-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Druckerhöhungsfunktion, wobei Hochdruck-Kraftstoff
von einer Druckspeicherkammer durch einen Druckerhöhungsmechanismus
weiter komprimiert und über
Injektoren oder Einspritzvorrichtungen in Verbrennungskammern eingespritzt
wird, und insbesondere ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Druckerhöhungsfunktion,
das in der Lage ist, Kraftstoff auch dann präzise einzuspritzen, wenn der
Druckerhöhungsmechanismus
fehlerhaft funktioniert.
-
Ein Kraftstoffeinspritzsystem mit
einer Druckerhöhungsfunktion
ist eines der Kraftstoffeinspritzsysteme, die Kraftstoff über Injektoren
in Verbrennungskammern eines Verbrennungsmotors einspritzen. In
einem solchen Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Druckerhöhungsfunktion
wird Hochdruck-Kraftstoff von einem Kraftstouffvorrat in einer als
Common-Rail funktionierenden Druckspeicherkammer gespeichert und
sind mit der Common-Rail verbundene Einspritzdüsen den Verbrennungskammern
zugewandt. Außerdem
ist ein Druckerhöhungsmechanismus
in einem Zweig eines Hochdruck-Kraftstoffzufuhrpfades angeordnet,
der sich zwischen der Common-Rail und den Injektoren erstreckt.
Im Druckerhöhungsmechanismus
wird ein Leistungskolben durch den Druck des über den Zweig des Hochdruck-Kraftstoffpfades
zugeführten
Hochdruck-Kraftstoffs betätigt,
und der komprimierte Kraftstoff wird durch den Leistungskolben den
Injektoren zugeführt.
D.h. der Leistungskolben wird durch ein elektromagnetisches Ventil
eines Druckerhöhungskolbens
betätigt.
Beispielsweise funktioniert das Kraftstoffeinspritzsystem mit einer
Druckerhöhungsfunktion
wie in 9 der beigefügten Zeichnungen
dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzung beginnt, wenn zu einem Zeitpunkt
ta ein Signal S1 zum Betätigen
eines elektromagnetischen In jektorventils ausgegeben wird. Ein Druck
Pc an der Common-Rail
wird erhöht,
wenn zu einem Zeitpunkt tb ein Signal S2 zum Betätigen des elektromagnetischen
Ventils des Druckerhöhungskolben
(das als "elektromagnetisches Kolbenventil" bezeichnet wird) ausgegeben
wird. Außerdem ändert sich
der Druck des komprimierten Kraftstoffes mit der Zeit, wie durch Ph
dargestellt ist, und der komprimierte Kraftstoff wird mit einem
Kraftstoffeinspritzverhältnis
M1 eingespritzt.
-
Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt
in zwei Stufen. D.h., ein Anfangs-Kraftstoffeinspritzvorgang j1 wird
zwischen dem Zeitpunkt ta (bei dem das elektromagnetische Injektorventil
geöffnet
wird) und dem Zeitpunkt tb ausgeführt (bei dem das elektromagnetische
Kolbenventil geöffnet
wird) und ein End-Kraftstoffeinspritzvorgang j2 wird zwischen dem
Zeitpunkt tb und einem Zeitpunkt tc ausgeführt, bei dem das elektromagnetische
Injektorventil geschlossen wird. Diese Maßnahme ist getroffen worden,
um Abgase und Motorgeräusche
zu reduzieren.
-
In einem Kraftstoffeinspritzsystem
mit einer Druckerhöhungsfunktion
wird ein Dosierventil in einem Kraftstoffrückflußpfad einer Kraftstoffeinspritzpumpe
bereitgestellt, die der Druckspeicherkammer Hochdruck-Kraftstoff zuführt. Außerdem weist
der Druckerhöhungsmechanismus
Kraftstoffdrucksteuerungselemente auf, z.B. elektromagnetische Ventile, Leistungskolben
und Blenden in Zweigleitungen. Die elektromagnetischen Ventile schalten
den Druckerhöhungsmechanismus
ein oder aus. Durch einen geeigneten Betrieb dieser Steuereinheiten
wird ermöglicht,
daß das
Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Druckerhöhungsfunktion in der Druckspeicherkammer gespeicherten
Kraftstoff oder Kraftstoff mit erhöhtem Druck über die Injektoren selektiv
in die Verbrennungskammern einspritzen kann. Die Steuerelemente
funktionieren jedoch aufgrund von Alterung oder aus anderen Gründen tendenziell
fehlerhaft.
-
Beispielsweise können bei einer Fehlfunktion
der Leistungskolben eine nicht glatte bzw. gleichmäßige oder
unge eignete Druckerhöhung
des Kraftstoffs, Drehmomentänderungen
und eine unzureichende Abgasreinigung verursacht werden.
-
Wenn eine Durchflußregelungsblende,
die in Serie mit dem elektromagnetischen Druckerhöhungsmechanismusventil
im Rückflußpfad angeordnet
ist, Risse aufweist oder gebrochen ist, kann der Leistungskolben
einen übermäßigen Druck
erzeugen, wodurch eine übermäßige Druckerhöhung des Kraftstoffs
verursacht wird. Dies wird zu Drehmomentänderungen, der Emission von
Qualm oder dichtem Rauch oder einem Versagen von Hochdrucksystemen
aufgrund von Druckwerten führen,
die zulässige Grenzwerte überschreiten.
