DE102012101253A1

DE102012101253A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für interne Verbrennungsmaschine

Info

Publication number: DE102012101253A1
Application number: DE102012101253A
Authority: DE
Inventors: Kouichi Sugiyama; Koji Ishizuka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: CN102644510A; US20120215422A1; CN102644510B; DE102012101253B4; JP5212501B2; US8812215B2; JP2012172549A

Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmaschinen vorgeschlagen, das die Kraftstoffmenge berechnet, die erforderlich ist, um den Druck in einem Kraftstoffsammelspeicher mit einem Zieldruck in Übereinstimmung zu bringen, und anschließend einen Betrieb der Hochdruckpumpe basierend auf der erforderlichen Menge zu steuern. Selbst wenn eine Veränderung des Drucks in dem Sammelspeicher ausbleibt, steuert das System die Hochdruckpumpe basierend auf der erforderlichen Menge. Insbesondere berechnet das System eine Rückführkraftstoffmenge, die erforderlich ist, um eine Differenz zwischen der erforderlichen Menge und einer Menge des Kraftstoffs, der dem Sammelspeicher tatsächlich zugeführt wird, zu kompensieren, mit anderen Worten, lehnt es sich an eine solche Mengendifferenz an, um die erforderliche Menge zu korrigieren, was zu einer verbesserten Reaktion des Systems führt, um die Hochdruckpumpe auf eine Veränderung des Drucks in dem Sammelspeicher hin zu steuern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE DOKUMENTE
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung JP 2011-33536 , die am 18. Februar 2011 eingereicht wurde, und deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin eingebunden ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennunngsmaschinen und insbesondere ein Sammelleitungs- (bzw. Common Rail-)Kraftstoffeinspritzsystem für Dieselmaschinen, die in einem Automobil eingesetzt werden können.
2. Verwandte Technik
Das Sammelleitungs-Kraftstoffeinspritzsystem wird hauptsächlich bei Dieselverbrennungsmaschinen für Automobile eingesetzt. Das Sammelleitungs-Kraftstoffeinspritzsystem ist insbesondere mit einer Hochdruckpumpe, einer Sammelleitung und Kraftstoffinjektoren ausgestattet. Die Hochdruckpumpe dient dazu, Kraftstoff, der aus einem Kraftstofftank eingespeist wird, unter Druck zu setzen und der Sammelleitung zuzuführen. Die Sammelleitung speichert den Kraftstoff bei einem gesteuerten Druck. Die Kraftstoffinjektoren spritzen den Kraftstoff, der von der Sammelleitung zugeführt wird, in die Zylinder der Maschine ein.
Das Sammelleitungs-Einspritzsystem dient dazu, die Flussrate des Kraftstoffs, der von der Hochdruckpumpe abgeführt wird, zu steuern, so dass der Kraftstoffdruck in der Sammelleitung in einem Rückkopplungsmodus unter Verwendung von beispielsweise einem Proportional-Integral-Differential(PID)-Algorithmus mit einem Zieldruck in Übereinstimmung gebracht wird. Die japanische Offenlegungsschrift JP 2010-190147 lehrt beispielsweise eine solche Pumpenabführsteuerung. Der Zieldruck wird üblicherweise basierend auf Betriebsbedingungen bzw. Betriebszuständen der Maschine, wie zum Beispiel einem Grad der Belastung und einer Geschwindigkeit der Maschine bestimmt. Der Druck in der Sammelleitung wird unter Verwendung eines Drucksensors erfasst.
Das Kraftstoffeinspritzsystem, das in der oben genannten Offenlegungsschrift offenbart ist, beginnt den Betrieb der Hochdruckpumpe zu steuern nachdem eine Abweichung des Drucks in der Sammelleitung von dem Zieldruck auftritt, und begegnet somit einer Schwierigkeit, die Hochdruckpumpe exakt und schnell in Reaktion auf die Druckabweichung zu steuern. Dies kann zu der großen Problematik führen, dass der tatsächliche Druck in der Sammelleitung den neuen Zieldruck überschwingt oder um diesen herum schwangt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe, ein Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen, das dazu ausgestaltet ist, einen Betrieb einer Hochdruckpumpe derart zu steuern, dass ein tatsächlicher Kraftstoffdruck schnell und exakt mit einem Zieldruck in Übereinstimmung gebracht wird.
Gemäß einem Aspekt einer Ausführungsform wird ein Kraftstoffeinspritzsystem bereitgestellt, das an einer Verbrennungsmaschine eines Automobils eingesetzt werden kann. Das Kraftstoffeinspritzsystem ist dazu ausgestaltet, einer Verbrennungsmaschine Kraftstoff zuzuführen und es umfasst: (a) eine Pumpe, die einen Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank gespeichert ist, unter Druck setzt und einspeist; (b) einen Kraftstoffsammelspeicher, in dem der Kraftstoff, der von der Pumpe eingespeist wird, bei einem gesteuerten Druck gespeichert wird; (c) einen Kraftstoffinjektor, der dazu dient, den Kraftstoff, der in dem Kraftstoffsammelspeicher gespeichert ist, in eine Verbrennungsmaschine einzuspritzen; (d) einen Drucksensor, der einen Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffsammelspeicher misst; und (e) einen Controller, der dazu dient, eine erforderliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe, eine tatsächliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe, eine Rückführmengen-Bestimmungsaufgabe und eine Pumpen-Steueraufgabe durchzuführen. Die erforderliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe besteht darin, eine Kraftstoffmenge zu bestimmen, die erforderlich ist, um den Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffsammelspeicher mit einem Zieldruck, der als Funktion einer Betriebsbedingung bzw. eines Betriebszustands der Verbrennungsmaschine eingestellt ist, in Übereinstimmung zu bringen. Die tatsächliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe besteht darin, eine tatsächliche Menge des Kraftstoffs zu bestimmen, der von der Pumpe in den Kraftstoffsammelspeicher eingespeist worden ist. Die Rückführmengen-Bestimmungsaufgabe besteht darin, eine Rückführmenge zu bestimmen, die eine Menge des Kraftstoffs ist, der erforderlich ist, um eine Differenz zwischen der erforderlichen Kraftstoffmenge und der tatsächlichen Kraftstoffmenge zu kompensieren. Die Pumpen-Steueraufgabe besteht darin, einen Betrieb der Pumpe zu steuern, um den Kraftstoff in einer Menge abzuführen, welche die Summe aus der erforderlichen Menge und der Rückführmenge ist.
