. Die erforderliche Flussrate Qn und die tatsächliche Flussrate Qr, wie sie nachstehend bezeichnet werden, werden durch eine Flussrate des Kraftstoffs in einer Bezugsbedingung definiert, beispielsweise wenn die Temperatur des Kraftstoffs 40 Grad und der Druck des Kraftstoffs eine Atmosphäre beträgt.
Berechnung der erforderlichen Flussrate Qn
Die ECU 7 berechnet die erforderliche Flussrate Qn basierend auf der Menge des Kraftstoffs, die durch den Kraftstoffinjektor 6 in diesem Einspritzyklus eingespritzt werden soll, der Menge des Kraftstoffs, die von dem Kraftstoffinjektor 6 in diesem Einspritzzyklus abfließen soll, und einer Druckdifferenz ΔP zwischen dem Zieldruck Tp und dem Druck in der Sammelleitung 4, der durch den Drucksensor 10 gemessen wird.
Dieser Einspritzzyklus ist, wie obenstehend beschrieben, ein Intervall zwischen einem Beginn der ECU 7 zum Berechnen der erforderlichen Flussrate Qn, d.h. wenn der Kolben 3A den oberen Totpunkt erreicht hat (dies wird nachstehend ebenso als eine Berechnungsstartzeit bezeichnet), und einem nachfolgenden Beginn der ECU 7 zum Berechnen der erforderlichen Flussrate Qn. Die Kraftstoffmenge, die von dem Kraftstoffinjektor 6 eingespritzt werden soll, wird in einer bekannten Weise als eine Funktion der Parameter, wie beispielsweise der Position des Gaspedals und der Geschwindigkeit der Maschine 8, welche die Betriebsbedingungen der Maschine 8 aufzeigen, bestimmt.
Eine Zielkraftstoffmenge, die in diesem Einspritzzyklus in die Maschine 8 eingespritzt werden soll, wird durch das Steuersignal von der ECU 7 befohlen und ist mit der Kraftstoffmenge des Kraftstoffinjektors 6, die in diesem Einspritzzyklus zum Einspritzen erforderlich ist, im Wesentlichen identisch. Wenn jedoch die Zielmenge des Kraftstoffs kleiner als eine vorbestimmte minimale Menge ist, weist die ECU 7 den Kraftstoffinjektor 6 dazu an, in diesem Einspritzzyklus die minimale Kraftstoffmenge einzuspritzen.
Die zu erwartende Kraftstoffmenge, die in diesem Einspritzzyklus von dem Kraftstoffinjektor 6 abläuft, wird durch Heraussuchen unter Verwendung eines Kennfelds berechnet, das in dem ROM gespeichert ist und die abgelaufene Kraftstoffmenge als eine Funktion von Parametern, wie beispielsweise der Einspritzdauer (d.h. der Länge der Zeit, in welcher der Kraftstoffinjektor 6 geöffnet ist) und der Temperatur und des Drucks des Kraftstoffs, aufzeigt.
Der Zieldruck Tp wird zu der Berechnungsstartzeit bestimmt. Die Druckdifferenz ΔP ergibt sich aus einer Differenz zwischen dem Zieldruck Tp und dem Druck in der Sammelleitung 4, der durch den Drucksensor 10 zu der Startzeit gemessen wird.
Wenn die berechnete erforderliche Flussrate Qn größer als eine maximal mögliche Flussrate ist, die eine maximale Kapazität der Hochdruckpumpe 3 ist, bestimmt die ECU 7 die maximal mögliche Flussrate als die erforderliche Flussrate Qn. Wahlweise bestimmt die ECU 7 die minimale mögliche Flussrate als die erforderliche Flussrate Qn, wenn die berechnete erforderliche Flussrate Qn kleiner als eine minimale mögliche Flussrate ist, welche die minimale Kapazität der Hochdruckpumpe 3 ist.
Die maximale Flussrate und die minimale Flussrate, die zum Abführen des Kraftstoffdrucks durch die Hochdruckpumpe 3 zulässig sind, hängen von der Dimension (d.h. Größe der Druckkammer 3B), der Kraftstoffmenge, die von der Druckkammer 3B ausläuft und dem Totvolumen der Druckkammer 3B (d.h. das Kraftstoffvolumen, das zwangsläufig in der Druckkammer 3B verbleibt) ab. Die auslaufende Kraftstoffmenge und das Totvolumen verändern sich üblicherweise mit einer Veränderung der Temperatur oder des Drucks des Kraftstoffs.
