DE19956267A1 - Ein Kraftstoffpumpensteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Ein Kraftstoffpumpensteuerungssystem für eine BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Das Kraftstoffpumpensteuerungssystem umfasst eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) zur Steuerung der Förderkapazität einer Hochdruckkraftstoffkolbenpumpe, welche durch einen Antriebsnocken angetrieben ist, der mit der Nockenwelle eines Motors verbunden ist. Der Motor ist mit einer variablen Ventilzeitsteuerungseinrichtung versehen, um Ventilsteuerzeiten des Motors zu steuern, indem die Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle eingestellt wird. Die Pumpe ist mit einem Ansaugventil versehen. Wenn sich die Öffnungs-/Schließzeitpunkte des Ansaugventils ändern, ändert sich der wirksame Förderhub der Pumpe und dadurch die Förderkapazität der Pumpe. Die ECU schätzt die Änderung der Ventilsteuerzeiten des Motors während des wirksamen Förderhubs der Pumpe, bevor der wirksame Förderhub beginnt, und stellt die Öffnungs-/Schließzeitpunkte des Ansaugventils in Übereinstimmung mit der geschätzten Änderung der Ventilsteuerzeiten ein, so dass die Förderkapazität der Pumpe eine Sollförderkapazität wird, unabhängig von der Änderung der Ventilsteuerzeiten des Motors.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Kraftstoffpumpensteuerungssystem für eine
Brennkraftmaschine. Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf ein Kraftstoffpumpensteuerungssystem zur Steuerung der
Kapazität einer Verdrängerkraftstoffpumpe, die durch eine
Nockenwelle einer Brennkraftmaschine angetrieben ist.
Ein Speicherkraftstoffeinspritzsystem (common rail) ist im
Stand der Technik bekannt. Das
Speicherkraftstoffeinspritzsystem umfasst eine
Verteilerleiste (einen Speicher) zur Aufnahme von
Hochdruckkraftstoff und Kraftstoffeinspritzventile, die mit
der Verteilerleiste verbunden sind, um Kraftstoff in die
Zylinder des Motors einzuspritzen. Weil sich die
Einspritzrate der Kraftstoffeinspritzventile in
Übereinstimmung mit dem Kraftstoffdruck in der
Verteilerleiste ändert, muss der Druck des Kraftstoffs in
der Verteilerleiste genau auf der Basis des
Betriebszustands des Motors gesteuert werden, um eine
Kraftstoffeinspritzrate zu erreichen, die für den
Motorbetriebszustand passend ist.
Der Verteilerleistendruck (der Druck des Kraftstoffs in der
Verteilerleiste) wird allgemein gesteuert, indem eine
Förderkapazität (Kraftstoffzuführmenge) einer
Hochdruckkraftstoffversorgungspumpe, die
Hochdruckkraftstoff der Verteilerleiste zuführt,
eingestellt wird. Als Hochdruckkraftstoffversorgungspumpe
wird üblicherweise eine Verdrängerpumpe, wie eine
Kolbenpumpe verwendet, die durch einen Antriebsnocken
angetrieben ist, der mit der Nockenwelle des Motors
gekoppelt ist und synchron mit der Nockenwelle dreht.
Ein Steuerungssystem einer Kraftstoffpumpe dieses Typs ist
beispielsweise in der japanischen ungeprüften
Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 8-177592 beschrieben.
Das Steuerungssystem in der '592 Veröffentlichung verwendet
eine Kolbenpumpe, die durch einen Antriebsnocken
angetrieben ist, der mit der Motornockenwelle gekoppelt ist
und synchron damit dreht. Das Steuerungssystem in der '592
Veröffentlichung bestimmt einen Verteilerleistensolldruck
auf der Basis des Betriebszustands des Motors und steuert
die Förderkapazität der Kolbenpumpe in Übereinstimmung mit
dem Verteilerleistensolldruck und einem tatsächlich
erfassten Verteilerleistendruck, so dass der tatsächlich
erfasste Verteilerleistendruck mit dem
Verteilerleistensolldruck übereinstimmt. Die Erfassung des
tatsächlichen Verteilerleistendrucks und der Ausschub von
Kraftstoff von der Pumpe werden bei jedem vorbestimmten
Drehwinkel der Kurbelwelle des Motors ausgeführt.
Jedoch können Probleme auftreten, wenn das System gemäß der
'592 Veröffentlichung auf eine Brennkraftmaschine angewandt
wird, die mit einer veränderlichen
Ventilzeitsteuerungseinrichtung ausgerüstet ist, um die
Ventilsteuerzeiten der Brennkraftmaschine in
Übereinstimmung mit den Motorbetriebszuständen
einzustellen.
In einem bestimmten Typ veränderlicher
Ventilzeitsteuerungseinrichtungen werden die
Ventilsteuerzeiten des Motors durch Veränderung der
Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle
eingestellt. Wenn das Kraftstoffpumpensteuerungssystem in
der '592 Veröffentlichung auf einen Motor angewandt wird,
der mit einer veränderlichen
Ventilzeitsteuerungseinrichtung dieses Typs ausgerüstet
ist, wird es schwierig, die Förderkapazität der Pumpe zu
steuern und der Verteilerleistendruck kann nicht akkurat
auf den Solldruck geregelt werden.
Der Kolben der Kraftstoffpumpe in der '592 Veröffentlichung
wird durch einen Antriebsnocken bewegt, um innerhalb des
Zylinders der Pumpe zu reziprokieren. Der Antriebsnocken
der Pumpe ist mit der Nockenwelle des Motors gekoppelt und
dreht synchron mit der Nockenwelle. Folglich verändert sich
die Drehphase des Antriebsnockens ebenfalls, wenn die
Drehphase der Nockenwelle durch die variable
Ventilzeitsteuerungseinrichtung verändert wird.
Ferner wird in dem System der '592 Veröffentlichung der
Ausschub des Kraftstoffs von der Pumpe gestartet, wenn die
Winkelposition der Kurbelwelle einen vorbestimmten
Kurbeldrehwinkel erreicht und der Ausschub des Kraftstoffs
dauert bis zum Ende der Ausschubperiode an, die auf der
Basis einer Sollausschubmenge bestimmt ist. Die
Ausschubperiode ist durch einen Drehwinkel der Kurbelwelle
vorgegeben. Die Förderkapazität der Pumpe ist durch einen
Betrag des effizienten Förderhubs, (d. h. die Verdrängung
des Kolbens während der Ausschubperiode) und, mit anderen
Worten, den Betrag der Veränderung der Nockenanhebung
(Nockenhub) des Antriebsnockens während der Ausschubperiode
bestimmt.
Wie zuvor erläutert wurde, ändert sich, weil der
Antriebsnocken der Pumpe synchron mit der Nockenwelle des
Motors dreht, die Drehphase des Antriebsnockens, wenn sich
die Drehphase der Nockenwelle ändert. Wenn folglich sowohl
der Kurbelwellendrehwinkel (Kurbelwinkel), an dem die
Ausschubperiode beginnt, und der Kurbelwinkel, an dem die
Ausschubperiode endet, festgelegt sind, ändert sich die
Förderkapazität der Pumpe ebenfalls, wenn sich die
Drehphase des Antriebsnockens relativ zu der Kurbelwelle
ändert. Dies bewirkt eine Veränderung in der
Förderkapazität der Pumpe. Folglich ändert sich in dem
System gemäß der '592 Veröffentlichung die Förderkapazität
der Kraftstoffversorgungspumpe, wenn sich die
Ventilsteuerzeiten der Brennkraftmaschine ändern, wenn die
Ausschubperiode der Pumpe festgelegt ist.
Dieses Problem ist im Detail in Fig. 5 gezeigt.
