DE10318827B4

DE10318827B4 - Sammel-Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE10318827B4
Application number: DE2003118827
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Kariya-shi Oshima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-04-26
Also published as: DE10318827A1; JP3885652B2; JP2003322067A

Abstract

Kraftstoffeinspritzsystem der Druckspeicherbauart mit
(a) einem Druckspeicher (1), der einen Hochdruckkraftstoff bei einem Druck speichert, der einem Kraftstoffeinspritzdruck entspricht, und der den Hochdruckkraftstoff zu einer Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (2) verteilt und fördert, die in jeweiligen Zylindern einer Brennkraftmaschine montiert sind;
(b) einer Kraftstoffförderpumpe (3), die den in eine Druckkammer gesaugten Kraftstoff druckbeaufschlagt und den Kraftstoff in den Druckspeicher (1) pumpt;
(c) einer Einheit, die den Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher (1) von einem niedrigen Druck auf einen hohen Druck durch Regulieren eines Öffnungsgrads eines Kraftstoffförderkanals erhöht, durch den der Kraftstoff in die Druckkammer gefördert wird;
(d) einem elektrischen oder elektromagnetischen zweiten Drucksteuerventil (7), das den Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher (1) von einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck durch Regulieren eines Öffnungsgrads eines Kraftstoffauslasskanals (13) verringert, durch den der Kraftstoff von dem Druckspeicher (1) ausgelassen wird;
(e) einer Kraftstoffdruckmesseinrichtung (35) zum Messen des Kraftstoffdrucks in dem...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekanntes Sammel-Kraftstoffeinspritzsystem für eine Dieselkraftmaschine hat eine Sammelvorrichtung (eine Common-Rail), Elektromagnetkraftstoffeinspritzventile und eine Saugsteuer-Kraftstoffförderpumpe. Die Common-Rail sammelt Kraftstoff unter einem hohen Druck entsprechend einem Kraftstoffeinspritzdruck. Die Elektromagnetkraftstoffeinspritzventile spritzen den in der Common-Rail gesammelten Kraftstoff in die Zylinder der Kraftmaschine ein. Die Saugsteuer-Kraftstoffförderpumpe beaufschlagt den in eine Druckkammer eingezogenen Kraftstoff mit einem hohen Druck und führt den Kraftstoff zu der Common-Rail unter Druck zu.
Das Sammel-Kraftstoffeinspritzsystem hat einen Saugsteuerventil (SCV) in der Kraftstoffförderpumpe. Das SCV reguliert einen Öffnungsgrad eines Kraftstoffförderkanals, der einen Kraftstoffbehälter mit einer Druckkammer verbindet, um eine aus der Kraftstoffförderpumpe ausgelassene Kraftstoffmenge zu vermehren (eine Pumpenauslassmenge), wenn ein Fahrzeug zum Beispiel beschleunigt wird. Somit wird der Druck in der Common-Rail (Common-Rail-Druck) schnell erhöht. Zusätzlich hat das Sammel-Kraftstoffeinspritzsystem ein Druckreduzierventil (PRV) an einem Ende der Common-Rail. Das PRV öffnet den Kraftstoffauslasskanal, der die Common-Rail mit dem Kraftstoffbehälter verbindet, wenn das Fahrzeug zum Beispiel verzögert wird. Somit wird der Common-Rail-Druck schnell reduziert.
8 zeigt eine Steuerlogik einer herkömmlichen elektronischen Steuereinheit zum Berechnen einer SCV-Antriebsstromstärke IPMP, die in eine Solenoidspule 101 des in der 9 gezeigten SCV eingespeist wird, und zum Berechnen einer PRV-Antriebsstromstärke IQL, die in eine Solenoidspule 102 des in der 9 gezeigten PRV eingespeist wird (nachfolgend wird der Begriff „Steuern" allgemein für „Steuer- oder Regelvorgänge" verwendet). 10(a) zeigt Steuercharakteristika der Pumpenauslassmenge QP bezüglich der SCV-Antriebsstromstärke IPMP. 10(b) zeigt Steuercharakteristika einer PRV-Durchsatzrate QL (Kraftstoffrückführungsdurchsatzrate QL) bezüglich der PRV-Antriebsstromstärke IQL.
Eine ECU 100 einschließlich der in der 9 gezeigten SCV-Antriebsschaltung 103 berechnet die SCV-Antriebsstromstärke IPMP folgendermaßen. Wie dies in der Flussrate der 8 gezeigt ist, wird zunächst eine Soll-Auslassmenge QPMP aus einer Soll-Einspritzmenge QFIN, einem Soll-Kraftstoffdruck PFIN und einem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC durch einen Mikrocomputer MC der ECU 100 mittels einer allgemein bekannten Proportional-Integral-Differential(PID)-Regelung berechnet. Die Soll-Einspritzmenge QFIN wird aus einer Beschleunigungsvorrichtungsposition ACCP und einer Kraftmaschinendrehzahl NE auf der Grundlage einer Abbildung zum Berechnen der Soll-Einspritzmenge berechnet. Der Soll-Kraftstoffdruck PFIN wird aus der Soll-Einspritzmenge QFIN und der Kraftmaschinendrehzahl auf der Grundlage einer Abbildung zum Berechnen des Soll-Kraftstoffdruckes berechnet. Der tatsächliche Kraftstoffdruck NPC wird durch einen Kraftstoffdrucksensor gemessen. Dann wird die SCV- Antriebsstromstärke IPMP aus der Soll-Auslassmenge QPMP und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC auf der Grundlage einer Abbildung zum Berechnen der SCV-Antriebsstromstärke berechnet. Die SCV-Antriebsstromstärke IPMP wird in die Solenoidspule 101 des SCV durch die SCV-Antriebsschaltung 103 eingespeist. Ein Hubmaß (ein Ventilöffnungsgrad) des SCV wird gemäß der SCV-Antriebsstromstärke IPMP reguliert. Somit ändert sich die Pumpenauslassmenge oder die Menge des aus der Kraftstoffförderpumpe zu der Common-Rail unter Druck zugeführten Kraftstoffes gemäß der SCV-Antriebsstromstärke IPMP. Die Pumpenauslassmenge wird so geregelt, dass der tatsächliche Kraftstoffdruck NPC sich im Allgemeinen dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN angleicht.
Die ECU 100 einschließlich der in der 9 gezeigten PRV-Antriebsschaltung 104 berechnet die PRV-Antriebsstromstärke IQL folgendermaßen. Zunächst wird eine Soll-PRV-Durchsatzrate QL aus dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC durch den Mikrocomputer MC der ECU 100 mit der PID-Regelung berechnet, wie dies in der 8 gezeigt ist. Dann wird eine PRV-Antriebsstromstärke IQL aus der Soll-PRV-Durchsatzrate QL und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC auf der Grundlage einer Abbildung zum Berechnen der PRV-Antriebsstromstärke berechnet. Dann wird die PRV-Antriebsstromstärke IQL in die Solenoidspule 102 des PRV durch die PRV-Antriebsschaltung 104 eingespeist. Ein Hubgrad (ein Ventilöffnungsgrad) des PRV wird gemäß der PRV-Antriebsstromstärke IQL reguliert. Die PRV-Durchsatzrate oder die Durchsatzrate des aus der Common-Rail zu dem Kraftstoffbehälter zurück zirkulierenden Kraftstoffes wird gemäß der PRV-Antriebsstromstärke IQL reguliert.