Im Gegensatz zu dem System im Stand der Technik, das in dem Einleitungsteil dieser Anmeldung diskutiert ist, dient das Kraftstoffeinspritzsystem insbesondere nicht dazu, den Betrieb der Pumpe derart zu steuern, dass die Druckdifferenz zwischen dem Zieldruck und dem tatsächlichen Druck in dem Sammelspeicher kompensiert wird, sondern es ist dazu ausgelegt, die Kraftstoffmenge zu bestimmen, die erforderlich ist, um den Druck in dem Sammelspeicher mit dem Zieldruck in Übereinstimmung zu bringen, und anschließend die Pumpe anzusteuern, um den Kraftstoff in der bestimmten Menge einzuspeisen. Dies führt zu einer verbesserten Beständigkeit dabei, den tatsächlichen Druck in dem Sammelspeicher mit dem Zieldruck in Übereinstimmung zu bringen, ohne dass der den Zieldruck überschwingt oder um diesen schwankt.
Daher dient das Kraftstoffeinspritzsystem dazu, den Betrieb der Pumpe so zu steuern, dass der Druck in dem Sammelspeicher dem Zieldruck schnell nachfolgt, ohne dass der tatsächliche Druck in dem Sammelspeicher überschwingt oder schwankt, selbst wenn sich der Zieldruck mit einer Veränderung einer Betriebsbedingung bzw. eines Betriebszustands der Verbrennungsmaschine ändert.
Falls ein gewünschter Grad der Leistungsfähigkeit der Pumpe aufgrund einer Produktionstoleranz derselben oder eines Fehlers beim Berechnen der erforderlichen Kraftstoffmenge nicht erreichbar ist, wird eine Differenz zwischen der erforderlichen Menge und der tatsächlichen Menge auftreten. Das Kraftstoffeinspritzsystem dient somit dazu, den Wert der Rückführmenge basierend auf dieser Differenz zu bestimmen, um eine Zielkraftstoffmenge, die in den Sammelspeicher eingespeist werden soll, zu korrigieren, so dass der Druck in dem Sammelspeicher mit dem Zieldruck in Übereinstimmung gebracht wird, und anschließend steuert es den Betrieb der Pumpe derart, dass die korrigierte Zielkraftstoffmenge in den Sammelspeicher eingespeist wird.
Jede von der erforderlichen Kraftstoffmenge und der tatsächlichen Kraftstoffmenge weist entweder einen positiven Wert oder einen negativen Wert auf. Die Kraftstoffmenge, die in dieser Anmeldung bezeichnet wird, kann durch eine Menge des Kraftstoffs, der sich pro Zeiteinheit bewegt (d. h. eine Flussrate) ausgedrückt werden. So kann zumindest die erforderliche Menge und die tatsächliche Menge durch eine Gesamtmenge des Kraftstoffs, der für jeden Kraftstoffeinspritzzyklus des Kraftstoffinjektors, für jeden Pumpzyklus der Pumpe, oder für jeden Betriebszyklus des Controllers (d. h. die ECU 7 in der Ausführungsform) stoßweise oder kontinuierlich fließt, ersetzt werden.
Bei der bevorzugten Art und Weise der Ausführungsform, dient der Kraftstoffinjektor dazu, den Kraftstoff zyklisch in die Verbrennungsmaschine einzuspritzen. Die erforderliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe bestimmt die erforderliche Kraftstoffmenge basierend auf einer Menge des Kraftstoffs, der in diesem Einspritzzyklus durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungsmaschine eingespritzt werden soll, einer Menge des Kraftstoffs, der von dem Kraftstoffinjektor ablaufen soll ohne in die Verbrennungsmaschine eingespritzt zu werden, und einer Differenz zwischen der erforderlichen Menge des Kraftstoffs und der tatsächlichen Menge des Kraftstoffs.
Der Einspritzzyklus, der hier bezeichnet wird, ist eine vorbestimmte Zeitdauer, nach welcher die erforderliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe beginnt, die erforderliche Menge zu bestimmen. In diesem Fall ist die Verbrennungsmaschine eine 4-Zylinder-Kolbenmaschine, wobei der Einspritzzyklus für einen Kompressions- oder einen Ansaugtakt eines Ventils der Maschine definiert ist.
Insbesondere schätzt das Kraftstoffeinspritzsystem die Kraftstoffmenge ein, die durch Einspritzen des Kraftstoffs in die Maschine aus dem Sammelspeicher ablaufen wird, und anschließend führt sie den Kraftstoff durch die Pumpe dem Sammelspeicher zu. Im Vergleich mit dem System im Stand der Technik, das mit der Steuerung des Betriebs der Pumpe beginnt nachdem die Druckdifferenz auftritt, bringt das Kraftstoffeinspritzsystem daher den tatsächlichen Druck in dem Sammelspeicher genau mit dem Zieldruck in Übereinstimmung, wodurch die Beständigkeit beim Erhalten des Drucks in dem Sammelspeicher auf dem Zieldruck sichergestellt wird.
Die tatsächliche Kraftstoffmengenbestimmungsaufgabe kann die tatsächliche Menge des Kraftstoffs basierend auf einer Veränderung des Drucks des Kraftstoffs an einem Auslass der Pumpe für eine gegebene Zeitdauer und einer Menge des Kraftstoffs, der von dem Kraftstoffinjektor in der gegebenen Zeitdauer eingespritzt worden ist, bestimmen.