Berechnung der tatsächlichen Flussrate Qr
Wenn der Kraftstoff in die Sammelleitung 4 eingespeist wird, führt dies zu einem Ansteigen des Drucks des Kraftstoffs in der Sammelleitung 4. Umgekehrt resultiert ein Abfall des Drucks des Kraftstoffs in der Sammelleitung 4, wenn der Kraftstoff aus der Sammelleitung 4 abgeführt wird. Daher berechnet die ECU 7 die tatsächliche Flussrate Qr basierend auf einer Veränderung des Drucks bei dem der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 3 für ein gegebenes Zeitintervall abgeführt worden ist, sowie die Kraftstoffmenge, die von dem Kraftstoffinjektor 6 für dieses Zeitintervall eingespritzt worden ist.
Das oben genannte Zeitintervall, wie es hier bezeichnet wird, liegt zwischen der derzeitigen Berechnungsstartzeit und der vorausgehenden Berechnungsstartzeit, mit anderen Worten, zwischen dem letzten Erreichen des oberen Totpunkts von dem Kolben 3A und dem Erreichen des oberen Totpunkts in dem früheren Hub. Dieses Zeitintervall wird nachstehend ebenso als ein Letzte-Berechnung-zu-Berechnung-Intervall bezeichnet.
Grundsätzlich bestimmt die ECU 7 aus der Summe der Kraftstoffmenge (diese wird nachstehend ebenso als Zieleinspritzsmenge oder Befehlseinspritzmenge bezeichnet), die dem Kraftstoffinjektor 6 durch das Steuersignal, das von der ECU 7 ausgegeben wird, in dem Letzte-Berechnung-zu-Berechnung-Intervall zum Einspritzen angewiesen wurde, und der Kraftstoffmenge, die von dem Kraftstoffinjektor 6 in dem Letzte-Berechnung-zu-Berechnung-Intervall abläuft, als die Kraftstoffmenge, die zu dem Kraftstoffinjektor 6 zugeführt und von diesem eingespritzt worden ist.
Wenn jedoch die Zieleinspritzmenge kleiner als eine vorbestimmte minimale Einspritzmenge ist, bestimmt die ECU 7 die Summe aus der minimalen Einspritzmenge und der Kraftstoffmenge, die in dem vorhergehenden Einspritzzyklus von dem Kraftstoffinjektor 6 abgelaufen ist, als die Kraftstoffmenge, die in dem vorhergehenden Einspritzzyklus zu dem Kraftstoffinjektor 6 zugeführt und von diesem eingespritzt worden ist. Die Kraftstoffmenge, die von dem Kraftstoffinjektor 6 abläuft, verändert sich üblicherweise mit einer Veränderung der Einspritzdauer (d.h. die Länge der Zeit, in welcher der Kraftstoffinjektor geöffnet ist) oder der Temperatur oder des Drucks des Kraftstoffs.
Der Drucksensor 10 ist, wie obenstehend beschrieben, in der Sammelleitung 4 näher zu den Kraftstoffinjektoren 6 als zu dem Auslass der Hochdruckpumpe 3 angeordnet. Es besteht daher eine große Problematik, dass die Ausgabe des Drucksensors 10 aufgrund der Druckausbreitung nicht mit dem Kraftstoffdruck, der tatsächlich von der Hochdruckpumpe 3 abgeführt wird, identisch ist, wie im einleitenden Teil der Anmeldung dargelegt ist.
Die Berechnung der tatsächlichen Flussrate Qr unter Verwendung einer Veränderung des Kraftstoffdrucks, der durch den Drucksensor 10 direkt bemessen wird, kann daher zu einem Fehler desselben führen. Um dieses Problem zu lösen, ist das Kraftstoffeinspritzsystem 1 dieser Ausführungsform dazu ausgestaltet, eine Abführdruck-Berechnungsaufgabe durchzuführen, um einen Pumpenabführdruck zu berechnen, welcher zu der Berechnungsstartzeit der Kraftstoffdruck an dem Auslass der Hochdruckpumpe 3 im Hinblick auf die Druckausbreitungszeit ist, und die tatsächliche Flussrate Qr unter Verwendung des Pumpenabführdrucks zu bestimmen.
Abführdruck-Berechnungsaufgabe
Grundzug der Abführdruckberechnung
Die Abführdruck-Berechnungsaufgabe wird durch die ECU 7 ausgeführt, wenn ein Berechnen der tatsächlichen Flussrate Qr erforderlich ist. Das Programm einer solchen Aufgabe ist in dem ROM der ECU 7 gespeichert.
Wenn eine gegebene Zeit erreicht ist bevor mit der Ausführung der Abführungs-Berechnungsaufgabe begonnen wurde, z.B. wenn der Nockenwinkel der Maschine 8 innerhalb des Letzte-Berechnung-zu-Berechnung-Intervalls 30° (Grad) erreicht, fragt die ECU 7 die Ausgabe des Drucksensors 10 ab und speichert sie in dem RAM als gemessenen Druck Psens ab.