Bei dem herkömmlichen Sammel-Kraftstoffeinspritzsystem ist die Steuerbarkeit des Kraftstoffdruckes in der Common-Rail ein wichtiger Faktor bei der Steuerung, die sich auf die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzmenge bezieht. Daher ist das SCV an der Kraftstoffförderpumpe angeordnet, um den Common-Rail-Druck schnell zu erhöhen, und das PRV ist an dem Ende der Common-Rail angeordnet, um den Common-Rail-Druck schnell zu reduzieren. Das SCV und das PRV sind jeweils durch die verschiedenen Antriebsströme so geregelt, dass der tatsächliche Common-Rail-Druck sich im allgemeinen dem Soll-Kraftstoffdruck angleicht. Da jedoch das SCV und das PRV jeweils geregelt werden, ist die in der 8 gezeigte Steuerungslogik kompliziert, und die verschiedenen Antriebsschaltungen sind erforderlich, wie diese in der 9 gezeigt sind. Infolgedessen sind die Kosten der ECU 100 erhöht.
Die Druckschrift DE 199 16 100 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzsystem der Druckspeicherbauart mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Eine Ansteuerung einer Regeleinrichtung für eine Kraftstoffförderpumpe, die den Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher von einem niedrigen Druck auf einen hohen Druck erhöht, und eines elektrischen Drucksteuerventils, das den Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher von einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck verringert, erfolgt nicht mit Hilfe eines identischen Signals. Darüber hinaus ist die o. g. Regeleinrichtung kein Drucksteuerventil.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sammel-Kraftstoffeinspritzsystem vorzusehen, dessen erste und zweite Steuerventilantriebsschaltung vereinigt sind. Somit sind die Kosten einer Steuereinheit reduziert, die den Kraftstoffdruck bei einer Sammelvorrichtung steuert. Es gehört auch zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sammel-Kraftstoffeinspritzsystem vorzusehen, das eine Erhöhung und eine Verringerung eines Kraftstoffdruckes in einer Sammelvorrichtung mit einer identischen Steuerdurchsatzratencharakteristik entsprechend einem Steuerventilantriebssignal steuert. Somit ist die Steuerbarkeit des Kraftstoffdruckes in der Sammelvorrichtung durch eine Steuereinheit verbessert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet eine Steuereinheit eines Sammel-Kraftstoffeinspritzsystems ein identisches Steuerventilantriebssignal zumindest gemäß einer Differenz zwischen einem tatsächlichen Kraftstoffdruck in einer Sammelvorrichtung und einem Soll-Kraftstoffdruck. Der tatsächliche Kraftstoffdruck in der Sammelvorrichtung wird durch eine Kraftstoffdruckmesseinrichtung gemessen. Der Soll-Kraftstoffdruck wird gemäß Betriebszuständen oder einer Betriebsbedingung einer Brennkraftmaschine festgelegt. Die Steuereinheit bringt das identische Steuerventilantriebssignal auf ein erstes Drucksteuerventil und ein zweites Drucksteuerventil durch eine identische Steuerventilantriebsschaltung auf. Daher ist die Steuerungslogik vereinfacht. Bei einem derartigen Schema sind eine erste Steuerventilantriebsschaltung zum Aufbringen des Steuerventilantriebssignals auf das erste Drucksteuerventil und eine zweite Steuerventilantriebsschaltung zum Aufbringen desselben Steuerventilantriebssignals auf das zweite Drucksteuerventil einheitlich. Somit wird eine Steuerventilantriebsschaltung gemeinsam für die erste und die zweite Steuerventilantriebsschaltung verwendet, und die Kosten der Steuereinheit sind reduziert.
Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ebenso wie die Betriebsverfahren und die Funktionen der dazugehörigen Bauteile aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich, die allesamt Bestandteil dieser Anmeldung sind. Zu den Zeichnungen:
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Sammel-Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Ansicht einer Steuerungslogik einer elektronischen Steuereinheit (ECU) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Saugsteuerventil- und Druckreduzierventilantriebsschaltung (SCV-PRV-Antriebsschaltung), die zu der ECU gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gehört;
4(a) zeigt ein charakteristisches Diagramm einer charakteristischen Pumpenauslassmenge bezüglich einer Antriebsstromstärke, 4(b) zeigt ein charakteristisches Diagramm einer charakteristischen Druckreduzierventildurchsatzrate (PRV-Durchsatzrate) bezüglich der Antriebsströmstärke, und 4(c) zeigt eine charakteristische Steuerungsdurchsatzrate bezüglich der Antriebsstromstärke gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5(a) zeigt ein charakteristisches Diagramm einer charakteristischen Pumpenauslassmenge bezüglich einer Antriebsstromstärke, 5(b) zeigt ein charakteristisches Diagramm einer charakteristischen Druckreduzierventildurchsatzrate (PRV-Durchsatzrate) bezüglich der Antriebsströmstärke, und 5(c) zeigt ein charakteristisches Diagramm einer charakteristischen Steuerdurchsatzrate bezüglich der Antriebsstromstärke gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
6 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer SCV-PRV-Antriebsschaltung, die zu einer ECU gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gehört;
7 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer SCV-PRV-Antriebsschaltung, die zu einer ECU gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gehört;
8 zeigt eine Ansicht einer Steuerungslogik einer herkömmlichen ECU;
9 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer SCV-PRV-Antriebsschaltung, die zu der herkömmlichen ECU gehört; und
10(a) zeigt ein charakteristisches Diagramm einer charakteristischen Pumpenauslassmenge bezüglich einer Antriebsstromstärke, und 10(b) zeigt ein charakteristisches Diagramm einer charakteristischen Druckreduzierventildurchsatzrate (PRV-Durchsatzrate) bezüglich der Antriebsstromstärke bei einer herkömmlichen Technologie.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Unter Bezugnahme auf die 1 hat ein Sammel-Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, wie z. B. eine Vierzylinder-Dieselkraftmaschine, eine Common-Rail 1 als eine Sammelvorrichtung, eine Vielzahl (vier bei diesem Ausführungsbeispiel) von Einspritzvorrichtungen 2 als Elektromagnetkraftstoffeinspritzventile, eine Kraftstoffförderpumpe 3 und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 10. Die Common-Rail 1 sammelt Kraftstoff unter einem hohen Druck entsprechend einem Kraftstoffeinspritzdruck. Die Einspritzvorrichtungen 2 sind jeweils mit der Common-Rail 1 verbunden und spritzen den Kraftstoff in verschiedene Zylinder der Kraftstoffmaschine ein. Die Förderpumpe 3 wird durch die Kraftmaschine gedreht. Die ECU 10 steuert die Einspritzvorrichtungen 2 und die Förderpumpe 3 elektronisch. In der 1 ist nur eine Einspritzvorrichtung 2 entsprechend einem Zylinder gezeigt.
