DE112016005640B4

DE112016005640B4 - Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112016005640B4
Application number: DE112016005640.0T
Authority: DE
Inventors: Yasufumi Tomida
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2036-12-07
Also published as: JP6428592B2; DE112016005640T5; WO2017099064A1; JP2017106396A

Abstract

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung ausgehend von einem Kraftstoffeinspritzventil (18), das variabel konfigurierte Einspritzraten-Wellenformen aufweist, in eine Brennkammer (10a) einer Maschine (10) mit interner Verbrennung, wobei die Vorrichtung aufweist:ein Zünderlangungsteil (30), das derart konfiguriert ist, dass es einen Grad einer Zündverzögerung in einem Zylinder erhält; undein Steuerungsteil (30), das derart konfiguriert ist, dass es die Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung einer der Einspritzraten-Wellenformen in Übereinstimmung mit einem für die Maschine (10) mit interner Verbrennung angeforderten Ausgang steuert, wobei:die Einspritzraten-Wellenformen eine konstante Druck-Einspritzraten-Wellenform beinhalten, um einen Zylinderinnendruck in der Brennkammer (10a) derart zu steuern, dass dieser höchstens einen maximalen Zylinderinnendruck beträgt;wobei das Kraftstoffeinspritzventil (18) derart konfiguriert ist, dass es gemäß der konstanten Druck-Einspritzraten-Wellenform einen Kraftstoff in zwei Stufen einspritzt, die eine vorangegangene Einspritzung und eine folgende Einspritzung beinhalten, und eine Änderungsrate einer Erhöhung einer Einspritzrate während der vorangegangenen Einspritzung größer ist als eine Änderungsrate einer Erhöhung der Einspritzrate während der folgenden Einspritzung;eine Wellenform der Einspritzrate der vorangegangen Einspritzung das Folgende beinhaltet:einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von einem Start der vorangegangen Einspritzung zunimmt, um eine maximale Einspritzrate zu erreichen; undeinen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate abnimmt;wobei die Einspritzrate der folgenden Einspritzung gemäß einer Wellenform der Einspritzrate der folgenden Einspritzung zu deren Startpunkt größer als 0 (null) ist;die Wellenform der Einspritzrate der folgenden Einspritzung das Folgende beinhaltet:einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von einem Start der folgenden Einspritzung zunimmt, um die maximale Einspritzrate zu erreichen; undeinen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate abnimmt; undwobei das Steuerungsteil (30), konfiguriert ist, um einen Kraftstoff derart zu steuern, dass dieser mit der konstanten Druck-Einspritzraten-Wellenform eingespritzt wird, wenn:der Grad einer Zündverzögerung, die durch das Zünderlangungsteil (30) erhalten wird, kleiner als ein Schwellenwert ist; undder Ausgang, der bei der Maschine (10) mit interner Verbrennung angefordert wird, ein hoher angeforderter Ausgang ist, welcher höher als ein vorgegebener Ausgang ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, die eine Kraftstoffeinspritzung in eine Brennkammer einer Maschine mit interner Verbrennung durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer variablen Einspritzraten-Wellenform steuert.
Stand der Technik
Bei einer Dieselmaschine führt die Kompression in einem Zylinder zur Selbstentzündung eines Kraftstoffs, und diese weist somit ein höheres Kompressionsverhältnis und einen höheren Zylinderinnendruck auf, der durch die Verbrennung erzeugt wird, als eine Benzinmaschine. Die Verbrennungsmenge pro Zyklus muss erhöht werden, um den Ausgang bzw. die Ausgangsleistung hoch herzustellen, wodurch der Zylinderinnendruck weiter erhöht wird.
Patentdokument 1 steuert die Kraftstoffeinspritzmenge derart, dass diese einen zulässigen maximalen Zylinderinnendruck nicht überschreitet. Genauer gesagt wird eine Gasdichte zuerst auf Grundlage eines Ansaugkrümmer-Drucks und einer Temperatur berechnet und der maximale Zylinderinnendruck wird ausgehend von der Beziehung zwischen der Gasdichte und dem maximalen Zylinderinnendruck geschätzt. Anschließend wird in dem Fall der Kraftstoffeinspritzmenge, die den geschätzten maximalen Zylinderinnendruck überschreitet, die Kraftstoffeinspritzmenge derart reduziert, dass der Zylinderinnendruck gesenkt wird.
Dokument zum Stand der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: JP 2011-153 579 A
Die Kraftstoffeinspritzsteuerung, die in Patentdokument 1 beschrieben wird, steuert die Kraftstoffeinspritzmenge nur derart, dass diese den maximalen Zylinderinnendruck nicht überschreitet, und kann den Zylinderinnendruck nicht derart erhöhen, dass der Ausgang hoch hergestellt wird. Der maximale Zylinderinnendruck, der durch die Maschine zulässig sein kann, wird gemäß der Festigkeit der Maschine selbst bestimmt. Somit muss die Maschinenfestigkeit erhöht werden, um den maximalen Zylinderinnendruck zu erhöhen. Allerdings bestehen aufgrund der erhöhten Festigkeit die Probleme einer Gewichtszunahme der Maschine selbst und einer Zunahme der Produktionskosten.
In der DE 10 2016 111 008 A1 wird eine Steuervorrichtung für eine Dieselmaschine beschrieben, welche ein Kraftstoffeinspritzventil aufweist, das Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einspritzt. Die Steuervorrichtung führt eine einheitliche Druckverbrennungssteuerung durch, um einen Spitzenwert eines Zylinderinnendrucks in der Verbrennungskammer nach einem Starten der Verbrennung aufrechtzuerhalten. Die Steuervorrichtung stellt eine Solldruckwellenform überstimmend mit einem Maschinenbetriebszustand in einer Druckanstiegsdauer und einer Druckabfalldauer ein, die jeweils vor und nachdem der Zylinderinnendruck den einheitlichen Drucksollwert erreicht, liegen. Die Steuervorrichtung steuert das Kraftstoffeinspritzventil an, um eine mehrstufige Einspritzung durchzuführen, indem eine Kraftstoffeinspritzmenge, die für jeden Verbrennungszyklus der Maschine erforderlich ist, derart aufgeteilt wird, dass ein tatsächlicher Zylinderinnendruck, der durch einen Zylinderinnendruck erfasst wird, zu einer Solldruckwellenform gesteuert wird.
In der JP 2009 - 85 117 A wird eine Steuervorrichtung für einen Dieselmotor beschrieben. Hierbei wird, wenn sich ein Betriebszustand eines Motors in einem ersten Bereich (I) auf einer Hochlastseite befindet, Kraftstoff durch einen Injektor in einem Muster eingespritzt, wobei eine Kraftstoffeinspritzrate bei einem Expansionshub eines Zylinders zumindest in einer mittleren Periode einer Kraftstoffeinspritzung mit der Expansion einer Brennkammerkapazität erhöht wird. Ein abruptes Starten der anfänglichen Verbrennung wird dadurch unterdrückt, um den Maximalwert (Pmax) des Zylinderinnendrucks niedriger als einen herkömmlichen zu halten, und das Absinken des Zylinderinnendrucks aufgrund der Expansion der Brennkammerkapazität wird ab der mittleren Periode bis zu einer späteren Verbrennungsperiode unterdrückt. Dadurch kann ein Absinken der Motorleistung verhindert werden.
In der DE 198 09 001 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem offenbart, in welchem eine Voreinspritzung und nachfolgend eine Haupteinspritzung ausgeführt wird, um Kraftstoff durch einen elektromotorischen Einspritzer in einen Dieselmotor einzuspritzen. Dabei wird ein Zeitintervall zwischen der Voreinspritzung und Haupteinspritzung verkürzt, so dass die Haupteinspritzung gestartet wird, bevor der Einspritzer vollständig geschlossen ist nach der Voreinspritzung. Folglich überlappen sich sowohl die Voreinspritzung als auch die Haupteinspritzung, wenn sich der Motor bei hoher Rotation und hoher Belastung in einem entsprechenden Betriebszustand befindet, in welchem die Kraftstoffzündverzögerung ursprünglich kurz ist und somit kein NOx-Reduziereffekt eben durch die normale Voreinspritzung erhalten werden kann. Folglich wird der Kraftstoff in einer solchen Weise eingespritzt, wie wenn die anfängliche Einspritzrate der Haupteinspritzung verringert ist, wodurch die explosionsartige Verbrennung der Haupteinspritzung unterdrückt und somit ein NOx-Ausstoß von dem Motor verhindert wird.
Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung wendet sich an die vorstehenden Probleme. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung vorzusehen, die einen Zylinderinnendruck derart einschränken kann, dass dieser höchstens einen maximalen Zylinderinnendruck betragen kann, und die einen Ausgang verbessern kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der sich daran anschließenden Ansprüche.
Dabei beinhaltet eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem Aspekt bzw. Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Zünderlangungsteil, das einen Grad einer Zündverzögerung in einem Zylinder erhält, und ein Steuerungsteil, das die Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung einer der Einspritzraten-Wellenformen in Übereinstimmung mit einem für die Maschine mit interner Verbrennung angeforderten Ausgang steuert. Die Einspritzraten-Wellenformen beinhalten eine konstante Druck-Einspritzraten-Wellenform, um einen Zylinderinnendruck in der Brennkammer derart zu steuern, dass dieser höchstens einen maximalen Zylinderinnendruck beträgt. Das Kraftstoffeinspritzventil spritzt gemäß der konstanten Druck-Einspritzraten-Wellenform einen Kraftstoff in zwei Stufen ein, die eine vorangegangene Einspritzung und eine folgende Einspritzung beinhalten, und eine Änderungsrate einer Erhöhung einer Einspritzrate während der vorangegangenen Einspritzung ist größer als eine Änderungsrate einer Erhöhung der Einspritzrate während der folgenden Einspritzung. Eine Wellenform der Einspritzrate der vorangegangen Einspritzung beinhaltet einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von einem Start der vorangegangen Einspritzung zunimmt, um eine maximale Einspritzrate zu erreichen, und einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate abnimmt. Gemäß einer Wellenform der Einspritzrate der folgenden Einspritzung ist die Einspritzrate der folgenden Einspritzung zu deren Startpunkt größer als 0 (null). Die Wellenform der Einspritzrate der folgenden Einspritzung beinhaltet einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von einem Start der folgenden Einspritzung zunimmt, um die maximale Einspritzrate zu erreichen, und einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate abnimmt. Das Steuerungsteil steuert einen Kraftstoff derart, dass dieser mit der konstanten Druck-Einspritzraten-Wellenform eingespritzt wird, wenn: der Grad einer Zündverzögerung, die durch das Zünderlangungsteil erhalten wird, kleiner als ein Schwellenwert ist; und der Ausgang, der bei der Maschine mit interner Verbrennung angefordert wird, ein hoher Ausgang ist.
Bei diesem Aspekt bzw. Ausführungsform wird die Steuerung durchgeführt, um Kraftstoff mit der konstanten Druck-Einspritzraten-Wellenform einzuspritzen, falls der Grad einer Zündverzögerung kleiner ist als der Schwellenwert und der für die Maschine mit interner Verbrennung angeforderte Ausgang ein hoher Ausgang ist. Falls der Grad einer Zündverzögerung klein bzw. gering ist, befindet sich der Kraftstoff in einem leicht entflammbaren bzw. brennbaren Zustand, sodass auf die Einspritzrate die Wärmeerzeugung folgen kann. Umgekehrt befindet sich der Kraftstoff nicht in einem leicht entflammbaren Zustand, falls der Grad einer Zündverzögerung groß ist, sodass die Wärmeerzeugung nicht auf die Einspritzrate folgt. Somit kann die Wärmeerzeugung nicht gesteuert werden, obschon die Einspritzrate gesteuert wird. Der vorliegende Aspekt bzw. Ausführungsform führt die Steuerung durch die konstante Druck-Einspritzraten-Wellenform aus, wenn der Kraftstoff leicht entflammbar ist, um die Steuerung des Zylinderinnendrucks mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen. Falls der Ausgang, der bei der Maschine mit interner Verbrennung angefordert wird, ein hoher Ausgang ist, muss der Zylinderinnendruck hoch hergestellt werden. Entsprechend wird der Zylinderinnendruck unter Verwendung der konstanten Druck-Einspritzraten-Wellenform derart gesteuert, dass dieser höchstens den maximalen Zylinderinnendruck beträgt, und derart, dass der Zylinderinnendruck nahe an dem maximalen Zylinderinnendruck ist, falls der hohe Ausgang angefordert wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist die konstante Druck-Einspritzraten-Wellenform eine Einspritzraten-Wellenform, um den Zylinderinnendruck in der Brennkammer derart zu steuern, dass dieser höchstens den maximalen Zylinderinnendruck beträgt. Die konstante Druck-Einspritzraten-Wellenform ist eine Einspritzraten-Wellenform, wobei die Einspritzung in den zwei Stufen durchgeführt wird: die vorangegangene Einspritzung und die folgende Einspritzung, und die Änderungsrate der Erhöhung der Einspritzrate während der vorangegangenen Einspritzung ist schneller als die Änderungsrate während der folgenden Einspritzung.
Die vorangegangene Einspritzung, während der die Änderungsrate schneller ist, hebt die Einspritzrate steil auf die maximale Einspritzrate an, um den Zylinderinnendruck in einer kurzen Zeit auf den maximalen Zylinderinnendruck zu erhöhen. Danach kann eine Verringerung der Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate den Zylinderinnendruck daran hindern, den maximalen Zylinderinnendruck zu überschreiten. Überdies ist die Einspritzrate bei dem Startpunkt der folgenden Einspritzung größer als 0 (null). Somit kann gestoppt werden, dass die Einspritzrate zu sehr abnimmt, um den Zylinderinnendruck daran zu hindern, abzusinken. Zusätzlich kann während der folgenden Einspritzung die allmähliche Erhöhung der Einspritzrate mit einer geringeren Änderungsrate den Zylinderinnendruck darin einschränken, zu sehr anzusteigen bzw. abzusinken. Die Einspritzrate wird bei der maximalen Einspritzrate beibehalten, und anschließend wird die Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate reduziert, um eine vorgegebene Einspritzmenge zu erreichen.
Eine derartige konstante Druck-Einspritzraten-Wellenform kann den Zylinderinnendruck derart steuern, dass dieser sich in einem Zustand befindet, welcher höchstens den maximalen Zylinderinnendruck beträgt, und welcher nahe an dem maximalen Zylinderinnendruck ist, ohne dass dieser den maximalen Zylinderinnendruck überschreitet. Somit kann die hohe Ausgangsanforderung ohne Erhöhung einer Festigkeit der Maschine mit interner Verbrennung erfüllt werden.
Figurenliste
Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich werden. Es zeigt/es zeigen:

1 ein Diagramm, das in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform allgemein eine Maschine veranschaulicht.
2 ein Diagramm, welches einen Nadelbetrieb gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
3 einen Graphen, der den Zylinderinnendruck bei einem normalen Verbrennungsmodus gemäß der ersten Ausführungsform angibt.
4 einen Graphen, der die Einspritzrate bei dem normalen Verbrennungsmodus der ersten Ausführungsform angibt.
5 einen Graphen, der den Zylinderinnendruck bei einem konstanten Druck-Verbrennungsmodus gemäß der ersten Ausführungsform angibt.
6 einen Graphen, der die Einspritzrate bei dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus der ersten Ausführungsform angibt.
7 einen Graphen, der den Zylinderinnendruck bei den zwei Verbrennungsmodi der ersten Ausführungsform angibt.
8 einen Graphen, der die Einspritzrate bei den zwei Verbrennungsmodi der ersten Ausführungsform angibt.
9 ein Flussdiagramm, welches eine Umschaltsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
10 einen Graphen, der die Beziehung zwischen einer Maschinengeschwindigkeit und einer Einspritzmenge gemäß der ersten Ausführungsform angibt.
11 einen Graphen, der die Beziehung zwischen einem Ansaugdruck und einer Zündverzögerung gemäß der ersten Ausführungsform angibt.
12 ein Flussdiagramm, welches eine Überwachungssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
13 ein Flussdiagramm, das in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform eine Umschaltsteuerung veranschaulicht; und
14 einen Graphen, der die Beziehung zwischen einer Sauerstoffkonzentration und einer Zündverzögerung gemäß der zweiten Ausführungsform angibt.

Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
Untenstehend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen Ausführungsformen beschrieben werden. Bei den Ausführungsformen kann das Teil, welches dem Gegenstand entspricht, der bei der vorangegangenen Ausführungsform beschrieben ist, mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sein, oder dem Bezugszeichen kann ein einzelnes Zeichen hinzugefügt sein, um eine wiederholte Erläuterung dieses Teils wegzulassen. Falls ein Teil der Konfiguration bei jeder Ausführungsform beschrieben wird, ähnelt der andere Teil der Konfiguration der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Die Teile, die bei den Ausführungsformen gesondert beschrieben sind, können kombiniert werden, und zudem können die Ausführungsformen teilweise kombiniert werden, außer diese Kombination funktioniert nicht.
