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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzsteuerung, die den Betrieb eines Kraftstoffeinspritzventils steuert. Das Kraftstoffeinspritzventil spritzt Kraftstoff, der für eine Verbrennung verwendet wird, in eine interne Verbrennungsmaschine bzw. eine Maschine mit einer internen Verbrennung ein.
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HINTERGRUNDTECHNIK
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Steuerungen zum Steuern dieses Typs eines Kraftstoffeinspritzventils nehmen herkömmlicherweise auf eine vorgespeicherte Abbildung, die eine Beziehung zwischen einer Einspritzmenge Q und einem Erregungszeitraum Ti (das heißt eine Ti-Q-Charakteristik) für das Kraftstoffeinspritzventil zeigt, Bezug. Diese Steuerungen nehmen genauer gesagt auf die Abbildung Bezug, um den Erregungszeitraum Ti, der einer Anfrageeinspritzmenge entspricht, einzustellen. In den letzten Jahren hat es insbesondere hinsichtlich interner Verbrennungsmaschinen eines Direkteinspritztyps einen Bedarf zum so weit wie möglich Reduzieren des minimalen Werts der steuerbaren Einspritzmenge gegeben.
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Zu diesem Zweck führt eine Steuerung, die in der JP 2013- 2 400 A beschrieben ist, eine Teilhubeinspritzung aus, bei der bewirkt wird, damit zu beginnen, ein Ventilelement, das damit gestartet hat, sich zu öffnen, zu schließen, bevor das Ventilelement eine maximale Ventilöffnungsposition erreicht. Auf diese Art und Weise kann der minimale Wert der Einspritzmenge verglichen mit einer Steuerung, die auf eine Vollhubeinspritzung begrenzt ist, reduziert werden, wobei die Vollhubeinspritzung eine ist, bei der bewirkt wird, damit zu beginnen, dass sich ein Ventilelement schließt, nachdem dasselbe die maximale Ventilöffnungsposition erreicht hat.
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Bei der im Vorhergehenden beschriebenen Teilhubeinspritzung werden jedoch Variationen in der Ti-Q-Charakteristik zwischen unterschiedlichen Antriebsmaschinen sichtbar. Die vorliegenden Erfinder haben dementsprechend darüber nachgedacht, dass, wenn der Erregungszeitraum Ti ein spezifischer Zeitraum ist, der unter die Region von Teilhubeinspritzungen fällt, nach diesem Erregungsbetrieb ein Ventilschließzeitpunkt des Ventilelements erfasst werden kann. Dann wird die Ti-Q-Abbildung basierend auf den Erfassungsresultaten korrigiert. Es gibt jedoch wenige Chancen dafür, dass der Erregungszeitraum Ti der spezifische Zeitraum ist, und somit ist die Menge eines Lernens inadäquat.
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Die vorliegenden Erfinder haben ferner darüber nachgedacht, dass aufgeteilte Einspritzungen ausgeführt werden können, bei denen die Anfrageeinspritzmenge in eine Mehrzahl von Einspritzungen geteilt ist. Dann wird eine der Mehrzahl von Einspritzungen auf den spezifischen Zeitraum eingestellt, um die Zahl von Lerngelegenheiten zu erhöhen. Wenn aufgeteilte Einspritzungen auf diese Art und Weise ausgeführt werden, können sich jedoch Verbrennungsbedingungen von jenen, die gewünscht sind, unterscheiden und können zu Verschlechterungen von Abgasemissionen und einer Kraftstoffwirtschaftlichkeit führen.
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Die
DE 10 2009 003 211 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine, die eine Kraftstoffeinspritzanlage, eine Mehrzahl von Injektoren umfasst, um die Verbrennungsqualität zu verbessern und insbesondere die Genauigkeit der zugemessenen Kraftstoffmenge zu erhöhen, wird vorgeschlagen, für mindestens einen Injektor eine individuelle Ansteuerdauer in Abhängigkeit von einer Schließdauer dieses Injektors zu ermitteln. Die Ansteuerung für diesen Injektor erfolgt in Abhängigkeit von der ermittelten individuellen Ansteuerdauer. Es wird also eine injektorindividuelle Ansteuerung bereitgestellt, die es ermöglicht, Unterschiede in der Kraftstoffmenge, die von verschiedenen Injektoren zugemessen wird, zu reduzieren, auch wenn die Injektoren im Teilhub betrieben werden.
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In der
DE 10 2010 041 320 A1 wird ein Verfahren zum Bestimmen des Schließzeitpunktes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Steuerventils eines indirekt angetriebenen Kraftstoffinjektors beschrieben. Das Verfahren weist auf (a) ein Abschalten eines Stromflusses durch eine Spule des Spulenantriebs, so dass die Spule stromlos ist, (b) ein Erfassen eines zeitlichen Verlaufs einer in der stromlosen Spule induzierten Spannung, wobei die induzierte Spannung durch abklingende Wirbelströme in einem Magnetkreis des Spulenantriebs und durch eine Bewegung eines Magnetankers des Spulenantriebs relativ zu der Spule erzeugt wird, (c) ein Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung, und (d) ein Bestimmen des Schließzeitpunktes basierend auf dem ausgewerteten zeitlichen Verlauf. Es wird ferner eine entsprechende Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zum Durchführen des genannten Verfahrens beschrieben.