In Fig. 5 repräsentiert die vertikale Achse den Nockenhub
des Antriebsnockens der Pumpe und die horizontale Achse
repräsentiert den Kurbelwinkel. Die Kurve I in Fig. 5 zeigt
die Veränderung des Nockenhubs des Antriebsnockens, wenn
die Drehphase der Nockenwelle auf einen Wert gesetzt ist,
bei welchem die Ventilsteuerzeiten am meisten nacheilen,
und die Kurve II zeigt das gleiche, wenn die Drehphase der
Nockenwelle auf einen Wert gesetzt ist, bei welchem die
Ventilsteuerzeiten des Motors am meisten voreilen. Wie aus
Fig. 5 zu sehen ist, bewegt sich die Nockenhubkurve des
Antriebsnockens in der Richtung, in welche der Kurbelwinkel
voreilt, wenn die Ventilsteuerzeiten des Motors voreilen.
Wenn in diesem Fall der Beginn und das Ende der
Ausschubperiode (durch Kurbelwinkel ausgedrückt) festgelegt
sind, d. h. wenn die Ausschubperiode bei DP1 in Fig. 5
festgelegt ist, verändert sich der wirksame Förderhub D1
des Pumpenkolbens, wenn die Ventilsteuerzeiten am meisten
nacheilen, nach D2, wenn die Ventilsteuerzeiten am meisten
voreilen. Dies bedeutet, dass die Förderkapazität der Pumpe
nicht präzise gesteuert werden kann, wenn sich die
Ventilsteuerzeiten des Motors ändern, wenn der
Pumpenausschub gesteuert wird, d. h. wenn der Beginn und das
Ende der Ausschubperiode auf eine Weise festgelegt sind,
die gleich der eines Motors mit festen Ventilsteuerzeiten
ist. In diesem Fall können, weil ein Überschuss oder eine
Verknappung der Kraftstofförderkapazität relativ zu der
Sollförderkapazität auftreten, Schwierigkeiten, wie eine
Abweichung des tatsächlichen Verteilerleistendrucks von dem
Sollwert und ein Anstieg des Motorleistungsverlusts durch
übermäßige Arbeit der Kraftstoffpumpe auftreten.
Angesichts der zuvor beschriebenen Schwierigkeiten im
verwandten Stand der Technik ist es Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein
Kraftstoffpumpensteuerungssystem für eine
Brennkraftmaschine zu schaffen, das präzise die
Förderkapazität einer Kraftstoffpumpe steuern kann, wenn
eine Verdrängerpumpe, die durch die Nockenwelle des Motors
angetrieben ist, auf einen Motor angewandt wird, der mit
einer variablen Ventilzeitsteuerungseinrichtung ausgerüstet
ist.
Die oben genannte Aufgabe wird mit einem
Kraftstoffpumpensteuerungssystem für eine
Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst.
Der Motor ist mit einer variablen
Ventilzeiteinstelleinrichtung zum Einstellen der
Ventilsteuerzeiten des Motors auf eine Sollventilsteuerzeit
versehen, die durch den Betriebszustand des Motors bestimmt
ist, indem eine Drehphase der Nockenwelle des Motors
verändert wird. Das Kraftstoffpumpensteuerungssystem
umfasst eine Förderkapazitätssteuereinrichtung zur
Steuerung der Förderkapazität einer
Verdrängerkraftstoffpumpe, welche synchron mit der Drehung
der Nockenwelle des Motors arbeitet, auf eine vorbestimmte
Sollförderkapazität und die
Förderkapazitätsteuerungseinrichtung steuert die
Förderkapazität der Kraftstoffpumpe auf die vorbestimmte
Sollförderkapazität, indem der Zeitpunkt von mindestens
einem von dem Beginn und dem Ende eines wirksamen
Förderhubs der Pumpe in Übereinstimmung mit der Veränderung
der Ventilsteuerzeiten des Motors verändert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird mindestens einer von
dem Startzeitpunkt und dem Endzeitpunkt des wirksamen
Förderhubs der Pumpe (d. h. Kurbelwinkel, bei denen der
wirksame Förderhub der Pumpe beginnt und endet) in
Übereinstimmung mit der Änderung der Ventilsteuerzeiten des
Motors, d. h. in Übereinstimmung mit der Veränderung der
Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle
verändert. Folglich wird es möglich, die Länge des
wirksamen Förderhubs der Pumpe derart zu steuern, dass die
Pumpenförderkapazität auf der Sollförderkapazität gehalten
wird, unabhängig von der Veränderung der Drehphase der
Nockenwelle.
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgend
ausgeführten Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen:
Fig. 1 eine allgemeine Konfiguration eines
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn
es auf einen Kraftfahrzeugmotor angewandt ist, der mit
einer Verteilerleiste und einer variablen
Ventilzeitsteuerungseinrichtung versehen ist;
Fig. 2A, 2B und 2C schematisch das Verfahren zur
Steuerung der Förderkapazität der
Hochdruckkraftstoffversorgungspumpe in Fig. 1 zeigen;
Fig. 3 ein Flussdiagramm ist, welches einen
Steuerungsvorgang der Pumpenförderkapazität auf der Basis
der geschätzten Veränderung der Ventilsteuerzeiten des
Motors zeigt;
Fig. 4 ein Zeitdiagramm ist, das den Steuerungsvorgang
in Fig. 3 erläutert; und
Fig. 5 ein Diagramm ist, das eine Veränderung der
Pumpenförderkapazität infolge der Veränderung der
Ventilsteuerzeiten des Motors zeigt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des
Kraftstoffpumpensteuerungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 5 erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch die allgemeine Konfiguration eines
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wenn sie
auf einen Kraftfahrzeugmotor angewandt ist.
In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 10 insgesamt eine
Brennkraftmaschine. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein
Vierzylinder-Ottomotor als der Motor 10 verwendet.
Bezugszeichen 1 in Fig. 1 zeigt Kraftstoffeinspritzventile,
welche Kraftstoff direkt in den jeweiligen Zylinder des
Motors 10 einspritzen. Die Kraftstoffeinspritzventile 1
sind mit einem gemeinsamen Speicher (einer gemeinsamen
Verteilerleiste) 3 verbunden. Die Verteilerleiste 3 dient
als ein Speicher zur Speicherung bedruckten Kraftstoffs,
der von einer Hochdruckkraftstoffpumpe 5 zugeführt ist, die
später erläutert wird, und zur Verteilung des
Hochdruckkraftstoffs auf die jeweiligen
Kraftstoffeinspritzventile 1. In Fig. 1 bezeichnet
Bezugszeichen 7 einen Kraftstofftank zur Speicherung von
Kraftstoff für den Motor 10, Bezugszeichen 9 bezeichnet
eine Niederdruckkraftstofförderpumpe zur Förderung von
Kraftstoff zu der Hochdruckkraftstoffpumpe 5. Während des
Betriebs des Motors wird Kraftstoff in dem Kraftstofftank 7
auf einen vorbestimmten relativ niedrigen Druck durch die
Niederdruckkraftstofförderpumpe 9 bedruckt und wird der
Hochdruckkraftstoffpumpe 5 durch eine
Niederdruckkraftstoffleitung 13 und ein darin angeordnetes
Rückschlagventil 13a zugeführt. Der Kraftstoff wird durch
die Hochdruckkraftstoffpumpe 9 weiter bedruckt und der
Verteilerleiste 3 über ein Rückschlagventil 15 und eine
Hochdruckkraftstoffleitung 17 zugeführt und von der
Verteilerleiste 3 wird Kraftstoff den
Kraftstoffeinspritzventilen 1 zugeführt und in die
jeweiligen Zylinder des Motors 10 eingespritzt.
Bezugszeichen 19 ist eine Überlaufleitung und 19a ist ein
darin angeordnetes Rückschlagventil. Die Überlaufleitung 19
führt den von einem Ansaugventil 5a der
Hochdruckkraftstoffpumpe 5 während des Förderhubs des
Kolbens der Pumpe 5 abgegebenen Kraftstoff zurück, wie
später beschrieben wird. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 5 und
das Ansaugventil 5a werden später genauer beschrieben.