Erste Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 12 wird eine erste Ausführungsform beschrieben werden. Die vorliegende Ausführungsform wendet eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung auf eine Mehrzylinder-Dieselmaschine an, die eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vom Typ Common-Rail beinhaltet.
Eine Maschine 10 der vorliegenden Ausführungsform, die in 1 veranschaulicht wird, ist als eine Hauptmaschine im Fahrzeuginneren in einem Fahrzeug platziert und ist eine Viertaktmaschine, die einen Ansaughub, einen Kompressionshub, einen Ausdehnungshub und einen Abgashub aufweist. Bei einem Ansaugdurchlass 11 der Maschine 10, welche eine Maschine mit interner Verbrennung ist, sind in dieser Reihenfolge ausgehend von der stromaufwärtigen Seite ein Luftdurchflussmesser 12, welcher die Menge an angezogener Luft erfasst, ein Zwischenkühler 13, welcher das Ansauggas abkühlt, das durch einen Turbolader 16 geladen wird, und eine Drosselventilvorrichtung 14 angeordnet. Die Drosselventilvorrichtung 14 passt den Öffnungsgrad eines Drosselventils 14a durch einen Aktuator wie einen Gleichstrommotor an.
Eine Brennkammer 10a jedes Zylinders der Maschine 10 ist bei dem Ansaugdurchlass 11 durch einen Ausgleichstank 15 mit einer stromabwärtigen Seite der Drosselventilvorrichtung 14 verbunden. Die Brennkammer 10a wird durch einen Zylinder 10b und einen Kolben 17 der Maschine 10 definiert. Die Maschine 10 beinhaltet ein Kraftstoffeinspritzventil 18, dessen Spitzenteil in die Brennkammer 10a hervorsteht. Dem Kraftstoffeinspritzventil 18 wird durch eine Common-Rail 19, die als ein Druckakkumulatorbehälter bzw. Drucksammelbehälter dient, Hochdruckkraftstoff, genauer gesagt Leichtöl, zugeführt. Kraftstoff wird durch eine Kraftstoffpumpe 20 zu der Common-Rail 19 druckgefördert. 1 veranschaulicht nur einen Zylinder.
Wie in 2 veranschaulicht wird, beinhaltet das Kraftstoffeinspritzventil 18 eine Nadel 39, welche ein Ventilelement ist, und einen Körper 41. Der Körper 41, dessen Endabschnitt kreisförmige Düsenlöcher 40 beinhaltet, durch welche Kraftstoff eingespritzt wird, nimmt darin die Nadel 39 auf. Zwischen der Innenoberfläche des Körpers 41 und der Außenoberfläche der Nadel 39 ist ein ringförmiger Kraftstoffdurchlass 42 ausgebildet, welcher sich in der axialen Richtung des Körpers 41 erstreckt und durch welchen der Kraftstoff, der ausgehend von der Common-Rail 19 zugeführt wird, durchtritt. Die Innenoberfläche des Endabschnitts des Körpers 41 beinhaltet eine Eingriffsoberfläche 41a, mit welcher der Endabschnitt der Nadel 39 in Eingriff steht. Bei dieser Konfiguration steht die Nadel 39 mit der Eingriffsoberfläche 41a in Eingriff, um die Verbindung zwischen dem Kraftstoffdurchlass 42 und den Düsenlöchern 40 zu schließen, wodurch die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird. Andererseits kommt die Nadel 39 außer Eingriff mit der Eingriffsoberfläche 41a, indem der Erregungsbetrieb zum Öffnen der Verbindung zwischen dem Kraftstoffdurchlass 42 und den Düsenlöchern 40 erregt wird. Folglich wird der Kraftstoff in dem Kraftstoffdurchlass 42 eingespritzt und durch die Düsenlöcher 40 direkt in die Brennkammer 10a zugeführt.
Das Kraftstoffeinspritzventil 18 ist derart konfiguriert, dass dieses dazu in der Lage ist, eine Einspritzraten-Wellenform variabel zu steuern. Die Einspritzraten-Wellenform ist eine Wellenform, welche die Änderung einer Einspritzrate mit der Zeit angibt. Das Kraftstoffeinspritzventil 18 der vorliegenden Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass dieses dazu in der Lage ist, den Hubbetrag der Nadel 39 frei zu steuern, um die Einspritzraten-Wellenform variabel zu steuern. Mit anderen Worten ist das Kraftstoffeinspritzventil 18 derart konfiguriert, dass dieses dazu in der Lage ist, die Einspritzraten-Wellenform durch die Geschwindigkeitssteuerung der Nadel 39 zu verändern, welche die Düsenlöcher 40 öffnet oder schließt. Zum Beispiel passt das Kraftstoffeinspritzventil 18 den Bereich des Kraftstoffdurchlasses 42 durch einen Aktuator 43 an, der ein piezoelektrisches Element beinhaltet, um den Kraftstoff einzuspritzen. Folglich kann das Kraftstoffeinspritzventil 18 die Einspritzraten-Wellenform von Kraftstoff verändern und dieses kann zum Beispiel die Einspritzrate einer Haupteinspritzung mit der Zeit differenzieren bzw. ändern.
Der Aktuator 43 des Kraftstoffeinspritzventils 18 ist zum Beispiel dazu konfiguriert, einen piezoelektrischen Stapel zu beinhalten. Der piezoelektrische Stapel ist zum Beispiel ein geschichteter Körper, der erhalten wird, indem abwechselnd Schichten, die als PZT (PbZrTiO3) bezeichnet werden, und dünne Elektrodenschichten gestapelt werden, und dieser dehnt sich aus bzw. zieht sich zusammen, indem aufgrund des inversen piezoelektrischen Effekts, welcher eine Eigenschaft des piezoelektrischen Elements ist, eine Spannung angelegt wird. Der Aktuator 43 verwendet die Verschiebung des piezoelektrischen Stapels, um die Position der Nadel 39 zu steuern.
Zum Beispiel befindet sich die Nadel 39 in einem Zustand, in welchem die Spannung nicht an den piezoelektrischen Stapel angelegt wird, nicht in einem geschlossenen Zustand, und somit wird der Kraftstoff nicht eingespritzt. Wenn die Spannung an den piezoelektrischen Stapel angelegt wird, dehnt sich der piezoelektrische Stapel aus, und die Nadel 39 wird bei dieser Ausdehnung nach oben gedrückt, um die Kraftstoffeinspritzung zu starten. Wenn die Spannung, die an den piezoelektrischen Stapel angelegt wird, abgeschaltet wird, führt der piezoelektrische Stapel derart Elektrizität ab, dass dieser sich zusammenzieht. Folglich wird die Nadel 39 nach unten gedrückt, um die Kraftstoffeinspritzung zu stoppen. Durch Steuern der Spannung, die dem Aktuator 43 zugeführt wird, kann die Ausdehnungsmenge des piezoelektrischen Stapels gesteuert werden. Somit kann durch Steuern der Spannung die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 39 über mehr als eine Stufe angepasst werden, wodurch die Einspritzdichtung frei gesteuert wird.
Ein Ansauganschluss und ein Abgasanschluss jedes Zylinders der Maschine 10 werden jeweils durch ein Ansaugventil 21 und ein Abgasventil 22 geöffnet bzw. geschlossen. Wenn sich das Ansaugventil 21 öffnet, werden die Ansaugluft, die durch den Zwischenkühler 13 gekühlt wird, und ein externes EGR-Gas in die Brennkammer 10a eingeführt. Wenn der Kraftstoff in einem Zustand, in welchem zum Beispiel Ansaugluft eingeführt wird, ausgehend von dem Kraftstoffeinspritzventil 18 in die Brennkammer 10a eingespritzt wird, führt die Kompression der Brennkammer 10a zur Selbstentzündung des Kraftstoffs, um durch die Verbrennung Energie zu erzeugen. Über den Kolben 17 wird diese Energie als die Rotationsenergie einer Kurbelwelle 23 der Maschine 10 entnommen. Wenn das Abgasventil 22 geöffnet ist, wird das Gas, das für die Verbrennung verwendet wird, als Abgasluft in einen Abgasdurchlass 24 abgeführt. Ein Kurbelwinkelsensor 25, der den Rotations- bzw. Drehwinkel der Kurbelwelle 23 erfasst, ist nahe der Kurbelwelle 23 vorgesehen.