-
Außerdem funktioniert ein Leistungskolben, wenn
er verschleißt,
nicht mehr geeignet, so daß Kraftstoffverluste
auftreten können.
Daher kann druckerhöhter
Kraftstoff nicht glatt bzw. gleichmäßig zugeführt werden. Ein ungeeignete
Druckerhöhung
des Kraftstoffs kann zu Drehmomentänderungen und zu einer unzureichenden
Abgasreinigung führen.
Außerdem
kann durch den erhöhten
Kraftstoffrückfluß eine geeignete
Erhöhung
des Common-Rail-Drucks verhindert werden.
-
Außerdem kann, wenn ein elektromagnetisches
Druckerhöhungsmechanismusventil
nicht geeignet funktioniert, rückfließender Kraftstoff
entweichen, der Leistungskolben möglicherweise nicht zuverlässig stoppen
und einen übermäßigen Druck
erzeugen und kann eine übermäßige Druckerhöhung des
Kraftstoffs auftreten. Diese Erscheinung kann zu Drehmomentänderungen
und Qualm oder dichtem Rauch führen.
-
In der offengelegten japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. Hei 5-141301 wird eine Fehlersuchvorrichtung für ein Krafststoffeinspritzsystem
mit einer Druckerhöhungsfunktion
für einen
Mehrzylindermotor beschrieben. Die Fehlersuchvorrichtung downloadet
physikalische Kraftstoffdruckwerte jeweiliger Zylinder und lokalisiert
einen Zylinder, dessen Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Druckerhöhungsfunktion
fehlerhaft funktioniert, immer wenn ein solcher Zylinder einen physikalischen
Wert aufweist, der um einen vorgegebenen Wert vom Mittelwert abweicht. Die
Fehlersuchvorrichtung kann jedoch nur einen abnormalen Zylinder
erfassen, aber nicht bestimmen, ob Kraftstoffdrucksteuerungselemente,
Steuereinheiten oder andere Elemente fehlerhaft funktionieren. D.h.,
daß es
ziemlich mühsam
ist, in einem Notfall, bei dem der Motor oder ein Fahrzeug beschädigt werden
kann, geeignete Maßnahmen
zu treffen.
-
Um die Probleme des Stands der Technik
zu lösen,
wird durch die vorliegende Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem
mit einer Druckerhöhungsfunktion
bereitgestellt, das schnell bestimmen kann, ob ein Druckerhöhungsmechanismus
fehlerhaft funktioniert und Fehlfunktionen eines Motors oder eines
Fahrzeugs vermeiden kann.
-
Es wird ein Kraftstoffeinspritzsystem
mit einer Druckerhöhungsfunktion
bereitgestellt, in dem Hochdruck-Kraftstoff von einer Druckspeicherkammer
durch einen Druckerhöhungsmechanismus
weiter komprimiert und durch Injektoren in Verbrennungskammern eingespritzt
wird. Das Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Druckerhöhungsfunktion
weist auf: einen Kurbelwinkelsensor zum Erzeugen von Kurbelimpulssignalen
gemäß Betriebszuständen eines
Motors; eine Impulsintervallberechnungseinheit zum Berechnen von
Impulsintervallen zwischen jeweiligen Kubelimpulssignalen und eine
Entscheidungseinheit zum Entscheiden, daß der Druckerhöhungsmechanismus
fehlerhaft funktioniert, wenn Änderungen
der Impulsintervalle einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten.
-
Erfindungsgemäß wird auf einfache Weise bestimmt,
ob ein Druckerhöhungsmechanismus
fehlerhaft funktioniert, wenn festgestellt wird, daß das von
den Betriebszuständen
des Motors abhängige Kurbelimpulsintervall
abnormal ist. Außerdem
kann der Motor vor Vibrationen geschützt und eine unzureichende
Abgasreinigung vermieden werden.
-
1 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Kraftstoffeinspritzsystems mit
einer Druckerhöhungsfunktion
und eines Motors, auf den das Kraftstoffeinspritzsystem mit einer
Druckerhöhungsfunktion
anwendbar ist;
-
2 beschreibt
die Bestätigung
von Kurbelwinkelimpulsintervallen im Kraftstoffeinspritzsystem mit
einer Druckerhöhungsfunktion
von 1;
-
3 zeigt
ein Diagramm zum Darstellen von Kennlinien eines Tastverhältnisses
und eines Common-Rail-Druck-Sollwertes pcr;
-
4 zeigt
Details von Fehlfunktionen;
-
5(A) zeigt
Steuerungskennlinien des Common-Rail-Drucks und der Motordrehzahl zur Verwendung
im Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Druckerhöhungsfunktion zum Ausführen einer
Fehlersuchverarbeitung;
-
5(B) zeigt
Steuerungskennlinien der Kraftstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahl
zur Verwendung im Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Druckerhöhungsfunktion
zum Ausführen
einer Fehlersuchverarbeitung.
