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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Einstellen
des Drucks von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff, der einer
Zylindereinspritzdüse
einer Brennkraftmaschine zugeführt wird.
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Die
japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. 7-103048 beschreibt eine herkömmliche Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine.
Die herkömmliche
Steuereinrichtung steuert eine Brennkraftmaschine, die eine Zylindereinspritzdüse und eine Luftansaugkanal-Einspritzdüse für jeden
ihrer Zylinder aufweist. Genauer gesagt verwendet die Steuereinrichtung
beim Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum in jedem Zylinder
den jeweils geeigneten der genannten zwei Typen von Einspritzdüsen gemäß dem Kraftmaschinen-Antriebszustand
der Brennkraftmaschine, wie etwa der Motorlast und der Drehzahl.
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Wenn
Kraftstoff aus der Zylindereinspritzdüse eingespritzt wird (Zylinder-Einspritzmodus),
muss unter hohem Druck (erforderlicher Kraftstoffdruck) stehender
Kraftstoff einem Hochdruckverteilerrohr zugeführt werden, das mit der Zylindereinspritzdüse verbunden
ist. In einem Einlass-Einspritzmodus, in dem Kraftstoff von einer
Luftansaugkanal-Einspritzdüse
in einen Einlasskanal eingespritzt werden soll, wird der Luftansaugkanal-Einspritzdüse Kraftstoff
mit einem geringeren Druck als dem erforderlichen Kraftstoffdruck
zugeführt.
Der Grund hierfür
ist, dass der Druck des Einlasskanals vergleichsweise niedrig ist, und
die Luftansaugkanal-Einspritzdüse
den Kraftstoff daher nicht mit einem hohen Druck einzuspritzen braucht.
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Im
Zylinder-Einspritzmodus beaufschlagt eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff
mit Druck, um den Druck des Kraftstoffs im Hochdruckverteilerrohr auf
den erforderlichen Kraftstoffdruck anzuheben. Im Einlass-Einspritzmodus
ist die Hochdruckpumpe angehalten. Indem die Hochdruckpumpe nur
bei Bedarf angetrieben wird, wird eine Verminderung des Kraftstoffnutzungsgrades
der Brennkraftmaschine verhindert.
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Wenn
die Hochdruckpumpe im Einlass-Einspritzmodus angehalten ist, sinkt
jedoch der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr. Bei einem Übergang
vom Einlass-Einspritzmodus
zum Zylinder-Einspritzmodus ist es daher möglich, dass der benötigte Kraftstoffdruck
nicht sofort erhalten wird. Der Grund dafür ist, dass der Kraftstoffdruck
im Hochdruckverteilerrohr bei einem Umschalten des Antriebsmodus
nicht augenblick lich angehoben werden kann, auch wenn die deaktivierte
Hochdruckpumpe betätigt
wird. In diesem Fall wird die Zylindereinspritzung in einem Zustand
durchgeführt,
in dem der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr nicht hoch
genug ist. Als Ergebnis treten starke Pulsationen des Kraftstoffdrucks
im Hochdruckverteilerrohr auf. Die Pulsation führt dazu, dass die Kraftstoffeinspritzmenge
instabil ist, und verschlechtert die Verbrennungscharakteristiken
der Brennkraftmaschine.
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Um
dieses Problem zu lösen,
kann die Hochdruckpumpe auch im Einlass-Einspritzmodus immer dann
betätigt
werden, wenn der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr weniger
als oder gleich einem voreingestellten Druck wird. Dies hält den Kraftstoffdruck
im Hochdruckverteilerrohr ständig
größer als
oder gleich einem vorgegebenen Wert.
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Die
vorstehend beschriebene Steuereinrichtung hebt den Kraftstoffdruck
im Hochdruckverteilerrohr stets auf den benötigten Kraftstoffdruck an,
und zwar auch dann, wenn ein Übergang
vom Einlass-Einspritzmodus in den Zylinder-Einspritzmodus stattfindet.
