DE10337875B4

DE10337875B4 - Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10337875B4
Application number: DE10337875.8A
Authority: DE
Inventors: Eiji Takemoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2023-08-19
Also published as: DE10337875A1; US20050022793A1; JP4161635B2; FR2843616A1; US6907864B2; FR2843616B1; JP2004076646A

Abstract

Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem, gekennzeichnet durch:eine Piezoeinspritzeinrichtung (2) mit einem Düsenabschnitt (11) und einem Piezoelement (1), wobei der Düsenabschnitt (11) sich öffnet, wenn das Piezoelement (1) geladen wird, und sich schließt, wenn das Piezoelement (1) entladen wird,eine Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung (65) zur Erfassung eines Kraftstoffdrucks entsprechend einem Kraftstoffeinspritzdruck,eine Ladungsmengenänderungseinrichtung (S1, S11, S8, S18) zur Änderung einer Ladegeschwindigkeit und eines oberen Grenzwerts der Ladespannung für das Piezoelement (1) entsprechend dem durch die Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung (65) erfassten Kraftstoffdruck, undeine Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung (S3, S4, S13, S14) zur Berechnung einer Befehlseinspritzzeitdauer zumindest auf der Grundlage einer Befehlseinspritzmenge, die entsprechend einem Betriebszustand oder einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine eingestellt ist, und der Ladegeschwindigkeit oder des oberen Grenzwerts der Ladespannung, die durch die Ladungsmengenänderungseinrichtung (S1, S11, S8, S18) geändert werden, undeine Einspritzzeitverlaufsbestimmungseinrichtung (S5, S6, S15, S16) zur Berechnung eines Befehlseinspritzzeitverlaufs zumindest auf der Grundlage des Betriebszustands oder der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine sowie der Ladegeschwindigkeit oder des oberen Grenzwerts der Ladespannung für das Piezoelement (1), die durch die Ladungsmengenänderungseinrichtung (S1, S11, S8, S18) geändert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Steuerung der Menge und des Zeitverlaufs des Kraftstoffeinspritzens im Zylinder einer Brennkraftmaschine wie einer Dieselbrennkraftmaschine. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem, das in der Lage ist, eine Energieänderungssteuerung zur Änderung einer Ladungsmenge für ein Piezoelement eines Piezo-Injektors (Piezo-Einspritzeinrichtung) durchzuführen.
Die Druckschrift DE 100 35 815 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Einspritzventils, bei dem ein Ansteuersignal für einen Aktor, für das ein piezoelektrisches Element verwendet wird, in Abhängigkeit von der Amplitude und der Dauer gesteuert wird. Der Aktor betätigt dabei mittels eines hydraulischen Kopplers ein Schaltventil, dass sich bei niedriger Spannung im ballistischen Betrieb befindet und einen Öffnungsquerschnitt zu einem Zulaufkanal freigibt. Mit steigender Ansteuerspannung wird der Öffnungsquerschnitt verringert und somit die einzuspritzende Kraftstoffmenge vermehrt. Mit Hilfe der Amplitude und Dauer der Ansteuerspannung wird das Schaltventil vom ballistischen Betrieb in den nichtballistischen Betrieb gesteuert. Sowohl die Förderdauer als auch die Amplitude der Ansteuerspannung sind so aufeinander abgestimmt, dass ein oder mehrere Sprünge auftreten können, bei denen von einem Spannungswert auf einen anderen Spannungswert und von einer Förderdauer auf eine andere Förderdauer umgeschaltet wird.
Die Druckschrift DE 101 51 421 A1 offenbart eine Piezobetätigungsgliedantriebsschaltung zur Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzgerät. Dabei wird eine Ladespannung oder -energie entsprechend dem Kraftstoffdruck ausgewählt.
Die Druckschrift DE 101 13 670 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Piezoaktors. Dabei wird ein Ladegradient in Abhängigkeit von der Betriebssituation der Brennkraftmaschine einschließlich des Kraftstoffdrucks eingestellt.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart wird in einer Dieselbrennkraftmaschine verwendet. In den Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart führt eine Hochdruckversorgungspumpe Hochdruckkraftstoff unter Druck einem Common-Rail zu, das gemeinsam für die jeweiligen Zylinder ist. Somit akkumuliert das Common-Rail den Hochdruckkraftstoff. Der Hochdruckkraftstoff wird den Injektoren der jeweiligen Zylinder aus dem Common-Rail zugeführt. Die Injektoren führen ein Kraftstoffeinspritzen unter der Steuerung einer Maschinensteuerungseinheit (ECU, engine control unit) durch. Jeder Injektor weist einen Düsenabschnitt zum Einspritzen des zugeführten Hochdruckkraftstoffs durch dessen Einspritzöffnung auf. Der Öffnungsgrad der Einspritzöffnung wird durch eine Düsennadel geändert, die innerhalb des Düsenabschnitts eingesetzt ist.
Eine Gegendruckkammer ist beispielsweise derart gebildet, dass die Gegendruckkammer einer rückwärtigen Endoberfläche der Düsennadel zugewandt ist. Der dem Injektor zugeführte Hochdruckkraftstoff wird in die Gegendruckkammer über eine Beschränkung (restriction) eingeführt und erzeugt einen Gegendruck der Düsennadel. Die Düsennadel wird durch Änderung des Gegendrucks geöffnet oder geschlossen. Der Gegendruck wird durch eine Gegendruckänderungseinrichtung geändert. Die Gegendruckänderungseinrichtung weist eine Ventilkammer zwischen der Gegendruckkammer und einem Niedrigdruckdurchlass auf. Die Gegendruckänderungseinrichtung entspannt den Druck in der Gegendruckkammer zu dem Niedrigdruckdurchlass durch Bewegung eines Ventilteils, das in der Ventilkammer untergebracht ist. In letzter Zeit wird ein Piezobetätigungsglied verwendet, das den piezoelektrischen Effekt von piezoelektrischen Keramiken und dergleichen ausnutzt, um das Ventilteil anzutreiben.
Herkömmlicherweise wird in dem Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart mit einem Piezo-Injektor, der ein Piezobetätigungsglied und dergleichen verwendet, ein oberer Grenzwert einer Ladespannung, die an einem Piezostapel angelegt wird, entsprechend den Common-Rail-Druck geändert, um die Ladungsmenge für den Piezoteil auf einen erforderlichen minimalen Wert zu steuern. Ein Verfahren zur Änderung der Ladungsmenge für den Piezostapel zwischen zwei Pegeln einer großen Ladungsmenge und einer kleinen Ladungsmenge ist beispielsweise in der Japanischen Offenlegungsschrift JP 2001-241350 A offenbart.