Bezugszeichen 20 in Fig. 1 ist eine elektronische
Steuerungseinheit (ECU) 20 des Motors zur Steuerung des
Motors 10. Die ECU 20 in diesem Ausführungsbeispiel ist ein
Mikrocomputer von bekannter Konstruktion mit einem Nur-
Lese-Speicher (ROM), einem Lese-Schreibspeicher (RAM),
einem Mikroprozessor (CPU) und Eingabe- und
Ausgabeanschlüssen, die alle miteinander durch einen
bidirektionalen Bus verbunden sind. Die ECU 20 in diesem
Ausführungsbeispiel dient als eine
Förderkapazitätsteuerungseinrichtung und steuert den
Kraftstoffdruck in der Verteilerleiste 3 auf einen
Verteilerleistensolldruck, der als eine Funktion der
Motorbelastung und Geschwindigkeit bestimmt ist. Wie später
beschrieben wird, steuert die ECU 20 die Menge des von der
Pumpe 5 zu der Verteilerleiste zugeführten Kraftstoffs in
Übereinstimmung mit der Motorbelastung, Geschwindigkeit und
Verteilerleistendruck, indem der Öffnung-/Schließvorgang
des Ansaugventils 5a der Pumpe eingestellt wird. Durch die
Funktion der ECU 20 als die
Förderkapazitätsteuerungseinrichtung wird die Einspritzrate
der Kraftstoffeinspritzventile in Übereinstimmung mit den
Motorbetriebszuständen, wie die Motorbelastung und die
Motordrehzahl eingestellt. Ferner führt die ECU 20 eine
Kraftstoffeinspritzsteuerung aus, in welcher die Zeitpunkte
des Öffnens und Schließens des Kraftstoffeinspritzventils 1
gesteuert sind, um die Kraftstoffeinspritzmenge und den
Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in Übereinstimmung mit dem
Betriebszustand des Motors einzustellen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Motor 10 mit einer
variablen Ventilzeitsteuerungseinrichtung 30 ausgerüstet.
Die variable Ventilzeitsteuerungseinrichtung 30 verändert
die Ventilsteuerzeiten des Motors, d. h. die Zeitpunkte des
Öffnens und Schließens von Einlassventilen oder
Auslassventilen oder beiden in Übereinstimmung mit dem
Betriebszustand des Motors. Eine bekannte variable
Ventilzeitsteuerungseinrichtung, welche die
Ventilsteuerzeiten durch Veränderung der Phase der Drehung
der Nockenwelle relativ zu der Drehung der Kurbelwelle
verändert, ist als die variable
Ventilzeitsteuerungseinrichtung 30 in diesem
Ausführungsbeispiel verwendet.
Die Nockenwelle ist durch die Kurbelwelle angetrieben und
dreht synchron mit der Kurbelwelle. In einem herkömmlichen
Motor sind, weil die Drehphase der Nockenwelle bezüglich
der Kurbelwelle festgelegt ist, die Ventilsteuerzeiten der
Einlass- und Auslassventile (Kurbelwinkel, bei denen die
Ventile Öffnen und schließen) festgelegt. Jedoch verändert
die variable Ventilzeitsteuerungseinrichtung 30 in diesem
Ausführungsbeispiel die Ventilsteuerzeiten, indem die
Drehphase der Nockenwelle bezüglich der der Kurbelwelle
verändert wird, während die Nockenwelle gleichzeitig mit
der Kurbelwelle während des Motorbetriebs dreht. Wenn
beispielsweise die Drehphase der Nockenwelle bezüglich der
Kurbelwelle voreilt, eilen die Öffnungs- und
Schließzeitpunkte von sowohl Einlass- als auch
Auslassventilen ebenfalls vor. Wenn die Drehphase der
Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle nacheilt, eilen die
Öffnungs- und Schließzeitpunkte beider Ventile ebenfalls
nach.
Um die verschiedenen oben erläuternden Steuerungen
auszuführen, wird ein Spannungssignal, das dem
Kraftstoffdruck in der Verteilerleiste 3 entspricht, dem
Eingabeanschluss der ECU 20 über einen A/D Wandler 34 von
einem Kraftstoffdrucksensor 31 zugeführt, der in der
Verteilerleiste 3 angeordnet ist. Das Kraftstoffdrucksignal
wird als ein Parameter verwendet, der den Betriebszustand
der Hochdruckkraftstoffpumpe 5 wiedergibt. Ferner wird ein
Signal, das dem Niederdrückbetrag eines Beschleunigerpedals
(eine Beschleunigeröffnung) des Motors entspricht,
ebenfalls dem Eingabeanschluss der ECU 20 über den A/D
Wandler 34 von einem Beschleunigersensor 35 zugeführt, der
in der Nähe des Beschleunigerpedals (nicht gezeigt)
angeordnet ist. Das Beschleunigeröffnungssignal wird als
Parameter verwendet, der die Motorbelastung wiedergibt. Als
der Motorbelastungsparameter können andere Parameter, wie
die Einlassluftmenge oder ein Einlassluftdruck des Motors
anstelle der Beschleunigeröffnung verwendet werden.
Ein Kurbelwinkelsensor 37 ist in der Nähe der Kurbelwelle
des Motors 10 angeordnet. Der Kurbelwinkelsensor erzeugt
ein Referenzkurbelwellenstellungssignal, jedes Mal, wenn
die Kurbelwelle eine bestimmte Referenzstellung
(beispielsweise einen oberen Todpunkt des ersten Zylinders
des Motors) während ihrer Drehung erreicht und erzeugt ein
Kurbeldrehwinkelsignal bei jedem vorbestimmten Drehwinkel
der Kurbelwelle (beispielsweise 15° Kurbelwinkel). Das
Referenzkurbelwellenstellungssignal und das
Kurbeldrehwinkelsignal werden dem Eingabeanschluss der ECU
20 zugeführt und zur Berechnung der Motordrehzahl und zur
Bestimmung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte des
Ansaugventils 5a der Hochdruckkraftstoffpumpe 5 verwendet.
Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel ein
Ventilsteuerzeitensensor 38, der ein
Referenznockenwellenstellungssignal erzeugt, jedes Mal,
wenn die Nockenwelle während ihrer Drehung eine
vorbestimmte Referenzstellung erreicht, in der Nähe der
Nockenwelle des Motors 10 angeordnet. Das
Referenznockenwellenstellungssignal wird dem
Eingabeanschluss der ECU 20 zugeführt. Die ECU 20 berechnet
die Drehphase der Nockenwelle (d. h. die Ventilsteuerzeiten
des Motors 10) auf der Basis der Differenz zwischen dem
Referenznockenwellenstellungssignal von dem
Ventilsteuerzeitensensor 38 und dem
Referenzkurbelwellenstellungssignal von dem
Kurbelwinkelsensor 37.
Der Ausgabeanschluss der ECU 20 ist über einen
Treiberschaltkreis 40 mit den jeweiligen
Kraftstoffeinspritzventilen 1 verbunden, um die Öffnungs- und
Schließzeitpunkte (d. h. die Kraftstoffeinspritzmenge
und den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt) der
Kraftstoffeinspritzventile 1 zu steuern. Der
Ausgabeanschluss der ECU 20 ist ferner mit einem
Solenoidaktuator 51a des Ansaugventils 5a der
Hochdruckkraftstoffpumpe 5 über den Treiberschaltkreis 40
verbunden, um die Förderkapazität der Pumpe 5 zu steuern.