Hierdurch wird die Zylindereinspritzung auf eine stabile Weise durchgeführt. Die
Steuereinrichtung betätigt
die Hochdruckpumpe jedoch immer dann, wenn der Kraftstoffdruck im
Hochdruckverteilerrohr weniger als oder gleich dem Druck wird, der im
Einlass-Einspritzmodus eingestellt ist. Dies bedeutet, dass die
Hochdruckpumpe unabhängig
von einem Umschalten des Antriebszustands vom Einlass-Einspritzmodus
in den Zylinder-Einspritzmodus betätigt wird, um den Kraftstoff
im Hochdruckverteilerrohr auf dem erforderlichen Kraftstoffdruck
zu halten. Daher kann die Hochdruckpumpe sogar dann betätigt werden,
wenn gar keine Änderungen
im Antriebszustand vorliegen. Dies vermindert den Kraftstoffnutzungsgrad
der Brennkraftmaschine.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinrichtung
für eine
Brennkraftmaschine zur Verfügung
zu stellen, die den Druck des Kraftstoffs, der einer Zylindereinspritzdüse und einer Luftansaugkanal-Einspritzdüse zugeführt wird,
so einstellt, dass eine Verminderung des Kraftstoffnutzungsgrades
der Kraftmaschine verhindert wird.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine. Die
Brennkraftmaschine umfasst einen Brennraum, eine Zylindereinspritzdüse für die Direkteinspritzung von
Kraftstoff in den Brennraum, eine Luftansaugkanal-Einspritzdüse zum Einspritzen
von Kraftstoff an eine Position in Strömungsrichtung vor dem Brennraum,
eine Niederdruckpumpe, die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank pumpt
und unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff ausgibt, ein Niederdruckrohr zum
Zuführen
des unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoffs zu der Luftansaugkanal-Einspritzdüse, eine
Hochdruckpumpe, die den unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff
unter Druck setzt und unter hohem Druck stehenden Kraftstoff ausgibt,
und ein Hochdruckrohr zum Zuführen
des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs zu der Zylindereinspritzdüse. Die
Brennkraftmaschine besitzt einen ersten Antriebsmodus, in dem Kraftstoff
nur aus der Luftansaugkanal-Einspritzdüse eingespritzt wird, und einen zweiten
Antriebsmodus, in dem Kraftstoff aus der Zylindereinspritzdüse eingespritzt
wird. Die Steuereinrichtung weist eine Vorhersageeinrichtung auf,
die auf der Grundlage eines Antriebszustandes der Brennkraftmaschine
vorhersagt, ob die Brennkraftmaschine aus dem ersten Antriebsmodus
in den zweiten Antriebsmodus übergehen
wird. Eine Pumpensteuereinrichtung steuert den Kraftstoffdruck in dem
Hochdruckrohr. Die Pumpensteuereinrichtung betreibt die Hochdruckpumpe
mit einer ersten Ausgabemenge, wenn die Vorhersageeinrichtung vorhersagt,
dass ein Übergang
der Brennkraftmaschine aus dem ersten Antriebsmodus in den zweiten
Antriebsmodus wahrscheinlich ist. Die Pumpensteuereinrichtung deaktiviert
die Hochdruckpumpe oder betätigt
die Hochdruckpumpe mit einer zweiten Ausgabemenge, die niedriger
als die erste Ausgabemenge ist, wenn die Vorhersageeinrichtung vorhersagt,
dass ein Übergang
der Brennkraftmaschine aus dem ersten Antriebsmodus in den zweiten
Antriebsmodus nicht wahrscheinlich ist.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung,
die beispielhaft die Grundgedanken der Erfindung veranschaulicht.
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Die
Erfindung wie auch ihre Aufgaben und Vorteile sind am besten unter
Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsformen
in Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung zu verstehen. Es zeigt:
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1 eine
Schemadarstellung einer Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Diagramm von Antriebsarten der Brennkraftmaschine, in dem die vertikale
Achse die Kraftmaschinenlast bzw. Motorlast darstellt und die horizontale
Achse die Kraftmaschinendrehzahl bzw. Motordrehzahl darstellt;
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3 ein
Ablaufdiagramm für
eine Steuerung des Kraftstoffdrucks in einem Hochdruckverteilerrohr
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform;
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4 ein
Ablaufdiagramm für
eine Steuerung zum Vorhersagen, ob ein Antriebszustand der Brennkraftmaschine
auf einen Zylinder-Einspritzmodus umgeschaltet werden wird;
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5 eine
Speicherdarstellung von Antriebsarten der Brennkraftmaschine, in
der die vertikale Achse die Motorlast darstellt und die horizontale Achse
die Motordrehzahl darstellt;
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6 eine
vergrößerte Ansicht
der Umgebung von Punkt α4
in der Speicherdarstellung von 5; und
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7 ein
Ablaufdiagramm für
einen Prozess zum Berechnen der Zeit, die benötigt wird, damit der Antriebszustand
der Brennkraftmaschine einen bestimmten Antriebsbereich erreicht.