Das Kraftstoffeinspritzsystem kann ebenso ein Druckminderungsventil umfassen, das dazu dient, den Druck des Kraftstoffs in dem Sammelspeicher zu verringern, wenn die erforderliche Menge des Kraftstoffs einen negativen Wert aufweist. Bei dem Einspritzsystem ist es daher nur zulässig, entweder die Pumpe oder das Druckminderungsventil zu aktivieren, womit unnötige Vorgänge der Pumpe vermieden werden.
Wenn die erforderliche Menge des Kraftstoffs einen Wert aufweist, der größer oder gleich Null ist, weist die Pumpen-Steueraufgabe die Pumpe dazu an, den Kraftstoff in dem Sammelspeicher einzuspeisen. Bei dem Kraftstoffeinspritzsystem ist es daher nur zulässig, entweder die Pumpe oder das Druckminderungsventil zu aktivieren, womit unnötige Vorgänge des Druckminderungsventils vermieden werden.
KURZEBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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 Kraftstoffsystems aus 1(a);
3 ein Zeitablaufdiagramm, das aufzeigt, wann damit begonnen wird, eine erforderliche Kraftstoffmenge und eine tatsächliche Kraftstoffmenge zu berechnen;
4 ein Flussdiagramm eines Pumpensteuerprogramms, das durch die elektronische Steuereinheit aus 1(b) ausgeführt wird;
5 ein Zeitablaufdiagramm, das einen Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems aus den 1(a) und 1(b) zum Steuern des Drucks in einer Sammelleitung aufzeigt; und
6 ein Zeitablaufdiagramm, das ein Betrieb eines Kraftstoffeinspritzsystems im Stand der Technik zum Steuern des Drucks in einer Sammelleitung aufzeigt.
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, das dazu ausgestaltet ist, ein Einspritzen des Kraftstoffs in einer 4-Zylinder-Dieselverbrennungsmaschine 8 für Automobile einzuspritzen.
1. Aufbau des Kraftstoffeinspritzsytems
Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 ist vom 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 an jedem der vier Zylinder 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 8 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.
Die Hochdruckpumpe 3 ist, wie in 2 dargestellt, ebenso mit einem Vorhubsteuerventil 3C ausgestattet, das in einem Einlass angebracht ist, durch welchen 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 das lediglich ein Herausfließen des Kraftstoffs aus der Hochdruckpumpe 3 ermöglicht.
Wenn sich der Kolben 3A bei geöffnetem 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 bei geöffneten Vorhub-Steuerventil 3C von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt 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 eine gegebene Zeit erreicht ist, wird das Vorhub-Steuerventil 3C durch die ECU 7 geschlossen. Dadurch wird der Druck, der in der Druckkammer 3B verblieben ist, unter Druck gesetzt. Wenn der Druck in der Druckkammer 3B denjenigen in der Sammelleitung 4 überschreitet, wird der Kraftstoffdruckkammer 3B durch das Rückschlagventil 3D in die Sammelleitung 4 eingespeist (dies wird ebenso als Kraftstoffabführzyklus bezeichnet).
Die Kraftstoffmenge, die 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. Insbesondere wenn das Vorhub-Steuerventil 3C früher geschlossen wird, wird dies zu einer Zunahme der Kraftstoffmenge führen, die zu der Sammelleitung 4 abgeführt wird, wohingegen es zu einer Abnahme der Kraftstoffmenge führen wird, die zu der Sammelleitung 4 abgeführt wird, wenn das Vorhub-Steuerventil 3C später 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 Kraftstoff-Sammelspeicher dient, in den Kraftstoff, der von der Hochdruckpümpe 3 zugeführt wird, bei einem gesteuerten 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-betriebender oder Piezo-angesteuerter Typ, bei dem der Kraftstoffdruck in einer Kammer, der eine Düsennadel in einer Ventilschließrichtung zum Schließen eines Einspritzlochs beaufschlagt, gesteuert wird, um eine gewünschte Menge des Kraftstoffs einzuspritzen.
Der Drucksensor 10 dient dazu, den Kraftstoffdruck in der Sammelleitung 4 zu messen. 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 einen 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 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.
2. Steuerbetrieb des Kraftstoffeinspritzsystems (ECU)
2.1 Drucksteurung
Die ECU 7 fragt Parameter wie beispielsweise die Geschwindigkeit der Maschine 8 und die Position des Gaspedals ab, welche Betriebsbedingungen bzw. Betriebszustände 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 Öffnungs- oder Schließungszeitvorgaben 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 Kraftstoffmenge (diese wird nachstehend ebenso als eine erforderliche Kraftstoffmenge Qn bezeichnet), deren Zuführung zu der Sammelleitung 4 in jedem Kraftstoffeinspeisezyklus erforderlich ist, so dass der Druck in der Sammelleitung 4 mit dem Zieldruck Tp in Übereinstimmung gebracht wird, und sie misst die Kraftstoffmenge (diese wird nachstehend ebenso als eine tatsächliche Kraftstoffmenge Qr bezeichnet), die von der Hochdruckpumpe 3 tatsächlich in die Sammelleitung 4 eingespeist worden ist.
Danach berechnet die ECU 7 die Kraftstoffmenge (diese wird nachstehend als eine F/B-Kraftstoffmenge Qf bezeichnet), die erforderlich ist, um den Druck in der Sammelleitung 4 mit dem Zieldruck Tp in Übereinstimmung zu bringen, mit anderen Worten um die tatsächliche Kraftstoffmenge Qr basierend auf einer Differenz zwischen der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn und der tatsächlichen Kraftstoffmenge Qr mit der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn in Kongruenz zu bringen. Die ECU 7 steuert die Ein-/Aus-Vorgänge der Hochdruckpumpe 3, d. h. Zeiten, zu denen das Vorhub-Steuerventil 3C öffnet und geschlossen werden soll, um den Kraftstoff mit einer Flussrate abzuführen, welche die Summe aus der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn und der F/B-Kraftstoffmenge Qf erreicht.