Die ECU 7 addiert die Zeit T1 (siehe 3), die zwischen dem Beginn des Abfragens der Ausgabe des Drucksensors 10 zum Bestimmen des Drucks Psens und der Berechnungsstartzeit (d.h. die Zeit, zu der begonnen wird den Pumpenabführdruck zu berechnen) vergangen ist, zu der Zeit T2, welche der Druck benötigt, um sich von dem Auslass der Hochdruckpumpe 3 auf den Drucksensor 10 zu übertragen, um eine Druckänderungskompensationszeit Tp zu bestimmen.
Nachfolgend berechnet die ECU 7 eine Änderungsmenge ΔQ, welche eine Änderung der Kraftstoffmenge ist, die in der Druckänderungskompensationszeit Tp in der Sammelleitung 4 verbleibt, und wandelt diese in eine Druckänderung ΔP um. Die ECU 7 berechnet eine Summe aus der Druckänderung ΔP und dem gemessenen Druck Psens, um einen Pumpenabführdruck Ptop der Hochdruckpumpe 3 zu bestimmen.
Der gemessene Druck Psens ist, wie aus 3 hervorgeht, der Kraftstoffdruck, der zu der Zeit T1 vor der Berechnungsstartzeit abgefragt wird, das heißt die ECU 7 berechnet den Pumpenabführdruck und bestimmt ebenfalls die tatsächliche Flussrate Qr, mit Ausnahme des Kraftstoffdrucks vor der Berechnungsstartzeit (dieser wird nachstehend ebenso als ein Ausbreitungszeit-Vorher-Abführdruck Pt bezeichnet), der von der Hochdruckpumpe 3 in der Druckänderungskompensationszeit Tp abgeführt wird (d.h. Zeit T1 + Zeit T2), da es die Zeit T2 dauert, bis sich der Druck von dem Auslass der Hochdruckpumpe 3 zu dem Drucksensor 10 ausgebreitet hat.
Innerhalb der Druckänderungskompensationszeit Tp wird der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 3 in die Sammelleitung 4 eingespeist und ebenso von der Sammelleitung 4 durch die Kraftstoffinjektoren 6 oder das Druckminderungsventil 5 abgeführt. Wenn sich die Kraftstoffmenge in der Sammelleitung 4 um die Mengenänderung ΔQ geändert hat, muss sich dementsprechend der Druck, mit dem der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 3 abgeführt wird, von dem Ausbreitungszeit-Vorher-Abführdruck Pt um die Druckänderung ΔP, die der Mengenänderung ΔQ entspricht, geändert haben.
Die ECU 7 addiert daher den gemessenen Druck Psens (d.h. den Ausbreitungszeit-Vorher-Abführdruck Pt) zu der Druckänderung ΔP, die eine Veränderung des Kraftstoffdrucks ist, in welche die Mengenänderung ΔQ des Kraftstoffs, der innerhalb der Druckänderungskompensationszeit Tp innerhalb der Sammelleitung 4 verbleibt, umgewandelt wird, um dem Pumpenabführdruck Ptop zu herzuleiten.
Es ist zu beachten, dass die Druckänderung ΔP einen positiven Wert hat, wenn die Mengenänderung ΔQ einen positiven Wert hat, wohingegen die Druckänderung ΔP einen negativen Druck hat, wenn die Mengenänderung ΔQ einen negativen Wert hat, und wenn die Mengenänderung Q 0 ist, ist die Druckänderung ΔQ 0.
Einzelheiten der Abführdruckberechnung
4 ist ein Flussdiagramm einer Sequenz von logischen Schritten oder einem Programm, das durch die ECU 7 zum Berechnen des Pumpenabführdrucks ausgeführt wird. Das Programm wird beim Einschalten eines Startschalters, wie beispielsweise einem Zündschloss eines Automobils, initiiert und beim Ausschalten des Startschalters beendet.
Nach Eintritt in das Programm fährt die Routine bei Schritt S1 fort, bei dem basierend auf der Ausgabe von dem Maschinengeschwindigkeitssensor 13 bestimmt wird, ob sich der Kolben A in einer gegebenen Winkelposition (z.B. 30°) hinter dem oberen Totpunkt befindet oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass sich der Kolben 3A nicht an der gegebenen Winkelposition befindet, wiederholt die Routine Schritt S1.
Wenn anderenfalls eine JA-Antwort bei Schritt S1 erhalten wird, fährt die Routine zu Schritt S5 fort, wobei die Ausgabe des Drucksensors 10 abgefragt und in dem RAM als gemessener Druck Psens gespeichert wird. Die Routine fährt bei Schritt S10 fort, wobei bestimmt wird, ob sich der Kolben 3A an dem oberen Totpunkt befindet oder nicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, wiederholt die Routine Schritt S10.