Das Fahrzeug beinhaltet den Turbolader 16, welcher einen Ansaugkompressor 16a, der in dem Ansaugdurchlass 11 vorgesehen ist, eine Abgasturbine 16b, welche in dem Abgasdurchlass 24 vorgesehen ist, und eine Drehwelle 16c, welche diese Komponenten verbindet, beinhaltet. Genauer gesagt dreht die Energie einer Abgasluft, die durch den Abgasdurchlass 24 strömt, die Abgasturbine 16b, und diese Rotationsenergie wird über die Drehwelle 16c an den Ansaugkompressor 16a übertragen. Der Ansaugkompressor 16a komprimiert eine Ansaugluft. Somit lädt der Turbolader 16 die Ansaugluft auf. Bei dem Turbolader 16 nimmt die vorliegende Ausführungsform eine Vorrichtung an, die den Ladungsdruck einer Ansaugluft durch einen Erregungsbetrieb anpassen kann.
Bei dem Abgasdurchlass 24 auf einer stromabwärtigen Seite des Turboladers 16 ist eine Reinigungsvorrichtung 26 vorgesehen, die eine Abgasluft reinigt. Ein Teil der Abgasluft, die in den Abgasdurchlass 24 abgeführt wird, wird durch einen EGR-Durchlass 27 zu dem Ansaugdurchlass 11 rückgeführt. Genauer gesagt ist der Abgasdurchlass 24 auf der stromaufwärtigen Seite der Abgasturbine 16b durch den EGR-Durchlass 27 mit dem Ausgleichstank 15 verbunden. Bei dem EGR-Durchlass 27 ist eine EGR-Ventilvorrichtung 28 vorgesehen. Die EGR-Ventilvorrichtung 28 passt den Öffnungsgrad eines EGR-Ventils 28a durch den Aktuator wie einen Gleichstrommotor an. Der Teil der Abgasluft, die gemäß dem Öffnungsgrad eines EGR-Ventils 28a in den Abgasdurchlass 24 abgeführt wird, wird durch einen EGR-Kühler 29 gekühlt und anschließend als das externe EGR-Gas dem Ausgleichstank 15 zugeführt.
Eine ECU 30, welche eine elektronische Steuereinheit ist, welche das Maschinensystem steuert, führt die Programme aus, die durch ein Speichermedium gespeichert sind, um jedes Teil zu steuern. Die ECU 30 beinhaltet zumindest eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und das Speichermedium, das die Programme und Daten speichert. Die ECU 30 wird zum Beispiel durch einen Mikrocomputer erzielt, der ein Speichermedium beinhaltet, das durch einen Computer lesbar ist. Das Speichermedium ist ein nicht-transitives greifbares Speichermedium, das die Programme und Daten, die durch einen Computer lesbar sind, nicht-temporär speichert. Der Speicher wird zum Beispiel durch einen Halbleiterspeicher oder eine magnetische Scheibe erzielt.
Die Erfassungswerte eines Ansaugdrucksensors 31, eines Ansaugtemperatursensors 32, eines Abgastemperatursensors 33, eines Zylinderinnendrucksensors 34, eines Sauerstoffkonzentrations-Sensors 38, eines Kraftstoffdrucksensors 35, eines Wassertemperatursensors 36, eines Gaspedal-Sensors 37, des Luftdurchflussmessers 12 und des Kurbelwinkelsensors 25 werden in die ECU 30 eingegeben. Der Ansaugdrucksensor 31 erfasst einen Gasdruck in dem Ausgleichstank 15 als einen Ansaugdruck. Der Ansaugtemperatursensor 32 erfasst eine Gastemperatur in dem Ausgleichstank 15 als eine Ansaugtemperatur. Der Abgastemperatursensor 33 erfasst eine Temperatur einer Abgasluft, die aus der Brennkammer 10a abgeführt wird. Der Zylinderinnendrucksensor 34 erfasst einen Druck in der Brennkammer 10a als einen Zylinderinnendruck. Der Sauerstoffkonzentrations-Sensor 38 ist an dem Ansaugdurchlass 11 angebracht, um eine Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft zu erfassen. Die Ansaugluft, die erfasst werden soll, ist ein Gemisch aus Frischluft und EGR-Gas. Der Kraftstoffdrucksensor 35 erfasst einen Kraftstoffdruck in der Common-Rail 19. Der Wassertemperatursensor 36 erfasst eine Temperatur eines Kühlmittels der Maschine 10. Der Kurbelwinkelsensor 25 erfasst eine Maschinengeschwindigkeit, welche eine Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 23 ist, die durch den Kolben 17 gedreht wird, und welche die Anzahl an Umdrehungen der Kurbelwelle 23 pro Zeiteinheit ist. Der Gaspedal-Positionssensor 37 erfasst einen Betrag eines Gaspedalbetätigungsbauteils, das durch einen Fahrer betätigt wird, und erfasst insbesondere den Betätigungsbetrag eines Gaspedals.
Auf Grundlage des Erfassungswerts von verschiedenen Sensoren führt die ECU 30 die Verbrennungssteuerung der Maschine 10 durch, welche die Kraftstoffeinspritzsteuerung des Kraftstoffeinspritzventils 18, die Antriebssteuerung der Kraftstoffpumpe 20, die Antriebssteuerung der EGR-Ventilvorrichtung 28 und die Steuerung des Ladungsdrucks durch den Turbolader 16 beinhaltet. Der Verbrennungszustand bei der Maschine 10 des Verbrennungssystems wird durch die vorstehende Steuerung auf einen gewünschten Zustand gesteuert. Somit fungiert die ECU 30 als ein Steuerungsteil, das die Einspritzrate steuert.
Unter Bezugnahme auf die 3 bis 8 wird ein Einspritzmodus beschrieben werden. Die vorliegende Ausführungsform führt die Umschaltsteuerung durch, welche die zwei Einspritzmodi beinhaltet: einen normalen Verbrennungsmodus und einen konstanten Druck-Verbrennungsmodus, und welche unter vorgegebenen Bedingungen zwischen den Einspritzmodi umschaltet. „Verbrennungsmodus“ wird in dem gleichen Sinne verwendet wie „Einspritzraten-Wellenform“. Die 3 und 4 geben „vor Vorhalten“ durch gestrichelte Linien als einen normalen Einspritzmodus und „nach Vorhalten“ durch eine durchgehende Linie an. Bei dem normalen Einspritzmodus ist die Einspritzraten-Wellenform eine rechteckige Form, wie in 4 veranschaulicht wird. Bevor der Winkel in dem Fall eines derartigen normalen Einspritzmodus vorgehalten bzw. vorgerückt wird, kann der größte Zylinderinnendruck den maximalen Zylinderinnendruck nicht überschreiten. Allerdings überschreitet der größte Zylinderinnendruck den maximalen Zylinderinnendruck, wenn der Winkel vorgehalten ist, und somit kann die Einspritzsteuerung nicht in dem normalen Einspritzmodus ausgeführt werden, nachdem der Winkel vorgehalten wird.
Der konstante Druck-Verbrennungsmodus weist eine konstante Druck-Einspritzraten-Wellenform und eine Einspritzraten-Wellenform auf, um den Zylinderinnendruck in der Brennkammer 10a derart zu steuern, dass dieser höchstens den maximalen Zylinderinnendruck beträgt. Wenn der konstante Druck-Verbrennungsmodus durchgeführt wird, wird der Zylinderinnendruck derart beibehalten, dass dieser höchstens den maximalen Zylinderinnendruck beträgt und innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, der für eine längere Zeit gleich oder niedriger als der maximale Zylinderinnendruck ist. Bei dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus wird die Einspritzung in den zwei Stufen der Einspritzraten-Wellenform durchgeführt: eine vorangegangene Einspritzung und eine folgende Einspritzung, wie in 6 veranschaulicht wird, und die Änderungsrate der Erhöhung der Einspritzrate während der vorangegangenen Einspritzung ist schneller als die Änderungsrate während der folgenden Einspritzung. Mit anderen Worten weist der konstante Druck-Verbrennungsmodus die vorangegangene Einspritzung, während der die Einspritzrate schnell auf die maximale Einspritzrate ansteigt, und die folgende Einspritzung, während der die Einspritzrate langsam auf die maximale Einspritzrate ansteigt, auf.