-
6 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Fehlersuchroutine im Kraftstoffeinspritzsystem
mit einer Druckerhöhungsfunktion
von 1;
-
7 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Kurbelwinkelimpulsintervall-Bestätigungsroutine; 8 zeigt ein Ablaufdiagramm
einer Dosierventil-Tastverhältnis-Bestätigungsroutine; 9 zeigt eine Einspritzrate
eines Kraftstoffeinspritzsystems; und
-
10 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Steuerungsroutine für eine unterbrechungsfreie
Fahrt.
-
Die Erfindung wird nachstehend unter
Bezug auf eine in den 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform
beschrieben.
-
Ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 mit
einer Druckerhöhungsfunktion
ist in einem nicht dargestellten Mehrzylinder-Dieselmotor 2 (als "Motor 2"
bezeichnet) installiert. Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 mit
einer Druckerhöhungsfunktion
(als "Kraftstoffeinspritzsystem 1" bezeichnet) ist auf
einem Motorkörper 3 des
Motors 2 montiert und spritzt in einem zweistufigen Einspritzmodus
M1 oder in einem einstufigen Einspritzmodus M2 komprimierten Kraftstoff
in Verbrennungskammern 4 im Motorkörper 3 ein, wie später beschrieben
wird.
-
Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 weist
auf: Injektoren 5 zum Einspritzen von Kraftstoff in jede
Verbrennungskammer 4 im Motorkörper 3; eine Common-Rail 6 zum
Zuführen
von Hochdruck-Kraftstoff zu den Injektoren 5; eine Hochdruck-Kraftstoffquelle 7 zum
Zuführen
des Hochdruck-Kraftstoffs zur Common-Rail 6; und eine Motorsteuerung 9 zum
Steuern der Operation elektromagnetischer Injektorventile 8 der
Injektoren 5.
-
Die Hochdruck-Kraftstoffquelle 7 weist
auf: einen Kraftstofftank 11, eine Zufuhrrohrleitung 12, über die
der Hochdruck-Kraftstoff der Common-Rail 6 unter Druck
zugeführt
wird, und eine in der Zufuhrrohrleitung 12 angeordnete
Förder-
oder Kraftstoffpumpe 14 zum Komprimieren des vom Kraftstofftank 11 über einen
Filter 13 zugeführten
Kraftstoffs und zum Ausgeben des Kraftstoffs unter Druck.
-
Die Kraftstoffpumpe 14 weist
in ihrem Körper eine
mit einem Zylinder kommunizierende Plungerkammer 40 und
einen in den Plungerkammern 40 arbeitenden Plunger 41 auf.
Jeder Plunger 41 wird durch eine Pumpennockenwelle 42 und
eine Kurbelwelle 43 des Motors über ein Rotationsgetriebe (nicht dargestellt)
aktiviert.
-
Die Plungerkammer 40 ist
mit einem Einlaß 121 und
einem Auslaß 122 der
Zufuhrrohrleitung 12 und einem Rückflußpfad 44 verbunden.
Der Rückflußpfad 44 wird
durch ein Dosierventil 45 mit einem vorgegebenen Tastgrad
DR geöffnet
und geschlossen.
-
Die Kraftstoffmenge im Rückflußpfad 44 wird so
gesteuert, daß der
Druck des Hochdruck-Kraftstoffs in der Common-Rail 6 oder in der Druckspeicherkammer
auf einen Kraftstoffdruck-Sollwert eingestellt wird, d.h. auf den
Common-Rail-Druck-Sollwert
pcr.
-
Die Common-Rail 6 wird am
Motorkörper 3 in einer
Richtung gehalten, die sich entlang den Zylindern erstreckt (in
einer Ebene, die senkrecht zur Zeichnungsebene ausgerichtet ist),
speichert Hochdruck-Kraftstoff von der Kraftstoffzufuhrrohrleitung 12 und
verzweigt sich an einer den Injektoren 5 zugewandten Position
in den Haupteinspritzpfad 16. Außerdem weist die Common-Rail 6 einen
Kraftstoffdrucksensor 46 zum Erzeugen eines Kraftstoffdrucksignals
Pc des Hoch druck-Kraftstoffs auf, das an die Steuerung 9 übertragen
wird.
-
Die Injektoren 5 sind identisch
konstruiert. Jeder Injektor 5 weist eine Düse 17 und
ein elektromagnetiches Injektorventil 8 auf und ist mit
einem Kraftstoffdruckregelungsabschnitt 19 verbunden. Die Düse 17 ist
am Motorkörper 3 befestigt,
um Kraftstoff in die Verbrennungskammer 4 einzuspritzen.
Das elektromagnetische Injektorventil 8 wird in Antwort auf
ein Aktivierungssignal von der Steuerung 9 geöffnet oder
geschlossen, so daß Hochdruck-Kraftstoff über den
Haupteinspritzpfad 16 und die Düse 17 in die Verbrennungskammer 4 eingespritzt
werden kann.
-
Der Kraftstoffdruckregelungsabschnitt 19 weist
den Haupteinspritzpfad 16 auf, von dem ein Druckerhöhungsmechanismus 21 abzweigt.
Der Druckerhöhungsmechanismus 21 weist
eine große
und eine kleine Zylinderkammer 22 bzw. 23 auf,
die parallel zum Haupteinspritzpfad 16 ausgerichtet sind. Die
Zylinderkammern 22 und 23 nehmen einen großen und
einen kleinen Komprimierungskolben 241 und 242 auf.