Insbesondere wenn die erforderliche Kraftstoffmenge Qn größer oder gleich Null (0) ist, steuert die ECU 7 den Betrieb des Vorhub-Steuerventils 3C, um den Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 3 in einer Menge auszugeben, welche die Summe aus der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn und der F/B-Kraftstoffmenge 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 Kraftstoffmenge Qn niedriger als Null ist.
Die ECU 7 dient als ein PID (Proportional-Integral-Differenzial)-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-Kraftstoffmenge Qf zum Steuern der Hochdruckpumpe 3 (d. h. des Vorhub-Steuerventils 3C) zu berechnen, sowie Verstärkungen, die verwendet werden, um die F/B-Kraftstoffmenge 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 nach unten bewegt. Die ECU 7 beginnt daher, wie in 3 aufgezeigt ist, jedes Mal wenn der Kolben 3A den oberen Totpunkt erreicht, die erforderliche Kraftstoffmenge Qn und die tatsächliche Kraftstoffmenge Qr zu berechnen, um die Vorgänge der Hochdruckpumpe 3 und des Druckminderungsventils 5 zu steuern.
Insbesondere vervollständigt die ECU 7 die Berechnung der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn und der tatsächlichen Kraftstoffmenge 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 ein nachfolgender Zyklus zur Berechnung der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn und der tatsächlichen Kraftstoffmenge Qr beginnt. Danach beginnt die ECU 7 die erforderliche Kraftstoffmenge Qn und die tatsächliche Kraftstoffmenge Qr erneut zu berechnen, wenn der Kolben 3A den oberen Totpunkt erreicht. Mit anderen Worten nimmt die ECU 7 jedes Mal die Berechnung der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn und der tatsächlichen Kraftstoffmenge 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 Kraftstoffmenge Qn und die tatsächliche Kraftstoffmenge Qr werden durch das Volumen und nicht durch die Masse ausgedrückt, und sie ändern sich mit einer Veränderung von entweder der Temperatur oder dem Druck des Kraftstoffs. Die erforderliche Kraftstoffmenge Qn und die tatsächliche Kraftstoffmenge Qr, wie sie nachstehend bezeichnet werden, werden durch die Kraftstoffmenge in einer Bezugsbedingung definiert, beispielsweise wenn die Temperatur des Kraftstoffs 40°C ist und der Druck des Kraftstoffs eine Atmosphäre beträgt.
2.2 Berechnung der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn
Jeder der Kraftstoffinjektoren 6 wird durch die ECU 7 gesteuert, um den Kraftstoff in die Maschine 8 zyklisch einzuspritzen. Die ECU 7 berechnet die erforderliche Kraftstoffmenge Qn basierend auf der Menge des Kraftstoffs, die durch den Kraftstoffinjektor 6 in diesem Einspritzzyklus eingespritzt werden soll, der Menge des Kraftstoffs, die von dem Kraftstoffinjektor 6 in diesem Einspritzzyklus abfließen soll, und eine Druckdifferenz ΔP zwischen dem Zieldruck Tp und dem Druck in der Sammelleitung 4, der durch den Drucksensor 10 gemessen wird.
Grundsätzlich ist eine Zielkraftstoffmenge, die in diesem Einspritzzyklus in die Maschine 8 eingespritzt werden soll, die durch das Steuersignal von der ECU 7 befohlen wird, mit der Kraftstoffmenge des Kraftstoffinjektors 6, die zum Einspritzen in diesem Einspritzungszyklus angewiesen wird, 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 Einspritzungszyklus 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 Parameter, wie beispielsweise der Einspritzdauer (d. h. die Länge der Zeit, in welcher der Kraftstoffinjektor 6 geöffnet ist) und der Temperatur und des Drucks des Kraftstoffs, aufzeigt.
Dieser Einspritzzyklus, der oben beschrieben ist, ist ein Intervall, das in 3 dargestellt ist, zwischen einem Beginn der ECU 7 zum Berechnen der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn, das heißt der Kolben 3A hat den oberen Totpunkt erreicht (dieser wird nachstehend ebenso als eine Berechnungsstartzeit bezeichnet) und einem darauffolgenden Beginn der ECU 7 zum Berechnen der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn. Die Kraftstoffmenge, die von jedem der Kraftstoffinjektoren 6 eingespritzt werden soll, das heißt die Zielkraftstoffmenge, die von dem Steuersignal, das von der ECU 7 ausgegeben wird, an die Kraftstoffinjektoren 6 befohlen wird, wird in einer bekannten Weise als eine Funktion von Parametern bestimmt, welche die Betriebsbedingungen der Maschine 8 aufzeigen.
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 Kraftstoffmenge Qn größer als eine maximale mögliche Menge ist, die eine maximale Kapazität der Hochdruckpumpe 3 ist, stellt die ECU 7 die erforderliche Kraftstoffmenge Qn auf die maximale mögliche Menge ein. Anderenfalls bestimmt die ECU 7 die minimale mögliche Kraftstoffmenge Qn als die erforderliche Kraftstoffmenge Qn, wenn die berechnete erforderliche Kraftstoffmenge Qn kleiner als eine minimale mögliche Kraftstoffmenge ist, welche die minimale Kapazität der Hochdruckpumpe 3 ist.
Die maximale Menge und die minimale Menge, die zum Abführen durch die Hochdruckpumpe 3 zulässig sind, hängen von der Dimension (d. h. Größe) der Druckkammer 3B, der Kraftstoffmenge, die an der Druckkammer 3B ausläuft, und dem Totvolumen des Kraftstoffs innerhalb der Druckkammer 3B ab. Die auslaufende Kraftstoffmenge und das Totvolumen verändern sich üblicherweise mit einer Veränderung der Temperatur oder des Drucks des Kraftstoffs.