Die Common-Rail 1 soll den hohen Druck entsprechend dem Kraftstoffeinspritzdruck fortlaufend sammeln. Daher wird die Common-Rail 1 mit dem Hochdruckkraftstoff von der Förderpumpe 3 durch ein Hochdruckrohr 11 versorgt. Ein Normal-Offen-Druckreduzierventil (PRV) 7 ist in der Common-Rail 1 angeordnet. Das PRV 7 kann einen Öffnungsgrad eines Kraftstoffauslasskanals (ein Kraftstoffrückführungskanal) 13 regulieren, der zu den Kraftstoffauslasskanälen (Kraftstoffrezirkulationskanäle) 15, 16 führt.
Die an den verschiedenen Zylindern der Kraftmaschine angebrachten Einspritzvorrichtungen 3 sind jeweils mit stromabwärtigen Enden einer Vielzahl von Hochdruckrohren 12 verbunden, die von der Common-Rail 1 abzweigen. Jede Einspritzvorrichtung 2 hat eine Kraftstoffeinspritzdüse, einen Elektromagnetaktuator, eine Nadelvorspanneinrichtung, wie z. B. eine Feder und dgl. Die Kraftstoffeinspritzdüse spritzt den Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder der Kraftmaschine ein. Der Elektromagnetaktuator treibt eine in der Kraftstoffeinspritzdüse untergebrachte Düsennadel in einer Ventilöffnungsrichtung an. Die Nadelvorspanneinrichtung spannt die Düsennadel in einer Ventilschließrichtung vor.
Die Einspritzvorrichtung 2 hat ein Elektromagneteinspritzsteuerventil 4 als eine Elektromagnetaktuator, der einen Druck in einer Staudrucksteuerkammer eines Steuerkolbens steuert, der mit der Düsennadel verbunden ist. Die Kraftstoffeinspritzung aus der Einspritzvorrichtung 2 zu dem Zylinder der Kraftmaschine wird dadurch elektronisch gesteuert, dass die Erregung des Elektromagneteinspritzsteuerventils 4 ein- oder ausgeschaltet wird. Insbesondere wird der in der Common-Rail 1 gesammelte Hochdruckkraftstoff in die Zylinder der Kraftmaschine eingespritzt, während das Elektromagneteinspritzsteuerventil 4 offen ist.
Die Förderpumpe 3 ist eine Saugsteuer-Hochdruckförderpumpe mit einer ausgezeichneten Leistung, um den Common-Rail-Druck von einem niedrigen Druck zu einem hohen Druck zu erhöhen. Insbesondere erhöht die Förderpumpe 3 den Common-Rail-Druck schnell, indem Kraftstoff mit niedrigem Druck auf einen hohen Druck beaufschlagt wird und indem der Kraftstoff unter Druck zu der Common-Rail 1 zugeführt wird, zum Beispiel wenn das Fahrzeug beschleunigt wird oder wenn die Kraftmaschine gestartet wird. Die Förderpumpe 3 zieht den Kraftstoff mit niedrigem Druck aus einem Kraftstoffbehälter 5 durch einen Filter 9 hindurch ein. Die Förderpumpe 3 hat eine Niedrigdruckzuführungspumpe, einen Nocken, eine Vielzahl von Tauchkolben, eine Vielzahl von Druckkammern und eine Vielzahl von Auslassventilen. Die Zuführungspumpe zieht den Kraftstoff von dem Kraftstoffbehälter 5 durch eine Drehung einer Pumpenantriebswelle ein, die sich mit einer Kurbelwelle der Kraftmaschine dreht. Der Nocken wird durch die Pumpenantriebswelle gedreht. Jeder Tauchkolben wird durch den Nocken so angetrieben, dass er sich in einem Zylinder hin- und herbewegt, der im Inneren der jeweiligen Druckkammer ausgebildet ist. Die Druckkammer beaufschlagt den eingezogenen Kraftstoff durch die Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens mit Druck. Das Auslassventil ist dann offen, wenn der Kraftstoffdruck in der Druckkammer einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Die Förderpumpe 3 hat einen Austrittsanschluss zum verhindern eines übermäßigen Anstiegs der Kraftstofftemperatur in der Förderpumpe 3. Aus der Förderpumpe 3 austretender Kraftstoff wird in den Kraftstoffbehälter 5 durch die Kraftstoffrückführungskanäle 14, 16 zurück zirkuliert. Ein Saugsteuerventil (SCV) 6 als ein linearer Solenoidaktuator ist in einem Kraftstoffförderkanal angeordnet, der in der Förderpumpe 3 ausgebildet ist und von der Förderpumpe zu den Druckkammern führt. Das SCV 6 reguliert einen Öffnungsgrad des Kraftstoffförderkanals, um eine Pumpenauslassmenge oder eine Menge des Kraftstoffes zu steuern, die aus der Förderpumpe 3 zu der Common-Rail 1 ausgelassen wird.
Das SCV 6 wird durch eine Antriebsstromstärke elektronisch gesteuert, die von der ECU 10 durch eine SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 gesendet wird und die in die Druckkammern der Förderpumpe 3 eingezogene Kraftstoffmenge reguliert. Das SCV 6 hat ein Ventil zum Regulieren des Öffnungsgrads des Kraftstoffförderkanals, einen linearen Solenoid 21 zum Antreiben des Ventils in einer Ventilschließrichtung und eine Ventilvorspanneinrichtung, wie z. B. eine Feder zum Vorspannen des Ventils in einer Ventilöffnungsrichtung.
Wie dies in der 4(a) gezeigt ist, reguliert das SCV 6 die Pumpenauslassmenge QP proportional zu einer Intensität der Antriebsstromstärke IPMP, die in den linearen Solenoid 21 durch die SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 eingespeist wird. Somit ändert das SCV 6 den Common-Rail-Druck.
Wie dies in der 4(a) gezeigt ist, ist das SCV ein Normal-Offen-Elektromagnetventil, das dann vollständig geöffnet ist, oder dessen Ventilhubkraft dann maximiert ist, wenn die Antriebsstromstärke IPMP gleich wie oder kleiner als ein erster vorbestimmter Wert I1a ist, welcher z. B. 1A beträgt. Das SCV 6 hat jene Steuerungscharakteristika, dass sich dessen Ventilhubgrad und Pumpenauslassmenge QP verringern, wenn sich die Antriebsstromstärke IPMP erhöht, wenn die Antriebsstromstärke IPMP größer ist als ein vorbestimmter Wert I1b und kleiner als ein anderer vorbestimmter Wert I1c, welcher wiederum größer ist als der Wert I1b. Der vorbestimmte Wert I1b ist größer als der erste vorbestimmte Wert I1a. Der vorbestimmte Wert I1c beträgt z. B. 2A.