Wenn anderenfalls eine JA-Antwort erhalten wird, fährt die Routine bei Schritt S15 fort, wobei die Geschwindigkeit der Maschine 8 größer als ein gegebener Wert ist oder nicht. Falls eine JA-Antwort erhalten wird, setzt die Routine bei Schritt S20 fort, wobei die Mengenänderung ΔQ, die eine Änderung der Kraftstoffmenge ist, die in der Sammelleitung 4 verbleibt, bestimmt wird.
Insbesondere berechnet die ECU 7 eine theoretische Menge ΔQp des Kraftstoffs, der von der Hochdruckpumpe 3 innerhalb der Druckänderungskompensationszeit Tp abgeführt wird, eine Menge ΔQinj des Kraftstoffs, der von den Kraftstoffinjektoren 6 innerhalb der Druckänderungskompensationszeit Tp eingespritzt wird, sowie eine Menge ΔQprv, die innerhalb der Druckänderungskompensationszeit Tp von dem Druckminderungsventil 5 abläuft, und anschließend bestimmt sie die Mengenänderung ΔQ übereinstimmend mit einem Verhältnis von ΔQ = ΔQp - ΔQinj - ΔQprv.
Die theoretische Menge ΔQp des Kraftstoffs, der von der Hochdruckpumpe innerhalb der Druckänderungskompensationszeit Tp abgeführt wird, wird als eine Funktion des Volumens der Druckkammer 3B berechnet (dieses wird nachstehend ebenso als ein Hochdruckkammervolumen V bezeichnet), wenn sich der Kolben 3A an dem oberen Totpunkt befindet und das Vorhub-Steuerventil 3C geschlossen ist. Die Menge ΔQinj des Kraftstoffs, der von den Kraftstoffinjektoren 6 innerhalb der Druckänderungskompensationszeit tP eingespritzt wird, wird basierend auf einer Dauer, in welcher der Kraftstoff von den Kraftstoffinjektoren 6 eingespritzt worden ist, und dem Pegel des Drucks in der Sammelleitung 4 zu dieser Zeit bestimmt. Die Menge ΔQprv, die innerhalb der Druckänderungskompensationszeit Tp von dem Druckänderungsventil 5 abläuft wird basierend auf einer Dauer, in welcher der Kraftstoff von dem Druckminderungsventil 5 abgelaufen ist, und dem Pegel des Drucks in der Sammelleitung 4 zu dieser Zeit bestimmt.
Nachdem die Mengenänderung ΔQ bei Schritt S20 erhalten wurde, setzt die Routine bei Schritt S25 fort, wobei die Mengenänderung ΔQ in die Druckänderung ΔP umgewandelt wird, indem das Produkt aus der Mengenänderung ΔQ und einem Kompressionsmodul K des Kraftstoffs durch das Hochdruckkammervolumen V dividiert wird (d.h. ΔP = ΔQ x K/V). Danach setzt die Routine bei Schritt S30 fort, wobei die Summe des gemessenen Drucks Psens und der Druckänderung ΔP als Pumpenabführdruck Ptop definiert wird.
Falls bei Schritt S15 eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass die Maschinengeschwindigkeit 8 kleiner als der gegebene Wert ist, setzt die Routine bei Schritt S35 fort, wobei die Ausgabe des Drucksensors 10 als Pumpenabführdruck Ptop bestimmt wird.
Nachdem der Pumpenabführdruck Ptop in Schritt S30 oder S35 erhalten wurde, setzt die Routine bei Schritt S40 fort, wobei die Ausgabe des Drucksensors 10 als gemessener Druck Ps abgefragt wird. Die Routine setzt bei Schritt S45 fort, wobei bestimmt wird, ob der gemessene Druck Ps gleich oder größer als ein gegebener Pegel ist oder nicht. Wenn eine JA-Antwort erhalten wird, setzt die Routine bei Schritt S50 fort, wobei der Pumpenabführdruck Ptop erneut durch den gemessenen Druck Ps, der bei Schritt S40 erhalten wird, bestimmt wird.
Wenn anderenfalls eine NEIN-Antwort bei Schritt S45 erhalten wird, was bedeutet, dass der gemessene Druck Ps niedriger als der gegebene Pegel ist, wird der Pumpenabführdruck Ptop nicht zurückgesetzt. Insbesondere wird der Druck, der bei Schritt S30 oder S35 erhalten wird, in Schritt S55 in einer Berechnung der tatsächlichen Flussrate Qr als Pumpenabführdruck Ptop verwendet. Die Hochdruckpumpe 3 (d.h. das Vorhub-Steuerventil 3C) und das Druckminderungsventil 5 werden anschließend in ihrem Betrieb gesteuert. Danach kehrt die Routine zu Schritt S1 zurück.
Falls der Pumpenabführdruck Ptop durch den gemessenen Druck Ps bei Schritt S50 gegeben ist, wird dieser bei Schritt S55 verwendet, um die tatsächliche Flussrate Qr zu berechnen. Die Hochdruckpumpe 3 (d.h. das Vorhub-Steuerventil 3C) und das Druckminderungsventil 5 werden anschließend in ihrem Betrieb gesteuert. Danach kehrt die Routine zu Schritt S1 zurück.