Das Totvolumen ist das Kraftstoffvolumen, das zwangsläufig in der Druckkammer 3B verbleibt nachdem der Kraftstoff durch den Kolben 3A in die Sammelleitung 4 eingespeist wird. Die auslaufende Menge ist diejenige Kraftstoffmenge, die durch einen Spalt zwischen dem Kolben 3A und dem Zylinder, in dem der Kolben 3A gleitet, in eine Niedrigdruck-Pumpenkammer entweicht, während der Kolben 3A dazu dient, den Kraftstoff aus der Hochdruckpumpe 3 auszuspeisen.
2.3 Berechnung der tatsächlichen Kraftstoffmenge Qr
Wenn der Kraftstoff in die Sammelleitung 4 eingespeist wird, führt dies zu einem Ansteigen des Drucks des Kraftstoffs in der Sammelleitung. 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 Kraftstoffmenge Qr basierend auf einer Veränderung des Drucks des Kraftstoffs an einem Auslass der Hochdruckpumpe 3 (d. h. eine Druckänderung in der Sammelleitung 4) für ein gegebenes Zeitintervall, 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 Takt. Dieses Zeitintervall wird nachstehend ebenso als ein Letzte-Berechnung-zu-Berechnung-Intervall bezeichnet. Die Druckänderung, mit welcher der Kraftstoff während der Letzte-Berechnung-zu-Berechnung-Intervalls von der Hochdruckpumpe 3 abgeführt worden ist, wird durch eine Druckänderung in der Sammelleitung 4 bestimmt, die durch den Drucksensor 10 gemessen wird.
Grundsätzlich bestimmt die ECU 7 die Summe aus der Kraftstoffmenge (diese wird nachstehende ebenso als eine Zieleinspritzmenge oder eine 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 diejenige Kraftstoffmenge, die dem Kraftstoffinjektor 6 zugeführt und von diesem eingespritzt worden ist.
Die Kraftstoffmenge, die von dem Kraftstoffinjektor 6 abläuft, wie sie hier bezeichnet wird, ist die Summe aus der Kraftstoffmenge, die durch einen Spalt zwischen der Düsennadel und einer inneren Wand des Körpers des Kraftstoffinjektors 6, an der die Düsennadel entlang gleitet, zu einer Niedrigdruck-Seite des Kraftstoffinjektors 6 ausläuft, und einer Kraftstoffmenge, die von der Druckkammer 3 des Kraftstoffinjektors 6 zu einer Niedrigdruck-Seite abläuft, um die Düsennadel zu öffnen. Mit anderen Worten ist es die Kraftstoffmenge, die nicht aus dem Einspritzloch des Kraftstoffinjektors 6 eingespritzt wird.
Wenn jedoch die Zieleinspritzmenge kleiner als eine vorbestimmte minimale Einspritzmenge ist, bestimmt die ECU 7 die Summe der minimalen Einspritzmenge und die Kraftstoffmenge, die von dem Kraftstoffinjektor 6 in dem vorhergehenden Einspritzzyklus abgelaufen ist, als die Kraftstoffmenge, die in den vorhergehenden Einspritzzyklus zu dem Kraftstoffinjektor 6 zugeführt und von diesem eingespritzt worden ist. Die Kraftstoffmenge die von dem Kraftstoffinjektor 6 abläuft, ändert sich üblicherweise mit einer Veränderung der Einspritzdauer (d. h. die Länge der Zeit, in welcher die Kraftstoffeinspritzung geöffnet bleibt), oder der Temperatur oder des Drucks des Kraftstoffs.
2.4 Drucksteuerbetrieb
4 ist ein Flussdiagramm einer Sequenz von logischen Schritten oder eines Programms, das durch die ECU 7 durchgeführt wird, um den Druck in der Sammelleitung 4 zu steuern. Das Drucksteuerprogramm wird jedes Mal initiiert, wenn der Kolben 3A der Hochdruckpumpe 3 den oberen Totpunkt erreicht.
Nach Eintritt in das Programm, setzt die Routine bei Schritt S1 fort, bei dem ein Pumpeneinspeiseverlust (d. h. die Summe aus der auslaufenden Kraftstoffmenge und dem Totvolumen in der Hochdruckpumpe 3, wie oben beschrieben) berechnet wird. Die Routine setzt bei Schritt S3 fort, wobei die Kraftstoffmenge, die in diesem Einspritzzyklus von dem Kraftstoffinjektor 6 verbraucht wird, d. h. die Summe aus einer Kraftstoffmenge, die durch den Kraftstoffinjektor 6 in diesem Einspritzungszyklus eingespritzt wird, und der Kraftstoffmenge, die von dem Kraftstoffinjektor 6 in diesem Einspritzzyklus abläuft, (d. h. die Kraftstoffmenge, die verbraucht wird, wenn der Kraftstoffinjektor 6 geöffnet ist) berechnet wird. Die Routine setzt bei Schritt S5 fort, wobei die Kraftstoffmenge (diese wird nachstehend ebenso als Druckabweichungskompensationsmenge bezeichnet), deren Einspeisung in die Sammelleitung 4 in diesem Einspritzzyklus erforderlich ist, um die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Zieldruck Tp und dem Druck in der Sammelleitung 4 in der Bezugsbedingung zu kompensieren, berechnet wird.
Die Routine setzt bei Schritt S7 fort, wobei die Druckabweichungskompensationsmenge, die bei Schritt S5 hergeleitet wird, zu der verbrauchten Kraftstoffmenge, die bei Schritt S3 hergeleitet wird, hinzu addiert wird, um die erforderliche Kraftstoffmenge Qn zu bestimmten (d. h. die Kraftstoffmenge, deren Einspeisung zwischen dem Beginn der ECU 7 zum Berechnen der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn (d. h. die derzeitige Berechnungsstartzeit) und dem nachfolgenden Beginn der ECU 7 zum Berechnen der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn erforderlich ist). Die Routine setzt bei Schritt S9 fort, bei der die tatsächliche Kraftstoffmenge Qr in dem Letzte-Berechnung-zu-Berechnung-Intervall berechnet wird.