Zusätzlich dazu ist der Ausgabeanschluss der ECU 20 mit der
variablen Ventilzeitsteuerungseinrichtung 30 des Motors
verbunden, um die Ventilsteuerzeiten des Motors 10 in
Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand, wie die
Motorbelastung und die Drehzahl zu steuern.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die
Hochdruckkraftstoffpumpe 5 eine Kolbenpumpe, die mit einem
Kolben 5d versehen ist, der durch einen Antriebsnocken 5b
angetrieben ist, um innerhalb eines Zylinders 5c der Pumpe
5 zu reziprokieren. Der Antriebsnocken 5b ist an einem Ende
der Nockenwelle des Motors 10 ausgebildet. Wie zuvor
erläutert wurde, wird die Nockenwelle in diesem
Ausführungsbeispiel durch die Kurbelwelle des Motors
angetrieben und dreht gleichzeitig damit. Folglich arbeitet
die Hochdruckkraftstoffpumpe in diesem Ausführungsbeispiel
synchron mit der Drehung der Nockenwelle. Weil der
Antriebsnocken 5b in diesem Ausführungsbeispiel zwei
Nocken- oder Nasenabschnitte hat, gibt die
Hochdruckkraftstoffpumpe 5 bei jeder Umdrehung des
Antriebskolbens 5b zweimal Kraftstoff ab. Weil der
Antriebsnocken 5b und die Nockenwelle des Motors einmal je
zwei Umdrehungen der Kurbelwelle drehen, gibt die
Hochdruckkraftstoffpumpe 5 bei jeder Umdrehung der
Kurbelwelle einmal Kraftstoff ab.
Das Ansaugventil 5a, welches durch einen Solenoidaktuator
51a betätigt ist, ist an einem Einlassanschluss des
Zylinders 5c vorgesehen. Die ECU 20 steuert die
Förderkapazität der Pumpe 5, in dem der Zeitpunkt und die
Dauer für die Öffnung des Ansaugventils 5a während des
Förderhubs des Kolbens 5d verändert werden. Fig. 2A bis 2C
zeigen schematisch das Verfahren zur Steuerung der
Förderkapazität der Pumpe durch das Ansaugventil 5a. Fig.
2A zeigt die Pumpe 5, wenn der Kolben sich abwärts bewegt
(d. h. wenn die Pumpe 5 in einem Ansaughub ist). Fig. 2
zeigt die Pumpe 5, wenn der Kolben 5d durch den
Antriebsnocken 5b in aufwärtiger Richtung bewegt wird (d. h.
wenn die Pumpe 5 in dem Förderhub ist). Fig. 2C zeigt die
Pumpe 5, wenn sie in einem wirksamen Förderhub ist, in
welchem die Pumpe 5 tatsächlich Kraftstoff abgibt.
Wie aus Fig. 2A und 2B zu sehen ist, entregt die ECU 20 den
Solenoidaktuator 51a während des Ansaughubs und einer
vorbestimmten Zeitspanne nach dem Beginn des Förderhubs der
Pumpe. Wenn der Solenoidaktuator 51a entregt ist, wird der
Ventilkörper 53a des Ansaugventils 5a in der
Öffnungsstellung gehalten, in dem er durch die Feder 55a
vorgespannt ist. Folglich fließt in dem Ansaughub (Fig. 2A)
Kraftstoff in den Zylinder 5c von der Niederdruckleitung
13, wenn sich der Kolben 5d in abwärtiger Richtung bewegt.
Weil ferner das Ansaugventil 5a in seiner offenen Stellung
zu Beginn des Förderhubs (Fig. 2B) gehalten wird, wird
Kraftstoff durch das Ansaugventil 5a zurück in die
Niederdrückleitung 13 abgegeben und kehrt durch die
Überlaufleitung 19 und das Rückschlagventil 19a (Fig. 1) in
den Kraftstofftank 7 zurück, wenn sich der Kolben 5d zu
Beginn des Förderhubs in aufwärtiger Richtung bewegt.
Folglich steigt, auch wenn der Förderhub der Pumpe beginnt,
der Druck des Kraftstoffs in dem Zylinder 5c nicht an und
es wird kein Kraftstoff von der Pumpe 5 in die
Hochdruckleitung 17 abgegeben, solange das Ansaugventil 5a
in der offenen Stellung gehalten wird. Wenn eine
vorbestimmte Zeitspanne nach dem Beginn des Förderhubs
verstrichen ist, erregt die ECU 20 den Solenoidaktuator 51a
des Ansaugventils 5a. Dies veranlasst den Solenoidaktuator
51a den Ventilkörper 53a gegen die Vorspannkraft der Feder
55a zu bewegen und dadurch bewegt sich der Ventilkörper 53a
in seine Schließstellung (Fig. 2C). Wenn das Ansaugventil
5a während des Förderhubs der Pumpe 5 schließt, steigt der
Druck in dem Zylinder infolge der Aufwärtsbewegung des
Kolbens 5d an und, wenn der Druck des Kraftstoffs in dem
Zylinder 5c größer wird als der Druck des Kraftstoffs in
der Verteilerleiste 3, öffnet das Rückschlagventil des
Zylinders 5c und der Kraftstoff in dem Zylinder 5c fließt
durch das Rückschlagventil 15 und die Hochdruckleitung 17
in die Verteilerleiste 3. Wenn der Solenoidaktuator 51a
während des Förderhubs der Pumpe 5 erregt wird, beginnt der
effektive Förderhub der Pumpe 5, in welchem Kraftstoff
tatsächlich von der Pumpe abgegeben wird. Wenn ferner eine
vorbestimmte Zeit nach dem Beginn des wirksamen Förderhubs
abgelaufen ist, entregt die ECU 20 den Solenoidaktuator 51a
erneut. Dies veranlasst den Ventilkörper 53a, der durch die
Feder 55 vorgespannt ist, sich in seine offene Stellung
(Fig. 2B) zu bewegen. Somit nimmt der Druck des Kraftstoffs
in dem Zylinder 5c ab, weil der Kraftstoff in dem Zylinder
5c durch das Ansaugventil 5a in den Kraftstofftank 7
zurückfließt, und der Ausschub von Kraftstoff in die
Hochdruckleitung 17 ist beendet. Der wirksame Förderhub der
Pumpe 5 endet, wenn der Solenoidaktuator 51a während des
Förderhubs der Pumpe 5 entregt wird.
Die Menge an Kraftstoff, die von der Pumpe 5 während diese
wirksamen Förderhubs (d. h. die Förderkapazität der Pumpe 5)
ist proportional zu dem Betrag der aufwärtigen Verlagerung
des Kolbens 5d während des wirksamen Förderhubs. Mit
anderen Worten, die Förderkapazität der Pumpe 5 ist
proportional zu der Menge der Veränderung des Nockenhubs
des Antriebsnockens 5b während des wirksamen Förderhubs.
Folglich kann die Förderkapazität der Pumpe 5 gesteuert
werden, indem der Öffnungs-/Schließzeitpunkt des
Ansaugventils 5a gesteuert wird (d. h.
Erregungs-/Entregungszeitpunkt) des Solenoidaktuators 51a).
In diesem Ausführungsbeispiel bestimmt die ECU 20 den
Verteilerleistensolldruck auf der Basis der Motorbelastung
und der Motordrehzahl unter Verwendung einer vorbestimmten
Beziehung, die in dem ROM gespeichert ist, und bestimmt
ferner eine Sollförderkapazität der
Hochdruckkraftstoffpumpe 5 auf der Basis des
Verteilerleistensolldrucks und des tatsächlichen
Verteilerleistendrucks, der durch den Kraftstoffdrucksensor
31 erfasst ist. Die Sollförderkapazität der Pumpe 5 ist die
Förderkapazität, die erforderlich ist, um den tatsächlichen
Verteilerleistendruck in Übereinstimmung mit dem
Verteilerleistensolldruck zu bringen. Nach der Bestimmung
der Sollförderkapazität der Pumpe 5 setzt die ECU 20 den
Schließ-/Öffnungszeitpunkt des Ansaugventils 5a
(Erregungs-/Entregungszeitpunkt des Solenoidaktuators 51a), so dass
die tatsächliche Förderkapazität der Pumpe die gleiche
wird, wie die berechnete Sollförderkapazität.