Merkmale des Kraftstoffeinspritzsystems
Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 dient dazu, die Ausgabe des Drucksensors 10 (d.h. den gemessenen Druck Psens) unter Verwendung der Druckänderung ΔP, die von der Mengenänderung ΔQ des Kraftstoffs innerhalb der Druckänderungskompensationszeit Tp abhängt, zu korrigieren, um den Pumpenabführdruck Ptop zu bestimmen. Mit anderen Worten kompensiert das Kraftstoffeinspritzsystem 1 einen Fehler, der durch die Druckausbreitung entsteht, um den Druck, mit dem der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 3 abgeführt wird (d.h. der Kraftstoffdruck an dem Auslass der Hochdruckpumpe 3) genau zu bestimmen.
Der Pumpenabführdruck kann direkt und genau basierend auf der Ausgabe des Drucksensors 10 bestimmt werden, die nach Ablauf einer Dauer (d.h. der Ausbreitungszeit T2) abgefragt wird, die der Druck zum Ausbreiten von dem Auslass der Hochdruckpumpe 3 zu dem Drucksensor 10 benötigt.
Wenn jedoch ein Wert, der durch Dividieren der Summe t1 aus einer Stellzeit des Vorhub-Steuerventils 3C und einer Berechnungszeit, in welcher die Zeit berechnet wird, wann das Vorhub-Steuerventil 3C zu stellen ist, durch eine Zykluszeit t2 (d.h. die Zeit, die der Kolben 3A zum Durchlaufen einer Runde benötigt) erhalten wird, und der ebenso als ein Betriebszeitverhältnis η bezeichnet wird, groß ist, und die ECU 7 nach Ablauf der Ausbreitungszeit T2 beginnt, den Betrieb des Vorhub-Steuerventils 3C zu steuern, kann es dazu kommen, dass der Kolben 3A bereits in den nachfolgenden Zyklus eingetreten ist, wenn begonnen worden ist, das Vorhub-Steuerventil 3C zu stellen. In einem solchen Fall ist es unmöglich die Menge oder Flussrate des Kraftstoffs, der von der Hochdruckpumpe 3 abgeführt wird, genau zu steuern.
Wenn umgekehrt das Betriebszeitverhältnis η klein ist, bedeutet dies, dass ein Verhältnis der Stellzeit des Vorhubsteuerventils 3C zu der einen Zykluszeit t2 klein ist, und somit ist es der ECU 5 möglich, das Vorhubsteuerventil 3C innerhalb der einen Zykluszeit t2 vollständig zu stellen. Dies erlaubt es schließlich, die Mengen- oder Flussrate des Kraftstoffs, die von der Hochdruckpumpe 3 abgeführt wird, zu steuern.
Wenn das Betriebszeitverhältnis η größer als ein gegebener Wert ist, und die ECU 7 die oben genannte Abführdruck-Berechnungsaufgabe zum Bestimmen des Pumpenabführdrucks Ptop durchführt, wird es daher für die ECU 7 möglich, das Steuern des Betriebs des Vorhub-Steuerventils 3C vor Ablauf der Ausbreitungszeit T2 zu beginnen, um die Flussrate des Kraftstoffs, der von der Hochdruckpumpe 3 abgeführt wird, genau zu regeln.
Der Abführdruck der Hochdruckpumpe 3 und der Druck des Kraftstoffs, der von den Kraftstoffinjektoren 6 eingespritzt wird, kann unter Verwendung von zwei Drucksensoren genau gemessen werden: einer ist in dem Auslass der Hochdruckpumpe 3 angebracht und der andere ist in der Nähe der Injektoren 6 angebracht, allerdings führt dies zu einer ungewünschten Zunahme der Herstellungskosten des Kraftstoffeinspritzsystems 1.
Die Abführdruck-Berechnungsaufgabe dient, wie oben beschrieben dazu, den Abführdruck der Hochdruckpumpe 3 ohne Verwendung der zwei Drucksensoren genau zu bestimmen und führt nicht zu der Zunahme der Herstellungskosten des Kraftstoffeinspritzsystems 1.
Die Summe t1 aus der Stellzeit des Vorhub-Steuerventils 3C und der Berechnungszeit, die zum Berechnen der Zeit erforderlich ist, zu der das Hubsteuerventil 3C gestellt werden soll, kann als eine konstante Zeit behandelt werden. Die Zeit, welche der Kolben 3A benötigt, um sich nach oben und unten zu bewegen (d.h. die eine Zykluszeit t2), nimmt mit einer Zunahme der Maschinengeschwindigkeit 8 ab.