Die Routine setzt bei Schritt S11 fort, in dem bestimmt wird, ob die erforderliche Kraftstoffmenge Qn, die in einem Programm berechnet wird, das in einem früheren Zyklus ausgeführt wird, größer oder gleich Null ist oder nicht. Falls eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass die vorhergehend berechnete erforderliche Kraftstoffmenge Qn größer oder gleich Null ist, setzt die Routine bei Schritt S13 fort, bei dem ein Hochdruckpumpen-Rückkopplungsmodus eintritt. Insbesondere wird der Wert der F/B-Kraftstoffmenge Qf zur Verwendung beim Steuern des Betriebs der Hochdruckpumpe 3 (d. h. des Vorhub-Steuerventils 3C) berechnet. Wenn anderenfalls eine NEIN-Antwort erhalten wird, setzt die Routine bei Schritt S15 fort, bei dem ein Druckminderungsventil-Rückkopplungsmodus eintritt. Insbesondere wird der Wert der F/B-Kraftstoffmenge Qf zur Verwendung beim Steuern des Betriebs des Druckminderungsventils 5 berechnet.
Wenn insbesondere bestimmt wird, dass die vorhergehend berechnete erforderliche Kraftstoffmenge Qn größer oder gleich Null ist, aktualisiert die ECU 7 den Wert der F/B-Kraftstoffmenge Qf zur Verwendung beim Steuern des Betriebs der Hochdruckpumpe 3, wohingegen der Wert der F/B Kraftstoffmenge Qf, der in einem vorhergehenden Programmausführungszyklus erhalten wird, zur Verwendung beim Steuern des Betriebs des Druckminderungsventils 5 gleichbleibend beibehalten wird.
Wenn anderenfalls bestimmt wird, dass die vorhergehend berechnete erforderliche Kraftstoffmenge Qn kleiner als Null ist, aktualisiert die ECU 7 den Wert der F/B-Kraftstoffmenge Qf zur Verwendung beim Steuern des Betriebs des Druckminderungsventils 5, wohingegen der Wert der F/B-Kraftstoffmenge Qf, der in einem vorhergehenden Programmausführungszyklus erhalten wird, zur Verwendung beim Steuern des Betriebs der Hochdruckpumpe 3 gleichbleibend beibehalten wird.
Nachdem eine der F/B Kraftstoffmengen Qf aktualisiert ist, setzt die Routine bei Schritt S17 fort, bei dem bestimmt wird, ob die erforderliche Kraftstoffmenge Qn, die in diesem Programmausführungszyklus berechnet wird, größer oder gleich Null ist oder nicht. Falls eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass die derzeit berechnete erforderliche Kraftstoffmenge Qn größer oder gleich Null ist, setzt die Routine bei Schritt S19 fort, bei dem der Hochdruckpumpen-Rückkopplungsmodus eintritt. Insbesondere wird der Wert der F/B Kraftstoffmenge Qf zur Verwendung beim Steuern des Betriebs der Hochdruckpumpe 3 (d. h. das Vorhub-Steuerventil 3C), sowie der Pumpeneinspeiseverlust, der bei Schritt S1 hergeleitet wird, zu der derzeit erforderlichen Kraftstoffmenge Qn hinzu addiert, um eine Zielkraftstoffmenge zu bestimmen, die in dem Kraftstoffeinspeisezyklus durch die Hochdruckpumpe 3 abgeführt werden soll. Anschließend setzt die Routine bei Schritt S21 fort, bei dem die ECU 7 die Hochdruckpumpe 3 dazu anweist, die Zielkraftstoffmenge abzuführen. Wenn jedoch die Zielmenge größer als die maximal mögliche Kraftstoffmenge ist, welche die maximale Kapazität der Hochdruckpumpe 3 ist, bestimmt die ECU 7, wie bereits beschrieben, die maximal mögliche Menge als Zielkraftstoffmenge.
Wenn anderenfalls eine Nein-Antwort bei Schritt S17 erhalten wird, setzt die Routine bei Schritt S23 fort, bei dem der Druckminderungsventil-Rückkopplungsmodus eintritt. Insbesondere wird der Wert der F/B-Kraftstoffmenge Qf zur Verwendung beim Steuern des Betriebs des Druckminderungsventils 5 zu der derzeit erforderlichen Kraftstoffmenge Qn hinzu addiert, um die Zielkraftstoffmenge zu bestimmen. Die Routine setzt bei Schritt S25 fort, bei dem die ECU 7 das Kraftstoffminderungsventil 5 dazu anweist, den Kraftstoff um die Zielmenge aus der Sammelleitung 4 ablaufen zu lassen. Wenn jedoch die Zielmenge größer als die maximale mögliche Kraftstoffmenge ist, welche die maximale Kapazität des Druckminderungsventils 5 ist, bestimmt die ECU 7, wie bereits beschrieben, die maximale mögliche Menge als Zielkraftstoffmenge.
3. Merkmale des Kraftstoffeinspritzsystems
Im Gegensatz zu dem System im Stand der Technik, das in im einleitenden Teil dieser Anmeldung beschrieben ist, dient das Kraftstoffeinspritzsystem 1 nicht dazu, den Betrieb der Hochdruckpumpe 3 derart zu steuern, das die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Zieldruck Tp und dem tatsächlichen Druck Pr, der durch den Drucksensor 10 gemessen wird, kompensiert wird, sondern sie ist dazu ausgelegt, die Kraftstoffmenge Qn zu bestimmen, die erforderlich ist, um den Druck in der Sammelleitung 4 mit dem Zieldruck Tp in Übereinstimmung zu bringen, und anschließend die Hochdruckpumpe 3 anzusteuern, um den Kraftstoff, wie in 5 aufgezeigt ist, in der bestimmten Menge Qn einzuspeisen. Dies führt zu einer besseren Beständigkeit dabei, den tatsächlichen Druck Pr in der Sammelleitung 4 mit dem Zieldruck Tp ohne einem Überschwingen oder einem Unterschwingen des Zieldrucks Tp in Übereinstimmung zu bringen.