Die Einspritzraten-Wellenform der Einspritzrate der vorangegangenen Einspritzung beinhaltet einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von dem Start der vorangegangenen Einspritzung zunimmt, um die maximale Einspritzrate zu erreichen, einen Teil, bei welchem die Einspritzrate für eine vorgegebene Zeit nach Erreichen der maximalen Einspritzrate bei der maximalen Einspritzrate beibehalten wird, und einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate abnimmt.
Die Einspritzraten-Wellenform der folgenden Einspritzung weist bei dem Startpunkt der folgenden Einspritzung die Einspritzrate auf, die größer als 0 (null) ist. Die Einspritzraten-Wellenform der folgenden Einspritzung beinhaltet einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von dem Start der folgenden Einspritzung zunimmt, um die maximale Einspritzrate zu erreichen, einen Teil, bei welchem die Einspritzrate für eine vorgegebene Zeitspanne nach Erreichen der maximalen Einspritzrate bei der maximalen Einspritzrate beibehalten wird, und einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate abnimmt. Im Vergleich der vorangegangenen Einspritzung mit der folgenden Einspritzung ist die Zeit, während welcher die Einspritzrate bei der maximalen Einspritzrate beibehalten wird, länger als bei der folgenden Einspritzung.
Wie in 5 veranschaulicht wird, überschreitet die Änderung eines Zylinderinnendrucks zu der Zeit des konstanten Druck-Verbrennungsmodus nicht den maximalen Zylinderinnendruck, und der Zylinderinnendruck wird für eine vorgegebene Zeitspanne nach Erreichen des maximalen Zylinderinnendrucks bei dem maximalen Zylinderinnendruck beibehalten. Im Vergleich des normalen Verbrennungsmodus mit dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus wird gemäß den 7 und 8 herausgefunden, dass der konstante Druck-Verbrennungsmodus eine längere Zeitspanne aufweist, in welcher der Zylinderinnendruck höher ist als der normale Verbrennungsmodus, bevor der Winkel vorgehalten wird. In dem normalen Verbrennungsmodus überschreitet der Zylinderinnendruck den maximalen Zylinderinnendruck, nachdem der Winkel vorgehalten ist, und somit kann der normale Verbrennungsmodus nicht für die Ist-Einspritzsteuerung verwendet werden, nachdem der Winkel vorgehalten wird. Daher kann der konstante Druck-Verbrennungsmodus vor dem Vorhalten des Winkels und nach dem Vorhalten des Winkels eine höhere Ausgangserhöhung erzielen als der normale Verbrennungsmodus.
Die Umschaltsteuerung zwischen den Einspritzmodi wird unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 beschrieben werden. Die Umschaltsteuerung, die in 9 veranschaulicht wird, ist die Steuerung, die wiederholt ausgeführt wird, wenn die Maschine mit interner Verbrennung angetrieben wird.
Bei S11 werden Betriebsbedingungen erhalten, um zu S12 fortzuschreiten. Die Betriebsbedingungen können zum Beispiel die Maschinengeschwindigkeit Ne, einen Gaspedalöffnungsgrad θac und den Ansaugdruck Pim beinhalten. Die ECU 30 erhält den Gaspedalöffnungsgrad θac von dem Gaspedal-Sensor 37, erhält die Maschinengeschwindigkeit Ne von dem Kurbelwinkelsensor 25 und erhält den Ansaugdruck Pim, welcher ein Zylinderinnendruck ist, von dem Zylinderinnendrucksensor 34. Der Ansaugdruck Pim korreliert mit einem Grad von Zündverzögerung in dem Zylinder. Somit fungiert die ECU 30 als ein Zünderlangungsteil, welches den Grad einer Zündverzögerung in dem Zylinder erhält. Die ECU 30 fungiert auch als ein Ansaugdruck-Erlangungsteil, das den Ansaugdruck Pim erhält.
Bei S12 wird bestimmt, ob auf Grundlage der erhaltenen Betriebsbedingungen ein hoher Ausgang angefordert wird. Falls der hohe Ausgang angefordert wird, schreitet die Steuerung zu S13 fort, und falls der hohe Ausgang nicht angefordert wird, schreitet die Steuerung zu S16 fort. Auf Grundlage dessen, ob der Ausgang, der höher als ein vorgegebener Ausgang ist, angefordert wird, wird bestimmt, ob ein hoher Ausgang angefordert wird. Es wird zum Beispiel auf Grundlage der Maschinengeschwindigkeit Ne und des Gaspedalöffnungsgrads θac bestimmt, ob ein hoher Ausgang angefordert wird. Die angeforderte Einspritzmenge wird ausgehend von dem Gaspedalöffnungsgrad θac erhalten. Falls die erhaltene Einspritzmenge den Schwellenwert überschreitet, der durch eine gestrichelte Linie in 10 angegeben ist, wird bestimmt, dass der hohe Ausgang angefordert wird.
Bei S13 wird bestimmt, ob der Ansaugdruck Pim mindestens einen vorgegebenen Ansaugdruck-Bestimmungs-Schwellenwert α beträgt. Falls der Ansaugdruck Pim mindestens den Ansaugdruck-Bestimmungs-Schwellenwert α beträgt, schreitet die Steuerung zu S14 fort. Falls der Ansaugdruck Pim nicht mindestens den Ansaugdruck-Bestimmungs-Schwellenwert α beträgt, schreitet die Steuerung zu S16 fort. Wie in 11 veranschaulicht wird, wird der Ansaugdruck-Bestimmungs-Schwellenwert α derart bestimmt, dass die Zündverzögerung kleiner als eine vorgegebene Zeit ist. Falls die Zündverzögung verlängert wird, kann der Zylinderinnendruck den maximalen Zylinderinnendruck Pmax zu der Zeit einer anfänglichen Verbrennung überschreiten. Somit schreitet in einem Fall eines derartigen Ansaugdrucks, bei dem die Wärmeerzeugung der Einspritzrate folgt, die Steuerung zu S14 fort.
Bei S14 werden ein Soll-Einspritzdruck und ein Zeitpunkt auf Grundlage der Maschinengeschwindigkeit Ne, des Gaspedalöffnungsgrads θac und des Ansaugdrucks Pim eingestellt, und anschließend schreitet die Steuerung zu S 15 fort. Bei S 15 wird der Einspritzmodus auf Grundlage des hohen Ausgangs, der angefordert wird, und des Ansaugdrucks Pim, welcher mindestens den Ansaugdruck-Bestimmungs-Schwellenwert α beträgt, auf den konstanten Druck-Verbrennungsmodus eingestellt, und anschließend schreitet die Steuerung zu S 17 fort. Bei S 16 wird der Einspritzmodus auf Grundlage des hohen Ausgangs, der nicht angefordert wird, oder des Ansaugdrucks Pim, welcher nicht mindestens den Ansaugdruck-Bestimmungs-Schwellenwert α beträgt, auf den normalen Verbrennungsmodus eingestellt, und anschließend schreitet die Steuerung zu S17 fort. Bei S17 wird die Einspritzung in dem eingestellten Einspritzmodus durchgeführt, um diesen Ablauf zu beenden.
Wie vorstehend beschrieben ist der Einspritzmodus auf den konstanten Druck-Verbrennungsmodus eingestellt, wenn die Bedingungen sind, dass der hohe Ausgang angefordert wird und die Zündverzögerung so kurz ist, dass der Kraftstoff leicht entflammbar ist. Somit kann die hohe Ausgangsanforderung durch den hohen Ausgang bei dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus erfüllt sein. Umgekehrt ist der Einspritzmodus auf den normalen Verbrennungsmodus eingestellt, wenn es die Bedingung ist, dass der hohe Ausgang nicht angefordert wird oder die Zündverzögerung so lang ist, dass der Kraftstoff nicht leicht entflammbar ist. Folglich wird der konstante Druck-Verbrennungsmodus zu einem notwendigen Zeitpunkt ausgeführt, und der normale Verbrennungsmodus wird ausgeführt, falls dies nicht notwendig ist.
Die vorliegende Ausführungsform erzielt durch die Geschwindigkeitssteuerung der Nadel 39 eine variable Einspritzrate. Wenn auf diese Weise auf der Nadel 39 die Geschwindigkeitssteuerung durchgeführt wird, wird bei den Düsenlöchern 40 in einfacher Weise eine Kavitation erzeugt und bei den Düsenlöchern 40 wird durch den Kollaps einer Kavitation eine Erosion verursacht, die ebenfalls als ein Kavitationsschaden bezeichnet wird, sodass der Kraftstoff exzessiv eingespritzt werden kann. Entsprechend wird die Überwachungssteuerung, die in 10 veranschaulicht wird, wiederholt durchgeführt, um die Anomalität der Düsenlöcher 40 zu erfassen, wenn die Maschine mit interner Verbrennung angetrieben wird.