Wenn ein Motor mit festen Ventilsteuerzeiten verwendet
wird, in welchem die Drehphase der Nockenwelle relativ zu
der Kurbelwelle stets festgelegt ist, ist die
Förderkapazität der Pumpe 5 stets die gleiche, wenn die
Dauer des wirksamen Förderhubs der Pumpe festgelegt ist,
d. h. wenn der Öffnungszeitpunkt des Ansaugventils (der
Kurbelwinkel, bei dem das Ansaugventil öffnet) und der
Schließzeitpunkt des Ansaugventils (der Kurbelwinkel, bei
dem das Ansaugventil schließt) festgelegt sind. Jedoch
ändert sich in einem Motor mit variablen Ventilsteuerzeiten
(d. h. ein Motor, der mit einer variablen
Ventilzeitsteuerungsvorrichtung ausgerüstet ist) die
Förderkapazität der Pumpe, wenn sich die Ventilsteuerzeiten
des Motors ändern, wenn der wirksame Förderhub festgelegt
ist, wie in Fig. 5 erläutert ist.
Die ECU 20 in diesem Ausführungsbeispiel stellt den Punkt,
an dem der wirksame Förderhub beginnt und die Länge davon
in Übereinstimmung mit den Ventilsteuerzeiten des Motors 10
ein, so dass die tatsächliche Förderkapazität mit der
berechneten Sollförderkapazität übereinstimmt.
Wie oben erläutert wurde, ist die Förderkapazität der
Hochdruckkraftstoffpumpe 5 durch den Betrag der Verlagerung
das Kolbens 5d während des wirksamen Förderhubs der Pumpe
bestimmt. Mit anderen Worten, die Förderkapazität der Pumpe
5 ist durch die Differenz zwischen dem Nockenhub des
Antriebsnockens 5b zu Beginn des wirksamen Förderhubs (d. h.
zu dem Zeitpunkt, wenn das Ansaugventil 5a schließt) und
dem Ende des wirksamen Förderhubs (d. h. der Zeitpunkt, wenn
das Ansaugventil öffnet) bestimmt. Folglich kann die
Förderkapazität der Pumpe 5 unverändert erhalten werden,
indem, wie beispielsweise durch die Kurven I und II in Fig.
5 gezeigt ist, die wirksame Förderhubdauer derart
eingestellt wird, dass die Veränderung des Nockenhubs des
Antriebsnockens 5b gleich wird (beispielsweise D1 in Fig.
5), auch wenn sich die Ventilsteuerzeiten ändern. Wenn
gemäß Fig. 5 die wirksame Förderhubdauer auf die Dauer
gesetzt ist, die durch DP2 gezeigt ist, kann die
Veränderung des Nockenhubs während des wirksamen Förderhubs
und dadurch der Förderhub der Pumpe 5 auf dem gleichen Wert
gehalten werden, auch wenn die Ventilsteuerzeiten des
Motors von Kurve I zu Kurve II vorgestellt werden. Wie in
Fig. 5 gezeigt ist, beginnt der wirksame Förderhub bei
einem Kurbelwinkel VC1 und endet an einem Kurbelwinkel VO1,
wenn die Ventilsteuerzeiten die durch die Kurve I in Fig. 1
gezeigten sind (die am meisten nacheilende
Ventilsteuerzeit). Wenn die Ventilsteuerzeiten von Kurve I
zu Kurve II voreilend verstellt werden (die am meisten
voreilende Ventilsteuerzeiten), wenn der wirksame Förderhub
derart gesetzt ist, dass er bei einem Kurbelwinkel VC2
beginnt und bei einem Kurbelwinkel VO2 endet, werden die
Beträge des Nockenhubs zu Beginn und am Ende des wirksamen
Förderhubs sowie die Differenz D1 dazwischen auf einem
gleichen Wert gehalten.
In diesem Ausführungsbeispiel berechnet, nach der
Berechnung der Sollförderkapazität der Pumpe 5, die ECU 20
den erforderlichen Schließ-/Öffnungszeitpunkt (d. h.
Kurbelwinkel VC1 und VO1 des Ansaugventils 5a, wenn die
Ventilsteuerzeiten des Motors 10 in einem Referenzzustand
sind (beispielsweise die am meisten nacheilende Steuerzeit,
die durch die Kurve I in Fig. 5 gezeigt ist). Dann
berechnet die ECU 20 den tatsächlichen
Schließ-/Öffnungszeitpunkt des Ansaugventils (beispielsweise VC2
und VO2) bei den derzeitigen Ventilsteuerzeiten
(beispielsweise Kurve II in Fig. 5), der erforderlich ist,
um die Beträge der Nockenhübe zu erhalten, die gleich denen
bei VC1 und VO1 bei den Referenzventilsteuerzeiten (Kurve
I) sind. Die ECU 20 setzt die Dauer des wirksamen
Förderhubs, so dass die Drehstellungen des Antriebsnockens
5b zu Beginn und am Ende des wirksamen Förderhubs bei den
derzeitigen Ventilsteuerzeiten die gleichen werden, wie
jene bei den Referenzventilsteuerzeiten.
In dem Übergangszustand, d. h. wenn sich die
Ventilsteuerzeiten ändern, ist es jedoch schwierig, die
tatsächlichen Schließ-/Öffnungszeitpunkte VC2 und VO2 des
Ansaugventils 5a zu bestimmen. Wenn sich beispielsweise die
Ventilsteuerzeiten von der am meisten nacheilenden
Zeitsteuerung (die Kurve I in Fig. 5) zu der am meisten
voreilenden Zeitsteuerung (die Kurve II in Fig. 5) ändern,
schaltet die Nockenhubkurve nicht sofort von der Kurve I
auf die Kurve II. Bei dem tatsächlichen Betrieb des Motors
ändern sich, weil die Betätigungsgeschwindigkeit der
variablen Ventilzeitsteuerungseinrichtung begrenzt ist, die
Ventilsteuerzeiten von der am meisten verzögerten
Zeitsteuerung (Kurve I) zu der am meisten voreilenden
Zeitsteuerung (Kurve II) mit relativ niedriger
Geschwindigkeit. In diesem Fall ändert sich, während der
Übergangsperiode von der Kurve I auf die Kurve II der
tatsächliche Nockenhub des Antriebsnockens 5b entlang einer
Übergangskurve, die durch die Kurve III in Fig. 5
angedeutet ist. Umgekehrt ändert sich, wenn die
Ventilsteuerzeiten sich von der am meisten voreilenden
Zeitsteuerung (Kurve II) zu der am meisten nacheilenden
Zeitsteuerung (Kurve I) in Fig. 5 ändern, der tatsächliche
Nockenhub des Antriebsnockens 5b entlang einer anderen
Übergangskurve, die durch IV in Fig. 5 angedeutet ist. Um
die Förderkapazität während der Übergangsperiode, in
welcher sich die Ventilsteuerzeiten ändern, einzustellen,
ist es erforderlich, die Kurbelwinkel (die Drehphase des
Antriebsnockens 5b) zu bestimmen, bei denen die Beträge der
Nockenhübe des Antriebsnockens 5b tatsächlich die gleichen
werden, wie jene bei VC1 und VO1 bei den
Referenzventilsteuerzeiten. Beispielsweise sind die
erforderlichen Zeitpunkte des Schließens/Öffnens des
Ansaugventils während der Übergangsbedingung VC3 und VO3,
wenn sich die Ventilsteuerzeiten von Kurve I (die am
meisten nacheilende Zeitsteuerung) zu Kurve II (die am
meisten voreilende Zeitsteuerung) ändern, und sind VC4 und
VO4, wenn sich die Ventilsteuerzeiten von Kurve II zu Kurve
I ändern. Ferner zeigen die Nockenhubkurven III und IV
lediglich den Übergang zwischen den am meisten nacheilenden
Ventilsteuerzeiten (Kurve I) und den am meisten voreilenden
Ventilsteuerzeiten (Kurve II). Folglich müssen in dem
Übergangszustand zwischen Ventilsteuerzeiten, die von den
am meisten nacheilenden und am meisten voreilenden
Ventilsteuerzeiten abweichen, andere Übergangskurven
verwendet werden, um die tatsächlichen
Schließ-/Öffnungszeitpunkte des Ansaugventils 5a zu bestimmen. Weil
ferner die tatsächlichen Schließ-/Öffnungszeitpunkte des
Ansaugventils 5a gleichzeitig mit der Bestimmung der
Sollförderkapazität der Pumpe bestimmt werden müssen,
müssen die Schließ-/Öffnungszeitpunkte des Ansaugventils 5a
bestimmt werden, bevor der wirksame Förderhub beginnt.