Daher dient das Kraftstoffeinspritzsystem 1 dazu, den Betrieb der Hochdruckpumpe 3 so zu steuern, dass der Druck in der Sammelleitung 4 dem Zieldruck Tp ohne Überschwingen oder Schwanken des tatsächlichen Drucks Pr in der Sammelleitung 4 schnell nachfolgt, selbst wenn sich der Zieldruck Tp mit einer Veränderung einer Betriebsbedingung der Maschine 8 ändert.
Falls ein gewünschter Grad der Leistungsfähigkeit der Hochdruckpumpe 3 aufgrund einer Produktionstoleranz derselben oder eines Fehlers beim Berechnen der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn nicht erhalten wird, wird eine Differenz zwischen der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn und der tatsächlichen Kraftstoffmenge Qr auftreten. Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 dient somit dazu, den Wert der F/B-Kraftstoffmenge Qf zu bestimmen, sodass diese Differenz kompensiert wird, um die Zielkraftstoffmenge, die erforderlich ist, um den Druck in der Sammelleitung 4 mit dem Zieldruck Tp in Übereinstimmung zu bringen, korrigiert wird, und anschließend den Betrieb der Hochdruckpumpe 3 zu steuern, so dass die korrigierte Zielkraftstoffmenge in die Sammelleitung 4 eingespeist wird.
Dementsprechend lernt das Kraftstoffeinspritzsystem 1 den Wert der F/B-Kraftstoffmenge Qf zu bestimmen und sie steuert die Hochdruckpumpe 3 unter Verwendung der F/B-Kraftstoffmenge Qf in dem Rückkopplungsmodus, wenn die Produktionstoleranz der Hochdruckpumpe 3 oder der Fehler des Programms beim Berechnen der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn vorliegt. Wenn keine Produktionstoleranz der Hochdruckpumpe 3 oder kein Fehler des Programms beim Berechnen der erforderlichen Kraftstoffmenge Qn vorliegt, ist die F/B-Kraftstoffmenge Qf annähernd Null.
6 stellt ein vergleichbares Beispiel eines Kraftstoffeinspritzsystems im Stand der Technik dar, das dazu ausgelegt ist, die Kraftstoffmenge, die durch die Hochdruckpumpe 3 ausgegeben wird, derart zu steuern, dass die Druckdifferenz ΔP in dem PID-Rückkopplungsmodus kompensiert wird. Wenn der Zieldruck Tp fortlaufend größer als der tatsächliche Druck Pr ist, können sich vorherige Fehler ansammeln, so dass der Integralwert des PID-Algorithmus schrittweise zunimmt, wobei der Kraftstoffdruck in der Sammelleitung 4 angehoben wird, wodurch verursacht wird, dass der Kraftstoffdruck den Zieldruck Tp überschwingt.
Nach dem Überschwingen nimmt der Integralwert ab, wobei der Kraftstoffdruck in der Sammelleitung 4 verringert wird, so dass sich der tatsächliche Druck Pr an den Zieldruck Tp annähert. Der Vergleich zwischen den Beispielen aus 5 und 6 zeigt, dass das Kraftstoffeinspritzsystem im Stand der Technik viel Zeit benötigt, damit der tatsächliche Druck Pr den Zieldruck Tp erreicht, und dass es dem Kraftstoffeinspritzsystem 1 dieser Ausführungsform hinsichtlich der Genauigkeit der Rückkopplungssteuerung unterlegen ist.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 1, das obenstehend beschrieben ist, bestimmt die erforderliche Kraftstoffmenge Qn, welche die Kraftstoffmenge ist, die bei jedem Pumpenzyklus der Hochdruckpumpe 3 der Sammelleitung 4 zugeführt werden soll, basierend auf der Kraftstoffmenge, die durch die Kraftstoffinjektoren 6 eingespritzt werden soll, der Kraftstoffmenge, die von dem Kraftstoffinjektor 6 abläuft, und der Druckdifferenz ΔP zwischen dem Zieldruck Tp und dem Druck in der Sammelleitung 4, der durch den Drucksensor 10 gemessen wird. Mit anderen Worten schätzt das Kraftstoffeinspritzsystem 1 die Kraftstoffmenge ab, die beim Einspritzen des Kraftstoffs in die Maschine 8 von der Sammelleitung 4 abläuft, und führt anschließend den Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe 3 der Sammelleitung 4 zu. Daher bringt das Kraftstoffeinspritzsystem 1 im Vergleich mit dem System im Stand der Technik, das beginnt, den Betrieb der Hochdruckpumpe 3 zu steuern nachdem die Druckdifferenz ΔP auftritt, den tatsächlichen Druck Pr in der Sammelleitung 4 mit dem Zieldruck Tp genau in Übereinstimmung, wodurch die Beständigkeit im Aufrechterhalten des Drucks in der Sammelleitung 4 auf dem Zieldruck Tp sichergestellt wird.
Wenn die erforderliche Kraftstoffmenge Qn einen negativen Wert aufweist, öffnet das Kraftstoffeinspritzsystem 1 das Druckminderungsventil 5, um den Druck in der Sammelleitung 4 ohne ein Aktivieren der Hochdruckpumpe 3 zu senken. Hierdurch werden unnötige Vorgänge der Hochdruckpumpe 3 vermieden und es wird eine schnelle Annäherung des tatsächlichen Drucks Pr in der Sammelleitung 4 an den Zieldruck Tp sichergestellt.