Jedoch ändert sich in dem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart, dass auf die Verringerung einer Wärmeerzeugung durch Steuerung der Ladungsenergie zu dem Piezostapel auf einen minimalen Wert gerichtet ist, die Ladungsmenge für den Piezostapel oder der obere Grenzwert der an den Piezostapel angelegten Ladungsspannung wie es durch eine gestrichelte Linie in Teil (b) von 8 gezeigt ist, da die Ladungsenergie für den Piezostapel geändert wird. Die durchgezogene Linie in Teil (a) von 8 zeigt einen Signalverlauf eines Einspritzbefehlsimpulses „IMPULS“. Die durchgezogene Linie in Teil (b) von 8 zeigt einen Signalverlauf einer Ladungsenergie „Ec“ oder die Ladungsspannung für den Piezostapel, wenn die Ladungsenergie klein ist. Die gestrichelte Linie in Teil (b) von 8 zeigt die Ladungsenergie „Ec“ für den Piezostapel, wenn die Ladungsenergie groß ist. Die durchgezogene Linie in Teil (c) von 8 zeigt einen Signalverlauf des Ladestroms „Cc“, der den Piezostapel zugeführt wird, wenn die Ladungsenergie klein ist. Die gestrichelte Linie in Teil (c) von 8 zeigt einen Signalverlauf des Ladestroms, der den Piezostapel zugeführt wird, wenn die Ladungsenergie groß ist. Die durchgezogene Linie in Teil (d) von 8 zeigt ein Einspritzverhältnis „R“, wenn die Ladungsenergie klein ist. Die gestrichelte Linie in Teil (d) von 8 zeigt das Einspritzverhältnis „R“, wenn die Ladungsenergie groß ist. Der Zeitpunkt t_s in 8 zeigt einen Startzeitpunkt des Einspritzens. Ein Zeitpunkt t_e in 8 zeigt einen Endzeitpunkt des Einspritzens. Dementsprechend ändert sich ein Endladungssignalverlauf in Bezug auf die Zeit, falls die Ladungsmenge geändert wird. Der Endzeitpunkt t_e des Einspritzens durch den Piezo-Injektor wird entsprechend der Zeit bestimmt, wenn der Piezostapel sich um ein beliebiges Ausmaß zusammenzieht. Daher wird der Endzeitpunkt des Einspritzens von dem Zeitpunkt t_e zu einem verzögerten Zeitpunkt t_e ' geändert, und eine Einspritzzeitdauer ändert sich entsprechend der Änderung einer Endladungszeitdauer. Als Ergebnis weicht die tatsächliche Menge des Kraftstoffs, die in die Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder eingespritzt wird, stark von einer Befehleinspritzmenge ab.
Neben den Verfahren zur Änderung der Ladungsmenge für den Piezostapel in zwei Pegeln gibt es ein anderes Verfahren zur Änderung der Ladungsgeschwindigkeit der an den Piezostapel angelegten Ladespannung, wie es in 9 gezeigt ist. In diesem Fall ändert sich die Ladungsmenge für den Piezostapel entsprechend der Änderung in der Ladegeschwindigkeit. Dementsprechend ändert sich der Entladesignalverlauf in Bezug auf die Zeit, und der Entladesignalverlauf ändert sich ebenfalls in Bezug auf die Zeit. Somit wird der Einspritzendzeitverlauf von dem Zeitpunkt t_e zu einem vorgeschobenen Zeitpunkt t_e ' geändert. Zusätzlich wird der Einspritzstartzeitverlauf des Piezo-Injektors von dem Zeitpunkt t_s zu einem verzögerten Zeitpunkt t_s ' geändert. Als Ergebnis weicht die tatsächliche Menge des Kraftstoffs, der in die Verbrennungskammern der Zylinder gespritzt wird, stark von der Befehleinspritzmenge ab. Weiterhin wird ebenfalls das Emissionsverhalten oder das Fahrbarkeitsverhalten der Brennkraftmaschine verschlechtert.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von einer Befehleinspritzmenge durch Korrektur einer Einspritzzeitdauer oder eines Einspritzstartzeitpunkts entsprechend einem oberen Grenzwert der Ladespannung oder Ladegeschwindigkeit für einen Piezostapel während einer Energieänderungssteuerung zur Änderung einer Ladungsmenge für das Piezoelement eines Piezo-Injektors zu verringern. Auf diese Weise könnte eine Verschlechterung des Emissionsverhaltens oder des Fahrbarkeitsverhaltens einer Brennkraftmaschine verhindert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzsystem gelöst, wie es in Patentanspruch 1 dargelegt ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ändert eine Ladungsmengenänderungseinrichtung eine Ladegeschwindigkeit oder einen oberen Grenzwert der Ladespannung für ein Piezoelement eines Piezo-Injektors entsprechend dem durch eine Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung erfassten Kraftstoffdruck. Dann wird eine Befehlseinspritzzeitdauer (-periode) zumindest auf der Grundlage einer Befehlseinspritzmenge berechnet, die entsprechend einem Betriebszustand oder einer Betriebsbedingung einer Brennkraftmaschine eingestellt ist, und der Ladegeschwindigkeit oder dem oberen Grenzwert der Ladespannung, die durch die Ladungsmengenänderungseinrichtung geändert wird. Dann wird der Befehlseinspritzzeitverlauf zumindest auf der Grundlage des Betriebszustands oder der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine und der Ladegeschwindigkeit oder dem durch die Ladungsmengenänderungseinrichtung geänderten oberen Grenzwert der Ladespannung berechnet. Somit wird, selbst falls eine Energieänderungssteuerung zur Änderung einer Ladungsmenge für das Piezoelement des Piezo-Injektors durchgeführt wird, eine Änderung einer Ladungszeitdauer des Piezoelements von einem Startzeitpunkt der Befehlseinspritzzeitdauer zu dem Zeitpunkt, wenn das Piezoelement sich um ein beliebiges Ausmaß ausdehnt, verringert. Dabei wird eine Änderung in einer Entladungszeitdauer des Piezoelements von einem Endzeitpunkt der Befehlseinspritzzeitdauer bis zu einem Zeitpunkt, wenn das Piezoelement sich um ein beliebiges Ausmaß zusammenzieht, verringert. Genauer kann, selbst falls die Ladegeschwindigkeit und der obere Grenzwert der Ladespannung für das Piezoelement entsprechend den Kraftstoffdruck geändert wird, eine Änderung des Ventilöffnungszeitverlaufs eines Düsenabschnitts oder eines Einspritzstartzeitverlaufs (Einspritzstartzeitpunkts) des Piezo-Injektors verringert werden. Zusätzlich kann eine Änderung des Zeitverlaufs (Zeitpunkts), wenn das Piezoelement sich um ein beliebiges Ausmaß zusammenzieht, des Ventilschließzeitverlaufs (Ventilschließzeitpunkts) des Düsenabschnitts oder eines Einspritzendzeitverlaufs (Einspritzendzeitpunkts) des Piezo-Injektors verringert werden. Somit kann eine Verschlechterung des Emissionsverhaltens oder des Fahrbarkeitsverhaltens der Brennkraftmaschine verhindert werden.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

1 eine Querschnittsdarstellung eines Piezo-Injektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2A eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems der Common-Rail-Bauart gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
2B eine Darstellung eines wesentlichen Teils des Piezo-Injektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 ein Blockschaltbild einer Maschinensteuerungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung einer Einspritzzeitdauer (Einspritzperiode) und eines Einspritzzeitverlaufs des Piezo-Injektors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung einer Einspritzzeitdauer und eines Einspritzzeitverlaufs eines Piezo-Injektors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung einer Einspritzzeitdauer und eines Einspritzzeitverlaufs eines Piezo-Injektors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung einer Einspritzzeitdauer und eines Einspritzzeitverlaufs eines Piezo-Injektors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
8 Zeitverläufe, die Verhalten eines Einspritzbefehlsimpulses zu einer EDU, einer Sollenergie für einen Piezostapel, eines Ladestroms für den Piezostapel und eines Einspritzverhältnisses gemäß dem Stand der Technik veranschaulichen, und
9 Zeitverläufe, die Verhalten eines Einspritzbefehlsimpulses zu einer EDU, einer Sollenergie für einen Piezostapel, eines Ladestroms für den Piezostapel und eines Einspritzverhältnisses gemäß dem Stand der Technik veranschaulichen.

Erstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 2A ist ein Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart mit einem Piezo-Injektor (Piezoeinspritzeinrichtung) 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Ein Piezoelement (Piezostapel) 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist in einem Stabteil 3 des Piezo-Injektors 2 untergebracht, wie es in 1 dargestellt ist. Der Piezo-Injektor 2 ist an jedem Zylinder einer Brennkraftmaschine wie einer Dieselbrennkraftmaschine mit mehreren Zylindern angebracht. Somit dient das Piezoelement 1 als Piezobetätigungsglied zum Schalten zwischen einem Durchführungszustand und einem Stoppzustand der Kraftstoffeinspritzung. Der Piezostapel 1 weist eine geschichtete Struktur auf, in der eine Vielzahl von Piezoplatten mit Elektroden in einer vertikalen Richtung gemäß 1 gestapelt ist. Der Piezostapel 1 zieht sich auseinander (expandiert), wenn er geladen wird, und zieht sich zusammen (kontrahiert) wenn er entladen wird.
Der Piezo-Injektor 2, in dem der Piezostapel 1 angebracht ist, wird bei einem Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart beispielsweise angewendet.
Das Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart weist die Vielzahl von Piezo-Injektoren 2, eine Versorgungspumpe 5, ein Common-Rail 6 und eine Maschinensteuerungseinheit (ECU, engine control unit) 10 auf. Die Injektoren 2 sind an den jeweiligen der Brennkraftmaschine angebracht. Die Versorgungspumpe 5 setzt den aus einem Kraftstofftank 4 entnommenen Kraftstoff unter Druck und transportiert den Hochdruckkraftstoff unter Druck. Das Common-Rail 6 akkumuliert den aus der Versorgungspumpe 5 ausgestoßenen Hochdruckkraftstoff. Die ECU 10 steuert elektronisch die Versorgungspumpe 5 und die Piezostapel 1 der Vielzahl der Piezo-Injektoren 2.
Die Versorgungspumpe 5 ist eine Hochdruckversorgungspumpe, die den aus dem Kraftstoffstrang 4 durch eine Zufuhrpumpe (einer Niedrigdruckzufuhrpumpe) entnommenen Kraftstoff unter Druck setzt und den Hochdruckkraftstoff in das Common-Rail 6 aus einer Ausstoßöffnung ausstößt. Ein Ansaugsteuerungsventil 7 ist an einen Kraftstoffdurchlass angeordnet, der von dem Kraftstofftank 4 zu einer Druckkammer der Versorgungspumpe 5 führt. Das Ansaugsteuerungsventil 7 regelt einen Öffnungsgrad des Kraftstoffdurchlasses. Das Ansaugsteuerungsventil 7 wird elektrisch auf der Grundlage eines aus der ECU 10 ausgegebenen Pumpenansteuerungssignals gesteuert, um die Ansaugmengen des in die Kraftstoffkammer der Versorgungspumpe 5 hineingezogenen Kraftstoffes zu steuern. Somit ändert das Ansaugsteuerungsventil 7 den Common-Rail-Druck oder den Einspritzdruck des aus den Piezo-Injektoren 2 der jeweiligen Zylindern in die jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffes.
Es ist erforderlich, dass das Common-Rail 6 kontinuierlich den Kraftstoff mit hohem Druck entsprechend dem Kraftstoffeinspritzdruck akkumuliert. Daher ist das Common-Rail 6 mit der Ausstoßöffnung der Versorgungspumpe 5 über eine Kraftstoffversorgungsleitung 71 verbunden. Das Common-Rail 6 ist mit Rohrverbindungsabschnitten der Piezo-Injektoren 2 der jeweiligen Zylinder über Kraftstoffversorgungsleitungen 72 verbunden. Der aus dem Common-Rail 6 den Piezo-Injektoren 2 zugeführte Kraftstoff wird den jeweiligen Zylindern zugeführt und wird zusätzlich als Hydraulikdruckfluid zur Steuerung der Piezo-Injektoren 2 verwendet. Der als Hydraulikdruckfluid verwendete Kraftstoff wird zu den Kraftstofftank 4 über Niedrigdruckabflussleitungen 73 aus den Piezo-Injektoren 2 zurückgeführt.
Nachstehend ist die Struktur des Piezo-Injektors 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 1, 2A und 2B beschrieben. Die Vielzahl der Piezo-Injektoren 2 wird elektronisch auf der Grundlage von Steuerungssignalen gesteuert, die aus der ECU 10 über eine Injektoransteuerungsschaltung (EDU) 9 ausgegeben werden. Somit spritzen die Injektoren 2 den Kraftstoff über Einspritzöffnungen 22 zu einem erforderlichen Zeitverlauf und für eine erforderliche Zeitdauer (Periode) in die jeweiligen Zylinder mit dem Einspritzdruck ein, der gleich dem Kraftstoffdruck in den Common-Rail 6 (dem Common-Rail-Druck) ist.
Der Piezo-Injektor 2 weist das Stabteil 3 auf, das ein Gehäuse wie einen Düsenkörper oder eine Düsenhalteeinrichtung bereitstellt. Ein unteres Ende des Piezo-Injektors 2 gemäß 1 dringt in eine Verbrennungskammer jedes Zylinders der Brennkraftmaschine ein, so dass ein Spitzenende des Piezo-Injektors 2 in die Verbrennungskammer vorspringt. Der Piezo-Injektor 2 weist einen Düsenabschnitt 11, einen Gegendrucksteuerungsabschnitt 12 und ein Piezobetätigungsglied (Piezoantriebsabschnitt) 13 in dieser Reihenfolge von unten nach oben gemäß der Darstellung in 1 auf.
Der Düsenabschnitt 11 weist einen Düsenkörper, der an dem unteren Ende des Stabteils 3 gemäß 1 angeordnet ist, und eine Düsennadel 14 auf. Der Abschnitt mit großem Durchmesser 15, der an dem oberen Ende der Düsennadel 14 gemäß 1 geformt ist, wird gleitfähig in den Düsenkörper gehalten. Die Einspritzöffnungen 22 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer der Brennkraftmaschinen sind an einem unteren Ende des Düsenkörpers gemäß 1 gebildet. Die Einspritzöffnungen 22 dringen durch eine Wand durch, die einen Behälterabschnitt (Sackabschnitt, sack portion) 21 bildet. Ein ringförmiger Kraftstoffsumpf (fuel sump) 23 ist um einen Abschnitt mit kleinen Durchmesser 16 der Düsennadel 14 geformt. Der Kraftstoffsumpf 23 kommuniziert invariabel mit einem Hochdruckdurchlass 24 und wird invariabel mit dem Hochdruckkraftstoff aus dem Common-Rail 6 über die Kraftstoffversorgungsleitung 72 versorgt.
Die Düsennadel 14 unterbricht die Kommunikation zwischen dem Kraftstoffsumpf 23 und dem Behälterabschnitt 21, falls ein konischer Abschnitt 17, der an einem spitzen Ende der Düsennadel 14 geformt ist, sich auf einem ringförmigen Sitzabschnitt des Düsenkörpers setzt. Somit wird das Kraftstoffeinspritzen aus den Einspritzöffnungen 22 unterbunden. Falls der konische Abschnitt 17 der Düsennadel 14 sich von den ringförmigen Sitzabschnitt trennt, werden der Kraftstoffsumpf 23 und der Behälterabschnitt 21 verbunden. Somit wird der Kraftstoff aus den Einspritzöffnungen 22 eingespritzt. Der in den Kraftstoffsumpf 23 aus dem Common-Rail 6 über die Kraftstoffversorgungsleitung 72 und dem Hochdruckdurchlass 24 zugeführte Hochdruckkraftstoff wirkt auf eine gestufte Oberfläche zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 15 und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 16 und auf eine konische Oberfläche des konischen Abschnitts 17 aufwärts gemäß 1. Somit hebt der Hochdruckkraftstoff die Düsennadel 17 in einer Ventilöffnungsrichtung an.