Die Kolben 241 und 242 bestehen aus einem oder
aus zwei Zylindern. Die große
Zylinderkammer 22 kommuniziert strömungsaufwärtsseitig 451 mit
einem strömungsaufwärtsseitigen
Zweig b1 (in der Nähe
der Common-Rail), während
die kleine Zylinderkammer 23 strömungsabwärtsseitig 452 mit einem
strömungsabwärtsseitigen
Zweig b2 (in der Nähe
des Injektors) kommuniziert.
-
Die große Zylinderkammer 22 kommuniziert außerdem über einen
Teil davon in der Nähe
der kleinen Zylinderkammer 23 mit einem Druckfreigabepfad 30 und
mit einem Druckregelungspfad 27. Der Druckfreigabepfad 30 weist
ein elektromagnetisches Druckerhöhungsmechanismusventil 25 auf,
das den Kraftstoffdruck in der großen Zylinderkammer 22 freigibt.
Der Druckregelungspfad 27 kommuniziert über ein Drosselventil 28 mit
einem Zwischenzweig b3 des Haupteinspritzpfades 16.
-
Außerdem ist ein Rückschlag-
oder Absperrventil 29 zwischen dem strömungsabwärtsseitigen Zweig b1 und dem
Zwischenzweig b3 angeordnet, um zu verhindern, daß Kraftstoff
vom Injektor 5 zur Common-Rail 6 strömt.
-
Die Öffnung 301 der großen Zylinderkammer 22 kommuniziert über einen
offenen Pfad 30 mit dem Kraftstofftank 11. Das
elektromagnetische Druckerhöhungsmechanismusventil 25 ist
zwischen der Öffnung 301 und
dem offenen Pfad 30 angeordnet. Eine Drucksteuerungsblende 47 ist
im offenen Pfad 30 angeordnet, um eine Durchflußrate des
von der großen Zylinderkammer 22 ausgegebenen
Hochdruck-Kraftstoffs zu regeln und die Druckerhöhungsraten der Druckerhöhungskolben 241 und 242 zu
steuern.
-
Das elektromagnetische Druckerhöhungsmechanismusventil 25 wird
in Antwort auf ein Aktivierungssignal von der Steuerung 9 geöffnet oder
geschlossen, wodurch der Druckfreigabepfad 30 und die große Zylinderkammer 22 geöffnet oder
geschlossen werden. Dadurch wird zwischen der Vorder- und der Rückseite
des Komprimierungskolbens 241 eine Druckdifferenz erzeugt,
so daß der
Kolben durch den Druck nach links bewegt wird (wie in 1 dargestellt), und der
Kraftstoffdruck im strömungsabwärtseitigen
Zweig b2 wird erhöht.
-
Die Steuerung 9 weist mehrere
Ports in ihren Eingangs- und Ausgangsschaltungen auf, mit denen verschiedenartige
Sensoren verbunden sind, um Betriebszustandsdaten des Motors 2 zu
erfassen. Die Sensoren sind im einzelnen ein Beschleunigungspedalsensor 31 zum
Erfassen des Betätigungsgrades des
Beschleunigungspedals bzw. des Öffnungswinkel θa einer
Drosselklappe des Motors 2, ein Kurbelwinkelsensor 32 zum
Erfassen von Kurbelwinkelimpulsen, z.B. eines Zylinderspezifizierungssignals, von
einem mit der Kurbelwelle 43 integralen Rotor und ein Wassertemperatursensor 33 zum
Erfassen einer Wassertemperatur wt. Die Kurbelwinkelimpulse werden
durch die Steuerung 9 in chronologischer Reihenfolge sequentiell
gespeichert und zum Berechnen von Intervallen Tn zwischen vorangehenden und
aktuellen Kurbelwinkelimpulsen verwendet (vergl. 2), und um eine Motordrehzahl Ne zu bestimmen.
-
Die Steuerung 9 funktioniert
nicht nur als normale Motorsteuerung sondern dient auch als Einspritzsteuerungseinheit
A1, Impulsintervallberechnungseinheit A2, Einheit A3 zum Berechnen
von Öffnungs-/Schließsignalabweichungen
und Entscheidungseinheit A4 für
das Kraftstoffeinspritzsystem 1.
-
Gemäß 9 aktiviert das Kraftstoffeinspritzsystem 1 die
Kraftstoffeinspritzung zu einem Ventilöffnungszeitpunkt ta, an dem
ein Signal s1 zum Aktivieren des elektromagnetischen Injektorventils 18 ausgegeben
wird. Der Kraftstoffdruck am strömungsabwärtsseitigen
Zweig b2 des Haupteinspritzpfades 16 wird zum Ventilöffnungszeitpunkt
tb erhöht,
an dem ein Signal s2 zum Betätigen
des elektromagnetischen Druckerhöhungsmechanismusventils 25 ausgegeben
wird. Der Kraftstoffdruck ändert sich
mit der Zeit, wie in 2 durch
Ph dargestellt ist. Die Steuerung 9 steuert das Kraftstoffeinspritzsystem so,
daß die
Kraftstoffeinspritzung in einem zweistufigen Modus M1 oder in einem
einstufigen Modus M2 ausgeführt
wird.