Wenn die Maschinengeschwindigkeit 8 einen Bezugswert, der dem Betriebszeitverhältnis η entspricht, überschreitet, führt die ECU 7 daher die Abführdruck-Berechnungsaufgabe aus, um den Pumpenabführdruck Ptop zu bestimmen. Wenn die Maschinengeschwindigkeit 8 niedriger als der Bezugswert ist (siehe Schritt S15), bestimmt die ECU 7 den gemessenen Druck Psens als Pumpenabführdruck Ptop.
Wenn die Hochdruckpumpe 3 oder die Kraftstoffinjektoren 6 ordnungsgemäß betrieben werden, wird die Ausgabe der Drucksensoren 10 nicht übermäßig groß sein, wenn sie jedoch fehlerhaft betrieben werden, kann dies bewirken, dass die Ausgabe der Drucksensoren 10 einen Wert aufweist, der den normal eingestellten Druck überschreitet. Demgegenüber ist das Kraftstoffeinspritzsystem 1 derart ausgestaltet, dass die ECU 7 den Abführdruck der Hochdruckpumpe 3 durch die Abführdruck-Berechnungsaufgabe als Pumpenabführdruck Ptop bestimmt und diesen bei der Steuerung des Betriebs der Hochdruckpumpe 3 oder des Druckminderungsventils 5 verwendet, um den Druck in der Sammelleitung 4 mit einem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen, wenn die Ausgabe des Drucksensors 10 während der Ausführung der Abführdruck-Berechnungsaufgabe einen Wert aufweist, der niedriger als ein Bezugsdruck ist (siehe eine NEIN-Antwort in Schritt S45). Anderenfalls verwendet die ECU 7 den gemessenen Druck Psens direkt als Pumpenabführdruck Ptop bei der Steuerung des Betriebs der Hochdruckpumpe 3 oder des Druckminderungsventils 5, wenn die Ausgabe des Drucksensors 10 einen Wert aufweist, der gleich oder höher als der Bezugsdruck ist (siehe eine JA-Antwort in Schritt S45), wodurch erlaubt wird, dass der Druck in der Sammelleitung 4 schnell innerhalb eines zulässigen Druckbereichs abnimmt. Dies führt zu einer verbesserten Zuverlässigkeit des Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems 1.
Die Abführdruck-Berechnungsaufgabe in 4 führt Schritt S45 aus, um einen Vergleich zwischen dem Druck Ps, der bei Schritt S40 gemessen wird, und dem gegebenen Pegel vorzunehmen. Die erforderliche Zeit zum Vervollständigen der Vorgänge bei den Schritten S1 bis S45 ist sehr kurz. Daher kann der Kraftstoffdruck, der bei Schritt S40 erhalten wird, so betrachtet werden, dass er auf die Initiierung der Abführdruck-Berechnungsaufgabe hin gemessen wird. Üblicherweise wird der gemessene Druck Psens beeinträchtigt, wenn der Kraftstoffdruck unter Verwendung des Drucksensors 10 gemessen wird während der Kraftstoff von den Kraftstoffinjektoren 6 eingespritzt wird oder von dem Druckminderungsventil 5 abläuft, was zu einem Fehler in der Bestimmung des Pumpenabführdrucks Ptop führt. Um einen solchen Fehler zu beseitigen, berechnet das Kraftstoffeinspritzsystem 1 den Pumpenabführdruck Ptop derart, dass die Druckänderung ΔP kompensiert wird, die basierend auf der Mengenänderung ΔQ des Kraftstoffs hergeleitet wird, der in der Druckänderungskompensationszeit Tp in der Sammelleitung 4 verbleibt, das heißt, die theoretische Menge ΔQp des Kraftstoffs, der von der Hochdruckpumpe 3 abgeführt wird, die Menge ΔQinj des Kraftstoffs, der von den Kraftstoffinjektoren 6 eingespritzt wird, und die Menge ΔQprv, die von dem Druckminderungsventil 5 abläuft, wodurch die Genauigkeit der Bestimmung des Pumpenabführdrucks Ptop sichergestellt wird.
Mit anderen Worten ist das Kraftstoffeinspritzsystem 1 so ausgestaltet, dass eine Differenz in der Zeit zwischen einem Abfragen der Ausgabe des Drucksensors 10 und einem Einspritzen des Kraftstoffs von den Kraftstoffinjektoren 6, oder einem Ablaufen von dem Druckminderungsventil 5 kompensiert wird, um den Druck zu berechnen, mit dem der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 3 abgeführt wird.
Modifikationen
Das obenstehend diskutierte Kraftstoffeinspritzsystem 1 wird an der Dieselmaschine 8 des Common-Rail-Typs verwendet, allerdings kann es dazu ausgestaltet sein, an normalen Dieselmaschinen oder Benzin-Direkteinspritzungsmaschinen verwendet zu werden.