Der Hochdruckkraftstoff wird in eine Gegendruckkammer 25 über den Abschnitt mit großem Durchmesser 15 der Düsennadel 14 über den Hochdruckdurchlass 24 und einer Einströmöffnung 26 eingeführt. Der in die Gegendruckkammer 25 aus dem Common-Rail 6 über die Kraftstoffversorgungsleitung 72, den Hochdruckdurchlass 24 und die Einströmöffnung 26 eingeführte Hochdruckkraftstoff wirkt auf die obere Endoberfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser 15 der Düsennadel 14 gemäß der Darstellung in 1 abwärts gerichtet ein. Somit drücken der Hochdruckkraftstoff und eine in der Gegendruckkammer 25 untergebrachte Feder 29 die Düsennadel 14 in eine Ventilschließrichtung herunter. Die Feder 29 ist eine Nadelvorspanneinrichtung zum Vorspannen der Düsennadel 14 in die Ventilschließrichtung.
Die Gegendruckkammer 25 kommuniziert invariabel mit einer Ventilkammer 30 des Gegendrucksteuerungsabschnitts 12 über eine Ausströmöffnung 27. Eine Deckenoberfläche der Ventilkammer 30 ist konisch geformt, wie es in 2B dargestellt ist. Die Ventilkammer 30 kommuniziert mit einem Niedrigdruckdurchlass 33 über eine kleine Öffnung 31, die an der Oberseite der Deckenoberfläche vorgesehen ist, und einem ringförmigen Freiraum 32, der um einen Kolben 42 vorgesehen ist. Der Niedrigdruckdurchlass 33 kommuniziert mit der Abflussleitung 73. Ein Hochdrucksteuerungsdurchlass 34, der mit dem Hochdruckdurchlass 24 kommuniziert, ist an einer unteren Oberfläche der Ventilkammer 30 derart vorgesehen, dass eine Öffnung des Hochdrucksteuerungsdurchlasses 34 der kleinen Öffnung 31 zugewandt ist.
Ein Kugelventil 35 ist in der Ventilkammer 30 angeordnet. Ein unteres Ende des Kugelventils 35 ist gemäß 2B horizontal abgeschnitten. Das Kugelventil 35 ist ein Ventilteil, das gemäß der Darstellung von 2B aufwärts und abwärts sich bewegen kann. Wenn das Kugelventil 35 sich nach unten bewegt, setzt sich die abgeschnittene Oberfläche auf eine untere Oberfläche (einem hochdruckseitigen Ventilsitz, einem hochdruckseitigen Sitz) 30a der Ventilkammer 30 und unterbricht die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 30 und dem Hochdrucksteuerungsdurchlass 34. Wenn das Kugelventil 35 sich nach oben bewegt, setzt sich das Kugelventil 35 an die Deckenoberfläche (einem niedrigdruckseitigen Ventilsitz, einem niedrigdruckseitigen Sitz) 30b und unterbricht die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 30 und dem ringförmigen Raum 32.
Somit kommuniziert, falls das Kugelventil 35 sich nach unten bewegt und die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 30 und dem Hochdrucksteuerungsdurchlass 34 unterbricht, die Gegendruckkammer 25 mit der Abflussleitung 73 über die Ventilkammer 30, dem ringförmigen Raum 32 und dem Niedrigdruckdurchlass 33. Als Ergebnis verringert sich der Druck in der Gegendruckkammer 25, und die Düsennadel 14 trennt sich von einem Ventilsitz.
Falls demgegenüber das Kugelventil 35 sich nach oben bewegt und die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 30 und dem ringförmigen Freiraum 32 unterbricht, wird die Kommunikation zwischen der Gegendruckkammer 25 und dem ringförmigen Freiraum 32 unterbrochen, und kommuniziert die Gegendruckkammer 25 lediglich mit dem Hochdruckdurchlass 24 über die Einströmöffnung 26. Als Ergebnis steigt der Gegendruck der Düsennadel 14 an und setzt sich die Düsennadel 14 auf den Ventilsitz.
Das Piezobetätigungsglied 13 drückt das Kugelventil 35 um die Ausdehnung des Piezostapels 1 nach unten. Das Piezobetätigungsglied 13 weist den Kolben 42, der gleitfähig in einer über den ringförmigen 32 gebildeten länglichen Öffnung 41 gehalten wird, und den Piezostapel 1 auf, der über den Kolben 42 angeordnet ist, wie es in 1 dargestellt ist. In dem Piezostapel 1 ist die Vielzahl der Piezoplatten gestapelt.
Ein Abschnitt mit großem Durchmesser des Kolbens 42 wird gegen den Piezostapel 1 durch eine Tellerfeder (dish spring) 43 gedrückt, die um einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser des Kolbens 42 angeordnet ist. Der Kolben 42 bewegt sich in der Darstellung gemäß 1 aufwärts oder abwärts um das Ausmaß des sich Ausdehnungs- oder des sich Zusammenziehens des geschichteten Piezostapels 1.
Wenn der Piezostapel 1 sich in einem Endladungszustand zusammenzieht, berührt ein Druckstift, der mit dem unteren Ende des Kolbens 42 gemäß 1 einstückig ausgeführt ist, das Kugelventil 35 ohne Druck, bzw. es wird ein kleiner Spalt zwischen dem Druckstift und dem Kugelventil 35 gebildet.
Wenn das Kraftstoffeinspritzen gestartet wird, wird der Piezostapel 1 geladen und dehnt sich aus. Dann bewegt sich der Kolben 42 abwärts und drückt das Kugelventil 35 hinunter. Dementsprechend verringert sich der Druck in der Gegendruckkammer 25. Somit trennt sich die Düsennadel 14 von dem Ventilsitz und das Kraftstoffeinspritzen wird gestartet.
Wenn das Kraftstoffeinspritzen gestartet wird, wird zunächst der Piezostapel 1 entladen und zieht sich zusammen. Dann bewegt sich der Kolben 42 aufwärts und stoppt das Herunterdrücken des Kugelventils 35. Da auf das Kugelventil 35 eine aufwärts gerichtete Kraft (F) durch den Hochdruckkraftstoff aus dem Hochdrucksteuerungsdurchlass 34 einwirkt, wie es in 2B gezeigt ist, steigt das Kugelventil 35 auf und unterbricht die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 30 und dem ringförmigen Freiraum 32. Dementsprechend steigt der Druck in der Gegendruckkammer 25 an. Als Ergebnis setzt sich die Düsennadel 14 auf den Ventilsitz und wird das Kraftstoffeinspritzen gestoppt.
Der Hochdruckkraftstoff in der Ventilkammer 30 wirkt auf eine Druckempfangsoberfläche des Kugelventils 35 mit einer Fläche entsprechend zu der des niedrigdruckseitigen Sitzes 30b ein. Somit setzt sich das Kugelventil 35 auf den niedrigdruckseitigen Sitz 30b. Falls demgegenüber der Piezostapel 1 durch die EDU 9 geladen wird, drückt der Piezostapel 1 den Kolben 42 herunter und bewirkt, dass das Kugelventil 35 sich auf den hochdruckseitigen Sitz 30a setzt.