Bei der Berechnung der Förderkapazität der Pumpe schätzt
die ECU 20 in diesem Ausführungsbeispiel folglich die
zukünftigen Ventilsteuerzeiten, wenn das Ansaugventil
tatsächlich schließt und öffnet, und bestimmt die genauen
Schließ-/Öffnungszeitpunkt des Ansaugventils 5a auf der
Basis der geschätzten Ventilsteuerzeiten und der
berechneten Sollförderkapazität der Pumpe.
Das Verfahren zur Bestimmung der
Schließ-/Öffnungszeitpunkte des Ansaugventils (d. h. das Verfahren
zur Steuerung der Förderkapazität der Pumpe 5 wird unter
Bezugnahme auf das Flussdiagramm in Fig. 3 und das
Zeitdiagramm in Fig. 4 erläutert.
Fig. 4 ist ein dem in Fig. 5 gleichendes Diagramm, welches
die Nockenhubkurve des Antriebsnockens 5b der Pumpe 5
zeigt. Die horizontale Achse in Fig. 4 repräsentiert den
Kurbelwinkel und die vertikale Achse repräsentiert den
Betrag des Nockenhubs des Antriebsnockens 5b. Die Kurve I
in Fig. 4 repräsentiert die Nockenhubkurve des
Antriebsnockens 5b, wenn die Ventilsteuerzeiten am meisten
nacheilen und die Kurve V repräsentiert eine beispielhafte
Nockenhubkurve des Antriebsnockens 5b während eines
Übergangs, wenn sich die Ventilsteuerzeiten von einen
Ventilsteuerzeiten zu anderen Ventilsteuerzeiten ändern.
Der Kurbelwinkel (die horizontale Achse) in Fig. 4 ist
durch den Kurbelwinkel bezüglich der Referenzkurbelstellung
TDC (beispielsweise der obere Todpunkt des ersten
Zylinders). Der Kurbelwinkel in Fig. 4 ist als BTDC Wert
(Wert vor QT) ausgedrückt und die Steuerzeiten eilen vor,
wenn der Wert für den Kurbelwinkel größer wird.
Gemäß Fig. 4 ist, wie später erläutert wird, der wirksame
Förderhub der Pumpe 5 auf die Periode zwischen den
Kurbelwinkeln von VC5 bis VO5 gesetzt. Diese wirksame
Förderhubdauer ist viel eher bestimmt, als wenn der
Förderhub der Pumpe tatsächlich beginnt (beispielsweise in
Fig. 4 ist die wirksame Förderhubdauer bei einem
Kurbelwinkel QT in Fig. 4 bestimmt und QT beträgt etwa 350°
BTDC). Um die wirksame Förderhubdauer bei dem Kurbelwinkel
QT zu bestimmen, wird eine Abschätzung der
Ventilsteuerzeiten bei VLT ausgeführt und passiert früher
als QT.
Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das den tatsächlichen Betrieb
erläutert, um den tatsächlichen Förderhub der Pumpe gemäß
dem Ausführungsbeispiel zu bestimmen. Der Vorgang in Fig. 3
wird durch eine Routine ausgeführt, die durch die ECU 20
bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel ausgeführt wird.
Gemäß Fig. 3 bestimmt die ECU 20 in Schritt 301, ob die
Abschätzung der Ventilsteuerzeiten ausgeführt werden
sollte, d. h. ob der derzeitige Kurbelwinkel CA gleich VLT
in Fig. 4 ist (in diesem Ausführungsbeispiel ist VLT auf
etwa 420° BTDC gesetzt). Wenn dies der Zeitpunkt zur
Abschätzung der Ventilsteuerzeiten in Schritt 301 ist, wird
der geschätzte Betrag dlvvt der Änderung der
Ventilsteuerzeiten, wenn die Kurbelwelle um 360° von dem
derzeitigen Kurbelwinkel dreht, im Schritt 303 durch
dlvvt = (VT - VTi-1) + VTT - VT)
berechnet. VT in der Formel ist ein Wert der derzeitigen
Ventilsteuerzeiten und VTi-1 ist ein Wert der
Ventilsteuerzeiten bei 360° Kurbelwinkel zuvor. VTT ist ein
derzeitiger Wert für die Sollventilsteuerzeiten. Die obige
Formel ist experimentell erhalten. Es wurde durch
Experiment gefunden, dass der Betrag der Änderung dlvvt der
Ventilsteuerzeiten während einer 360° Drehung der
Kurbelwelle von der derzeitigen Stellung etwa gleich dem
Wert ist, der erhalten wird, indem der Betrag der
Abweichung (VTT - VT) der derzeitigen Ventilsteuerzeiten
von den Sollventilsteuerzeiten zu dem Betrag der Änderung
(VT - VTi-1) der Ventilsteuerzeiten während der letzten 360°
Drehung der Kurbelwelle addiert wird. VTT und VT in der
obigen Formel sind durch den Betrag der Voreilung der
Ventilsteuerzeiten von den am meisten nacheilenden
Ventilsteuerzeiten ausgedrückt und folglich wird VT zu
Null, wenn die derzeitigen Ventilsteuerzeiten am meisten
nacheilen.
Als nächstes wird in Schritt 305 der Wert des geschätzten
Betrags der Änderung dlvvt durch einen Maximalwert α (wenn
die Ventilsteuerzeiten voreilen) und einen Minimalwert β
(wenn die Ventilsteuerzeiten nacheilen) begrenzt. Wenn
dlvvt größer als α oder kleiner als β ist, wird der Wert
von dlvvt auf α (beispielsweise α ≅ 5°) oder β (β ≅ 10°)
gesetzt. Der Maximalwert α und der Minimalwert β
entsprechen der maximalen Betätigungsgeschwindigkeit der
variablen Ventilzeitsteuerungsvorrichtung 30 während des
Ventilsteuerzeitenvoreilungsvorgangs bzw. des
Ventilsteuerzeitennacheilungsvorgangs.
Nach der Berechnung des geschätzten Betrags dlvvt der
Änderung in den Ventilsteuerzeiten wird in Schritt 307
bestimmt, ob der derzeitige Kurbelwinkel CA den
Kurbelwinkel QT erreicht, bei dem die
Schließ-/Öffnungszeitpunkte des Ansaugventils 5a der Pumpe 5
bestimmt werden sollten, und wenn CA = QT, werden die
Schließ-/Öffnungszeitpunkte des Ansaugventils 5a durch
Schritte 309 bis 319 berechnet.