Die erforderliche Kraftstoffmenge Qn oder die tatsächliche Flussrate Qr kann wahlweise auf eine andere Weise als die oben beschriebene bestimmt werden.
Die Hochdruckpumpe 3 ist ein Vorhub-Anpassungstyp, allerdings kann sie durch einen anderen Pumpentyp realisiert werden.
Wenn der gemessene Druck Psens, der durch den Drucksensor 10 zu der Berechnungsstartzeit erhalten wird, kleiner als ein eingestellter Wert ist, verwendet die ECU 7 den Druck, der durch die Abführdruck-Berechnungsaufgabe des Pumpenabführdruck Ptop bestimmt wird, um den Betrieb der Hochdruckpumpe 3 oder des Druckminderungsventils 5 zu steuern, allerdings kann sie die Schritte S40 bis S50 auslassen und den Pumpenabführdruck Ptop verwenden, der durch die Abführdruck-Berechnungsaufgabe bestimmt wird, um den Betrieb der Hochdruckpumpe 3 oder des Druckminderungsventils 5 unbeachtet des gemessenen Drucks Psens zu steuern.
Wenn das Betriebszeitverhältnis η größer als ein eingestellter Wert ist, d.h. die Maschinengeschwindigkeit 8 ist gleich oder größer als ein eingestellter Wert ist, bestimmt die ECU 7 den Pumpenabführdruck Ptop durch die Abführdruck-Berechnungsaufgabe, um einen Fehler zu kompensieren, der durch die Ausbreitungszeit des Kraftstoffdrucks entsteht, allerdings kann sie den Pumpenabführdruck Ptop ungeachtet des Betriebszeitverhältnisses η berechnen.
Die Summe t1 aus der Stellzeit des Vorhub-Steuerventils 3C und der erforderlichen Berechnungszeit, zum Berechnen der Zeit, zu der das Vorhub-Steuerventil 3C gestellt werden soll, kann als konstante Zeit behandelt werden. Daher bewertet die ECU 7 das Betriebszeitverhältnis η lediglich basierend auf der Maschinengeschwindigkeit 8, allerdings kann sie das Betriebszeitverhältnis η als abhängig von einer Veränderung der Stellzeit des Vorhub-Steuerventils 3C auffassen, oder die erforderliche Berechnungszeit zum Berechnen der Zeit, zu der das Vorhub-Steuerventil 3C gestellt werden soll, als Null voraussetzen, um das Betriebszeitverhältnis η zu bestimmen.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 kann mit einem Druckbegrenzungsventil (relief valve) anstatt eines Druckminderungsventils 5 ausgestattet sein. Beispielsweise kann ein Druckbegrenzungsventil, das in den Japanese Industrial Standards B 0125, Nr. 14-1 spezifiziert ist, verwendet werden, um einen übermäßigen Druck in der Sammelleitung 4 abzubauen.
Wenn der Kolben 3A in der Hochdruckpumpe 3 30° nach dem oberen Totpunkt erreicht, fragt die ECU 7 die Ausgabe des Drucksensors 10 (d.h. den gemessenen Druck Psens) als Kraftstoffdruck ab, bevor begonnen wird, den Abführdruck der Hochdruckpumpe 3 zu berechnen, allerdings kann dieser zu einer anderen Zeit gemessen werden.
Der Drucksensor 10 kann wahlweise entweder in einem der Kraftstoffinjektoren 6, der Hochdruckpumpe 3, oder einem Hochdruckkraftstoffweg, der zu den Kraftstoffinjektoren 6, der Sammelleitung 4 und der Hochdruckpumpe 3 führt, angebracht sein.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, um ein besseres Verständnis derselben zu erleichtern, sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Arten ausgeführt werden kann ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher ist die Erfindung so zu verstehen, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen der gezeigten Ausführungsformen umfasst, die ohne Abweichen von dem Prinzip der Erfindung, das in den zugehörigen Ansprüchen festgelegt ist, ausführbar sind.