Bei S21 wird die Einspritzmenge zu dem Zeitpunkt, wenn der Kraftstoff in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Einspritzbefehl eingespritzt wird, erhalten, und anschließend schreitet die Steuerung zu S22 fort. Die Einspritzmenge ist eine Einspritzmenge zu dem Zeitpunkt, wenn der Kraftstoff mit einer vorgegebenen Einspritzdauer, Einspritzdruck und Einspritzraten-Wellenform durch die Düsenlöcher 40 in den Zylinder eingespritzt wird. Die ECU 30 erfasst den Änderungsbetrag der Maschinengeschwindigkeit Ne zum Beispiel zu dem Zeitpunkt, wenn der Kraftstoff gemäß einem vorgegebenen Einspritzbefehl eingespritzt wird. Die ECU 30 berechnet das Maschinendrehmoment auf Grundlage des Änderungsbetrags der Maschinengeschwindigkeit Ne und berechnet die Einspritzmenge auf Grundlage des Maschinendrehmoments. Die ECU 30 kann die Einspritzmenge zum Beispiel von einem Einspritzmengen-Sensor erhalten, der die Einspritzmenge erfasst. Somit fungiert die ECU 30 als ein Einspritzmengen-Erlangungsteil, welches die Einspritzmenge erhält.
Bei S22 wird bestimmt, ob die Einspritzmenge plötzlich zugenommen hat. Falls die Einspritzmenge plötzlich zugenommen hat, schreitet die Steuerung zu S23 fort, und falls die Einspritzmenge nicht plötzlich zugenommen hat, beendet die Steuerung diesen Ablauf. Die plötzliche Erhöhung der Einspritzmenge ist zum Beispiel ein Zeitpunkt, wenn die Einspritzmenge den Wert annimmt, der aufgrund einer säkularen Änderung den Änderungsbereich der Einspritzmenge überschreitet, und die Einspritzmenge größer ist als die vorherige Einspritzmenge.
Bei S23 wird auf Grundlage des Auftritts einer Anomalität des Düsenlochs 40 die Steuerung durchgeführt, um den konstanten Druck-Verbrennungsmodus zu untersagen, und die Steuerung schreitet zu S25 fort. Wenn der konstante Druck-Verbrennungsmodus untersagt ist, obschon die Steuerung zu S15 in 9 fortschreitet, ist der Einspritzmodus nicht auf den konstanten Druck-Verbrennungsmodus, sondern auf den normalen Verbrennungsmodus eingestellt. Falls der Einspritzmodus bereits auf den konstanten Druck-Verbrennungsmodus eingestellt ist, ist der Einspritzmodus auf den normalen Verbrennungsmodus eingestellt.
Bei S24 wird der Ausgang auf Grundlage des Auftritts einer Anomalität des Düsenlochs 40 beschränkt, um diesen Ablauf zu beenden. Wenn der Ausgang beschränkt ist, obschon bei dem normalen Verbrennungsmodus der hohe Ausgang angefordert wird, ist die Maschine nicht entgegen der Anforderung mit dem hohen Ausgang vorgesehen, und die Steuerung wird durchgeführt, damit die Maschine höchstens einen vorgegebenen Beschränkungsausgang aufweist.
Auf diese Weise überwacht die Überwachungssteuerung die Erhöhung einer Einspritzmenge unter der gleichen Einspritzbefehlsbedingung. Falls eine rasche Einspritzmengenzunahme bestimmt wird, untersagt die Überwachungssteuerung die Umsetzung des konstanten Druck-Verbrennungsmodus und beschränkt den Ausgang.
Wie vorstehend beschrieben steuert die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform die Einspritzung derart, dass die Einspritzung in dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus vorliegt, falls der Ansaugdruck Pim mindestens einen vorgegebenen Ansaugdruck-Bestimmungs-Schwellenwert α beträgt und der für die Maschine 10 angeforderte Ausgang ein hoher Ausgang ist. Falls der Ansaugdruck Pim höher ist als der Ansaugdruck-Bestimmungs-Schwellenwert α, ist der Grad einer Zündverzögerung gering, sodass die Wärmeerzeugung auf die Einspritzrate folgen kann. Umgekehrt kann die Wärmeerzeugung nicht mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, selbst falls die Einspritzrate mit hoher Genauigkeit gesteuert wird, wenn der Grad einer Zündverzögerung groß ist, sodass die Wärmeerzeugung nicht der Einspritzrate folgen kann. Die vorliegende Ausführungsform führt den konstanten Druck-Verbrennungsmodus aus, wenn der Kraftstoff leicht entflammbar ist. Somit kann der konstante Druck-Verbrennungsmodus mit hoher Genauigkeit den Zylinderinnendruck steuern. Falls der Ausgang, der bei der Maschine 10 angefordert wird, höher ist als ein angeforderter vorgegebener Ausgang, d. h. ein hoher Ausgang angefordert wird, muss der Zylinderinnendruck hoch sein. Entsprechend kann die Einspritzung bei dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus den Zylinderinnendruck auf höchstens den maximalen Zylinderinnendruck Pmax einstellen, um den Zylinderinnendruck auf den Zylinderinnendruck nahe an dem maximalen Zylinderinnendruck einzustellen.
Wie vorstehend ist der konstante Druck-Verbrennungsmodus eine Einspritzraten-Wellenform, um den Zylinderinnendruck in der Brennkammer 10a derart zu steuern, dass dieser höchstens den maximalen Zylinderinnendruck Pmax beträgt. Der konstante Druck-Verbrennungsmodus weist die Einspritzraten-Wellenform auf, bei welcher die Einspritzung in den zwei Stufen durchgeführt wird: die vorangegangene Einspritzung und die folgende Einspritzung, und die Änderungsrate der Erhöhung der Einspritzrate während der vorangegangenen Einspritzung ist schneller als die Änderungsrate während der folgenden Einspritzung.
Die vorangegangene Einspritzung, während der die Änderungsrate der Einspritzrate schneller ist, hebt die Einspritzrate steil auf die maximale Einspritzrate an, um den Zylinderinnendruck in einer kurzen Zeit auf den maximalen Zylinderinnendruck Pmax zu erhöhen. Danach kann eine Verringerung der Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate den Zylinderinnendruck daran hindern, den maximalen Zylinderinnendruck Pmax zu überschreiten. Überdies ist die Einspritzrate bei dem Startpunkt der folgenden Einspritzung größer als 0 (null). Somit kann gestoppt werden, dass die Einspritzrate zu sehr abnimmt, um den Zylinderinnendruck daran zu hindern, abzusinken. Zusätzlich kann während der folgenden Einspritzung die allmähliche Erhöhung der Einspritzrate mit einer geringeren Änderungsrate der Einspritzrate den Zylinderinnendruck darin einschränken, zu sehr anzusteigen bzw. abzusinken. Die Einspritzrate wird bei der maximalen Einspritzrate beibehalten, und anschließend wird die Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate reduziert, um eine vorgegebene Einspritzmenge zu erreichen.
Ein derartiger konstanter Druck-Verbrennungsmodus kann den Zylinderinnendruck derart steuern, dass dieser sich in einem Zustand befindet, welcher höchstens den maximalen Zylinderinnendruck Pmax beträgt, und welcher nahe an dem maximalen Zylinderinnendruck Pmax ist, ohne dass dieser den maximalen Zylinderinnendruck Pmax überschreitet. Dies kann eine Funktionsweise in einem maximalen Maße sicherstellen.
Somit kann die hohe Ausgangsanforderung ohne Erhöhung einer Festigkeit der Maschine 10 erfüllt werden.
Wie vorstehend ist der konstante Druck-Verbrennungsmodus dabei effektiv, die Ausgangsleistung in einem maximalen Maße abzugeben, damit die Maschine 10 einen festen maximalen Zylinderinnendruck Pmax aufweist. Ein derartiger konstanter Druck-Verbrennungsmodus hat eine Einspritzraten-Wellenform derart eingestellt, dass ein Soll-Zylinderinnendruck-Profil, das für die Maschine 10 voreingestellt ist, und ein Ist-Zylinderinnendruck-Profil miteinander übereinstimmen. Das Soll-Zylinderinnendruck-Profil ist ein Profil, welches den Zylinderinnendruck in einem maximalen Maße bei dem maximalen Zylinderinnendruck Pmax beibehalten kann und dessen Ausgang groß ist. Die Einspritzraten-Wellenform wird derart bestimmt, dass diese ein derartiges Soll-Zylinderinnendruck-Profil ist.