Die ECU 10 weist einen Mikrocomputer auf, der einen allgemeinen bekannten Aufbau und Funktionen aufweist, wie eine CPU zur Durchführung von Steuerungsverarbeitung und Berechnungsverarbeitung, ein ROM (Festspeicher) zum Speichern verschiedener Programme und Daten, ein RAM (wahlfreiem Speicher), eine Eingangsschaltung, eine Ausgangsschaltung, eine Leistungsschaltung, eine Pumpenansteuerungsschaltung und dergleichen, wie es in 3 dargestellt ist. Sensorsignale aus verschiedenen Sensoren werden dem Mikrocomputer zugeführt, nachdem die Sensorsignale von analogen Signalen in digitale Signale durch einen A/D-Wandler umgewandelt worden sind.
Die ECU 10 empfängt ein Rotationswinkelsignal aus einem Kurbelwellenwinkelsensor 61. Der Kurbelwellenwinkelsensor 61 gibt eine Vielzahl von NE-Signalimpulsen aus, während ein Signalrotor sich einmal dreht oder während eine Kurbelwelle sich einmal dreht. Die ECU 10 misst eine Maschinendrehzahl (NE) durch Messen von Zeitintervallen der NE-Signalimpulsen. Zusätzlich empfängt die ECU 10 Sensorsignale aus einem Beschleunigungspositionssensor 62 zur Erfassung eines Betätigungsausmaßes eines Beschleunigungspedals (Fahrpedals) (einer Beschleunigungsposition: ACCP), einem Kühlwassertemperatursensor 63 zur Erfassung einer Maschinenkühlwassertemperatur (THW), einem Kraftstofftemperatursensor 64 zur Erfassung der Temperatur (THF) des in den Kraftstoffdurchlass fließenden Kraftstoffes, der von den Kraftstofftank 4 zu der Druckkammer der Versorgungspumpe 5 führt, einem Common-Rail-Drucksensor (einem Kraftstoffdrucksensor, Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung) 65 zur Erfassung des Kraftstoffdrucks in den Common-Rail 6 (des Common-Rail-Drucks: Pc) und dergleichen.
Die ECU 10 berechnet eine Kraftstoffeinspritzmenge (QFIN), einen Befehlseinspritzzeitverlauf (TFIN) und eine Befehlseinspritzzeitdauer (Tq) auf der Grundlage eines Betriebszustands oder einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine und führt der EDU 9 einen Einspritzbefehlsimpuls zu. Genauer weist die ECU 10 eine Grundeinspritzmengenbestimmungseinrichtung, eine Befehlseinspritzmengenbestimmungseinrichtung, eine Einspritzzeitverlaufbestimmungseinrichtung, eine Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung und eine Injektoreinsteuerungseinrichtung auf. Die Grundeinspritzmengenbestimmungseinrichtung berechnet eine optimale Grundeinspritzmenge (Q) entsprechend der Maschinendrehzahl NE und der Beschleunigungsposition ACCP auf der Grundlage eines Kennfeldes, das vorab durch Messung über Versuche und dergleichen erstellt worden ist. Die Befehlseinspritzmengenbestimmungseinrichtung berechnet die Befehlseinspritzmenge QFIN durch Verändern (tempering) der Grundeinspritzmenge Q mit einem Einspritzmengenkorrekturwert entsprechend der Maschinenkühlwassertemperatur THW, der Kraftstofftemperatur THF und dergleichen. Die Einspritzzeitverlaufsbestimmungseinrichtung berechnet einen Grundeinspritzzeitverlauf (Ts) entsprechend der Maschinendrehzahl NE und der Befehlseinspritzmenge QFIN. Die Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung berechnet eine Grundeinspritzzeitdauer (einen Einspritzmengenbefehlswert: Tq) entsprechend der Befehlseinspritzmenge OFIN und den Common-Raildruch Pc auf der Grundlage eines Kennfeldes, das vorab durch Messung über Versuche und dergleichen erstellt worden ist. Die Injektoransteuerungseinrichtung steuert den Piezostapel 1 des Piezo-Injektors 2 durch Zuführen eines Einspritzeinsteuerungsstroms (eines Einspritzmengenbefehlswerts, eines Einspritzbefehlsimpulses) in der Form eines Impulses für die EDU 9 an. Zusätzlich kann die ECU 10 eine Einspritzzeitverlaufskorrektureinrichtung zur Korrektur des Grundeinspritzzeitverlaufs Ts zu einem korrigierten Einspritzstartzeitverlauf (korrigierten Einspritzstartzeitpunkt) (Befehlseinspritzzeitverlauf: TFIN) und einer Einspritzzeitdauerkorrektureinrichtung zur Korrektur der Grundeinspritzzeitdauer Tq zu einer korrigierten Einspritzzeitdauer (einer Befehlseinspritzzeitdauer: TQFIN) aufweisen. Der Einspritzmengenbefehlswert ist eine Einspritzbefehlsimpulslänge, eine Einspritzbefehlsimpulsbreite oder eine Einspritzbefehlsimpulszeitdauer (Einspritzbefehlsimpulsdauer).
Die ECU 10 regelt (regelt durch Rückkopplung) das Ansaugsteuerungsventil 7 derart, dass der durch den Common-Rail-Drucksensor 65 erfasste Common-Rail-Druck Pc allgemein mit einem Soll-Common-Rail-Druck (PFIN) übereinstimmt, der entsprechend dem Betriebszustand oder der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine bestimmt ist.
Die EDU 9 weist einen allgemeinen Aufbau zur Ansteuerung des Piezostapels 1 auf, der in den Piezo-Injektor 2 angebracht ist. Die EDU 9 besteht aus einer Gleichspannungswandlerschaltung, einer Induktivität zur Begrenzung des Ladestroms oder Entladestroms des Piezostapels 1, einer Schaltschaltung zur Steuerung des Flusses elektrischer Ladung an dem Piezostapel 1 oder dergleichen auf. Die ECU 10 kann die Einstellung der Ladung und Entladung des Piezostapels 1 ausführen, oder kann eine Ladungsmenge des Piezostapels 1 durch Steuerung der Schaltschaltung einstellen. Die ECU 10 empfängt den durch den Common-Rail-Drucksensor 65 erfassten Common-Rail-Druck Pc und führt eine Ladeenergieänderungssteuerung (Energieänderungssteuerung) zur Änderung der Ladungsmenge für den Piezostapel 1 entsprechend den Common-Rail-Druck Pc durch.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird als ein Verfahren zur Änderung der Ladungsmenge für den Piezostapel 1 des Piezo-Injektors 2 ein Verfahren zur Änderung der Ladeenergie für den Piezostapel 1 (der oberen Grenzspannung zwischen beiden Elektroden des Piezostapels 1, ein oberer Grenzwert der an den Piezostapel 1 angelegten Ladespannung, eines Ladeenergiepegels oder einer Sollenergie Et) entsprechend den Common-Rail-Druck Pc angewandt. Somit wird die in dem Piezostapel 1 geladene Sollenergie Et auf einen minimalen Wert gesteuert, wobei die Wärmeerzeugung verringert wird.
Nachstehend ist ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzzeitdauer (der Einspritzmenge) und des Einspritzzeitverlaufs des Piezo-Injektors 2 während der Energieänderungssteuerung zur Änderung der Ladungsmenge für den Piezostapel 1 auf der Grundlage eines in 4 gezeigten Flussdiagramms beschrieben.