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Es
wird nun eine Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist die Brennkraftmaschine ein Vierzylinder-Ottomotor.
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Gemäß der Darstellung
in 1 umfasst ein Kraftstoffleitungssystem für die Brennkraftmaschine ein
Niederdruck-Kraftstoffsystem 12 zum Einspritzen von Kraftstoff
in Einlasskanäle 11 eines
Luftansaugkanals und ein Hochdruck-Kraftstoffsystem 14 für die Direkteinspritzung
von Kraftstoff in Brennräume 13.
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Das
Niederdruck-Kraftstoffsystem 12 umfasst einen Kraftstofftank 15,
der Kraftstoff enthält, und
eine Zuführpumpe 16 (Niederdruckpumpe)
zum Pumpen von Kraftstoff. Kraftstoff wird von der Zuführpumpe 16 hochgepumpt
und einem Niederdruckverteilerrohr 18 (Niederdruckrohr) über einen
Filter 17a und einen Druckregler 17b zugeführt, die
in einem Niederdruckkraftstoffkanal 17 angeordnet sind.
Der Filter 17a filtert den Kraftstoff. Der Druckregler 17b stellt
den Druck des Kraftstoffs im Niederdruckkraftstoffkanal 17 ein.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
führt der
Druckregler 17b den Kraftstoff im Niederdruckkraftstoffkanal 17 zum
Kraftstofftank 15 zurück,
wenn der Kraftstoffdruck im Niederdruckkraftstoffkanal 17 größer als
oder gleich einem vorgegebenen Druck (z. B. 0,4 Mpa) ist, so dass
der Kraftstoffdruck im Niederdruckkraftstoffkanal 17 unter dem
vorgegebenen Druck gehalten wird. Das Niederdruckverteilerrohr 18 verteilt
unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff an eine für jeden
Zylinder der Brennkraftmaschine angeordnete Luftansaugkanal-Einspritzdüse 19.
Jede Luftansaugkanal-Einspritzdüse 19 spritzt
Kraftstoff in den jeweils entsprechenden Einlasskanal 11 ein.
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Das
Hochdruckkraftstoffsystem 14 umfasst eine Hochdruckpumpe 20,
die mit dem Niederdruckkraftstoffkanal 17 verbunden ist.
Die Hochdruckpumpe 20 beaufschlagt unter niedrigem Druck
stehenden Kraftstoff mit Druck und gibt Kraftstoff mit einem relativ
hohen Druck an einen Hochdruckkraftstoffkanal 21 aus. Der
Druck des Kraftstoffs im Hochdruckverteilerrohr 22 wird
auf diese Weise angehoben. Das Hochdruckverteilerrohr 22 verteilt
unter hohem Druck stehenden Kraftstoff an eine Zylindereinspritzdüse 23,
die in jedem Zylinder der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Wenn
jede Zylindereinspritzdüse 23 geöffnet ist,
wird Kraftstoff direkt in den jeweils entsprechenden Brennraum 13 eingespritzt.
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Ein
Druckbegrenzungsventil 24 ist in einem Ablaufkanal 25 angeordnet,
der das Hochdruckverteilerrohr 22 und den Kraftstofftank 15 verbindet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist das Druckbegrenzungsventil 24 ein elektromagnetisches
Ventil, das im Ansprechen auf das Anlegen einer Spannung an ein
elektromagnetisches Solenoid 24a öffnet. Wenn das Druckbegrenzungsventil 24 geöffnet ist, wird
unter hohem Druck stehender Kraftstoff im Hochdruckverteilerrohr 22 über den
Ablaufkanal 25 zum Kraftstofftank 15 zurückgeführt.
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2 ist
ein Diagramm, in dem der Bereich für einen Einlass-Einspritzmodus
(Einlass-Einspritzmodusbereich),
in dem Kraftstoff nur aus den Luftansaugkanal-Einspritzdüsen 19 eingespritzt
wird, und der Bereich für
einen Zylinder-Einspritzmodus (Zylinder-Einspritzmodusbereich),
in dem Kraftstoff aus den Zylindereinspritzdüsen 23 eingespritzt
wird, gezeigt sind. Die vertikale Achse steht für die Motorlast. Die horizontale
Achse steht für
die Motordrehzahl.