In Schritt 309 wird ein Basisöffnungszeitpunkt
(Kurbelwinkel) afpoffs des Ansaugventils 5a in
Übereinstimmung mit der Sollförderkapazität und der
Motordrehzahl (d. h. Laufgeschwindigkeit der Pumpe 5)
berechnet. Der Basisventilöffnungszeitpunkt afpoffs ist ein
Öffnungszeitpunkt des Ansaugventils 5a (d. h. ein
Kurbelwinkel, bei dem der Solenoidaktuator 51a entregt
wird), der geeignet ist, die Sollförderkapazität zu
erhalten, wenn die Ventilsteuerzeiten am meisten nacheilen
(Fig. 4). Der Basisventilöffnungszeitpunkt afpoffs wurde
zuvor durch ein Experiment ermittelt, in welchem ein
passender Ventilöffnungszeitpunkt zum Erhalt der
Sollförderkapazität unter verschiedenen Kombinationen von
Motordrehzahl und Verteilerleistendruck bestimmt ist,
während die Ventilsteuerzeiten auf den am meisten
nacheilenden Zeitpunkten gehalten wurden. Die erhaltenen
Werte für afpoffs sind in dem ROM der ECU 20 in Form eines
nummerischen Kennfelds gespeichert, das die
Sollförderkapazität, die Motordrehzahl und den
Verteilerleistendruck als Parameter verwendet.
In Schritt 311 ist eine Basisschließperiode awonbs des
Ansaugventils 5a (d. h. die Periode zum Erregen des
Solenoidaktuators 51a) bestimmt, die erforderlich ist, um
die Sollförderkapazität in dem Referenzzustand (d. h. wenn
die Ventilsteuerzeiten am meisten nacheilen, siehe Fig. 4)
zu erhalten. Gleich den Werten für afpoffs wurden die Werte
von awonbs experimentell bestimmt und sind in dem ROM der
ECU 20 in Form eines nummerischen Kennfelds gespeichert,
das die Sollförderkapazität, die Motordrehzahl und den
Verteilerleistendruck als Parameter verwendet.
Ferner wird in Schritt 313 ein Basisventilschließzeitpunkt
(ein Kurbelwinkel, bei dem der Solenoidaktuator 51a erregt
wird) afpons in dem Referenzzustand (am meisten verzögerte
Ventilsteuerzeiten) aus dem Basisventilöffnungszeitpunkt
afpoffs und der Basisventilschließperiode awonbs durch
afpons = afpoffs + awonbs - aoffset
berechnet.
aoffset ist der Betrag des Versatzes des Nockenanlaufs des
Antriebsnockens 51b von der Referenzposition der
Nockenwelle. Der Schließzeitpunkt afpons und der
Öffnungszeitpunkt afpoffs, die in den Schritten 309 und 313
berechnet sind, sind die Schließ-/Öffnungszeitpunkte des
Ansaugventils 5a, die erforderlich sind, um die
Sollförderkapazität der Pumpe 5 in dem
Referenzventilsteuerzeitenzustand (der am meisten
nacheilende Ventilsteuerzeitenzustand) zu erhalten.
Folglich ist es in von dem
Referenzventilsteuerzeitenzustand abweichenden
Ventilsteuerzeitenzuständen erforderlich, den
Schließzeitpunkt afpons und den Öffnungszeitpunkt afpoffs
des Ansaugventils in Übereinstimmung mit den tatsächlichen
Ventilsteuerzeiten zu korrigieren. Obwohl der
Basisventilschließzeitpunkt afpons von dem
Basisventilöffnungszeitpunkt afpoffs in der obigen
Berechnung bestimmt ist, wird in der folgenden Berechnung
der Ventilschließzeitpunkt von dem Ventilöffnungszeitpunkt
bestimmt, um die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des
Ansaugventils in Übereinstimmung mit den Ventilsteuerzeiten
einzustellen.
Zu diesem Zweck wird ein provisorischer
Ventilschließzeitpunkt afponb bei den derzeitigen
Ventilsteuerzeiten in Schritt 315 berechnet. Der
provisorische Ventilschließzeitpunkt afponb ist ein
Kurbelwinkel, bei welchem der Betrag des Nockenhubs des
Antriebsnockens der gleiche wird, wie der des
Basisventilschließzeitpunkts afpons. Der provisorische
Ventilschließzeitpunkt afponb ist durch
afponb = afpons + VT
berechnet.
Ferner wird in Schritt 317 ein Korrekturbetrag kaon für die
Korrektur des provisorischen Ventilschließzeitpunkts afponb
in Übereinstimmung mit dem geschätzten Betrag dlvvt der
Änderung der Ventilsteuerzeiten durch
kaon = (dlvvt/360) × (QT + kacal - afponb)
berechnet.
Der erste Term der obigen Formel repräsentiert den
Änderungsbetrag der Ventilsteuerzeiten je 1° Drehung der
Kurbelwelle und der zweite Term davon repräsentiert den
Drehwinkel der Kurbelwelle in der Periode von dem
Kurbelwinkel, bei dem die derzeitigen Ventilsteuerzeiten VT
erfasst werden (d. h. der Kurbelwinkel VLT) bis zu dem
berechneten provisorischen Ventilschließzeitpunkt afponb
(kacal ist ein Kurbelwinkel zwischen VLT und QT).
Der Betrag (QT + kacal - afponb) repräsentiert den
Drehwinkel der Kurbelwelle von dem Kurbelwinkel VLT zu dem
provisorischen Ventilschließzeitpunkt afponb, wenn
angenommen wird, dass die Ventilsteuerzeiten VT unverändert
sind. Jedoch ändern sich im tatsächlichen Betrieb die
Ventilsteuerzeiten auch während der Periode, in der die
Kurbelwelle von dem Kurbelwinkel VLT nach afponb dreht.
Folglich ist es, um den Betrag des Nockenhubs zu erhalten,
der gleich dem des provisorischen Ventilschließzeitpunkts
ist (d. h. der Betrag des Nockenhubs, der gleich dem von dem
Basisventilschließzeitpunkt afpons ist) erforderlich, den
Drehwinkel (QT + kacal - afponb) der Kurbelwelle auf der
Basis der Veränderung der Ventilsteuerzeiten in dieser
Periode der Kurbelwellendrehung zu korrigieren. Wenn
beispielsweise die Ventilsteuerzeiten um ΔVT während dieser
Periode voreilen, muss die Periode (QT + kacal - afponb) um
ΔVT verkürzt werden, um einen Betrag des Nockenhubs zu
erhalten, der gleich dem des Basisventilschließzeitpunkts
afpons ist. Wenn gleichermaßen die Ventilsteuerzeiten um ΔVT
während der Periode nacheilen, muss die Periode (QT + kacal - afponb)
um ΔVT verlängert werden. Weil sich die
Ventilsteuerzeiten nun mit der Rate (dlvvt/360) je 1°
Drehung der Kurbelwelle ändern, wird der Gesamtbetrag der
Änderung der Ventilsteuerzeiten während der Periode (QT + kacal - afponb)
kaon, der durch die obige Formel berechnet
ist. Mit anderen Worten, kaon ist der Betrag, der
erforderlich ist, um den provisorischen
Ventilschließzeitpunkt afponb zu korrigieren, so dass der
Betrag des Nockenhubs bei dem korrigierten
Ventilschließzeitpunkt der gleiche wird, wie der des
Basisventilschließzeitpunkts afpons, auch wenn sich die
Ventilsteuerzeiten ändern.
Gleich dem obigen muss, weil sich der
Basisventilöffnungszeitpunkt afpoffs ebenfalls in
Übereinstimmung mit der Änderung der Ventilsteuerzeiten
ändert, die Ventilschließperiode awonb in Übereinstimmung
mit den Ventilsteuerzeiten korrigiert werden. Folglich wird
in Schritt 317 der Korrekturbetrag kaonw für die
Basisventilschließperiode awonb auf die gleiche Weise wie
kaon berechnet, d. h. durch
kaonw = (dlvvt/360) × awonb
Schließlich werden in Schritt 319 der tatsächliche
Ventilschließzeitpunkt (der Kurbelwinkel, bei dem der
Solenoidaktuator 51a erregt wird) afpon und die
tatsächliche Ventilschließperiode (der Winkel der
Kurbelwellendrehung, während der der Solenoidaktuator
erregt gehalten wird) awon durch
afpon = afponb + kaon und
awon = awonb + kaonw
awon = awonb + kaonw
berechnet.