Falls ein Zündschalter eingeschaltet wird (IG EIN) werden zunächst verschiedene Sensorsignale, die zur Steuerung der Einspritzmenge und des Einspritzzeitverlaufs des Piezostapels 2 erforderlich sind, wie die Maschinendrehzahl NE, die Beschleunigungsposition ACCP, die Maschinenkühlwassertemperatur THW, die Kraftstofftemperatur THF, der Common-Rail-Druck Pc und dergleichen eingegeben. Dann wird die in den Piezostapel 1 zu ladende Sollenergie Et auf der Grundlage des Common-Rail-Drucks Pc mittels einer Kennfeldsuche (einer Suche in einem Kennfeld) und dergleichen in Schritt S1 (Ladungsmengenänderungseinrichtung) berechnet. Die Sollenergie Et für den Piezostapel 1 wird erhöht, wenn der Common-Rail-Druck Pc sich erhöht, wie es in 4 dargestellt ist.
Dann wird die Sollenergie Et (beispielsweise ein analoges Spannungssignal), die in Schritt S1 berechnet worden ist, der EDU 9 in Schritt S2 angewiesen. Dann wird ein Einspritzzeitdauerkorrekturwert (ΔTq) auf der Grundlage der in Schritt S1 berechneten Sollenergie Et und einer Grundeinspritzzeitdauer Tq durch eine Kennfeldsuche und dergleichen in Schritt S3 (Einspritzzeitdauer-Korrekturwertbestimmungseinrichtung) berechnet. Der Einspritzzeitdauerkorrekturwert ΔTq wird erhöht, wenn die Sollenergie Et sich erhöht, wie es in 4 dargestellt ist. Die Grundeinspritzzeitdauer Tq entspricht der Befehlseinspritzzeitdauer Tq, die entsprechend der Befehlseinspritzmenge QFIN und dem Common-Rail-Druck Pc auf der Grundlage eines Kennfeldes berechnet wird, das vorab durch Messung mittels Untersuchungen und dergleichen erstellt worden ist. Dann wird die korrigierte Einspritzzeitdauer (die Befehlseinspritzzeitdauer) TQFIN durch Subtrahieren des Einspritzzeitdauerkorrekturwerts ΔTq von der Grundeinspritzzeitdauer Tq in Schritt S4 (Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung, Einspritzzeitdauerkorrektureinrichtung) berechnet.
Dann wird ein Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwert (ΔTs) auf der Grundlage der Sollenergie Et in Schritt S5 (Einspritzzeitverlaufs-Korrekturwertbestimmungseinrichtung) berechnet. Der Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwert ΔTs stellt ein Ausmaß zum Vorschieben des Einspritzstartzeitverlaufs (Einspritzstartzeitpunkts). Daher wird der Einspritzstartzeitverlauf verzögert, wenn sich der Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwert ΔTs verringert. Der Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwert ΔTs wird verringert, wenn die Sollenergie Et sich erhöht, wie es in 4 dargestellt ist. Dann wird ein korrigierter Einspritzstartzeitverlauf (der Befehlseinspritzzeitverlauf: TFIN) durch Addieren des Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwerts ΔTs zu den Grundeinspritzzeitverlauf Ts in Schritt S6 (Einspritzzeitverlaufsbestimmungseinrichtung, Einspritzzeitverlaufskorrektureinrichtung) berechnet. Der Grundeinspritzzeitverlauf Ts wird anhand der Maschinendrehzahl NE und der Befehlseinspritzmenge QFIN berechnet. Dann wird der Einspritzmengenbefehlswert (der Einspritzbefehlsimpuls) auf der Grundlage der korrigierten Einspritzzeitdauer (der Befehlseinspritzzeitdauer) TQFIN und des korrigierten Einspritzstartzeitverlaufs TFIN zu der EDU 9 in Schritt S7 ausgegeben. Auf diese Weise endet die Verarbeitung. Dann wird die Verarbeitung von Schritt S1 an wiederholt.
Wie es vorstehend beschrieben ist, korrigiert das Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Einspritzzeitdauer und den Einspritzstartzeitverlauf entsprechend der Sollenergie Et während der Energieänderungssteuerung zur Änderung der Sollenergie Et für den Piezostapel 1 des Piezo-Injektors 2 entsprechend den Common-Rail-Druck Pc.
Beispielsweise wird, wenn die Sollenergie Et für den Piezostapel 1 sich erhöht, die Befehlseinspritzzeitdauer derart verringert, dass die tatsächliche Einspritzmenge, der tatsächliche Einspritzendzeitverlauf oder der tatsächliche Ventilschließzeitverlauf der Düsennadel 14 unverändert bleibt, selbst falls die Sollenergie Et des Piezostapels 1 geändert wird. Somit werden die Änderungen der Einspritzmenge und des Einspritzendzeitverlaufs verringert. Dabei wird, wenn die Sollenergie Et für den Piezostapel 1 sich erhöht, der Befehlseinspritzzeitverlauf verzögert, so dass der tatsächliche Einspritzstartzeitverlauf oder der Ventilöffnungszeitverlauf der Düsennadel 14 unverändert bleibt, selbst falls die Sollenergie für den Piezostapel 1 geändert wird. Somit wird die Änderung des tatsächlichen Einspritzstartzeitverlaufs verringert. Als Ergebnis wird die Änderung der tatsächlichen Einspritzzeitdauer von dem Einspritzstartzeitverlauf zu dem Einspritzendzeitverlauf des Piezo-Injektors 2 verringert, und die Änderung der tatsächlichen Einspritzmenge, die in die Verbrennungskammer jedes Zylinders der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wird verringert.
Somit wird, selbst wenn die Energieänderungssteuerung durchgeführt wird, die Änderung der Ladezeitdauer des Piezostapels 1 von dem Ladestartzeitverlauf bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Piezostapel 1 beginnt, sich um ein beliebiges Ausmaß auszudehnen, verringert. Dabei wird die Änderung der Endladezeitdauer des Piezostapels 1 von dem Endzeitverlauf des Einspritzbefehlsimpulses bis zu dem Zeitpunkt verringert, wenn der Piezostapel 1 beginnt, sich um ein beliebiges Ausmaß zusammenzuziehen.
Als Ergebnis kann, selbst falls die Sollenergie Et für den Piezostapel 1 entsprechend dem Common-Rail-Druck Pc geändert wird, die Änderung des Zeitpunkts, wenn der Piezostapel 1 ein Ausdehnen beginnt (der Ventilöffnungszeitverlauf der Düsennadel 14 oder der Einspritzstartzeitverlauf des Piezo-Injektors 2) verringert werden. Dabei kann die Änderung des Zeitpunkts, wenn der Piezostapel 1 sich beginnt, um ein beliebiges Ausmaß zusammenzuziehen (dem Ventilschließzeitverlauf der Düsennadel 14 oder dem Einspritzendzeitverlauf des Piezo-Injektors 2), verringert werden. Mithin kann die Verschlechterung des Emissionsverhaltens oder des Fahrbarkeitsverhaltens der Brennkraftmaschine verhindert werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzzeitdauer (der Einspritzmenge) und des Einspritzzeitverlaufs des Piezo-Injektors 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm gemäß 5 beschrieben.
Wenn der Zündschalter eingeschaltet wird (IG EIN), wird wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der durch den Common-Rail-Drucksensor 65 erfasste Common-Rail-Druck Pc eingegeben, und der obere Grenzwert der Ladespannung oder die Sollenergie Et für den Piezostapel 1 wird auf der Grundlage des Common-Rail-Drucks Pc mittels einer Kennfeldsuche und dergleichen in Schritt S11 (Ladungsmengenänderungseinrichtung) berechnet. Die Sollenergie Et wird erhöht, wenn sich der Common-Rail-Druck Pc erhöht, wie es in 5 dargestellt ist.