Das PRV 7 ist ein Elektromagnetventil mit einer ausgezeichneten Druckreduzierfunktion. Das PRV 7 wird durch die Antriebsstromstärke IPMP elektronisch gesteuert, die durch die ECU 10 durch die SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 eingespeist wird und den Common-Rail-Druck von einem hohen Druck zu einem niedrigen Druck schnell reduziert. Das PRV 7 hat ein Ventil, einen linearen Solenoid 22 und eine Ventilvorspanneinrichtung, wie z. B. eine Feder. Das Ventil des PRV 7 reguliert einen Öffnungsgrad des Kraftstoffrezirkulierungskanals 13, durch den der Kraftstoff von der Common-Rail 1 zu dem Kraftstoffbehälter 5 zurückzirkuliert. Die lineare Solenoidspule 22 treibt das Ventil in einer Ventilschließrichtung oder in einer Ventilöffnungsrichtung an. Die Vorspanneinrichtung spannt das Ventil in der Ventilöffnungsrichtung oder der Ventilschließrichtung vor.
Wie dies in der 3 gezeigt ist, ist der lineare Solenoid des PRV 7 mit dem linearen Solenoid 21 des SCV 6 in Reihe verbunden. Die Ventilöffnungsgrade des SCV 6 und des PRV 7 werden linear und variabel durch die identische Antriebsstromstärke IPMP gesteuert, die von der SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 abgegeben wird. Wie dies in der 4(b) gezeigt ist, reguliert das PRV 7 eine PRV-Durchsatzrate QL oder eine Durchsatzrate des von der Common-Rail 1 zurückzirkulierenden Kraftstoffes. Zu dem Kraftstoffbehälter 5 durch die Rückführungskanäle 13, 15, 16 proportional zu der Intensität der Antriebsstromstärke IPMP, die in den linearen Solenoiden 22 eingespeist wird. Somit reguliert das PRV 7 den Common-Rail-Druck.
Wie dies in der 4(b) gezeigt ist, ist das PRV 7 ein Normal-Offen-Elektromagnetventil, dessen Ventilöffnungsgrad dann maximiert ist, wenn die Antriebsstromstärke IPMP gleich wie oder kleiner als ein zweiter vorbestimmter Wert I2a (minimaler Wert I2a) ist, der kleiner ist als der erste vorbestimmte Wert I1a. Der zweite vorbestimmte Wert I2a beträgt zum Beispiel 0 A. Der Ventilöffnungsgrad PRV 7 ist außerdem dann maximiert, wenn die Antriebsstromstärke IPMP ein maximaler Wert I2d ist.
Das PRV 7 hat jene Steuerungscharakteristika, dass sich deren Ventilöffnungsgrad und die PRV-Durchsatzrate QL verringern, wenn sich die Antriebsstromstärke IPMP erhöht, wenn die Antriebsstromstärke IPMP größer ist als der zweite vorbestimmte Wert I2a und kleiner als ein dritter vorbestimmter Wert I2b. Der dritte vorbestimmte Wert I2b ist größer als der zweite vorbestimmte Wert I2a, und er ist kleiner als der vorbestimmte Wert I1b. Das PRV 7 hat außerdem jene Steuerungscharakteristika, dass sich dessen Ventilöffnungsgrad und die PRV-Durchsatzrate QL erhöhen, wenn sich die Antriebsstromstärke IPMP erhöht, wenn die Antriebsstromstärke IPMP größer ist als der vierte vorbestimmte Wert I2c und kleiner als der maximale Wert I2b. Der vierte vorbestimmte Wert I2c ist größer als der vorbestimmte Wert I1c.
Die ECU 10 hat einen Mikrocomputer MC mit Funktionen einer CPU, die eine Steuerungsverarbeitung und eine Berechnungsverarbeitung durchführt, einer Speichereinheit (einen Speicher wie zum Beispiel einen ROM oder einen RAM) zum Speichern von verschiedenen Programmen und Daten, eine Eingabeschaltung, eine Abgabeschaltung, eine Stromversorgungsschaltung, eine Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung (EDU) 24 und dergleichen. Sensorsignale von verschiedenen Sensoren werden in den Mikrocomputer der ECU 10 eingegeben, nachdem die Signale von analogen Signalen zu digitalen Signalen durch einen A/D-Wandler umgewandelt wurden. Die SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 ist mit der Abgabeschaltung des Mikrocomputers MC verbunden.
Die ECU 10 hat eine Einspritzmengenbestimmungseinrichtung, eine Einspritzzeitgebungsbestimmungseinrichtung, eine Einspritzperiodenbestimmungseinrichtung und eine Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung. Die Einspritzmengenbestimmungseinrichtung berechnet eine Soll-Einspritzmenge QFIN gemäß einer Kraftmaschinendrehzahl NE, die durch einen Kraftmaschinendrehzahlsensor 31 gemessen wird, und einer Beschleunigungsvorrichtungsposition ACCP, die durch einen Beschleunigungsvorrichtungspositionssensor gemessen wird. Die Einspritzzeitgebungsbestimmungseinrichtung berechnet eine Soll-Einspritzzeitgebung TFIN gemäß der Kraftmaschinendrehzahl NE und der Soll-Einspritzmenge QFIN. Die Einspritzperiodenbestimmungseinrichtung berechnet eine Befehlseinspritzpulsperiode TQ gemäß der Soll-Einspritzmenge QFIN und dem tatsächlichen Common-Rail-Druck NPC, der durch einen Kraftstoffdrucksensor 35 gemessen wird. Die Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung speist eine Einspritzvorrichtungsantriebsstromstärke mit einer pulsförmigen Wellenform in das Elektromagneteinspritzsteuerventil 4 der jeweiligen Einspritzvorrichtung 3 durch eine Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung (EDU) 24 ein.
Die ECU 10 hat eine Steuerdurchsatzratenreguliereinrichtung zum Berechnen eines optimalen Kraftstoffeinspritzdruckes gemäß den Betriebszuständen oder den Bestimmungsbedingungen der Kraftmaschine und zum Antreiben der linearen Solenoide 21, 22 durch die SCV-PRV-Antriebsschaltung 20. Insbesondere berechnet die ECU 10 einen Soll-Kraftstoffdruck PFIN gemäß der Soll-Einspritzmenge QFIN und der Kraftmaschinendrehzahl NE. Die ECU 10 reguliert die Antriebsstromstärke IPMP, die in die linearen Solenoide 21, 22 eingespeist wird, um so den Soll-Kraftstoffdruck PFIN zu erzielen. Somit reguliert die ECU 10 die Pumpenauslassmenge QP oder die PRV-Durchsatzrate QL.