Der konstante Druck-Verbrennungsmodus führt die vorangegangene Einspritzung und die folgende Einspritzung durch, und die Einspritzrate ist bei dem Startpunkt der folgenden Einspritzung größer als 0 (null). Eine Mehrzahl einfacher Einspritzungen schaffen aufgrund des Einflusses einer Drosselung, welche zu der Zeit einer Ventilschließung verursacht wird, einen groben Sprühstrahl von Kraftstoff. Allerdings ist die Einspritzrate wie bei der vorliegenden Ausführungsform bei dem Startpunkt der folgenden Einspritzung größer als 0 (null). Somit kann der Einfluss einer Drosselung, die zu der Zeit einer Ventilschließung verursacht wird, abnehmen, um die Verschlechterung eines Rauchs zu verhindern. In Hinblick auf die Einspritzrate bei dem Startpunkt der folgenden Einspritzung kann der Durchlassbereich der Drosselung, die verursacht wird, wenn die Nadel 39 die Düsenlöcher 40 öffnet, vorzugsweise größer sein als der Durchlassbereich des Düsenlochs 40.
Wenn die Einspritzmenge mindestens eine vorgegebene Einspritzmenge beträgt, führt die vorliegende Ausführungsform die Steuerung aus, um die Einspritzung bei dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus zu untersagen und den Kraftstoff in dem normalen Verbrennungsmodus einzuspritzen, welcher eine andere Einspritzraten-Wellenform ist. Dies kann die Umsetzung des konstanten Druck-Verbrennungsmodus verhindern, falls die Einspritzmenge sich plötzlich verändert, um eine Anomalität der Düsenlöcher 40 zu verursachen. Falls bei einer Anomalität der Düsenlöcher 40 der konstante Druck-Verbrennungsmodus durchgeführt wird, kann die Anomalität der Düsenlöcher 40 einen erheblichen Einfluss auf die Einspritzmenge aufweisen, da die Zeit des maximalen Zylinderinnendrucks lang ist. Entsprechend kann das Ausführen des normalen Verbrennungsmodus, bei welchem der Zylinderinnendruck niedriger ist als bei dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus, den Einfluss einer Anomalität der Düsenlöcher 40 beschränken. Bei einer Anomalität der Düsenlöcher 40 kann die Konfiguration den Nutzer über den Anomalitätsauftritt informieren.
Zusätzlich steuert die vorliegende Ausführungsform den Einspritzmodus, um Kraftstoff in dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus einzuspritzen, wenn der Ansaugdruck Pim mindestens den Ansaugdruck-Bestimmungs-Schwellenwert α beträgt und der für die Maschine 10 angeforderte Ausgang ein hoher Ausgang ist. Wenn der Ansaugdruck Pim mindestens den Ansaugdruck-Bestimmungs-Schwellenwert α beträgt, befindet sich der Kraftstoff in einem Zustand, in welchem die Zündverzögerung kurz ist, sodass der Kraftstoff leicht entflammbar ist. Falls der Kraftstoff leicht entflammbar ist, kann der Einspritzraten-Wellenform die Wärmeerzeugung folgen. Folglich kann das Ist-Zylinderinnendruck-Profil sich an das Soll-Zylinderinnendruck-Profil annähern, wenn der konstante Druck-Verbrennungsmodus ausgeführt wird.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 13 und 14 beschrieben werden. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass anstatt des Ansaugdrucks Pim eine Sauerstoffkonzentration O2im für die Bestimmung verwendet wird, ob Kraftstoff in dem Zylinder leicht entflammbar ist. Die Umschaltsteuerung zwischen Einspritzmodi der vorliegenden Ausführungsform wird erläutert werden. Die Umschaltsteuerung, die in 13 veranschaulicht wird, ist die Steuerung, die wiederholt ausgeführt wird, wenn die Maschine mit interner Verbrennung angetrieben wird.
Bei S31 werden ähnlich wie bei S11 Betriebsbedingungen erhalten, und die Steuerung schreitet zu S32 fort. Die Betriebsbedingungen beinhalten auch die Sauerstoffkonzentration O2im. Somit fungiert eine ECU 30 als ein Sauerstoffkonzentrations-Erlangungsteil, das die Sauerstoffkonzentration einer Ansaugluft erhält. Bei S32 wird ähnlich wie bei S12 bestimmt, ob auf Grundlage der erhaltenen Betriebsbedingungen ein hoher Ausgang angefordert wird. Falls der hohe Ausgang angefordert wird, schreitet die Steuerung zu S33 fort, und falls der hohe Ausgang nicht angefordert wird, schreitet die Steuerung zu S36 fort.
Bei S33 wird bestimmt, ob die Sauerstoffkonzentration O2im mindestens einen vorgegebenen Sauerstoffkonzentrations-Bestimmungs-Schwellenwert β beträgt. Falls die Sauerstoffkonzentration O2im mindestens den Sauerstoffkonzentrations-Bestimmungs-Schwellenwert β beträgt, schreitet die Steuerung zu S34 fort. Falls die Sauerstoffkonzentration O2im nicht mindestens den Sauerstoffkonzentrations-Bestimmungs-Schwellenwert β beträgt, schreitet die Steuerung zu S36 fort. Wie in 14 veranschaulicht wird, wird der Sauerstoffkonzentrations-Bestimmungs-Schwellenwert β derart bestimmt, dass die Zündverzögerung kleiner als eine vorgegebene Zeit ist.
Bei S34 werden der Soll-Einspritzdruck und ein Zeitpunkt auf Grundlage der Maschinengeschwindigkeit Ne, des Gaspedalöffnungsgrads θac und des Ansaugdrucks Pim eingestellt, ähnlich wie bei S14, und anschließend schreitet die Steuerung zu S35 fort. Bei S35 wird der Einspritzmodus auf Grundlage des hohen Ausgangs, der angefordert wird, und der Sauerstoffkonzentration O2im, die mindestens den Sauerstoffkonzentrations-Bestimmungs-Schwellenwert β beträgt, auf den konstanten Druck-Verbrennungsmodus eingestellt, und anschließend schreitet die Steuerung zu S37 fort. Bei S36 wird der Einspritzmodus auf Grundlage des hohen Ausgangs, der nicht angefordert wird, oder der Sauerstoffkonzentration O2im, die nicht mindestens den Sauerstoffkonzentrations-Bestimmungs-Schwellenwert β beträgt, auf den normalen Verbrennungsmodus eingestellt, und anschließend schreitet die Steuerung zu S37 fort. Bei S37 wird ähnlich wie bei S17 die Einspritzung in dem eingestellten Einspritzmodus durchgeführt, um diesen Ablauf zu beenden.
Wie vorstehend ist der Einspritzmodus bei der vorliegenden Ausführungsform auf den konstanten Druck-Verbrennungsmodus eingestellt, wenn die Bedingungen sind, dass der hohe Ausgang angefordert wird, die Sauerstoffkonzentration hoch ist und die Zündverzögerung so kurz ist, dass der Kraftstoff leicht entflammbar ist. Folglich kann ähnlich wie bei der vorstehenden ersten Ausführungsform die hohe Ausgangsanforderung durch den hohen Ausgang bei dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus erfüllt sein. Umgekehrt ist der Einspritzmodus auf den normalen Verbrennungsmodus eingestellt, wenn es die Bedingung ist, dass der hohe Ausgang nicht angefordert wird oder die Sauerstoffkonzentration niedrig ist und die Zündverzögerung so lang ist, dass der Kraftstoff nicht leicht entflammbar ist. Folglich wird der konstante Druck-Verbrennungsmodus zu einem notwendigen Zeitpunkt ausgeführt, und der normale Verbrennungsmodus wird ausgeführt, falls dies nicht notwendig ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Sauerstoffkonzentration einer Ansaugluft durch den Sauerstoffkonzentrations-Sensor 38 erhalten. Allerdings ist der Sauerstoffkonzentrations-Sensor 38 nicht das einzige Mittel, um die Sauerstoffkonzentration zu erhalten. Die Sauerstoffkonzentration kann auf Grundlage eines korrelierten numerischen Werts, z. B. einer EGR-Rate, geschätzt werden.