Dann wird die in Schritt S11 berechnete Sollenergie Et der EDU 9 in Schritt S12 angewiesen. Dann wird in Schritt S13 und Schritt S14 (Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung) die Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN für jede Sollenergie Et auf der Grundlage eines Kennfeldes berechnet, das durch Untersuchungen und dergleichen durch Messung von Beziehungen zwischen der getrennt berechneten Befehlseinspritzmenge QFIN, den Common-Rail-Druck Pc und der Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN für jede Sollenergie Et erstellt wird. Die Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN wird erhöht, wenn der Common-Rail-Druck Pc sich verringert, wie es in 5 dargestellt ist. Die Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN entsprechend der Sollenergie Et, für die kein Kennfeld vorhanden ist, wird durch Interpolation berechnet.
Dann wird der Befehlseinspritzzeitverlauf TFIN für jede Sollenergie Et in Schritt S15 und Schritt S16 (Einspritzzeitverlaufbestimmungseinrichtung) auf der Grundlage eines Kennfeldes berechnet, das durch Untersuchungen und dergleichen durch Messung von Beziehungen zwischen der Maschinendrehzahl NE, der Befehlseinspritzmenge QFIN und des Solleinspritzzeitverlaufs TFIN für jede Sollenergie Et erstellt wird. Der Befehlseinspritzzeitverlauf TFIN wird mit Erhöhen der Sollenergie Et verzögert. Der Befehlseinspritzzeitverlauf TFIN entsprechend der Sollenergie Et, für die kein Kennfeld vorhanden ist, wird durch Interpolation berechnet. Dann wird der Einspritzmengenbefehlswert (der Einspritzbefehlsimpuls) auf der Grundlage der Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN und des Befehlseinspritzzeitverlaufs TFIN zu der EDU 9 in Schritt S17 ausgegeben. Auf diese Weise wird die Verarbeitung beendet. Dann wird die Verarbeitung von Schritt S11 an wiederholt.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzzeitdauer (der Einspritzmenge) und des Einspritzzeitverlaufs des Piezo-Injektors 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel unter Bezugsnahme auf ein in 6 gezeigtes Flussdiagramm beschrieben.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird als ein Verfahren zur Änderung der Ladungsmenge für den Piezostapel 1 ein Verfahren zur Änderung der Ladegeschwindigkeit der an den Piezostapel 1 angelegten Ladespannung des Piezo-Injektors 2 angewandt.
Zunächst wird die Sollenergie Et für den Piezostapel 1 entsprechend dem Common-Rail-Druck Pc berechnet und der EDU 9 in Schritt S1 angewiesen (befohlen). Dann wird die Ladungsmenge für den Piezostapel 1 (Ladegeschwindigkeit der an den Piezostapel 1 angelegten Ladespannung) oder der Ladestrom Cc für den Piezostapel 1 auf der Grundlage der Sollenergie Et durch eine Kennfeldsuche und dergleichen in Schritt S8 berechnet. Der Ladestrom Cc für den Piezostapel 1 wird mit Erhöhung der Sollenergie Et für den Piezostapel 1 erhöht, wie es in 6 dargestellt ist.
Dann wird der Ladestrom Cc der EDU 9 in Schritt S9 angewiesen. Dann geht die Verarbeitung zu Schritt S3 in dem in 4 gezeigten Flussdiagramm über. Der Einspritzzeitdauerkorrekturwert ΔTq kann unter Berücksichtigung der Ladegeschwindigkeit für den Piezostapel 1 oder des Ladestroms Cc in Schritt S3 berechnet werden. Der Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwert ΔTs kann unter Berücksichtigung der Ladegeschwindigkeit für den Piezostapel 1 oder des Ladestroms Cc in Schritt S5 berechnet werden.
Auf diese Weise berechnet das Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die korrigierte Einspritzzeitdauer TQFIN und den korrigierten Einspritzstartzeitverlauf TFIN jeweils entsprechend der Sollenergie Et während der Energieänderungssteuerung zur Änderung des oberen Grenzwerts der Ladespannung und des Ladestroms Cc für den Piezostapel 1 entsprechend den Common-Rail-Druck Pc.
Mit Ansteigen des oberen Grenzwerts der Ladespannung oder der Ladegeschwindigkeit für den Piezostapel 1 wird die Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN verringert, so dass die tatsächliche Einspritzmenge, der tatsächliche Einspritzendzeitverlauf oder der tatsächliche Ventilschließzeitverlauf der Düsennadel 14 unverändert bleibt, selbst falls die Sollenergie oder die Ladegeschwindigkeit für den Piezostapel 1 geändert wird. Somit werden die Änderungen der Einspritzmenge und des Einspritzendzeitverlaufs verringert.
Mit Erhöhen des oberen Grenzwerts der Ladespannung oder der Ladegeschwindigkeit für den Piezostapel 1 wird der Befehlseinspritzzeitverlauf TFIN verzögert, so dass der tatsächliche Einspritzstartzeitverlauf oder der tatsächliche Ventilöffnungszeitverlauf der Düsennadel 14 unverändert bleibt, selbst falls die Sollenergie Et oder die Ladegeschwindigkeit geändert wird. Somit kann die Änderung des tatsächlichen Einspritzstartzeitverlaufs verringert werden. Auf diese Weise kann die Änderung der tatsächlichen Einspritzzeitdauer des Piezo-Injektors 2 von dem Einspritzstartzeitverlauf bis zu dem Einspritzendzeitverlauf verringert werden. Als Ergebnis kann die Änderung der in die Verbrennungskammer jedes Zylinders der Brennkraftmaschine eingespritzten tatsächlichen Einspritzmenge verringert werden.
Somit wird, selbst falls die Energieänderungssteuerung zur Änderung der oberen Grenzspannung zwischen den beiden Elektroden des Piezostapels 1 (des oberen Grenzwerts der an den Piezostapel 1 angelegten Ladespannung, des Ladeenergiepegels) oder der Ladegeschwindigkeit durchgeführt wird, die Änderung der Ladezeitdauer des Piezostapels 1 von dem Ladestartzeitpunkt bis zu dem Zeitpunkt verringert werden, wenn der Piezostapel 1 sich um ein beliebiges Ausmaß ausdehnt. Dabei wird die Änderung der Endladezeitdauer des Piezostapels 1 von dem Endzeitverlauf des Einspritzbefehlsimpulses bis zu dem Zeitpunkt verringert, wenn der Piezostapel 1 sich um ein beliebiges Ausmaß zusammenzieht.
Somit kann, selbst falls die Sollenergie Et oder die Ladegeschwindigkeit für den Piezostapel 1 entsprechend den Common-Rail-Druck Pc geändert wird, die Änderung des Zeitpunkts, wenn der Piezostapel 1 ein Zusammenziehen beginnt (der Ventilöffnungszeitverlauf der Düsennadel 14 oder der Einspritzstartzeitverlauf des Piezo-Injektors 2), verringert werden. Dabei kann die Änderung des Zeitverlaufs, wenn der Piezostapel 1 beginnt, sich um ein beliebiges Ausmaß zusammenzuziehen (des Ventilschließzeitverlaufs der Düsennadel 14 oder des Einspritzendzeitverlaufs des Piezo-Injektors 2), verringert werden. Somit kann eine Verschlechterung des Emissionsverhalten oder des Fahrbarkeitsverhaltens der Brennkraftmaschine verhindert werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzzeitdauer (der Einspritzmenge) und des Einspritzzeitverlaufs des Piezo-Injektors 2 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf ein in 7 gezeigtes Flussdiagramm beschrieben.