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In der
DE 10 2010 041 880 A1 wird ein Verfahren zum Ermitteln des zeitlichen Bewegungsverlaufs eines elektromagnetisch angetriebenen Ankers eines eine Spule aufweisenden Aktuators beschrieben. Das Verfahren weist auf (a) ein Beaufschlagen der Spule mit einem Ansteuersignal, welches derart dimensioniert ist, dass der Anker (a1) lediglich eine teilweise Auslenkung aus seiner Ausgangsposition ohne Erreichen einer durch einen Anschlag definierten Endposition erfährt und (a2) nach einem Erreichen einer Umkehrposition wieder seine Ausgangsposition erreicht, wobei zumindest zwischen der Umkehrposition und der Ausgangsposition die Auslenkung des Ankers als Funktion der Zeit zumindest annähernd durch einen Abschnitt einer Parabel beschrieben wird, (b) ein Bestimmen des Zeitpunkts, zu dem der Anker wieder seine Ausgangsposition erreicht, (c) ein Bestimmen der Geschwindigkeit, mit welcher der Anker wieder seine Ausgangsposition erreicht, und (d) ein Ermitteln des zeitlichen Bewegungsverlaufs des Ankers unter Verwendung einer die Parabel beschreibenden mathematischen Gleichung basierend auf dem erfassten Zeitpunkt und der erfassten Geschwindigkeit. Es wird ferner eine entsprechende Vorrichtung zum Ermitteln der parabelförmigen (ballistischen) Flugbahn eines elektromagnetisch angetriebenen Ankers eines eine Spule aufweisenden Aktuators sowie ein Computerprogramm zum Steuern des oben genannten Verfahrens beschrieben.
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DE 10 2007 062 279 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere in Kraftfahrzeugen, bei dem Kraftstoff mittels mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung in mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Eine Öffnungsbewegung eines Ventilelements der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung wird dabei nicht durch einen Anschlag begrenzt und eine einzuspritzende Kraftstoffmenge hängt von einer Einspritzdauer der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ab. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung arbeitet in der Weise, dass ein Ansteuerbeginn der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung so verschoben wird, dass die Differenz zwischen einem Ist-Einspritzende und einem Soll-Einspritzende minimal wird.
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Weiterer Stand der Technik ist in der
JP 2013 -
108 422 A offenbart.
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KURZFASSUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Kraftstoffeinspritzsteuerung zu schaffen, die angesichts der vorhergehenden Punkte darauf abzielt, Erregungszeitraumlerngelegenheiten zu maximieren, ohne gezwungene aufgeteilte Einspritzungen auszuführen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Fortbildungen dieses Gegenstands sind jeweils Gegenstand der weiteren abhängigen Ansprüche.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Kraftstoffeinspritzsteuerung für ein Kraftstoffeinspritzventil geschaffen, das aufgrund dessen, dass eine elektrische Betätigungsvorrichtung eine Ventilöffnungskraft erzeugt, um zu bewirken, dass sich ein Ventilelement öffnet, einen Kraftstoff, der für eine Verbrennung in einer internen Verbrennungsmaschine verwendet wird, einspritzt, wobei die Kraftstoffeinspritzsteuerung eine Speicherungseinheit, die einen geeigneten Wert eines Erregungszeitraums für die elektrische Betätigungsvorrichtung speichert, wobei der Erregungszeitraum einer Anfrageeinspritzmenge entspricht, die eine Anfragemenge eines Kraftstoffs für eine Einspritzung während eines Verbrennungszyklus der internen Verbrennungsmaschine ist, eine Erregungszeitraumeinstelleinheit, die basierend auf dem geeigneten Wert, der durch die Speicherungseinheit gespeichert ist, den Erregungszeitraum für die elektrische Betätigungsvorrichtung einstellt, eine Erfassungseinheit, die ein Verhalten des Ventilelements erfasst, eine Lerneinheit, die Erfassungsresultate von der Erfassungseinheit als Korrekturdaten lernt, die verwendet werden, um den Erregungszeitraum, der durch die Erregungszeitraumeinstelleinheit eingestellt wird, zu korrigieren, und eine Korrektureinheit aufweist, die basierend auf den Korrekturdaten, die durch die Lerneinheit gelernt werden, den Erregungszeitraum, der durch die Erregungszeitraumeinstelleinheit eingestellt wird, korrigiert. Eine Teilhubeinspritzung ist ferner so definiert, wenn, nachdem das Ventilelement damit begonnen hat, sich zu öffnen, das Ventilelement beginnt, sich zu schließen, bevor dasselbe eine maximale Ventilöffnungsposition erreicht, und falls der Erregungszeitraum für die elektrische Betätigungsvorrichtung ein Zeitraum in einem vorbestimmten Bereich für die Teilhubeinspritzung ist, die Lerneinheit das Lernen durchführt.
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Das Verhalten des Ventilelements wird dementsprechend erfasst, wenn der Erregungszeitraum für die elektrische Betätigungsvorrichtung ein Zeitraum in dem vorbestimmten Bereich ist, in dem ein Teilhubbetrieb ausgeführt werden wird. Der Erregungszeitraum wird dann basierend auf diesem Erfassungsresultat korrigiert. Der Erregungszeitraum ist dementsprechend nicht begrenzt, um ein spezifischer Zeitraum zu sein. Stattdessen wird, solange der Erregungszeitraum in den vorbestimmten Bereich fällt, basierend auf der Beziehung zwischen dem Erregungszeitraum und dem Verhalten des Ventilelements ein Lernen ausgeführt. Die Zahl von Lerngelegenheiten für den Erregungszeitraum wird dementsprechend erhöht, ohne gezwungene aufgeteilte Einspritzungen auszuführen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Abrissansicht, die eine Kraftstoffeinspritzsteuerung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt und ein Kraftstoffeinspritzventil zeigt, das ein Steuerziel der Kraftstoffeinspritzsteuerung ist.
- 2 zeigt einen Vollhubzustand des Kraftstoffeinspritzventils.
- 3 zeigt einen Teilhubzustand des Kraftstoffeinspritzventils.
- 4 ist eine charakteristische Abbildung, die eine Beziehung zwischen einem Erregungszeitraum Ti und einer Einspritzmenge Q zeigt.
- 5 ist ein Testresultat, das zeigt, wie eine Federcharakteristik mit einem Erregungszeitraum Ti und einem gemessenen Zeitraum für einen Ventilschließzeitpunkt korreliert ist.