-
Im zweistufigen Einspritzmodus M1
wird die Kraftstoffeinspritzung in zwei Stufen ausgeführt, d.h., ein
Anfangs-Kraftstoffeinspritzvorgang
ji wird zwischen dem Öffnungszeitpunkt
ta des elektromagnetischen Injektorventils 8 und dem Öffnungszeitpunkt
tb des elektromagnetischen Druckerhöhungsmechanismusventils 25 ausgeführt, und
ein End-Kraftstoffeinspritzvorgang
j2 wird zwischen dem Öffnungszeitpunkt
tb des elektromagnetischen Druckerhöhungsmechanismusventils 25 und
dem Schließzeitpunkt
tc des elektromagnetischen Injektorventils 8 ausgeführt. Dies
ist dazu geeignet, einen abrupten Anstieg des Zylinderdrucks zu
verhindern, einen geeigneten Kraftstoffzustand bereitzustellen und
Stickoxide (NOx), Partikel (PM) und den
Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
-
Die Einspritzsteuerungseinheit A1
berechnet einen Kraftstoffeinspritzmengen-Sollwert unter Verwendung
eines Kraftstoffeinspritzmengen-Sollwert-Kennfeldes (nicht dargestellt)
gemäß einer
Motordrehzahl Ne und einem Betätigungsgrad
des Beschleunigungspedals bzw. einem Drosselklappen-Öffnungswinkel. Gemäß der Motordrehzahl
Ne und dem Betätigungsgrad
des Beschleunigungspedals bzw. dem Drosselklappen- Öffnungswinkel wird der zweistufige
oder der einstufige Modus M1 bzw. M2 ausgewählt.
-
Die Einspritzsteuerungseinheit A1
berechnet eine Zeitdifferenz (Anfangs-Kraftstoffeinspritzperiode) Δtini auf der Basis des Öffnungszeitpunkts ta des elektromagnetischen
Injektorventils 8, das die Injektoren zwischen einem Kraftstoffeinspritzzustand
und einem Nicht-Kraftstoffeinspritzzustand umschaltet und umgekehrt,
und des Öffnungszeitpunkts
tb des elektromagnetischen Druckerhöhungsmechanismusventils 25,
das den Druckerhöhungsmechanismus 21 ein-
oder ausschaltet. Für
diese Berechnung wird ein Zeitdifferenz-Kennfeld (nicht dargestellt)
verwendet. Anschließend
setzt die Einspritzsteuerungseinheit A1 eine Endeinspritzperiode Δtmain, wodurch gewährleistet wird, daß der Kraftstoffeinspritzmengen-Sollwert
erreicht wird, wobei die Zeitdifferenz Δtini berücksichtigt
wird. Außerdem
wird eine Injektoröffnungsperiode Δt berechnet,
indem die Endeinspritzperiode Δtmain und die Zeitdifferenz Δtini addiert werden. Die vorstehende Beschreibung
ist auch auf den einstufigen Einspritzmodus M2 anwendbar.
-
Die Impulsintervallberechnungseinheit
A2 berechnet das Impulsintervall Tn zwischen benachbarten Kurbelwinkelimpulsen.
Die Kurbelwinkelimpulse werden in der Steuerung 9 chronologisch
gespeichert. Außerdem
wird das Impulsintervall Tn (vergl. 2)
zwischen dem vorangehenden Kurbelwinkelimpuls und dem aktuellen
Kurbelwinkelimpuls θn
chronologisch gespeichert.
-
Die Einheit A3 zum Berechnen von Öffnungs-/Schließsignalabweichungen
berechnet eine Tastgradabweichung δD zwischen dem Tastgrad DR, der
tatsächlich
ein Öffnungs-/Schließsignal
für das Dosierventil 45 ist,
und einem Basis-Tastgrad
DRα, der
ein dem Kraftstoffdruck-Sollwert der Common-Rail 6 entsprechendes
Basis-Öffnungs-/Schließsignal
ist.
-
Die Entscheidungseinheit A4 entscheidet, daß der Druckerhöhungsmechanismus 21 fehlerhaft funktioniert,
wenn eine Abweichung δt
des Impulsintervalls Tn einen vorgegebenen Schwellenwert δta überschreitet
und die Tastgradabweichung δD
des Tastgrades DR eine zulässige
Tastgradabweichung δDa überschreitet.
-
Nachstehend wird die Funktionsweise
des Kraftstoffeinspritzsystems von 1 unter
Bezug auf die Steuerungsverarbeitung der Steuerung 9 beschrieben.
-
Wenn der Motor 2 eines Fahrzeugs
(nicht dargestellt) aktiviert ist, beginnt die Steuerung 9 mit der
Steuerung des Motors 2, d.h., sie empfängt Eigendiagnose- oder Fehlererkennungsergebnisse
von im Kraftstoffeinspritzsystem und im Kraftstoffzufuhrsystem arbeitenden
Vorrichtungen, von Sensoren, usw. Die Steuerung 9 prüft, ob die
empfangenen Eigendiagnose- oder Fehlererkennungsergebnisse normal
sind und steuert sequentiell den Kraftstoffeinspritzprozeß, den Fehlersuchprozeß und andere
Prozesse.