Zunächst wird in Schritt S11 eine Sollenergie Et entsprechend den Common-Rail-Druck Pc berechnet und wird die Sollenergie Et der EDU 9 angewiesen. Dann wird der Ladestrom Cc für den Piezostapel 1 wie gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in Schritt S18 berechnet. Dann wird in Schritt S19 der Ladestrom Cc der EDU 9 angewiesen. Daraufhin geht die Verarbeitung zu Schritt S13 in den Flussdiagramm gemäß 5 über. Die Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN kann unter Berücksichtigung der Ladegeschwindigkeit des Piezostapels 1 oder des Ladestroms Cc in Schritt S13 berechnet werden. Der Befehlseinspritzzeitverlauf TFIN kann unter Berücksichtigung der Ladegeschwindigkeit für den Piezostapel 1 oder des Ladestroms Cc in Schritt S15 berechnet werden.
Modifikationen
Gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel wird als das Verfahren zur Änderung der Ladungsmenge für den Piezostapel 1 das Verfahren zur Änderung der Sollenergie Et für den Piezostapel 1 entsprechend den Common-Rail-Druck Pc angewandt. Lediglich die Befehlseinspritzzeitdauer (die Einspritzbefehlsimpulslänge (TQFIN) des Piezo-Injektors 2 kann korrigiert werden, ohne dass der Einspritzstartzeitverlauf (der Befehlseinspritzzeitverlauf) TFIN des Piezo-Injektors 2 korrigiert wird.
Zusätzlich kann der Ladestartzeitverlauf des Piezostapels 1 entsprechend den Einspritzstartzeitverlauf (den Befehlseinspritzzeitverlauf) TFIN eingestellt werden. Weiterhin kann eine Ladehaltezeitdauer des Piezostapels 1 (eine Zeitdauer zum Halten des Piezostapels 1 in einem geladenen Zustand) entsprechend der Befehlseinspritzzeitdauer (der Einspritzbefehlsimpulslänge) TQFIN eingestellt werden. Die Einspritzzeitdauer (die Einspritzmenge) und der Einspritzzeitverlauf des Piezo-Injektors 2 können auf der Grundlage des Ladestartzeitverlaufs und der Ladehaltezeitdauer des Piezostapels 1 gesteuert werden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Common-Rail-Drucksensor 65 direkt an den Common-Rail 6 angebracht, um den Common-Rail-Druck Pc zu erfassen. Alternativ dazu kann der Common-Rail-Drucksensor 65 an die Kraftstoffversorgungsleitung 71, 72 oder dergleichen zwischen einer Kolbenkammer (der Druckkammer) der Versorgungspumpe 5 und einen Dichtungsabschnitt in den Piezo-Injektor 2 angebracht werden, um den Druck des aus der Druckkammer der Versorgungspumpe 5 ausgestoßenen Druck oder den Einspritzdruck des in die Verbrennungskammer der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffs zu erfassen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern kann in vielerlei Weise ohne Abweichen vom erfinderischen Gedanken implementiert werden.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, führt eine Maschinensteuerungseinheit (ECU) 10 einer Brennkraftmaschine führt eine Energieänderungssteuerung zur Änderung einer Ladungsmenge (eines oberen Grenzwerts der Ladespannung, der Ladegeschwindigkeit oder der Sollenergie) für einen Piezostapel 1 eines Piezo-Injektors 2 entsprechend einem Common-Rail-Druck durch. Während der Energieänderungssteuerung verkürzt die ECU 10 eine Befehlseinspritzzeitdauer, wenn sich die in dem Piezostapel 1 zu ladende Sollenergie erhöht, so dass der tatsächliche Einspritzendzeitverlauf oder Ventilschließzeitverlauf eines Düsenabschnitts 11 unverändert bleibt, selbst falls die Sollenergie geändert wird. Dabei verzögert die ECU 10 den Befehlseinspritzzeitverlauf, wenn die Sollenergie ansteigt, so dass der tatsächliche Einspritzstartzeitverlauf oder Ventilöffnungszeitverlauf des Düsenabschnitts 11 unverändert bleibt, selbst falls die Sollenergie geändert wird.

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem, gekennzeichnet durch: eine Piezoeinspritzeinrichtung (2) mit einem Düsenabschnitt (11) und einem Piezoelement (1), wobei der Düsenabschnitt (11) sich öffnet, wenn das Piezoelement (1) geladen wird, und sich schließt, wenn das Piezoelement (1) entladen wird, eine Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung (65) zur Erfassung eines Kraftstoffdrucks entsprechend einem Kraftstoffeinspritzdruck, eine Ladungsmengenänderungseinrichtung (S1, S11, S8, S18) zur Änderung einer Ladegeschwindigkeit und eines oberen Grenzwerts der Ladespannung für das Piezoelement (1) entsprechend dem durch die Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung (65) erfassten Kraftstoffdruck, und eine Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung (S3, S4, S13, S14) zur Berechnung einer Befehlseinspritzzeitdauer zumindest auf der Grundlage einer Befehlseinspritzmenge, die entsprechend einem Betriebszustand oder einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine eingestellt ist, und der Ladegeschwindigkeit oder des oberen Grenzwerts der Ladespannung, die durch die Ladungsmengenänderungseinrichtung (S1, S11, S8, S18) geändert werden, und eine Einspritzzeitverlaufsbestimmungseinrichtung (S5, S6, S15, S16) zur Berechnung eines Befehlseinspritzzeitverlaufs zumindest auf der Grundlage des Betriebszustands oder der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine sowie der Ladegeschwindigkeit oder des oberen Grenzwerts der Ladespannung für das Piezoelement (1), die durch die Ladungsmengenänderungseinrichtung (S1, S11, S8, S18) geändert werden.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung (S3, S4, S13, S14) eine Einspritzzeitdauerkorrektureinrichtung (S3, S4, S13, S14) aufweist zur Verkürzung der Befehlseinspritzzeitdauer, wenn die Ladegeschwindigkeit oder der obere Grenzwert der Ladespannung, die durch die Ladungsmengenänderungseinrichtung (S1, S11, S8, S18) geändert werden, ansteigt, so dass die tatsächliche Einspritzmenge, der tatsächliche Einspritzendzeitverlauf oder der tatsächliche Ventilschließzeitverlauf des Düsenabschnitts (11) unverändert bleibt, selbst falls der obere Grenzwert der Ladespannung für den Piezostapel (1) geändert wird.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzzeitverlaufsbestimmungseinrichtung (S5, S6, S15, S16) eine Einspritzzeitverlaufskorrektureinrichtung (S5, S6, S15, S16) zur Verzögerung des Befehlseinspritzzeitverlaufs aufweist, wenn die Ladegeschwindigkeit oder der obere Grenzwert der Ladespannung, die durch die Ladungsmengenänderungseinrichtung (S1, S11, S8, S18) geändert werden, ansteigt, so dass der tatsächliche Einspritzstartzeitverlauf oder der tatsächliche Ventilöffnungszeitverlauf des Düsenabschnitts (11) unverändert bleibt, selbst falls der obere Grenzwert der Ladespannung für das Piezoelement (1) geändert wird.
Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsmengenänderungseinrichtung (S1, S11, S8, S18) die Ladungsmenge für den Piezostapel (1) entsprechend dem Kraftstoffdruck durch Änderung der in das Piezoelement (1) geladenen Sollenergie entsprechend den durch die Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung (65) erfassten Kraftstoffdruck erhöht oder verringert, wenn die Ladungsmengenänderungseinrichtung (S1, S11, S8, S18) den oberen Grenzwert der Ladespannung des Piezoelements (1) ändert.