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem, ausgestaltet zum Zuführen von Kraftstoff zu einer Verbrennungsmaschine, aufweisend: eine Pumpe, die einen Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank gespeichert ist, unter Druck setzt und von einem Auslass derselben in einen Kraftstoffweg einspeist; einen Kraftstoffinjektor, der zum Einspritzen des Kraftstoffs dient, der von dem Kraftstoffweg zu einer Verbrennungsmaschine zugeführt wird; einen Drucksensor, der in einem Bereich des Kraftstoffwegs näher zu dem Kraftstoffinjektor als zu dem Auslass der Pumpe angeordnet ist, wobei der Drucksensor eine Ausgabe erzeugt, die einen Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffweg anzeigt; und einen Berechner, der die Ausgabe des Drucksensors abfragt, und der einen Pumpenabführdruck, der ein Druck ist, mit dem der Kraftstoff von der Pumpe abgeführt wird, basierend auf dem Druck, der durch den Drucksensor gemessen wird, berechnet, um einen Betrieb der Pumpe basierend auf dem Pumpenabführdruck zu steuern, wobei der Berechner eine Druckänderungskompensationszeit-Berechnugsaufgabe, eine Mengenänderungs-Berechnungsaufgabe, eine Umwandlungsaufgabe und eine Abführdruck-Berechnungsaufgabe durchführt, wobei die Druckänderungskompensationszeit-Berechnungsaufgabe darin besteht, zu einer Zeit, die zwischen einem Abfragen der Ausgabe des Drucksensors vor einer Berechnungsstartzeit, zu der ein Berechnen des Pumpenabführdrucks begonnen werden soll, und der Berechnungsstartzeit abgelaufen ist, eine Zeit zu addieren, die der Druck benötigt, um sich von dem Auslass der Pumpe auf den Drucksensor zu übertragen, um eine Druckänderungskompensationszeit zu definieren, die Mengenänderungs-Berechnungsaufgabe darin besteht, eine Mengenänderung zu berechnen, die eine Veränderung der Menge des Kraftstoffs ist, der innerhalb der Druckänderungskompensationszeit in dem Kraftstoffweg verbleibt, die Umwandlungsaufgabe darin besteht, die Mengenänderung, die aus der Mengenänderungs-Berechnungsaufgabe hergeleitet wird, in eine Druckänderung umzuwandeln, und die Abführdruck-Berechnungsaufgabe darin besteht, den Pumpenabführdruck basierend auf der Druckänderung und der Ausgabe des Drucksensors zu berechnen.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei die Mengenänderungs-Berechnungsaufgabe eine Abführmengen-Berechnungsaufgabe zum Berechnen einer Menge des Kraftstoffs, der innerhalb der Druckänderungskompensationszeit von der Pumpe abgeführt wird, eine Einspritzmengen-Berechnungsaufgabe zum Berechnen einer Menge des Kraftstoffs, der innerhalb der Druckänderungskompensationszeit von dem Kraftstoffinjektor in die Verbrennungsmaschine eingespritzt wird, sowie eine Ablaufmengen-Berechnungsaufgabe zum Berechnen einer Menge des Kraftstoffs, der innerhalb der Druckänderungskompensationszeit von dem Kraftstoffweg zu einer Niedrigdruckseite abläuft, umfasst, und dadurch die Mengenänderung herleitet.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei die Pumpe einen Kolben, der sich hin- und herbewegt, um den Kraftstoff zyklisch abzuführen, sowie ein Flussratensteuerventil, das dazu dient, eine Kraftstoffmenge zu steuern, die in jedem Zyklus einer Hin- und Herbewegung des Kolbens abgeführt werden soll, aufweist, ferner mit einem Steuergerät, das dazu dient, einen Betrieb des Flussratensteuerventils basierend auf dem Pumpenabführdruck zu steuern, so dass der Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffweg mit einem Zielwert, der basierend auf einer Betriebsbedingung der Verbrennungsmaschine bestimmt wird, in Übereinstimmung gebracht wird, und wobei die Abführdruck-Berechnungsaufgabe den Pumpenabführdruck basierend auf der Druckänderung und der Ausgabe des Drucksensors berechnet, wenn ein Wert, der durch Dividieren einer Zeit, die zumindest eine Stellzeit des Flussratensteuerventils umfasst, durch eine Zykluszeit, die eine Zeit ist, die der Kolben benötigt, um sich hin und her zu bewegen, hergeleitet wird, größer oder gleich als ein gegebener Wert ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Steuergerät, das dazu dient, eine Kraftstoffmenge, die von der Pumpe abgeführt werden soll, basierend auf dem Pumpenabführdruck zu steuern, so dass der Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffweg mit einem Zielwert, der basierend auf einer Betriebsbedingung der Verbrennungsmaschine bestimmt wird, in Übereinstimmung gebracht wird, und wobei das Steuergerät den gemessenen Druck als den Pumpenabführdruck definiert, um die Menge des Kraftstoffs, der von der Pumpe abgeführt werden soll, zu steuern, wenn ein Druck des Kraftstoffs, der zu der Berechnungsstartzeit durch den Druckmesser gemessen wird, größer oder gleich als ein gegebener eingestellter Wert ist, wohingegen das Steuergerät einen Druck des Kraftstoffs, der basierend auf der Druckänderung und der Ausgabe des Drucksensors bestimmt wird, als Pumpenabführdruck definiert, um die Menge des Kraftstoffs, der von der Pumpe abgeführt werden soll, zu steuern, wenn der Druck des Kraftstoffs, der zu der Berechnungsstartzeit durch den Druckmesser gemessen wird, kleiner als der gegebene eingestellte Wert ist.