- 6 ist ein Flussdiagramm, das Lernverarbeitungsschritte der Kraftstoffeinspritzsteuerung von 1 zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Mehrzahl von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Elemente, die zwischen jedem Ausführungsbeispiel einander gleich oder äquivalent sind, sind zusätzlich durch die gleiche Bezugsziffer bezeichnet, und überlappende Erläuterungen können weggelassen sein. Wenn die Konfiguration eines Ausführungsbeispiels lediglich teilweise erläutert ist, können die anderen Abschnitte dieser Konfiguration jenen von vorausgehend erläuterten Ausführungsbeispielen entsprechen.
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Ein Kraftstoffeinspritzventil 10, das in 1 gezeigt ist, ist in einer internen Mehrzylinder-Verbrennungsmaschine (Benzinmaschine) eines Zündungstyps angebracht. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 spritzt Kraftstoff direkt in jede Verbrennungskammer der Maschine ein. Eine Kraftstoffpumpe 20 pumpt Kraftstoff, mit dem das Kraftstoffeinspritzventil 10 versorgt wird. Die Kraftstoffpumpe 20 wird durch eine Drehantriebskraft der Maschine angetrieben.
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Wie in 2 und 3 gezeigt ist, weist das Kraftstoffeinspritzventil 10 ein Ventilelement 11, eine Spule 12, einen fixierten Kern 13, einen beweglichen Kern 14, eine Feder 15 und einen Körper 16 auf und ist dadurch gebildet. Das Ventilelement 11, die Spule 12, der fixierte Kern 13, der bewegliche Kern 14 und die Feder 15 sind in dem Körper 16 gehäust. Ein Kraftstoffkanal, ein Einspritzloch und eine Auflageoberfläche sind in dem Körper 16 gebildet. Das Einspritzloch ist an einem Stromabwärtsende des Kraftstoffkanals positioniert. Die Auflageoberfläche lässt das Ventilelement 11 lösbar aufliegen. Wenn eine Auflagerfläche, die an dem Ventilelement 11 gebildet ist, auf der Auflageoberfläche aufliegt, um zu bewirken, dass sich das Ventilelement 11 schließt, wird eine Kraftstoffeinspritzung von dem Einspritzloch gestoppt. Wenn die Auflagerfläche von der Auflageoberfläche gelöst wird, um zu bewirken, dass sich das Ventilelement 11 öffnet (hochhebt), wird Kraftstoff von dem Einspritzloch eingespritzt.
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Der fixierte Kern 13 und der bewegliche Kern 14 bilden einen magnetischen Weg, der einen magnetischen Fluss trägt, der durch ein Erregen der Spule 12 erzeugt wird. Wenn die Spule 12 erregt wird, und eine magnetische Anziehungskraft an dem fixierten Kern 13 erzeugt wird, wird der bewegliche Kern 14 aufgrund dieser magnetischen Anziehungskraft zu dem fixierten Kern 13 gezogen. Als ein Resultat wird das Ventilelement 11, das mit dem beweglichen Kern 14 gekoppelt ist, gegen eine elastische Kraft bzw. Federkraft der Feder 15 und eine Kraftstoffdruckventilschließkraft hochgehoben (geöffnet). Wenn im Gegensatz dazu das Erregen der Spule 12 gestoppt wird, schließt sich aufgrund der Federkraft der Feder 15 das Ventilelement 11 zusammen mit dem beweglichen Kern 14. Die Feder 15 ist spiralförmig und verformt sich entlang einer Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils 10 (der Oben-unten-Richtung in 2) elastisch. Die Federkraft der Feder 15 wird an das Ventilelement 11 hin zu der Ventilschließseite angelegt. Die Feder 15 liefert eine elastische Einheit bzw. Federeinheit, die eine Federkraft an das Ventilelement 11 anlegt, um zu bewirken, dass sich das Ventilelement 11 schließt.
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Zurückkehrend zu 1 steuert eine elektronische Steuereinheit (ECU 30; ECU = electronic control unit) den Betrieb eines Drosselventils, einer Zündkerze und des Kraftstoffeinspritzventils. Das Drosselventil steuert eine Ansaugluftmenge. Die ECU 30 steuert somit die Verbrennungsbedingungen der Maschine und steuert folglich die Ausgabe und Abgasemissionen der Maschine. Die ECU 30 liefert dementsprechend eine Kraftstoffeinspritzsteuerung, die den Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 10 steuert. Die ECU 30 und das Kraftstoffeinspritzventil 10 liefern ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem, das optimale Mengen eines Kraftstoffs zu optimalen Zeitpunkten einspritzt.
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Die ECU 30 weist einen Mikrocomputer (Mikroprozessor 40) und eine integrierte Schaltung (IC 50; IC = integrated circuit) auf. Der Mikroprozessor 40 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU; CPU = central processing unit) und einen Speicher auf und ist dadurch gebildet. Die CPU führt gemäß vorgespeicherten Programmen verschiedene Arten von Verfahren aus. Der Mikroprozessor 40 funktioniert dementsprechend als eine Anfrageeinspritzmengeneinstelleinheit 41, eine Erregungszeitraumeinstelleinheit 42, eine Abbildungsspeicherungseinheit 43, eine Lerneinheit 44, eine Federcharakteristikschätzungseinheit 45 und eine Korrektureinheit 46, wie es im Folgenden erläutert ist.
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Die Anfrageeinspritzmengeneinstelleinheit 41 berechnet basierend auf einer Niederdrückmenge eines Beschleunigungs- bzw. Gaspedals durch einen Fahrer, einer Maschinenlast, einer Maschinendrehgeschwindigkeit und dergleichen eine Anfrageeinspritzmenge eines Kraftstoffs. Diese Anfrageeinspritzmenge ist eine Anfragemenge von Kraftsoff, die während eines Verbrennungszyklus bei jedem Zylinder eingespritzt wird, und entspricht der Menge, die eingespritzt wird, wenn das Ventilelement 11 einmal geöffnet wird.