Vorzugsweise sollte zum Zwecke einer Verbesserung der Genauigkeit der Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge die in die linearen Solenoide 21, 22 eingespeiste Antriebsstromstärke IPMP durch eine Proportional-Integral-Differential(PID)-Regelung so geregelt werden, dass sich der durch den Drucksensor 35 gemessene tatsächliche Common-Rail-Druck NPC dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN im Allgemeinen angleicht. Vorzugsweise soll die SCV-PRV-Antriebsstromstärke IPMP durch eine Pulsdauersteuerung gesteuert werden. Bei der Pulsdauersteuerung wird ein EIN/AUS-Verhältnis eines Steuerpulssignals der SCV-PRV-Antriebsstromstärke IPMP pro Zeiteinheit (ein Erregungsperiodeverhältnis, ein Pulsdauerverhältnis) gemäß einer Druckdifferenz (NPC) zwischen dem tatsächlichen Common-Rail-Druck NPC und dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN reguliert. Somit werden die Öffnungsgrade des SCV 6 und des PRV 7 reguliert, wodurch eine genaue digitale Steuerung erzielt wird.
Wie dies durch die Steuerungslogik in der 2 gezeigt ist, hat die ECU 10 die Einspritzmengenbestimmungseinrichtung, die Kraftstoffdruckbestimmungseinrichtung, die Einspritzvorrichtungsaustrittsmengenberechnungseinrichtung, die Bestimmungseinrichtung der Soll-Steuerdurchsatzrate, die Antriebsstromstärkebestimmungseinrichtung und eine Korrekturwertbestimmungseinrichtung. Die Einspritzvorrichtungsaustrittsmengenberechnungseinrichtung berechnet eine Einspritzvorrichtungsaustrittsmenge QLEAK, eine aus den Einspritzvorrichtungen 2 austretende Kraftstoffmenge, gemäß der Kraftmaschinendrehzahl NE, dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC und der Kraftstofftemperatur THF. Die Soll-Steuerdurchsatzratenbestimmungseinrichtung berechnet eine Soll-Steuerdurchsatzrate QPMP gemäß der Einspritzvorrichtungsaustrittsmenge QLEAK, dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN und der Soll-Einspritzmenge QFIN. Die Antriebsstromstärkenbestimmungseinrichtung berechnet die Antriebsstromstärke IPMP gemäß dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC und der Soll-Steuerdurchsatzrate QPMP auf der Grundlage einer Abbildung zum Berechnen der SCV-PRV-Antriebsstromstärke. Die Korrekturwertbestimmungseinrichtung berechnet einen Regelungskorrekturwert IFB gemäß der Differenz ΔP zwischen dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC und dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN. Die Soll-Einspritzmenge QFIN und der Soll-Kraftstoffdruck PFIN können durch einen Korrekturwert wie zum Beispiel eine Kühlwassertemperatur THW, die durch einen Kühlwassersensor 33 gemessen wird, oder durch die Kraftstofftemperatur. THF korrigiert werden, die durch einen Kraftstofftemperatursensor 34 gemessen wird.
Als nächstes wird ein Steuerungsverfahren der in die linearen Solenoide 21, 22 eingespeisten SCV-PRV-Antriebsstromstärke auf der Grundlage der 1 bis 4 beschrieben.
Zunächst berechnet die ECU 10 die Soll-Einspritzmenge QFIN durch Korrigieren einer Haupteinspritzmenge Q mit einem Einspritzmengenkorrekturwert entsprechend der Kühlwassertemperatur THW oder der Kraftstofftemperatur THF. Die Haupteinspritzmenge Q wird gemäß der Kraftmaschinendrehzahl NE und der Beschleunigungsvorrichtungsposition ACCP berechnet. Dann berechnet die ECU 10 den Soll-Kraftstoffdruck PFIN gemäß der Soll-Einspritzmenge QFIN und der Kraftmaschinendrehzahl NE.
Die SCV-PRV-Antriebsstromstärke IPMP wird durch die allgemein bekannte PID-Regelung folgendermaßen berechnet.
Die ECU 10 berechnet einen Standardwert der Einspritzvorrichtungsaustrittsmenge auf der Grundlage einer Abbildung oder einer Formel, die anhand von Experimenten und dergleichen im voraus bereitgestellt wurden, wobei Beziehungen zwischen der Kraftmaschinendrehzahl NE, dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC und dem Standardwert der Einspritzvorrichtungsaustrittsmenge gemessen werden. Dann wird die Einspritzvorrichtungsaustrittsmenge QLEAK dadurch berechnet, dass der Standardwert der Einspritzvorrichtungsaustrittsmenge durch einen Kraftstofftemperaturkorrekturwert entsprechend der Kraftstofftemperatur THF multipliziert wird.
Dann berechnet die ECU 10 die Soll-Steuerdurchsatzrate QPMP auf der Grundlage einer Abbildung oder einer Formel, die anhand von Experimenten und dergleichen im voraus bereitgestellt wurden, wobei Beziehungen zwischen der Soll-Einspritzmenge QFIN, dem Soll-Kraftstoffdruck QFIN, der Einspritzvorrichtungsaustrittsmenge QLEAK und der Soll-Steuerdurchsatzrate QPMP gemessen werden. Dann berechnet die ECU 10 die Antriebsstromstärke IPMP auf der Grundlage einer Abbildung zum Berechnen der SCV-PRV-Antriebsstromstärke, die anhand von Experimenten oder dergleichen im voraus bereitgestellt wurde, wobei Beziehungen zwischen der Soll-Steuerdurchsatzrate QPMP, dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC und der Antriebsstromstärke IPMP gemessen werden.
Die ECU 10 berechnet Regelungsverstärkungen (eine Proportionalverstärkung Kp, eine Integralverstärkung Ki sowie eine Differentialverstärkung Kd) auf der Grundlage einer Abbildung von Regelungsverstärkungen, welche im voraus anhand von Experimenten und dergleichen bereitgestellt wurde, wobei Beziehungen zwischen der Druckdifferenz ΔP zwischen dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC und dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN sowie den Regelungsverstärkungen gemessen werden. Dann berechnet die ECU 10 den Regelungskorrekturwert ISB auf der Grundlage einer folgenden Formel (F1). IFB = Kp × ΔP + Ki × ∫ΔP + Kd × d/dtΔP (Fl)
Die ECU 10 berechnet die endgültige Antriebsstromstärke IPMP dadurch, dass der Regelungskorrekturwert IFB zu der Antriebsstromstärke IPMP hinzu addiert wird, wie dies durch eine folgende Formel (F2) gezeigt ist. IPMP ← IPMP + IFB (F2)
Die ECU 10 wandelt die endgültige Antriebsstromstärke IPMP zu einem Steuerpulssignal (ein pulsförmiges Pumpenantriebssignal) unter Verwendung eines vorbestimmten Wandlungskoeffizienten in einer Pulsdauerverhältniserzeugungsschaltung um. Die ECU 10 schweißt das Pumpenantriebssignal in die linearen Solenoide 21, 22 ein.