Wenn anderenfalls die erforderliche Kraftstoffmenge Qn einen positiven Wert aufweist, aktiviert das Kraftstoffeinspritzsystem 1 die Hochdruckpumpe 3, um den Kraftstoff ohne ein Betreiben des Druckminderungsventils 5 zu der Sammelleitung 4 zuzuführen, wodurch unnötige Vorgänge des Druckminderungsventils 5 vermieden werden und eine schnelle Annäherung des tatsächlichen Drucks Pr in der Sammelleitung 4 an den Zieldruck Tp sichergestellt wird.
MODIFIKATIONEN
Das obenstehend diskutierte Kraftstoffeinspritzsystem 1 wird an der Dieselmaschine 8 des Common-Rail-Typs verwendet, allerdings kann es für normale Dieselmaschinen oder Benzin-Direkteinspritzungsmaschinen ausgelegt sein.
Die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Qn oder die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge Qr kann wahlweise auf eine andere Weise als die oben beschriebene bestimmt werden.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 kann mit einem Druckbegrenzungsventil (relief valve) anstelle eines Druckminderungsventils 5 ausgestattet sein. Beispielsweise kann ein Druckbegrenzungsventil verwendet werden, das in den Japanese Industrial Standards B 0125, Nr. 14-1 spezifiziert ist, um einen übermäßigen Druck in der Sammelleitung 4 abzubauen.
Die Hochdruckpumpe 3 ist ein Vorhub-Anpassungstyp, allerdings kann sie durch einen anderen Pumpentyp realisiert werden.
Wie oben beschrieben, bestimmt die ECU 7 die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge Qr basierend auf einer Veränderung des Drucks, bei dem der Kraftstoff für ein gegebenes Zeitintervall von der Hochdruckpumpe 3 abgeführt worden ist (d. h. eine Druckänderung in der Sammelleitung 4), sowie die Kraftstoffmenge, die für dieses Zeitintervall von dem Kraftstoffinjektor 6 eingespritzt worden ist. Das Zeitintervall ist zwischen der vorliegenden Berechnungsstartzeit und der vorhergehenden Berechnungsstartzeit definiert, mit anderen Worten, zwischen dem letzten Erreichen des oberen Totpunkts von dem Kolben 3A und dem Erreichen des oberen Totpunkts von dem Kolben 3A in dem früheren Takt, allerdings kann es auf eine andere Zeitlänge eingestellt werden.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-33536 [0001]
JP 2010-190147 [0004]

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem, das dazu ausgestaltet ist, einer Verbrennungsmaschine Kraftstoff zuzuführen, aufweisend: eine Pumpe, die Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank gespeichert ist, unter Druck setzt und einspeist; einen Kraftstoffsammelspeicher, in dem der Kraftstoff, der von der Pumpe eingespeist wird, bei einem gesteuerten Druck gesammelt wird; einen Kraftstoffinjektor, der dazu dient, den Kraftstoff, der in dem Kraftstoffsammelspeicher gespeichert ist, in eine Verbrennungsmaschine einzuspritzen; einen Drucksensor, der einen Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffsammelspeicher misst; und einen Controller, der dazu dient, eine erforderliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe, eine tatsächliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe, eine Rückführmengen-Bestimmungsaufgabe und eine Pumpen-Steueraufgabe durchzuführen, wobei die erforderliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe darin besteht, eine Kraftstoffmenge zu bestimmen, die erforderlich ist, um den Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffsammelspeicher mit einem Zieldruck, der als Funktion einer Betriebsbedingung der Verbrennungsmaschine eingestellt ist, in Übereinstimmung zu bringen, die tatsächliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe darin besteht, eine tatsächliche Menge des Kraftstoffs zu bestimmen, der von der Pumpe in den Sammelspeicher eingespeist worden ist, die Rückführmengen-Bestimmungsaufgabe darin besteht, eine Rückführmenge zu bestimmen, die eine Menge des Kraftstoffs ist, der erforderlich ist, um eine Differenz zwischen der erforderlichen Menge des Kraftstoffs und der tatsächlichen Menge des Kraftstoffs zu kompensieren, und die Pumpen-Steueraufgabe darin besteht, einen Betrieb der Pumpe zu steuern, um den Kraftstoff in einer Menge abzuführen, welche die Summe aus der erforderlichen Menge und der Rückführmenge ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffinjektor dazu dient, den Kraftstoff zyklisch in die Verbrennungsmaschine einzuspritzen, und wobei die erforderliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe die erforderliche Kraftstoffmenge basierend auf einer Menge des Kraftstoffs, der in diesem Einspritzzyklus durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungsmaschine eingespritzt werden soll, einer Menge des Kraftstoffs, der von dem Kraftstoffinjektor ablaufen soll ohne in die Verbrennungsmaschine eingespritzt zu werden, und der Differenz zwischen der erforderlichen Menge des Kraftstoffs und der tatsächlichen Menge des Kraftstoffs bestimmt.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei die tatsächliche Kraftstoffmengen-Bestimmungsaufgabe die tatsächliche Menge des Kraftstoffs basierend auf einer Veränderung des Drucks des Kraftstoffs an einem Auslass der Pumpe für eine gegebene Zeitdauer und einer Menge des Kraftstoffs, der von dem Kraftstoffinjektor in der gegebenen Zeitdauer eingespritzt worden ist, bestimmt.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, ferner aufweisend ein Druckminderungsventil, das dazu dient, den Druck des Kraftstoffs in dem Sammelspeicher zu verringern, wenn die erforderliche Menge des Kraftstoffs einen negativen Wert aufweist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei die Pumpen-Steueraufgabe die Pumpe dazu anweist, den Kraftstoff in den Sammelspeicher einzuspeisen, wenn die erforderliche Menge des Kraftstoffs einen Wert aufweist, der größer oder gleich Null ist.