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Die Erregungszeitraumeinstelleinheit 42 stellt entsprechend der Anfrageeinspritzmenge einen Erregungszeitraum Ti für die Spule 12 ein. Ein geeigneter Wert des Erregungszeitraums Ti, der der Anfrageeinspritzmenge entspricht, wird in der Form von Abbildungen M1, M2 und M3 (siehe 4) in der Abbildungsspeicherungseinheit 43 gespeichert. Die Abbildungsspeicherungseinheit 43 speichert eine Mehrzahl von Typen von Abbildungen M1, M2 und M3. Die Abbildung M1 gibt einen geeigneten Wert an, wenn angenommen wird, dass das Kraftstoffeinspritzventil 10 ein Standardbauteil ist. Die Abbildungen M2 und M3 geben einen geeigneten Wert dafür an, wenn sich der charakteristische Wert der Feder 15 von demselben eines Standardbauteils unterscheidet.
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Wenn genauer gesagt eine Federcharakteristik derart ist, dass der elastische Koeffizient bzw. die Federkonstante der Feder 15 groß ist, und eine große Federkraft das Ventilelement 11 hin zu einem Schließen vorspannt, wird, nachdem ein Erregen der Spule 112 gestoppt ist, die Schließgeschwindigkeit des Ventilelements 11 schnell. Der tatsächliche Ventilöffnungszeitraum wird somit kurz. Die Einspritzmenge Q wird, wie es in der Abbildung M2 gezeigt ist, dementsprechend klein. Wenn im Gegensatz dazu die Federcharakteristik derart ist, dass die Federkonstante der Feder 15 klein ist, und eine kleine Federkraft das Ventilelement 11 hin zu einem Schließen vorspannt, wird, nachdem ein Erregen der Spule 12 gestoppt ist, die Schließgeschwindigkeit des Ventilelements 11 langsam. Der tatsächliche Ventilöffnungszeitraum wird somit lang. Die Einspritzmenge Q wird, wie es in der Abbildung M3 gezeigt ist, dementsprechend groß.
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Wenn die Federcharakteristikschätzungseinheit 45 schätzt, dass die Federkonstante der Feder 15 mit der Federcharakteristik eines Standardbauteils übereinstimmt, dann führt die Korrektureinheit 46 keine Korrektur durch. Der Erregungszeitraum für die Spule 12 wird dann mit einem geeigneten Wert für den Erregungszeitraum Ti gesteuert, der basierend auf der Abbildung M1 unter der Annahme eines Standardbauteils eingestellt wird. Der Mikroprozessor 40 gibt genauer gesagt ein Pulssignal zu der IC 50 aus, wobei das Pulssignal als ein Einspritzpulssignal wirkt und eine Puls-ein-Länge hat, die dem Erregungszeitraum Ti entspricht. Die IC 50 weist eine Treibschaltung 51 auf, die während der Ein-Dauer des Einspritzpulssignals eine fixierte Spannung an die Spule 12 anlegt. Das Einspritzpulssignal befiehlt daher eine Erregungsstartzeit und den Erregungszeitraum Ti. Als ein Resultat kann das Einspritzpulssignal ferner als eine Einspritzstartzeit und die Einspritzmenge befehlend betrachtet werden.
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Wenn die Federcharakteristikschätzungseinheit 45 eine Federcharakteristik schätzt, bei der die Federkraft um eine fixierte Spanne größer als dieselbe eines Standardbauteils ist, dann wird der Erregungszeitraum Ti, der durch die Erregungszeitraumeinstelleinheit 42 basierend auf der Abbildung M1 eingestellt wird, basierend auf einem geeigneten Wert aus der Abbildung M2 korrigiert. Ein Befehl kann alternativ zu der Erregungszeitraumeinstelleinheit 42 gesendet werden, um basierend auf dem geeigneten Wert aus der Abbildung M2 den Erregungszeitraum Ti einzustellen. Wenn die Federcharakteristikschätzungseinheit 45 eine Federcharakteristik schätzt, bei der die Federkraft um eine fixierte Spanne kleiner als dieselbe eines Standardbauteils ist, dann wird der Erregungszeitraum Ti, der durch die Erregungszeitraumeinstelleinheit 42 basierend auf der Abbildung M1 eingestellt wird, basierend auf einem geeigneten Wert aus der Abbildung M3 korrigiert. Ein Befehl kann alternativ zu der Erregungszeitraumeinstelleinheit 42 gesendet werden, um basierend auf dem geeigneten Wert aus der Abbildung M3 den Erregungszeitraum Ti einzustellen. Der Korrekturwert von der Korrektureinheit 46 entspricht mit anderen Worten einem Abweichungswert zwischen einem Erregungszeitraum Ti basierend auf der Abbildung M1 eines Standardbauteils und einem Erregungszeitraum Ti basierend auf den Abbildungen M2 und M3.
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Eine Einspritzcharakteristik (oder Ti-Q-Charakteristik), die die Beziehung zwischen dem Erregungszeitraum Ti für die Spule 12 und der Einspritzmenge Q für den Kraftstoff von dem Einspritzloch zeigt, wird im Voraus aus Experimenten erhalten. Diese experimentellen Resultate werden verwendet, um die Abbildungen M1, M2 und M3, die in der Abbildungsspeicherungseinheit 43 gespeichert sind, zu erzeugen. Die Ti-Q-Charakteristik variiert ferner basierend auf dem Druck des Kraftstoffs, mit dem das Kraftstoffeinspritzventil versorgt wird (das heißt einem Versorgungskraftstoffdruck). Aus diesem Grund werden die Abbildungen M1, M2 und M3 für jeden Versorgungskraftstoffdruck erzeugt und gespeichert. Der Mikrocomputer 40 erhält den Versorgungskraftstoffdruck, der durch einen Kraftstoffdrucksensor 21 erfasst wird. Die Erregungszeitraumeinstelleinheit 42 und die Korrektureinheit 46 führen unter Verwendung der Abbildungen M1, M2 und M3, die dem erhaltenen Versorgungskraftstoffdruck entsprechen, ein Einstellen und eine Korrektur des Erregungszeitraums Ti durch.