Somit wird der Ventilhubgrad des SCV 6 (der Öffnungsgrad des Kraftstoffförderkanals) reguliert, wenn sich der Common-Rail-Druck von einem niedrigen Druck auf einen hohen Druck erhöht, und wenn die Kraftmaschine gestartet wird oder wenn das Fahrzeug beschleunigt wird. Die Pumpenauslassmenge wird so geregelt, dass sich der tatsächliche Common-Rail-Druck NPC dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN im Allgemeinen angleicht.
Wenn sich der Common-Rail-Druck von dem hohen Druck zu dem niedrigen Druck verringert, wenn nämlich das Fahrzeug verzögert wird oder wenn die Kraftmaschine gestoppt wird, dann wird der Ventilhubgrad des PRV 7 (der Öffnungsgrad des Kraftstoffauslasskanals) reguliert. Somit wird die Kraftstoffrückführungsdurchsatzrate so geregelt, dass sich der tatsächliche Common-Rail-Druck NPC dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN im Allgemeinen angleicht.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, werden bei der Steuerungslogik zum Regeln des Common-Rail-Druckes durch die ECU 10 die Pumpenauslassmenge und die Kraftstoffrückführungsdurchsatzrate (die PRV-Durchsatzrate) durch dasselbe Steuerpulssignal geregelt, das durch die SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 abgegeben wird. Die Pumpenauslassmenge wird gesteuert, um den tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC in der Common-Rail 1 zu erhöhen. Die Kraftstoffrückführungsdurchsatzrate wird gesteuert, um den tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC in der Common-Rail 1 zu verringern.
Insbesondere werden sowohl die Druckerhöhungssteuerung als auch die Druckverringerungssteuerung des Kraftstoffes in der Common-Rail 1 durch eine identische charakteristische Steuerdurchsatzrate QC entsprechend der Antriebsstromstärke IPMP durchgeführt, wie dies in der 4(c) gezeigt ist. Daher wird die Steuerbarkeit des Kraftstoffdruckes in der Common-Rail 1 durch die ECU 10 verbessert. Die Steuerdurchsatzrate QC wird dadurch vorgesehen, dass die PRV-Durchsatzrate QL von der Pumpenauslassmenge QP subtrahiert wird. Da zusätzlich die SCV-Antriebsschaltung und die PRV-Antriebsschaltung vereinigt sind, ist die Abgabeschaltung des Mikrocomputers der ECU 10 vereinfacht. Infolge dessen sind die Kosten der ECU 10 reduziert.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist das Normal-Offen-SCV 6 mit dem PRV 7 kombiniert, dessen Öffnungsgrad dann maximiert ist, wenn die Antriebsstromstärke 0 A beträgt oder maximiert ist. Das SCV 6 kann anormal vollständig geöffnet sein, falls die SCV-PRV-Antriebsstromstärke 0 A beträgt und zwar aufgrund eines Bruches eines Kabelstranges, der die SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 mit den linearen Solenoiden 21, 22 verbindet, einer Beschädigung des linearen Solenoiden 21 oder einer Steuerungsanormalität der ECU 10.
In einem derartigen Fall führt die Kraftstoffförderpumpe 3 den Kraftstoff unter übermäßigem Druck zu (zum Beispiel bei ihrer maximalen Kapazität), und der Kraftstoffdruck in einem System einschließlich der Common-Rail 1, den Einspritzvorrichtungen 2, der Förderpumpe 3 und dem Hochdruckrohr 11 kann anormal hoch werden. Das PRV 7 ist dann vollständig geöffnet, wenn die in den linearen Solenoiden 22 eingespeiste Antriebsstromstärke 0 A beträgt. Daher wird der Common-Rail-Druck verringert, und der anormal hohe Druck in dem System wird gemildert, selbst im Falle der vorstehend beschriebenen Anormalität des SCV 6. Somit wird ein fehlersicherer Betrieb durchgeführt.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Normal-Geschlossen-Elektromagnetventil als das SCV 6 verwendet. Das SCV 6 öffnet den Kraftstoffförderkanal dann vollständig, wenn die Antriebsstromstärke IPMP gleich wie oder größer als ein erster vorbestimmter Wert Ilb ist, der zum Beispiel 2 A beträgt. Ein Normal-Offen-Elektromagnetventil wird als das PRV 7 verwendet. Das PRV 7 öffnet den Kraftstoffauslastkanal dann vollständig, wenn die gleiche Antriebsstromstärke IPMP gleich wie oder kleiner als ein zweiter vorbestimmter Wert I2a ist (ein minimaler Wert I2a), der zum Beispiel 0 A beträgt.
Der lineare Solenoid 21 des SCV 6 ist in Reihe mit dem linearen Solenoid 22 des PRV 7 verbunden, so dass die Öffnungsgrade des SCV 6 und des PRV 7 linear und variabel durch die identische Antriebsstromstärke gesteuert werden können, die von der SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 abgegeben wird. Die SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 ist mit der Abgabeschaltung des Mikrocomputers der ECU 10 verbunden. Das SCV 6 hat jene Steuerungscharakteristika, bei denen dessen Ventilhubgrad und die Pumpenauslassmenge QP vergrößert werden, wenn sich die Antriebsstromstärke IPMP erhöht, wenn die Antriebsstromstärke IPMP größer ist als ein vorbestimmter Wert Ila und kleiner als der erste vorbestimmte Wert Ilb, wie dies in der 5(a) gezeigt ist. Der vorbestimmte Wert Ila ist größer als der zweite vorbestimmte Wert I2a.
Das PRV 7 hat jene Steuerungscharakteristika, dass sich dessen Ventilhubgrad und die PRV-Durchsatzrate (die Kraftstoffrückführungsdurchsatzrate) QL verringern, wenn sich die Antriebsstromstärke IPMP erhöht, wenn die Antriebsstromstärke IPMP größer ist als der zweite vorbestimmte Wert I2a und kleiner als ein vorbestimmter Wert I2b, wie dies in der 5(b) gezeigt ist. Der vorbestimmte Wert I2b ist kleiner als der vorbestimmte Wert Ila.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau besteht eine Möglichkeit, dass ein Fremdkörper zwischen das Ventil des SCV 6 und ein Ventilloch eindringt, welches den Kraftstoffförderkanal vorsieht, auch wenn die auf das lineare Solenoid 21 aufgebrachte Antriebsstromstärke IPMP 0 A beträgt. Infolge dessen kann eine Ventilschließanormalität des SCV 6 auftreten. Insbesondere kann sich das SCV 6 nicht schließen, obwohl die Antriebsstromstärke IPMP 0 A beträgt. In einem derartigen Fall kann die Förderpumpe 3 den Kraftstoff unter übermäßigem Druck (zum Beispiel bei ihrer maximalen Kapazität) zuführen. Infolge dessen wird der Kraftstoffdruck in dem System einschließlich der Common-Rail 1, den Einspritzvorrichtungen 2, der Förderpumpe 3 und dem Hochdruckrohr 11 anormal hoch.