-
In der Kraftstoffeinspritzsteuerungsverarbeitung
werden folgende Schritte ausgeführt:
Berechnen des Kraftstoffeinspritzmengen-Sollwertes, Auswählen des
zweistufigen Kraftstoffeinspritzmodus M1 oder des einstufigen Kraftstoffeinspritzmodus
M2 und Berechnen des Öffnungszeitpunktes
ta des elektromagnetischen Injektorventils 8 und des Öffnungszeitpunkts
tb des elektromagnetischen Druckerhöhungsmechanismusventils 25,
der Zeitdifferenz Δtini, der Endeinspritzperiode Δtmin und der Injektoröffnungszeit Δt.
-
Anschließend werden in einem Kraftstuoffeinspritztreiber
(nicht dargestellt) Daten gesetzt, die mit den Öffnungszeitpunkten ta und tb
und dem Schließzeitpunkt
tc der elektromagnetischen Ventile 8 und 25 in
Beziehung stehen. In Antwort auf ein Einheitskurbelsignal δθ zählt der
Kraftstoffeinspritztreiber die Öffnungszeitpunkte
ta und tb und den Schließzeitpunkt
tc für
das elektromagnetische Injektorventil 8 bzw. das elektromagnetische
Druckerhöhungsmechanismusventil 25.
Nach Abschluß des Zählvorgangs
der vorstehend erwähnten
Zeitpunkte gibt der Kraftstoffeinspritztreiber ein Ventilschaltsignal
aus, so daß die
Injektoren 5 im zweistu figen oder im einstufigen Einspritzmodus
M1 bzw. M2 betrieben werden.
-
In einem Hauptprogramm der Motorsteuerungsverarbeitung
wird eine Fehlersuchroutine ausgeführt.
-
Gemäß 6 wird das Kurbelwinkelimpulsintervall
in Schritt s1 bestätigt,
und der Tastgrad des Dosierventils 45 wird in Schritt s2
bestätigt.
In Schritt s3 wird eine Fehlersuche ausgeführt, und in Schritt s4 wird
eine Steuerung für
eine unterbrechungsfreie Fahrt ausgeführt.
-
In Schritt a1 der in 7 dargestellten Kurbelwinkelimpulsintervall-Bestätigungsroutine
berechnet und speichert die Steuerung 9 sequentiell die
Impulsintervalle Tn zwischen benachbarten Kurbelwinkelimpulsen,
d.h. zwischen dem vorangehenden und dem aktuellen Kurbelwinkelimpuls.
D.h., die Steuerung 9 speichert die Kurbelwinkelimpulse
chronologisch. Das Impulsintervall Tn bezeichnet ein Intervall zwischen
benachbarten Impulssignalen, die den jeweiligen Zylindern zugeführt werden.
-
Dann wird in Schritt a2 ein Mittelwert
Tf des aktuellen Impulsintervalls Tn, des vorangehenden Impulsintervalls
und des vorletzten Impulsintervalls berechnet {z.B. (Tn-2 + Tn-1
+ Tn)/3}. Das aktuelle, das vorangehende und das vorletzte Impulsintervall werden
in jedem Steuerzyklus aktualisiert. Außerdem wird der vorherige Mittelwert
durch den aktuellen Mittelwert Tfn ersetzt, der im nächsten Steuerzyklus
als vorheriger Mittelwert Tfn-1 dient.
-
In Schritt a3 wird die Änderung δt des Impulsintervalls
Tn (= |Tfn – (Tfn-1)|)
auf der Basis des aktuellen Mittelwertes Tfn und des vorangehenden Mittelwertes
Tfn-1 berechnet. In Schritt a4 wird geprüft, ob die Impulsintervalländerung δt einen Entscheidungsschwellenwert δta überschreitet
oder nicht.
-
Wenn die Impulsintervalländerung δt kleiner ist
als der Entscheidungsschwellenwert δta und leicht variiert, wird
der Steuerungsverarbeitung in Schritt a3 abgeschlossen. Wenn δt dagegen
größer ist
als δta, schreitet
die Steuerungsverar beitung zu Schritt a5 fort. Wenn St für eine vorgegebene
Zeitdauer "TIME 1" größer ist
als δta
schreitet die Steuerungsverarbeitung zu Schritt a6 fort.
-
In Schritt a6 wird der aktuelle Mittelwert
Tfn mit dem vorherigen Mittelwert Tfn-1 verglichen. Wenn Tfn < Tfn-1 ist, wird
festgestellt, daß der
Motor beschleunigt. In Schritt a7 wird festgestellt, daß tendenziell übermäßig Kraftstoff
eingespritzt wird, so daß ein
Fehlerflag FlgA auf "1" gesetzt wird. Wenn dagegen Tfn > Tfn-1 ist, wird festgestellt,
daß der
Motor verzögert.
In Schritt a8 wird festgestellt, daß die Kraftstoffeinspritzung
ungeeignet ist, so daß ein
Fehlerflag FlgB auf "1" gesetzt wird. Anschließend springt die Steuerungsverarbeitung
zu Schritt a2 (in der Fehlersuchroutine) zurück.