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Wenn der Erregungszeitraum Ti ausreichend lang ist, ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 in einem Vollhubeinspritzmodus, wie in 2 gezeigt ist, in Betrieb. Wenn der Erregungszeitraum Ti kurz ist, ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 in einem Teilhubeinspritzmodus, wie es in 3 gezeigt ist, in Betrieb. Bei der Vollhubeinspritzung öffnet sich das Ventilelement 11, bis eine Vollhubposition (das heißt eine maximale Ventilöffnungsposition) erreicht wird, wie es in 2(b) gezeigt ist, und das Ventilelement 11 schließt sich danach. Die Vollhubposition ist eine Position, bei der der bewegliche Kern 14 an den fixierten Kern 13 anstößt. Die Teilhubeinspritzung ist im Gegensatz dazu so definiert, dass, nachdem das Ventilelement 11 damit beginnt, sich zu öffnen, das Ventilelement 11 beginnt, sich zu schließen, bevor der Vollhubzustand erreicht wird, wie es in 3(b) gezeigt ist.
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Die Abbildung M1 von 4 bezeichnet eine Einspritzcharakteristik (oder Ti-Q-Charakteristik), bei der, nachdem ein Erregen gestartet wurde, das Ventilelement 11 beginnt, sich zu einem Zeitpunkt t1 zu öffnen. Dann erreicht das Ventilelement 11 zu einem Zeitpunkt t2 nach dem Zeitpunkt t1 die Vollhubposition. Dementsprechend ist von dem Erregungszeitraum Ti die Region zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 (das heißt eine Teilhubregion) dort, wo das Kraftstoffeinspritzventil 10 in einem Teilhubeinspritzmodus in Betrieb ist. Von dem Erregungszeitraum Ti ist im Gegensatz dazu die Region bei und nach dem Zeitpunkt t2 (das heißt eine Vollhubregion) dort, wo das Kraftstoffeinspritzventil 10 in einem Vollhubeinspritzmodus in Betrieb ist.
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Wenn ferner der bewegliche Kern 14 zu dem Zeitpunkt t2 mit dem fixierten Kern 13 kollidiert, tritt aufgrund eines Rückpralls dieser Kollision ein Aufprallphänomen dort auf, wo sich der bewegliche Kern 14 momentan von dem fixierten Kern 13 trennt und dann wieder mit dem fixierten Kern 13 kollidiert. Wenn dies auftritt, prallt das Ventilelement 11 ebenfalls mit dem beweglichen Kern 14 zusammen, und somit öffnet und schließt sich wiederholt das Einspritzloch zeitweilig. In der Vollhubregion zeigt 4 die Ti-Q-Charakteristik als eine gerade Linie zwischen dem Zeitpunkt t2 und einer fixierten Zeit danach (das heißt eine dritte Region). In der Praxis ist jedoch hier die Ti-Q-Charakteristik ein pulsierender Kurvenverlauf, der durch das Aufprallen des Ventilelements 11 bewirkt wird.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist die Neigung der Ti-Q-Charakteristiklinie in der Teilhubregion größer als die Neigung der Ti-Q-Charakteristiklinie in der Vollhubregion. In der Teilhubregion wird dementsprechend eine Abweichung des Erregungszeitraums Ti eine große Abweichung in der Einspritzmenge Q bewirken. Es ist daher wünschenswert, den Erregungszeitraum Ti in der Teilhubregion genau zu steuern.
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Eine Spannung Vm an dem negativen Anschluss der Spule 12 wird in eine Erfassungsschaltung 52 der IC 50 eingegeben. Diese Spannung Vm hat gemäß dem Schließen des Ventilelements 11 einen sich allmählich verringernden Kurvenverlauf. Während sich jedoch derselbe allmählich verringert, steigt die Spannung Vm zeitweilig mit einem pulsierenden Kurvenverlauf. Dieser pulsierende Kurvenverlauf wird durch das Ventilelement 11, das sich schließt, bewirkt, das hält, wenn es die geschlossene Ventilposition erreicht. Der Ventilschließzeitpunkt kann mit anderen Worten als vorhanden betrachtet werden, wenn dieser pulsierende Kurvenverlauf erscheint. Berücksichtigt man diesen Punkt, erfasst die Erfassungsschaltung 52 den Zeitpunkt, wenn ein pulsierender Kurvenverlauf in dem Kurvenverlauf der Spannung Vm erscheint, und erfasst den Ventilschließzeitpunkt als diesen erfassten Zeitpunkt.
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Die Erfassungsschaltung 52 misst genauer gesagt einen Zeitraum zwischen einem Zeitpunkt zum Starten eines Erregens der Spule 12 und einem Zeitpunkt, wenn der pulsierende Kurvenverlauf erscheint, (das heißt einem Ventilschließzeitpunkt) als einen Messungszeitraum Tc. Dieser Messungszeitraum Tc wird als ein Ventilschließzeitpunkterfassungsresultat zu dem Mikroprozessor 40 ausgegeben. Je stärker die Federkraft der Feder 15 ist, die das Kraftstoffeinspritzventil 10 in sich aufweist, umso schneller schließt sich ferner das Ventilelement 11. Das Ventilelement 11 erfordert dementsprechend weniger Zeit, um sich nach einem Stoppen eines Erregens der Spule 12 zu schließen, und der Messungszeitraum Tc verringert sich.
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Die Lerneinheit 44 des Mikroprozessors 40 lernt eine Beziehung zwischen dem Erregungszeitraum Ti, der von dem Einspritzpulssignal, das von dem Mikroprozessor 40 zu der IC 50 ausgegeben wird, ist, und dem Messungszeitraum Tc, der durch den Mikroprozessor 40 von der Erfassungsschaltung 52 erhalten wird. Die durchgezogene Linie L1, die in 5 gezeigt ist, gibt Lernresultate an, wenn das Kraftstoffeinspritzventil 10 ein Standardbauteil ist. Wenn die Federstärke der Feder 15 stark ist, verringert sich der im Vorhergehenden erwähnte Messungszeitraum Tc, und die durchgezogene Linie L2 ist ein Beispiel von Lernresultaten in einem solchen Fall. Wenn im Gegensatz dazu die Federstärke der Feder 15 schwach ist, erhöht sich der Messungszeitraum Tc, und die durchgezogene Linie L3 ist ein Beispiel von Lernresultaten in einem solchen Fall. Die Lernresultate der Lerneinheit 44 können dementsprechend als die Federkraftcharakteristik der Feder 15 darstellend betrachtet werden.
