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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.
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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 Kraftstoffvorrat in einer als
Common-Rail bezeichneten Druckspeicherkammer gespeichert und mit
der Common-Rail verbundene Einspritzdüsen sind 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 Arbeitskolben durch den Druck des über den Zweig des Hochdruck-Kraftstoffpfades
zugeführten
Hochdruck-Kraftstoffs betätigt,
und der komprimierte Kraftstoff wird durch den Arbeitskolben den
Injektoren zugeführt.
D.h. der Arbeitskolben wird durch ein elektromagnetisches Ventil
eines Druckerhöhungskolbens
betätigt.
Beispielsweise ist ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Druckerhöhungsfunktion
in 9 der beigefügten
Zeichnungen dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzung beginnt, wenn
zu einem Zeitpunkt ta ein Signal S1 zum Betätigen eines elektromagnetischen
Injek torventils 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 Druckerhöhungskolbens
(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.
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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.
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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, Arbeitskolben
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.
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Beispielsweise
können
bei einer Fehlfunktion der Arbeitskolben eine nicht glatte bzw.
gleichmäßige oder
unge eignete Druckerhöhung
des Kraftstoffs, Drehmomentänderungen
und eine unzureichende Abgasreinigung verursacht werden.
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Wenn
eine Durchflußregelungsblende,
die in Serie mit dem elektromagnetischen Druckerhöhungsmechanismusventil
im Rückflußpfad angeordnet
ist, Risse aufweist oder gebrochen ist, kann der Arbeitskolben 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.
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Außerdem funktioniert
ein Arbeitskolben, 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.
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Außerdem kann,
wenn ein elektromagnetisches Druckerhöhungsmechanismusventil nicht
geeignet funktioniert, rückfließender Kraftstoff
entweichen, der Arbeitskolben 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.
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In
der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung
JP 5-141301 A wird eine Fehlersuchvorrichtung
für ein
Krafststoffeinspritzsystem mit einer Druckerhöhungsfunktion für einen
Mehrzylindermotor beschrieben. Die Fehlersuchvorrichtung lädt physikalische
Kraftstoffdruckwerte jeweiliger Zylinder herunter 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.
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Die
DE 40 35 958 A1 offenbart
eine Zünd- und/oder
Einspritzanlage für
Brennkraftmaschinen. Die beschriebene Anlage ermöglicht es, Zündaussetzer
sofort zu erkennen und die entsprechenden Maßnahmen zum Schutz des Katalysators
einzuleiten. Dabei werden Impulsintervalle zwischen Kurbelimpulssignalen
berechnet und diese Werte zur Erkennung einzelner aussetzender Zylinder
herangezogen.
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Die
EP 1 201 905 A2 beschreibt
eine Vorrichtung zur Fehlerdiagnose der Hochdruck führenden Komponenten
eines Common-Rail-Systems. Es wird bei dieser Vorrichtung der Druckverlauf
in einem Diagnosezeitraum ausgewertet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzsystem
mit einer Druckerhöhungsfunktion
bereitzustellen, das schnell bestimmen kann, ob ein Druckerhöhungsmechanismus
fehlerhaft funktioniert und Fehlfunktionen eines Motors oder eines
Fahrzeugs vermeidet. Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzsystem
gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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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.
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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.
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1 zeigt
ein schematisches Diagramm eines Kraftstoffeinspritzsystems mit
einer Druckerhöhungsfunktion
und eines Motors, auf den das Kraftstoffeinspritzsystem mit einer
Druckerhöhungsfunktion
anwendbar ist;
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2 beschreibt
die Bestätigung
von Kurbelwinkelimpulsintervallen im Kraftstoffeinspritzsystem mit
einer Druckerhöhungsfunktion
von 1;
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3 zeigt
ein Diagramm zum Darstellen von Kennlinien eines Tastverhältnisses
und eines Common-Rail-Druck-Sollwertes per;
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4 zeigt
Details von Fehlfunktionen;
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5(A) zeigt Steuerungskennlinien des Common-Rail-Drucks und der Motordrehzahl
zur Verwendung im Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Druckerhöhungsfunktion
zum Ausführen
einer Fehlersuchverarbeitung;
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5(B) zeigt Steuerungskennlinien der Kraftstoffeinspritzmenge
und der Motordrehzahl zur Verwendung im Kraftstoffeinspritzsystem
mit einer Druckerhöhungsfunktion
zum Ausführen
einer Fehlersuchverarbeitung.