-
Gemäß 8 downloadet die Steuerung 9, wenn
die Verarbeitung zu Schritt b1 der Dosierventiltastgrad-Bestätigungsroutine
fortschreitet, den Common-Rail-Druck-Sollwert pcr, der einen Druck-Sollwert
des Hochdruck-Kraftstoffs darstellt, und den Tastgrad DR, der ein Öffnung-/Schließsignal
des Dosierventils 45 darstellt. Der Tastgrad DR wird in
der Einspritzsteuerungsroutine gemäß einem Betriebszustand des
Motors 2 gesetzt.
-
In Schritt b2 wird unter Verwendung
des in 3 dargestellten
Kennfeldes m1, das den Dosierventil-Tastgrad DR als Funktion des
Common-Rail-Druck-Sollwertes pcr darstellt, geprüft, ob der dem aktuellen Common-Rail-Druck-Sollwert
pcr entsprechende Tastgrad DR auf der normalen Referenz-Tastgradkurve oder
innerhalb eines Toleranzbereichs davon liegt.
-
Das Kennfeld m1 ist so gestaltet,
daß der
zulässige
Abweichungsbereich in Antwort auf eine Erhöhung des Rail-Druck-Sollwertes
pcr größer wird. Außerdem ändern sich
der Kraftstoffdruck und das Impulsintervall umso mehr, je mehr der
Common-Rail-Druck-Sollwert pcr ansteigt. Daher ist der Bestimmungsbereich
so gestaltet, daß er
groß ist,
um eine zuverlässige
und stabile Steuerungsverarbeitung zu gewährleisten.
-
Es wird entschieden, daß der Motor
normal arbeitet, wenn der Tastgrad DR innerhalb eines Toleranzbereichs
liegt, so daß die
aktuelle Steuerungsverarbeitung abgeschlossen wird. Dann schreitet
die Verarbeitung zum Schritt s3 (in der Fehlersuchverarbeitung)
fort.
-
Wenn der Tastgrad DR bezüglich des
Toleranzbereichs groß ist
(d.h. an der offenen Seite e1), wird viel Kraftstoff zurückgeführt und
ist der Verbrauch des in der Common-Rail gespeicherten Kraftstoffs gering,
woraufhin die Verarbeitung zu Schritt b3 fortschreitet, in dem das
Fehlerflag Flga auf "1" gesetzt wird. Wenn dagegen der Tastgrad
DR bezüglich des
Toleranzbereichs klein ist (d.h. an der geschlossenen Seite e2),
wird wenig Kraftstoff zurückgeführt und
ist der Kraftstoffverbrauch in der Common-Rail groß, woraufhin
die Verarbeitung zu Schritt b4 fortschreitet, in dem das Fehlerflag
Flgb auf "1" gesetzt wird. Daraufhin springt die Verarbeitung zu
Schritt s3 (in der Fehlersuchroutine) zurück.
-
In Schritt s3 wird der Druckerhöhungsmechanismus 21 deaktiviert,
wenn das Fehlerflag FlgA, FlgB, Flga oder Flgb auf "1" gesetzt ist
und der Druckerhöhungsmechanismus 21 abnormal
arbeitet. In diesem Zustand wird das Niedrigdruck-Kraftstoffeinspritzsystem
unter Verwendung des in der Common-Rail 6 gespeicherten
Kraftstoffs aktiviert. In diesem Zustand wird lediglich der Kraftstoffdruck
in der Common-Rail
erhöht
oder vermindert, so daß das Fahrzeug
in einem leistungsarmen Modus fährt.
-
Beispielsweise stellt die Kombination
aus dem Fehlerflag FlgA (übermäßige Kraftstoffeinspritzung)
und dem Fehlerflag Flgb (übermäßiger Verbrauch
von in der Common-Rail gespeichertem Kraftstoff) eine abnormale
Druckerhöhung
im Druckerhöhungskolben
aufgrund eines Risses oder Bruchs der Druchflußmengenregelungsblende 47 dar
(vergl. 4). Die Kombination
aus dem Fehlerflag FlgB (ungeeignete Kraftstoffeinspritzung) und dem
Fehlerflag Flgb stellt dar, daß übermäßiger Kraftstoff
zum offenen Pfad 30 entweicht, weil das elektromagnetische
Druckerhöhungsmechanismusventil 25 oder der
Druckerhöhungskolben
aufgrund eines größeren Spiels
in ihrem Gleitabschnitt nicht geeignet funktionieren. Außerdem stellt
die Kombination aus dem Fehlerflag FlgB und dem Fehlerflag Flga
(ungeeigneter Verbrauch des in der Common Raim gespeicherten Kraftstoffs)
eine Fehlfunktion des Druckerhöhungskolbens
aufgrund des größeren Spiels
in ihrem Gleitabschnitt dar.