Die vorliegende Ausführungsform verwendet die Sauerstoffkonzentration O2im, um die Zündverzögerung zu bestimmen. Allerdings wird die Bestimmung nicht notwendigerweise allein auf Grundlage der Sauerstoffkonzentration O2im vorgenommen. Der Grad einer Zündverzögerung kann unter Verwendung von sowohl dem Ansaugdruck Pim als auch der Sauerstoffkonzentration O2im erhalten werden, um zu bestimmen, ob der Kraftstoff leicht entflammbar ist. Folglich kann mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, ob ein Kraftstoff leicht entflammbar ist.
Die Strukturen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die Rezitierungen von Ansprüchen angegeben und beinhaltet außerdem alle der Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs, die äquivalent zu den Rezitierungen von Ansprüchen sind. Modifikationen an den vorstehenden Ausführungsformen werden beschrieben werden.
Die erste Ausführungsform, die vorstehend beschrieben wird, schaltet zwischen den zwei Einspritzraten-Wellenformen um. Allerdings kann die Ausführungsform statt zwischen den zwei Einspritzraten-Wellenformen zwischen drei oder mehr Einspritzraten-Wellenformen umschalten. Überdies kann anstatt der Steuerung zum Umschalten zwischen dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus und dem normalen Verbrennungsmodus die Steuerung durchgeführt werden, um zwischen dem konstanten Druck-Verbrennungsmodus und einem anderen Einspritzmodus umzuschalten. Bei einem anderen Einspritzmodus ist die Einspritzraten-Wellenform zum Beispiel stiefelförmig, Δ-förmig, trapezförmig oder schrittartig.
Die erste Ausführungsform, die vorstehend beschrieben wird, verwendet bei dem Aktuator 43 des Kraftstoffeinspritzventils 18 ein piezoelektrisches Element. Allerdings kann statt einer derartigen Konfiguration auch eine beliebige Konfiguration verwendet werden, solange die Konfiguration die Ventilöffnungsgeschwindigkeit anpassen kann. Zum Beispiel kann eine Konfiguration verwendet werden, die Druckkammern beinhaltet, die unterschiedliche Drücke aufweisen, und die zwischen diesen Kammern umschaltet, um die Ventilöffnungsgeschwindigkeit anzupassen.
Falls der Grad einer Zündverzögerung kleiner ist als der Schwellenwert, bestimmen die vorstehenden Ausführungsformen unter Verwendung des Erfassungswerts, der mit der Zündverzögerung korreliert, wie beispielsweise dem Ansaugdruck Pim oder der Sauerstoffkonzentration O2im, dass der Kraftstoff leicht entflammbar ist. Allerdings sind der Ansaugdruck Pim und die Sauerstoffkonzentration O2im nicht die einzigen Erfassungswerte. Die EGR-Rate kann verwendet werden, oder es können andere Werte für die Bestimmung verwendet werden.
Die Funktion, die bei der ersten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben wird, durch die ECU 30 erfüllt wird, kann durch Hardware und Software oder diese Kombination ausgeführt werden, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet.
Jeder funktionelle Block der ECU 30, wie beispielsweise ein Steuerungsteil, das die Einspritzung steuert, kann durch einen Prozessor erzielt werden. Zum Beispiel kann die ECU 30 mit einer anderen Steuereinheit in Verbindung stehen und die andere Steuereinheit kann einen Teil der oder die ganze Verarbeitung ausführen. Wenn die ECU 30 durch eine elektronische Schaltung verwirklicht ist, kann die ECU 30 durch eine digitale Schaltung oder eine analoge Schaltung, die viele logische Schaltungen beinhalten, verwirklicht sein.
Die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Ausführungsformen beschrieben und deckt auch verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen ab. Zusätzlich fallen die verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, andere Kombinationen und Konfigurationen, die weitere, weniger oder nur ein einziges Element beinhalten, ebenfalls in dem Umfang der vorliegenden beiliegenden Ansprüche.

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung ausgehend von einem Kraftstoffeinspritzventil (18), das variabel konfigurierte Einspritzraten-Wellenformen aufweist, in eine Brennkammer (10a) einer Maschine (10) mit interner Verbrennung, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Zünderlangungsteil (30), das derart konfiguriert ist, dass es einen Grad einer Zündverzögerung in einem Zylinder erhält; und ein Steuerungsteil (30), das derart konfiguriert ist, dass es die Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung einer der Einspritzraten-Wellenformen in Übereinstimmung mit einem für die Maschine (10) mit interner Verbrennung angeforderten Ausgang steuert, wobei: die Einspritzraten-Wellenformen eine konstante Druck-Einspritzraten-Wellenform beinhalten, um einen Zylinderinnendruck in der Brennkammer (10a) derart zu steuern, dass dieser höchstens einen maximalen Zylinderinnendruck beträgt; wobei das Kraftstoffeinspritzventil (18) derart konfiguriert ist, dass es gemäß der konstanten Druck-Einspritzraten-Wellenform einen Kraftstoff in zwei Stufen einspritzt, die eine vorangegangene Einspritzung und eine folgende Einspritzung beinhalten, und eine Änderungsrate einer Erhöhung einer Einspritzrate während der vorangegangenen Einspritzung größer ist als eine Änderungsrate einer Erhöhung der Einspritzrate während der folgenden Einspritzung; eine Wellenform der Einspritzrate der vorangegangen Einspritzung das Folgende beinhaltet: einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von einem Start der vorangegangen Einspritzung zunimmt, um eine maximale Einspritzrate zu erreichen; und einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate abnimmt; wobei die Einspritzrate der folgenden Einspritzung gemäß einer Wellenform der Einspritzrate der folgenden Einspritzung zu deren Startpunkt größer als 0 (null) ist; die Wellenform der Einspritzrate der folgenden Einspritzung das Folgende beinhaltet: einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von einem Start der folgenden Einspritzung zunimmt, um die maximale Einspritzrate zu erreichen; und einen Teil, bei welchem die Einspritzrate ausgehend von der maximalen Einspritzrate abnimmt; und wobei das Steuerungsteil (30), konfiguriert ist, um einen Kraftstoff derart zu steuern, dass dieser mit der konstanten Druck-Einspritzraten-Wellenform eingespritzt wird, wenn: der Grad einer Zündverzögerung, die durch das Zünderlangungsteil (30) erhalten wird, kleiner als ein Schwellenwert ist; und der Ausgang, der bei der Maschine (10) mit interner Verbrennung angefordert wird, ein hoher angeforderter Ausgang ist, welcher höher als ein vorgegebener Ausgang ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (18) derart konfiguriert ist, dass dieses dazu in der Lage ist, die Einspritzraten-Wellenform durch eine Geschwindigkeitssteuerung eines Ventilelements zu verändern, welches die Düsenlöcher (40) öffnet oder schließt, wobei die Vorrichtung ferner ein Einspritzmengen-Erlangungsteil (30) aufweist, das derart konfiguriert ist, dass eine Einspritzmenge erhält, wobei dann, wenn die Einspritzmenge, die durch das Einspritzmengen-Erlangungsteil (30) erhalten wird, mindestens eine vorgegebene Einspritzmenge beträgt, das Steuerungsteil (30) derart konfiguriert ist, dass es die Einspritzung mit der konstanten Druck-Einspritzraten-Wellenform untersagt und einen Kraftstoff derart steuert, dass dieser mit einer anderen Einspritzraten-Wellenform eingespritzt wird.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: das Zünderlangungsteil (30) ferner ein Ansaugdruck-Erlangungsteil (30) aufweist, das einen Ansaugdruck erhält; und das Steuerungsteil (30) konfiguriert ist, um einen Kraftstoff derart zu steuern, dass dieser mit der konstanten Druck-Einspritzraten-Wellenform eingespritzt wird, wenn: der Ansaugdruck, der durch das Ansaugdruck-Erlangungsteil (30) erhalten wird, mindestens einen vorgegebenen Ansaugdruck beträgt; und der Ausgang, der bei der Maschine (10) mit interner Verbrennung angefordert wird, der hohe Ausgang ist, der angefordert wird.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: das Zünderlangungsteil (30) ferner ein Sauerstoffkonzentration-Erlangungsteil (30) aufweist, das eine Sauerstoffkonzentration einer Ansaugluft erhält; und das Steuerungsteil (30) konfiguriert ist, einen Kraftstoff derart zu steuern, dass dieser mit der konstanten Druck-Einspritzraten-Wellenform eingespritzt wird, wenn: die Sauerstoffkonzentration, die durch das Sauerstoffkonzentrations-Erlangungsteil (30) erhalten wird, mindestens eine vorgegebene Sauerstoffkonzentration beträgt; und der Ausgang, der bei der Maschine (10) mit interner Verbrennung angefordert wird, der hohe Ausgang ist, der angefordert wird.