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6 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Fehlersuchroutine im Kraftstoffeinspritzsystem
mit einer Druckerhöhungsfunktion
von 1;
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7 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Kurbelwinkelimpulsintervall-Bestätigungsroutine;
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8 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Dosierventil-Tastverhältnis-Bestätigungsroutine;
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9 zeigt
eine Einspritzrate eines Kraftstoffeinspritzsystems; und
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10 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Steuerungsroutine für eine unterbrechungsfreie
Fahrt.
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Die
Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf eine in den 1 bis 3 dargestellte
Ausführungsform
beschrieben.
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Ein
Kraftstoffeinspritzsystem 1 mit einer Druckerhöhungsfunktion
ist in einem nicht dargestellten Mehrzylinder-Dieselmotor 2 (als "Motor 2" 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.
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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 zum Zuführen des
Hochdruck-Kraftstoffs zur Common-Rail 6; und eine Motorsteuerung 9 zum
Steuern der Operation elektromagnetischer Injektorventile 8 der
Injektoren 5.
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Die
Hochdruck-Kraftstoffquelle 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.
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Die
Kraftstoffpumpe 14 weist in ihrem Körper eine mit einem Zylinder
kommunizierende Plungerkammer 40 und einen in den Plungerkammern 40 arbeitenden
Plunger Tauchkolben 41 auf. Jeder Plunger 41 wird
durch eine Pumpennockenwelle 42 und eine Kurbelwelle 43 des
Motors über
ein Rotationsgetriebe (nicht dargestellt) aktiviert.
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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.
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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.
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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 Hochdruck-Kraftstoffs
auf, das an die Steuerung 9 übertragen wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Öffnungswinkels 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.
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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.
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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.
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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 Druckerhöhungsmechanis musventils 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.
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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.
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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
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.
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Die
Impulsintervallberechnungseinheit A2 berechnet das Impulsintervall
Tn zwischen benachbarten Kurbelwinkelimpulsen. Die Kurbelwinkelimpulse
werden in der Steuerung 9 chro nologisch gespeichert. Außerdem wird
das Impulsintervall Tn (vergl. 2) zwischen
dem vorangehenden Kurbelwinkelimpuls und dem aktuellen Kurbelwinkelimpuls θn chronologisch
gespeichert.
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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.
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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.
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Nachstehend
wird die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzsystems von 1 unter
Bezug auf die Steuerungsverarbeitung der Steuerung 9 beschrieben.
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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.
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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 Druckerhöhungsmechanismus ventils 25,
der Zeitdifferenz Δtini, der Endeinspritzperiode Δtmain und der Injektoröffnungszeit Δt.
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Anschließend werden
in einem Kraftstoffeinspritztreiber (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 zweistufigen oder im einstufigen Einspritzmodus
M1 bzw. M2 betrieben werden.
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In
einem Hauptprogramm der Motorsteuerungsverarbeitung wird eine Fehlersuchroutine
ausgeführt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Steuerungsverarbeitung zu Schritt a5 fort. Wenn δt für eine vorgegebene
Zeitdauer "TIME 1" größer ist
als δta
schreitet die Steuerungsverarbeitung zu Schritt a6 fort.
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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.
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Gemäß 8 lädt die Steuerung 9,
wenn die Verarbeitung zu Schritt b1 der Dosierventiltastgrad-Bestätigungsroutine
fortschreitet, den Common-Rail-Druck-Sollwert per herunter, 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.
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In
Schritt b2 wird unter Verwendung des in 3 dargestellten
Kennfeldes m1, das den Dosierventil-Tastgrad DR als Funktion des
Common-Rail-Druck-Sollwertes per darstellt, geprüft, ob der dem aktuellen Common-Rail-Druck-Sollwert
per entsprechende Tastgrad DR auf der normalen Referenz-Tastgradkurve oder
innerhalb eines Toleranzbereichs davon liegt.
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Das
Kennfeld m1 ist so gestaltet, daß der zulässige Abweichungsbereich in
Antwort auf eine Erhöhung
des Rail-Druck-Sollwertes
per größer wird. Außerdem ändern sich
der Kraftstoffdruck und das Impulsintervall umso mehr, je mehr der
Common-Rail-Druck-Sollwert per ansteigt. Daher ist der Bestimmungsbereich
so gestaltet, daß er
groß ist,
um eine zuverlässige
und stabile Steuerungsverarbeitung zu gewährleisten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 ei ner Reparaturwerkstatt fahren kann. In diesem Fall
kann das Fahrzeug fahren, ohne daß der Motor übermäßig belastet
und die Abgastemperatur erhöht wird.
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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.
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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 Kraftstofeinspritzmenge 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.
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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.
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Es
kann auf einfache Weise geeignet festgestellt werden, daß der Druckerhöhungsmechanismus fehlerhaft
funktioniert, 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.
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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.