-
Anschließend schreitet die Verarbeitung
zu Schritt s4 der Fehlersuchverarbeitung fort. In Schritt s4 wird
die Steuerungsverarbeitung in Abhängigkeit vom Common-Rail-Druck
und der Motorgeschwindigkeit, wie in 5(A) dargestellt,
auf eine Verarbeitung umgeschaltet, in der der Motor in einem Bereich E1
arbeitet. Um die Abnahme des Common-Rail-Drucks zu unterdrücken, wird die Steuerungsverarbeitung
auf eine Verarbeitung umgeschaltet, in der der Motor in einem in 5(B) dargestellten Bereich
E2 betrieben wird. D.h., der Motor wird im leistungsarmen Modus
betrieben, um eine übermäßige Zunahme
des eingespritzten Kraftstoffs zu vermeiden.
-
Der Druckerhöhungsmechanismus 21 wird deaktiviert,
um eine Fehlfunktion des Motorkörpers oder
des Fahrzeugs zu vermeiden. Außerdem
wird veranlaßt,
daß das
Niedrigdruck-Kraftstoffeinspritzsystem
unter Verwendung des in der Common-Rail 6 gespeicherten
Kraftstoffs betrieben wird, wodurch ermöglicht wird, daß das Fahrzeug
sicher und schnell zu einer Reparaturwerkstatt fahren kann. In diesem Fall
kann das Fahrzeug fahren, ohne daß der Motor übermäßig belastet
und die Abgastemperatur erhöht wird.
-
In Schritt s3 der Fehlersuchroutine
wird geprüft,
ob der Druckerhöhungsmechanismus 21 normal
funktioniert oder nicht. Wenn festgestellt wird, daß der Druckerhöhungsmechanismus 21 fehlerhaft funktioniert,
wird er deaktiviert, wodurch der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 6 und
die in Antwort auf eine Operation des elektromagnetischen Injektorventils 8 eingespritzte
Kraftstoffmenge gesteuert werden. In diesem Fall ist das Deaktivieren
des Druckerhöhungsmechanismus 21 dazu
geeignet, Vibrationen zu vermeiden, die durch Drehmomentänderungen
im Motor erzeugt werden, und der Motor wird durch das Niedrigdruck-Kraftstoffeinspritzsystem
unter Verwendung von Niedrigdruck-Kraftstoff betrieben, so daß das Fahrzeug
sicher und schnell zu einer Reparaturwerkstatt fahren kann. Dadurch
kann eine übermäßige Belastung
des Motors und eine Erhöhung
der Abgastemperatur vermieden werden.
-
Im in 5(A) dargestellten
Steuerbereich E1 des Common-Rail-Drucks und der Motordrehzahl ist
im Vergleich zu den entsprechenden Werten des normalen Common-Rail-Druckbereichs
die Motordrehzahl unterdrückt
und der Common-Rail-Druck auf
einen relativ hohen Wert gesetzt. Im in 5(B) dargestellten Steuerbereich E2 der
Kraftstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahl sind sowohl die Motordrehzahl
als auch die Kraftstoffeinspritzmenge im Vergleich zu den entsprechenden
Werten des normalen Common-Rail-Druckbereichs unterdrückt. Diese
Zustände
werden nachstehend unter Bezug auf eine Steuerungsroutine für eine unterbrechungsfreie
Fahrt beschrieben. In Schritt c1 wird eine aktuelle Motordrehzahl
gedownloadet. Dann wird in Schritt c2 ein der in 5(A) dargestellten Motordrehzahl entsprechender
Common-Rail-Druck Pmax gesetzt. Insbesondere werden die Öffnungs-
und Schließperioden
des Dosierventils 45 so gesteuert, daß der Druck in der Druckspeicherkammer
dem Common-Rail-Druck Pmax gleicht. In Schritt c3 wird die Kraftstoffeinspritzmenge
so gesetzt, daß sie
innerhalb des in 5(B) dargestellten
Kraftstoffeinspritzmengenbereichs E2 liegt.
-
Der in der Common-Rail 6 gespeicherte Kraftstoff
wird durch das Dosierventil 45 auf einen maximal zulässigen Druck
eingestellt (d.h. auf einen Steuerkurven-Sollwert Pmax in 5(A)) und über die
Injektoren in die Verbrennungskammer eingespritzt. In diesem Zustand
kann das Fahrzeug ohne Qualmbildung, ohne den Motor übermäßig zu belasten
und ohne eine Erhöhung
der Abgastemperatur sicher und schnell fahren. Dadurch kann das
Fahrzeug vor Schäden
geschützt
werden, auch wenn der Motor anhaltend in einem abnormalen Zustand
betrieben wird.
-
Es kann auf einfache Weise geeignet
festgestellt werden, daß der
Druckerhöhungsmechanismus fehlerhaft
funktio niert, wenn das Kurbelimpulsintervall Tn sich mit dem Betriebszustand
des Motors übermäßig ändert, und
wenn die Abweichung δD
des aktuellen Tastgrades DR (Öffnungs-/Schließsignal) größer ist
als der zulässige
Wert δDa.
Dadurch kann der Motor vor Vibrationen geschützt und eine ungeeignete Abgasreinigung
vermieden werden.
-
In der Fehlersuchroutine wird das
Kurbelwinkelimpulsintervall in Schritt s1 bestätigt, und dann wird der Tastgrad
des Dosierventils 45 in Schritt s2 bestätigt. Alternativ kann die Fehlersuchroutine durch
Ausführen
des Schritts s1 oder s2 und anschließendes Ausführen der Schritte s3 und s4
vereinfacht werden.