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Die Federcharakteristikschätzungseinheit 45 schätzt, welche der durchgezogenen Linien L1, L2 und L3 am nächsten zu den Lernresultaten von der Lerneinheit 44 ist, und schätzt dadurch die Federcharakteristik des Kraftstoffeinspritzventils 10. Die Federcharakteristikschätzungseinheit 45 gibt dann die Federcharakteristikschätzungsresultate zu der Korrektureinheit 46 aus, derart, dass die Korrektureinheit 46 basierend auf der geschätzten Federcharakteristik eine Korrektur durchführt. Wenn genauer gesagt ein Koordinatenpunkt des gelernten Messungszeitraums Tc und des Erregungszeitraums Ti, wenn dieselben in dem Diagramm von 5 aufgetragen werden, nahe der durchgezogenen Linie L1 ist, dann wird eine Standardbauteilfedercharakteristik geschätzt. Wenn der vorhergehende Koordinatenpunkt nahe der durchgezogenen Linie L2 ist, dann wird eine Federcharakteristik einer starken Federkraft geschätzt. Wenn der vorhergehende Koordinatenpunkt nahe der durchgezogenen Linie L3 ist, dann wird eine Federcharakteristik einer schwachen Federkraft geschätzt.
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Die Korrektureinheit 46 verwendet die Schätzungsresultate, um den Erregungszeitraum Ti zu korrigieren. Hier stammen die Schätzungsresultate von der Federcharakteristikschätzungseinheit 45, und der Erregungszeitraum Ti wird durch die Erregungszeitraumeinstelleinheit 42 eingestellt. Wenn eine Standardbauteilfedercharakteristik geschätzt wird, wird genauer gesagt dann der Erregungszeitraum Ti basierend auf der Abbildung M1 eingestellt. Die Korrektureinheit 46 führt mit anderen Worten keine Korrektur durch. Wenn eine Federcharakteristik einer starken Federkraft geschätzt wird, dann wird der Erregungszeitraum Ti basierend auf der Abbildung M2 korrigiert. Wenn eine Federcharakteristik einer schwachen Federkraft geschätzt wird, dann wird der Erregungszeitraum Ti basierend auf der Abbildung M3 korrigiert. Die Lerneinheit 44 lernt kurz gesagt das Verhalten des Ventilelements 11 als einen Korrekturwert, und die Korrektureinheit 46 verwendet diesen Korrekturwert, um den Erregungszeitraum Ti zu korrigieren.
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Wenn ferner der vorhergehende Lernkoordinatenpunkt zwischen den durchgezogenen Linien L1, L2 und L3 von 5 positioniert ist, dann wird die Federcharakteristik durch eine lineare Interpolation geschätzt. Der Erregungszeitraum Ti wird dann durch eine lineare Interpolation der Mehrzahl der Abbildungen M1, M2 und M3 korrigiert.
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6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren in Bezug auf das im Vorhergehenden beschriebene Lernen zeigt. Die Verarbeitung in 6 wird durch den Mikroprozessor 40 jedes Mal wiederholt ausgeführt, wenn das Einspritzpulssignal ausgegeben wird. Bei einer Mehrzylinder-Maschine wird ferner die Verarbeitung in 6 für das Kraftstoffeinspritzventil 10, das in jedem Zylinder vorgesehen ist, ausgeführt.
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Bei einem Schritt S10 von 6 wird zuerst bestimmt, ob eine Teilhubeinspritzung ausgeführt werden wird. Es wird genauer gesagt bestimmt, ob der Erregungszeitraum Ti gemäß dem Einspritzpulssignal, das durch den Mikroprozessor 40 ausgegeben wird, in die Teilhubregion fällt. Wenn bestimmt wird, dass eine Teilhubeinspritzung ausgeführt werden wird (S10: JA), dann wird als Nächstes bei einem Schritt S11 der Ventilschließzeitpunkt erfasst. Der Messungszeitrum Tc wird genauer gesagt als ein Signal, das durch die Erfassungsschaltung 52 ausgegeben wird, erhalten.
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Als Nächstes wird bei einem Schritt S12 bestimmt, ob Lernausführungsbedingungen erfüllt sind. Wenn beispielsweise die Kraftstofftemperatur unter oder über einem vorbestimmten Bereich ist, wird der Viskositätszustand des Kraftstoffs aus einem angenommen Zustand fallen. Es wird erwogen, dass dies bewirkt, dass sich die Ti-Q-Charakteristik ändert, und in einem solchen Fall wird bestimmt, dass die Lernausführungsbedingungen nicht erfüllt sind. Wenn sich ferner die Maschinenbetriebsbedingungen plötzlich ändern, dann wird bestimmt, dass die Lernausführungsbedingungen nicht erfüllt sind. Wenn beispielsweise eine Änderungsmenge pro fixierter Zeiteinheit der Maschinenlast oder der Maschinendrehgeschwindigkeit einen Schwellenwert überschreitet, wird bestimmt, dass sich die Maschinenbetriebsbedingungen plötzlich geändert haben.
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Wenn ferner der Erregungszeitraum Ti in eine erste Region W1 oder eine zweite Region W2, wie es in 4 gezeigt ist, fällt, dann wird bestimmt, dass die Lernausführungsbedingungen nicht erfüllt sind. Wenn mit anderen Worten der Erregungszeitraum Ti in einen vorbestimmten Bereich Wa fällt, der die Teilhubregion ist, die die erste Region W1 und die zweite Region W2 ausschließt, dann wird bestimmt, dass die Lernausführungsbedingungen erfüllt werden. Die erste Region W1 ist eine Zeitregion der Teilhubregion, die kürzer als ein erster vorbestimmter Zeitraum ist. Die zweite Region W2 ist eine Zeitregion der Teilhubregion, die länger als ein zweiter vorbestimmter Zeitraum ist. Der zweite vorbestimmte Zeitraum ist länger als der erste vorbestimmte Zeitraum.