In diesem Fall beträgt die in den linearen Solenoiden 22 eingespeiste Antriebsstromstärke IPMP 0 A, und das PRV 7 ist in einem vollständig geöffneten Zustand. Daher kann der Common-Rail-Druck verringert werden, selbst wenn das SCV 6 in dem anormalen Zustand ist, und der anormal hohe Druck in dem System kann abgeschwächt werden. Somit wird ein fehlersicherer Betrieb durchgeführt. Sowohl die Druckerhöhungssteuerung als auch die Druckverringerungssteuerung des Kraftstoffes können durch die identische charakteristische Steuerdurchsatzrate QC entsprechend der Antriebsstromstärke IPMP durchgeführt werden, wie dies in der 5(c) gezeigt ist, und zwar ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Steuerdurchsatzrate QC wird dadurch vorgesehen, dass die PRV-Durchsatzrate QL von der Pumpenauslassmenge QP subtrahiert wird. Daher wird die Steuerbarkeit des Common-Rail-Druckes durch die ECU 10 verbessert.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel sind der lineare Solenoid 21 des SCV 6 und der lineare Solenoid 22 des PRV 7 parallel so angeschlossen, dass die Ventilöffnungsgrade des SCV 6 und des PRV 7 linear und variabel durch die identische Antriebsstromstärke gesteuert werden, die von der SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 abgegeben wird, wie dies in der 6 gezeigt ist. Die SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 ist mit der Abgabeschaltung des Mikrocomputers der ECU 10 verbunden. Der lineare Solenoid 21 treibt das Ventil des SCV 6 in der Ventilöffnungsrichtung oder in der Ventilschließrichtung an. Der lineare Solenoid 22 treibt das Ventil des CRV 7 in der Ventilöffnungsrichtung oder in der Ventilschließrichtung an.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist ein linearer Solenoid 23 so angeordnet, wie dies in der 7 gezeigt ist, um die Ventilöffnungsgrade des SCV 6 und des PRV 7 linear und variabel durch die identische Antriebsstromstärke oder durch eine identische Antriebsspannung zu steuern. Die Antriebsstromstärke oder die Antriebsspannung wird durch die SCV-PRV-Antriebsschaltung 20 abgegeben, die mit der Abgabeschaltung des Mikrocomputers der ECU 10 verbunden ist. Der lineare Solenoid 23 treibt das SCV 6 in der Ventilöffnungsrichtung oder der Ventilschließrichtung an. Der lineare Solenoid 23 treibt außerdem das PRV 7 in der Ventilöffnungsrichtung oder der Ventilschließrichtung an. In diesem Fall sollen das SCV 6 und das PRV 7 vorzugsweise nahe beieinander angeordnet sein.
(Abwandlungen)
Bei den Ausführungsbeispielen wird die Antriebsstromstärke (proportional zu einem Antriebspulsdauerverhältnis) oder die Antriebsspannung, welche auf dem linearen Solenoiden 21, dem linearen Solenoiden 22 oder dem linearen Solenoiden 23 aufgebracht werden, durch die PID-Regelung geregelt. Alternativ kann die Antriebsstromstärke oder die Antriebsspannung durch eine Proportional-Integral(PI)-Regelung oder eine Proportional-Differential(PD)-Regelung geregelt werden.
Bei den Ausführungsbeispielen wird die Soll-Steuerdurchsatzrate QPMP aus der Einspritzvorrichtungsaustrittsmenge QLEAK, der Kraftstofftemperatur PHF, dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC und dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN berechnet. Die Antriebsstromstärke IPMP wird aus der Soll-Steuerdurchsatzrate QPMP und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC auf der Grundlage einer Abbildung der SCV-PRV-Antriebsstromstärke berechnet. Die endgültige Antriebsstromstärke IPMP wird dadurch berechnet, dass der Regelungskorrekturfaktor IFB zu der Antriebsstromstärke IPMP hinzu addiert wird. Alternativ kann das Antriebspulsdauerverhältnis (das Pulsdauerverhältnis „DUTY" %) aus der Soll-Einspritzmenge QFIN und dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN auf der Grundlage einer Abbildung des Antriebspulsdauerverhältnisses berechnet werden, und das endgültige Antriebspulsdauerverhältnis kann dadurch berechnet werden, dass ein Regelungskorrekturwert FBDUTY zu dem Antriebspulsdauerverhältnis DUTY hinzu addiert wird, wie dies durch die folgenden Formeln F3 und F4 gezeigt ist. Das endgültige Antriebspulsdauerverhältnis DUTY wird auf den linearen Solenoiden 21, den linearen Solenoiden 22 oder den linearen Solenoiden 23 aufgebracht. ΔP in der Formel F3 ist die Differenz zwischen dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC. Alternativ kann eine Antriebsstromstärke (A) und eine Korrekturantriebsstromstärke (A) anstelle des Antriebspulsdauerverhältnisses DUTY und des Regelungskorrekturwertes FBDUTY berechnet werden. FBDUTY(%) = Kp × ΔP + Ki × ∫ΔP + Kd × d/dtΔP (F3) DUTY(%) ← DUTY + FBDUTY(F4)
Die vorliegende Erfindung kann auf eine folgende PID-Regelung angewendet werden. Insbesondere wird ein Regelungsdruck PSB aus der Druckdifferenz ΔP zwischen dem Soll-Kraftstoffdruck PFIN und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck NPC durch die PID-Regelung berechnet, wie dies durch die folgende Formel (F5) gezeigt ist. PFB = Kp × ΔP + Ki × ∫ΔP + Kd × d/dtΔP (F5)
Eine Regelkraftstoffmenge QFB wird dadurch berechnet, dass der Regeldruck PFB durch einen Wert multipliziert wird, der dadurch erhalten wird, dass ein Elastizitätsmodul (Volumenmodul) Kα durch ein Common-Rail-Volumen V dividiert wird. Dann wird die Soll-Steuerdurchsatzrate QPNP dadurch berechnet, dass die Regel-Kraftstoffmenge QFB, die Einspritzvorrichtungsaustrittsmenge QLEAK und die Soll-Einspritzmenge QFIN addiert werden. Dann wird der in den linearen Solenoiden 21, den linearen Solenoiden 22 oder den linearen Solenoiden 23 eingespeiste Antriebsstromstärke IPMP dadurch berechnet, dass die Soll-Steuerdurchsatzrate QPMP durch einen vorbestimmten Umwandlungskoeffizienten multipliziert wird.