Wenn der Ventilschließzeitpunkt afpon und die
Ventilschließperiode awon in Schritt 319 berechnet sind,
wird der Solenoidaktuator 51a des Ansaugventils 5a auf der
Basis der berechneten Werte für afpon und awon durch einen
Ansaugventilsteuerungsvorgang, der separat durch die ECU 20
ausgeführt wird (nicht gezeigt), erregt und entregt. In dem
Ansaugventilsteuerungsvorgang beginnt die ECU 20 den
Solenoidaktuator 51a zu erregen, wenn der Kurbelwinkel
afpon erreicht und setzt die Erregung davon fort, bis sich
die Kurbelwelle um einen Winkel awon gedreht hat. Durch
diesen Ansaugventilbetrieb wird der Betrag der Änderung des
Nockenhubs des Antriebsnockens 51b der gleiche wie der in
dem Referenzventilsteuerzeitenzustand (D1 in Fig. 4), auch
wenn sich die Ventilsteuerzeiten ändern. Folglich wird die
tatsächliche Förderkapazität der Pumpe 5 stets die
Sollförderkapazität. Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel wird die Förderkapazität der
Hochdruckkraftstoffpumpe 5 stets auf die
Sollförderkapazität eingestellt, unabhängig von der
Änderung der Ventilsteuerzeiten des Motors.
In dem obigen Ausführungsbeispiel werden sowohl der
Ventilschließzeitpunkt (der Kurbelwinkel, bei dem der
Solenoidaktuator 51a erregt wird) als auch der
Ventilöffnungszeitpunkt (der Kurbelwinkel, bei dem der
Solenoidaktuator 51a entregt wird) in Übereinstimmung mit
den Ventilsteuerzeiten des Motors geändert. Wenn jedoch der
Betrag der Änderung des Nockenhubs des Antriebsnockens 5b
während des wirksamen Förderhubs der Pumpe 5 (die
Ventilschließperiode, d. h. die Periode während der der
Solenoidaktuator 51a erregt ist) auf dem gleichen Wert
gehalten wird, wird die Förderkapazität der Pumpe stets die
gleiche. Folglich können entweder der
Ventilschließzeitpunkt (d. h. der Beginn des wirksamen
Förderhubs) oder der Ventilöffnungszeitpunkt (d. h. das Ende
des wirksamen Förderhubs) festgelegt werden, wenn die Länge
des wirksamen Förderhubs (d. h. die Länge der Periode in
welcher der Solenoidaktuator 51a erregt gehalten wird) in
Übereinstimmung mit den Ventilsteuerzeiten eingestellt ist,
derart, dass der Betrag der Änderung des Nockenhubs des
Antriebsnockens 5b der gleiche wird, wie der in dem
Referenzventilsteuerzeitenzustand.
Obwohl ferner eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine in dem
obigen Ausführungsbeispiel verwendet ist, kann die
vorliegende Erfindung auf einen Motor angewandt werden, der
eine andere Anzahl von Zylindern hat. Zudem kann die
vorliegende Erfindung sowohl auf einen Dieselmotor als auch
auf einen Benzinmotor angewandt werden. Ferner kann die
vorliegende Erfindung gleichermaßen auf einen Motor
angewandt werden, der mit Einlassanschluss-
Kraftstoffeinspritzventilen ausgerüstet ist, die Kraftstoff
in die Einlassanschlüsse der jeweiligen Zylinder
einspritzen, als auch auf einen Motor angewandt werden, der
mit Kraftstoffdirekteinspritzungsventilen ausgerüstet ist,
welche Kraftstoff unmittelbar in die Zylinder einspritzen.
Das Kraftstoffpumpensteuerungssystem umfasst eine
elektronische Steuerungseinheit (ECU) zur Steuerung der
Förderkapazität einer Hochdruckkraftstoffkolbenpumpe,
welche durch einen Antriebsnocken angetrieben ist, der mit
der Nockenwelle eines Motors verbunden ist. Der Motor ist
mit einer variablen Ventilzeitsteuerungseinrichtung
versehen, um Ventilsteuerzeiten des Motors zu steuern,
indem die Drehphase der Nockenwelle relativ zu der
Kurbelwelle eingestellt wird. Die Pumpe ist mit einem
Ansaugventil versehen. Wenn sich die
Öffnungs-/Schließzeitpunkte des Ansaugventils ändern, ändert sich
der wirksame Förderhub der Pumpe und dadurch die
Förderkapazität der Pumpe. Die ECU schätzt die Änderung der
Ventilsteuerzeiten des Motors während des wirksamen
Förderhubs der Pumpe bevor der wirksame Förderhub beginnt,
und stellt die Öffnungs-/Schließzeitpunkte des
Ansaugventils in Übereinstimmung mit der geschätzten
Änderung der Ventilsteuerzeiten ein, so dass die
Förderkapazität der Pumpe eine Sollförderkapazität wird,
unabhängig von der Änderung der Ventilsteuerzeiten des
Motors.
Claims (3)
1. Ein Kraftstoffpumpensteuerungssystem für eine
Brennkraftmaschine, die mit einer variablen
Ventilsteuerzeiteneinstelleinrichtung zum Einstellen der
Ventilsteuerzeiten des Motors auf Sollventilsteuerzeiten
versehen ist, die durch den Betriebszustand des Motors
bestimmt sind, indem eine Drehphase der Nockenwelle des
Motors verändert wird, wobei
das Kraftstoffpumpensteuerungssystem eine Förderkapazitätsteuerungseinrichtung für die Steuerung der Förderkapazität einer Verdrängerkraftstoffpumpe, die synchron mit der Drehung der Nockenwelle des Motors arbeitet, auf eine vorbestimmte Sollförderkapazität umfasst, und wobei
die Förderkapazitätsteuerungseinrichtung die Förderkapazität der Kraftstoffpumpe auf die vorbestimmte Sollförderkapazität steuert, indem der Zeitpunkt von mindestens einem von einem Beginn und einem Ende eines wirksamen Förderhubs der Pumpe in Übereinstimmung mit der Änderung der Ventilsteuerzeiten des Motors geändert wird.
das Kraftstoffpumpensteuerungssystem eine Förderkapazitätsteuerungseinrichtung für die Steuerung der Förderkapazität einer Verdrängerkraftstoffpumpe, die synchron mit der Drehung der Nockenwelle des Motors arbeitet, auf eine vorbestimmte Sollförderkapazität umfasst, und wobei
die Förderkapazitätsteuerungseinrichtung die Förderkapazität der Kraftstoffpumpe auf die vorbestimmte Sollförderkapazität steuert, indem der Zeitpunkt von mindestens einem von einem Beginn und einem Ende eines wirksamen Förderhubs der Pumpe in Übereinstimmung mit der Änderung der Ventilsteuerzeiten des Motors geändert wird.
2. Ein Kraftstoffpumpensteuerungssystem nach Anspruch 1,
wobei die Förderkapazitätsteuerungseinrichtung tatsächliche
Ventilsteuerzeiten des Motors zu einer vorbestimmten Zeit
schätzt, die von der Gegenwart verstrichen ist, und die
Förderkapazität der Kraftstoffpumpe auf die vorbestimmte
Sollförderkapazität steuert, indem der Zeitpunkt von
mindestens einem von einem Beginn und einem Ende eines
wirksamen Förderhubs der Pumpe in Übereinstimmung mit den
geschätzten tatsächlichen Ventilsteuerzeiten des Motors
geändert wird.
3. Ein Kraftstoffpumpensteuerungssystem nach Anspruch 2,
wobei die Förderkapazitätsteuerungseinrichtung die
tatsächlichen Ventilsteuerzeiten des Motors, nachdem die
vorbestimmte Zeit verstrichen ist, auf der Basis der
derzeitigen tatsächlichen Ventilsteuerzeiten und den
Sollventilsteuerzeiten schätzt.
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