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Wenn bestimmt wird, dass die Lernausführungsbedingungen erfüllt werden (S12: JA), dann werden als Nächstes bei einem Schritt S13 Lernwerte bei der Lerneinheit 44 aktualisiert. Eine Koordinate (oder ein Lernwert) wird genauer gesagt, wie es in 5 gezeigt ist, hinzugefügt. Wenn ein anderer Messungszeitraum Tc für den gleichen Erregungszeitraum Ti erhalten wird, dann wird ferner der Messungszeitraum Tc mit dem neuen Wert neu geschrieben.
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Bei einem Schritt S14 wird als Nächstes eine Beziehung zwischen einer Mehrzahl von Lernwerten und einer Mehrzahl von Typen von Probedaten, die in dem Mikroprozessor 40 vorgespeichert sind, (das heißt den durchgezogenen Linien L1, L2 und L3) geschätzt. Es wird genauer gesagt geschätzt, ob die Lernwerte einer der durchgezogenen Linien L1, L2 und L3 nahe sind. Bei einem Schritt S15 wird als Nächstes eine Federcharakteristikabweichung geschätzt. Es wird genauer gesagt bestimmt, ob eine Ti-Q-Charakteristik, die der geschätzten Federcharakteristikabweichung entspricht, in der Mehrzahl von Typen von Ti-Q-Charakteristiken, die in dem Mikroprozessor vorgespeichert sind, existiert.
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Bei einem Schritt S16 wird als Nächstes eine Abweichung zwischen dem Erregungszeitraum Ti, der einer Anfrageeinspritzmenge für ein Standardbauteil entspricht, und dem Erregungszeitraum Ti, der einer Anfrageeinspritzmenge für die geschätzte Federcharakteristik entspricht, geschätzt. Bei einem Schritt S17 wird als Nächstes ein Korrekturwert für die Abweichung des Erregungszeitraums Ti, die bei dem Schritt S16 geschätzt wird, berechnet. Wenn ferner bei dem Schritt S10 bestimmt wird, dass keine Teilhubeinspritzung ausgeführt werden wird (S10: NEIN), oder wenn bei dem Schritt S12 bestimmt wird, dass die Lernausführungsbedingungen nicht erfüllt sind (S12: NEIN), dann wird der Messungszeitraum Tc, der durch die Erfassungsschaltung 52 erfasst wurde, neu eingestellt.
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Angesichts des Vorhergehenden wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Zeitraum, der dafür gebraucht wird, dass sich das Ventilelement 11 schließt, (der Messungszeitraum Tc) erfasst, wenn der Erregungszeitraum Ti in einen vorbestimmten Bereich Wa fällt. Der vorbestimmte Bereich Wa ist ein Zeitraum, in dem ein Teilhubbetrieb ausgeführt werden wird. Der Erregungszeitraum Ti wird dann basierend auf diesem Erfassungsresultat korrigiert. Der Erregungszeitraum Ti wird dementsprechend nicht begrenzt, um ein spezifischer Zeitraum zu sein. Stattdessen wird, solange der Erregungszeitraum Ti in den vorbestimmten Bereich Wa fällt, basierend auf der Beziehung zwischen dem Erregungszeitraum Ti und dem Verhalten des Ventilelements 11 (das heißt dem Messungszeitraum Tc) ein Lernen ausgeführt. Die Zahl der Lerngelegenheiten für den Erregungszeitraum Ti wird dementsprechend erhöht, ohne gezwungene aufgeteilte Einspritzungen auszuführen.
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Hier ist die Ti-Q-Charakteristik im Vorhergehenden als basierend auf der Federcharakteristik der Feder 15 variierend beschrieben. Die Ti-Q-Charakteristik variiert ferner basierend auf unterschiedlichen Viskositäten des Kraftstoffs aufgrund von Kraftstoffcharakteristiken, unterschiedlichen Spulenwiderständen bei der Spule 12 aufgrund einer Temperatur und dergleichen. Von diesen unterschiedlichen Faktoren haben trotzdem Unterschiede der Federcharakteristik der Feder 15 die größte Wirkung auf die Ti-Q-Charakteristik.
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Basierend auf dieser Kenntnis weist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Kraftstoffeinspritzventil 10 die Feder 15 auf, und die Federcharakteristikschätzungseinheit 45 (Charakteristikschätzungseinheit) ist vorgesehen, um basierend auf Lernwerten (Korrekturdaten) von der Lerneinheit 44 (Lerneinheit) die Federcharakteristik der Feder 15 zu schätzen. Die Korrektureinheit 46 (Korrektureinheit) stellt dann basierend auf den Schätzungsresultaten von der Federcharakteristikschätzungseinheit 45 den Korrekturwert für den Erregungszeitraum Ti ein. Aus diesem Grund ist eine präzisere Korrektur verglichen damit möglich, wenn der Korrekturwert basierend auf einem geschätzten Spulenwiderstand oder einer geschätzten Kraftstoffviskosität eingestellt wird.
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Wie in 4 gezeigt ist, treten hier, wenn der Erregungszeitraum Ti in der ersten Region W1 ist, die kürzer als der erste vorbestimmte Zeitraum ist, keine großen Variationen in der Ti-Q-Charakteristik als ein Resultat von Änderungen der Federcharakteristik auf. Angesichts dieses Punkts ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorbestimmte Bereich Wa des Erregungszeitraums Ti, in dem ein Lernen ausgeführt wird, eingestellt, um die erste Region W1 auszuschließen. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Reduzierung der Lerngenauigkeit der Federcharakteristik aufgrund von Lernwerten in der ersten Region W1 zu vermeiden. Die Genauigkeit der Korrektur wird mit anderen Worten erhöht.