Bei den Ausführungsbeispielen ändern sich die Ventilhubgrade des SCV 6 und des PRV 7 durch die Solenoidspulen, deren magnetomotorische Kraft gemäß der Erregungsintensität geändert wird. Alternativ können ein elektrisch angetriebenes Saugsteuerventil und ein elektrisch angetriebenes Druckreduzierventil verwendet werden. In diesem Fall ändert sich ein Ventilhubgrad des Saugsteuerventils oder des Druckregulierventils mittels eines Elektromotors, dessen Drehzahl oder Drehwinkel sich gemäß der Erregungsintensität ändert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sie kann in vielfältiger Weise implementiert werden, ohne dass der Umfang der Erfindung verlassen wird, der durch die Ansprüche definiert ist.
Ein Sammel-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine hat eine Common-Rail 1, ein Saugsteuerventil (SCV) 6, ein Druckreduzierventil (PRV) 7, eine elektronische Steuereinheit (ECU) 10 und dergleichen. Das SCV 6 reguliert eine Pumpenauslassmenge, um einen Kraftstoffdruck in der Common-Rail 1 zu erhöhen, und das PRV 7 reguliert eine Kraftstoffrückführungsdurchsatzrate, um den Kraftstoffdruck in der Common-Rail 1 zu verringern. Die ECU 10 regelt das SCV 6 und das PRV 7 mit einem identischen Steuerpulssignal, das aus einer Antriebsschaltung 20 abgegeben wird. Die Antriebsschaltung 20 wird als Antriebsschaltungen des SCV 6 und des PRV 7 gemeinsam genutzt.

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem der Druckspeicherbauart mit (a) einem Druckspeicher (1), der einen Hochdruckkraftstoff bei einem Druck speichert, der einem Kraftstoffeinspritzdruck entspricht, und der den Hochdruckkraftstoff zu einer Vielzahl von Kraftstoffinjektoren (2) verteilt und fördert, die in jeweiligen Zylindern einer Brennkraftmaschine montiert sind; (b) einer Kraftstoffförderpumpe (3), die den in eine Druckkammer gesaugten Kraftstoff druckbeaufschlagt und den Kraftstoff in den Druckspeicher (1) pumpt; (c) einer Einheit, die den Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher (1) von einem niedrigen Druck auf einen hohen Druck durch Regulieren eines Öffnungsgrads eines Kraftstoffförderkanals erhöht, durch den der Kraftstoff in die Druckkammer gefördert wird; (d) einem elektrischen oder elektromagnetischen zweiten Drucksteuerventil (7), das den Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher (1) von einem hohen Druck auf einen niedrigen Druck durch Regulieren eines Öffnungsgrads eines Kraftstoffauslasskanals (13) verringert, durch den der Kraftstoff von dem Druckspeicher (1) ausgelassen wird; (e) einer Kraftstoffdruckmesseinrichtung (35) zum Messen des Kraftstoffdrucks in dem Druckspeicher (1); und (f) einer Steuereinheit (10), die eine einzelne Steuerventilantriebsschaltung (20) hat, die ein Steuerventilantriebssignal, das gemäß wenigstens einer Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck in dem Druckspeicher (1), der durch die Kraftstoffdruckmesseinrichtung (35) gemessen wird, und einem erforderten Kraftstoffdruck berechnet wird, der gemäß Betriebsbedingungen oder einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine festgelegt ist, auf die Einheit und das zweite Drucksteuerventil (7) aufbringt, um die Einheit bzw. das zweite Drucksteuerventil (7) mit dem Steuerventilantriebsignal anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit ein erstes elektrisches oder elektromagnetisches Drucksteuerventil (6) ist, und das von der Steuerventilantriebsschaltung (20) auf die Einheit und das zweite Drucksteuerventil (7) zu deren Ansteuerung aufgebrachte Steuerventilantriebssignal identisch ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei das erste Drucksteuerventil (6) ein erstes Ventilelement zum Regulieren des Öffnungsgrads des Kraftstoffförderkanals hat, das zweite Drucksteuerventil (7) ein zweites Ventilelement zum Regulieren des Öffnungsgrads des Kraftstoffauslasskanals (13) hat, und das erste Drucksteuerventil (6) und das zweite Drucksteuerventil (7) gemeinsam eine einzelne Solenoidspule (23) zum Antreiben des ersten Ventilelements bzw. des zweiten Ventilelements in eine Ventilöffnungsrichtung oder eine Ventilschließrichtung haben.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei das erste Drucksteuerventil (6) ein erstes Ventilelement zum Regulieren des Öffnungsgrads des Kraftstoffförderkanals und eine erste Solenoidspule (21) zum Antreiben des ersten Ventilelements in eine Ventilöffnungsrichtung oder eine Ventilschließrichtung hat, und das zweite Drucksteuerventil (7) ein zweites Ventilelement zum Regulieren des Öffnungsgrads des Kraftstoffauslasskanals (13) und eine zweite Solenoidspule (22) hat, die das zweite Ventilelement in eine Ventilöffnungsrichtung oder eine Ventilschließrichtung antreibt und mit der ersten Solenoidspule (21) in Reihe oder parallel verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzsystem der Druckspeicherbauart gemäß Anspruch 3, wobei das erste Drucksteuerventil (6) ein drucklos geschlossenes elektromagnetisches Ventil ist, dessen erstes Ventilelement in einen vollständig geöffneten Zustand gebracht wird, wenn ein identischer Antriebsstromwert oder ein identischer Antriebsspannungswert, der dem identischen Steuerventilantriebssignal entspricht, gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert ist, und das zweite Drucksteuerventil (7) ein drucklos geöffnetes elektromagnetisches Ventil ist, dessen zweites Ventilelement in einen vollständig geöffneten Zustand gebracht wird, wenn der identische Antriebsstromwert oder der identische Antriebsspannungswert gleich oder geringer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, der geringer als der erste vorbestimmte Wert ist.
Kraftstoffeinspritzsystem der Druckspeicherbauart gemäß Anspruch 3, wobei das erste Drucksteuerventil (6) ein drucklos geöffnetes elektromagnetisches Ventil ist, dessen erstes Ventilelement in einen vollständig geöffneten Zustand gebracht wird, wenn ein identischer Antriebsstromwert oder ein identischer Antriebsspannungswert, der dem identischen Steuerventilantriebssignal entspricht, gleich oder geringer als ein erster vorbestimmter Wert ist, und das zweite Drucksteuerventil (7) ein drucklos geöffnetes elektromagnetisches Ventil ist, dessen zweites Ventilelement in einen vollständig geöffneten Zustand gebracht wird, wenn der identische Antriebsstromwert oder der identische Antriebsspannungswert gleich oder geringer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, der geringer als der erste vorbestimmte Wert ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das identische Steuerventilantriebssignal ein identischer Stromwert oder ein identischer Spannungswert ist.