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Wenn ferner der Erregungszeitraum Ti in der zweiten Region W2 ist, die länger als der zweite vorbestimmte Zeitraum ist, bewirkt das im Vorhergehenden erwähnte Phänomen eines Aufprallens, das der Ti-Q-Charakteristik-Kurvenverlauf pulsiert. Angesichts dieses Punkts wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorbestimmte Bereich Wa des Erregungszeitraums Ti, in dem ein Lernen ausgeführt wird, eingestellt, um die zweite Region W2 auszuschließen. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Reduzierung der Lerngenauigkeit der Federcharakteristik aufgrund von Lernwerten in der zweiten Region W2 zu vermeiden. Die Genauigkeit der Korrektur wird mit anderen Worten erhöht.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel grenzt außerdem die Abbildungsspeicherungseinheit 43 für jeden Versorgungskraftstoffdruck den geeigneten Wert ab und speichert den geeigneten Wert. Die Erregungszeitraumeinstelleinheit 42 stellt basierend auf dem geeigneten Wert, der dem Kraftstoffversorgungsdruck während einer Einspritzung entspricht, den Erregungszeitraum Ti ein. Für jeden Versorgungskraftstoffdruck grenzt ferner, wenn die Erfassungsschaltung 52 die Erfassung durchführt, die Lerneinheit 44 die Korrekturdaten ab und führt ein Lernen durch. Wie im Vorhergehenden erwähnt ist, unterscheidet sich die Ti-Q-Charakteristik basierend auf dem Versorgungskraftstoffdruck, sodass das vorliegende Ausführungsbeispiel durch Aufzeichnen von unterschiedlichen geeigneten Werten für jeden Versorgungskraftstoffdruck den Erregungszeitraum Ti einstellt und ein einzelnes Lernen für jeden Versorgungskraftstoffdruck ausführt. Eine Lerngenauigkeit wird somit erhöht, und die Einspritzmenge kann mit einer hohen Präzision gesteuert werden.
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(Andere Ausführungsbeispiele)
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Im Vorhergehenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf das im Vorhergehenden beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt, und eine Vielfalt von Modifikationen ist denkbar, wie es im Folgenden veranschaulicht ist. Die Ausführungsbeispiele sind nicht auf lediglich Kombinationen oder Teilkombinationen begrenzt, die ausdrücklich als möglich erwähnt sind. Vielmehr können, vorausgesetzt, dass keine speziellen Schwierigkeiten beim Kombinieren existieren, Teile jedes Ausführungsbeispiels zusammen kombiniert sein, selbst wenn eine solche Kombination nicht ausdrücklich erwähnt ist.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel erfasst die Erfassungsschaltung 52 basierend auf einer Änderung der Spannung Vm an dem negativen Anschluss der Spule 12 den Ventilschließzeitpunkt des Ventilelements 11. Der Ventilschließzeitpunkt des Ventilelements 11 kann stattdessen basierend auf einer Änderung des Stroms, der in der Spule 12 fließt, erfasst werden.
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Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind ein Lernen in der ersten Region W1 und der zweiten Region W2 verboten. Ein Lernen kann jedoch ebenfalls in diesen Regionen ausgeführt werden. Lernwerten in der ersten Region W1 oder der zweiten Region W2 kann alternativ weniger Gewicht gegeben werden, und Lernwerten in dem vorbestimmten Bereich Wa kann mehr Gewicht gegeben werden.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Ventilschließzeitpunkt durch Erfassen einer Pulsation, die in dem Spannungskurvenverlauf aufgrund des Schließens des Ventilelements 11 erzeugt wird, erfasst. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf ein Erfassen des Verhaltens des Ventilelements 11 auf eine solche Art und Weise begrenzt. Ein Hubsensor kann beispielsweise verwendet werden, um eine Hubmenge des Ventilelements 11 zu erfassen. Ein zylinderinterner Sensor kann alternativ verwendet werden, um den Druck in der Verbrennungskammer der Maschine (einen zylinderinternen Druck) zu erfassen, und dieser erfasste Wert kann verwendet werden, um die Einspritzmenge zu schätzen. Das Verhalten des Ventilelements 11 kann alternativ basierend auf einer Änderung des Versorgungskraftstoffdrucks aufgrund einer Einspritzung gemessen werden. Als spezifische Beispiele von physikalischen Größen, die mit der Einspritzmenge korreliert sind, können mit anderen Worten neben dem Ventilschließzeitpunkt eine Hubmenge, ein zylinderinterner Druck, ein Versorgungskraftstoffdruck oder dergleichen ermittelt werden.
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Bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel liefern die Spule 12, der fixierte Kern 13 und der bewegliche Kern 14 eine elektrische Betätigungsvorrichtung, die bewirkt, dass sich das Ventilelement öffnet und schließt. Als die elektrische Betätigungsvorrichtung kann stattdessen ein piezoelektrisches Element verwendet werden.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 an einem Zylinderkopf eingerichtet. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 kann jedoch stattdessen an einem Zylinderblock eingerichtet sein. Bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ferner das Kraftstoffeinspritzventil 10 bei einer internen Verbrennungsmaschine (Benzinmaschine) eines Zündungstyps angebracht. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 kann jedoch stattdessen an einer internen Verbrennungsmaschine (Dieselmaschine) eines Verdichtungszündungstyps angebracht sein. Bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel spritzt ferner das Kraftstoffeinspritzventil 10 Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer ein. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 kann jedoch stattdessen Kraftstoff in ein Ansaugrohr einspritzen.
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Bei dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die verschiedenen Einheiten und Funktionen, die durch die Kraftstoffeinspritzsteuerung (ECU 30) geliefert werden, durch Software von dem Mikrocomputer 40 geliefert, können jedoch alternativ durch eine Kombination von Software und Hardware geliefert werden. Die verschiedenen Einheiten des Mikroprozessors 40 können beispielsweise stattdessen aus analogen Schaltungen konfiguriert sein. Die Erfassungseinheit, die durch die Erfassungsschaltung 52 der IC 50 vorgesehen ist, kann alternativ als Software von dem Mikroprozessor 40 konfiguriert sein.