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Im
Grunde verwendet die Brennkraftmaschine die Luftansaugkanal-Einspritzdüsen 19 oder
die Zylindereinspritzdüsen 23 der
Motorlast entsprechend. Wenn beispielsweise die Motorlast der Brennkraftmaschine
hoch ist, ist die Ansaugluftmenge in den Brennräumen 13 groß. Hierbei
kann eine verbesserte Zerstäubung
von Kraftstoff in den Brennräumen 13 erwartet
werden. Folglich spritzen die Zylindereinspritzdüsen 23 Kraftstoff
direkt in die Brennräume 13 ein,
wobei sie den Kühlungseffekt
der Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennräume 13 nutzen.
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Bei
einer niedrigen Motorlast der Brennkraftmaschine ist die Ansaugluftmenge
in den Brennräumen 13 gering.
Hierbei kann keine verbesserte Zerstäubung von Kraftstoff in den
Brennräumen 13 erwartet
werden. In diesem Fall vermindert das Einspritzen von Kraftstoff
aus den Zylindereinspritzdüsen 23 den
Kraftstoffnutzungsgrad der Brennkraftmaschine. Daher wird bei einer
geringen Last nur Kraftstoff aus den Luftansaugkanal-Einspritzdüsen 19 eingespritzt.
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Die
Ansaugluftmenge ändert
sich in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl. Die Brennkraftmaschine verwendet die Einspritzdüsen 19 oder 23 daher
der Motorlast und der Motordrehzahl entsprechend. Wenn die Zylindereinspritzdüsen 23 Kraftstoff einspritzen,
ist es erforderlich, dass der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 hoch
ist.
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Gemäß der Darstellung
in 1 umfasst die Steuereinrichtung für die Brennkraftmaschine
eine elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit; ECU) 100 oder
einen Computer zum Steuern der Hochdruckpumpe 20 und des
Druckbegrenzungsventil 24. Bei der bevorzugten Ausführungsform
steuert die ECU 100 auch die gesamte Brennkraftmaschine
gemäß dem Antriebszustand
der Kraftmaschine, wie etwa durch eine Steuerung zum Einstellen
der Kraftstoffmenge, die aus den Einspritzdüsen 19 oder 23 eingespritzt
wird, eine Steuerung zum Wählen
der Einspritzdüsen 19 oder 23,
und eine Steuerung zum Einstellen des Öffnungsgrades einer Drosselklappe 29.
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Die
ECU 100 ist mit einem Drucksensor 26 verbunden,
der den Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 überwacht.
Die ECU 100 wird mit einem Erfassungssignal von dem Drucksensor 26 beliefert. Ein
Gaspedalsensor 27 ist an einem Gaspedal angebracht und
beliefert die ECU 100 mit einem Erfassungssignal, dessen
Spannung proportional zum Betätigungsbetrag
des Gaspedals ist. Ein Drehzahlsensor 28 ist beispielsweise
in der Nähe
einer Kurbelwelle angeordnet und liefert ein der Drehzahl der Kurbelwelle
entsprechendes Erfassungssignal an die ECU 100.
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Die
ECU 100 berechnet die Motorlast und die Motordrehzahl auf
der Grundlage der von diesen Sensoren gelieferten Erfassungssignale
und bestimmt den gegenwärtigen
Antriebszustand der Brennkraftmaschine (Punkt α in dem Diagramm von 2).
Der Punkt α verschiebt
sich mit einer zunehmenden Motordrehzahl nach rechts und verschiebt sich
mit einer zunehmenden Motorlast nach oben. Die ECU 100 bestimmt,
ob der gegenwärtige
Antriebszustand (Punkt α)
in demjenigen Antriebsbereich liegt, in dem die Zylindereinspritzdüsen 23 verwendet
werden sollen (Zylinder-Einspritzmodusbereich), oder ob er in einem
Antriebsbereich liegt, in dem die Luftansaugkanal-Einspritzdüsen 19 verwendet
werden sollen (Einlass-Einspritzmodusbereich). Basierend auf dem
Ergebnis dieser Bestimmung verwendet die ECU 100 selektiv
die Einspritzdüsen 19 oder 23.
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Wenn
der gegenwärtige
Antriebszustand im Einlass-Einspritzmodusbereich liegt (z. B. Punkt α1), betätigt die
ECU 100 die Hochdruckpumpe 20 normalerweise nicht.
Da die Hochdruckpumpe 20 nicht betätigt wird, weil dies während der
Einlasseinspritzung nicht erforderlich ist, wird eine Verminderung des
Kraftstoffnutzungsgrades der Brennkraftmaschine infolge einer solchen
Betätigung
der Hochdruckpumpe 20 verhindert.
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Wenn
der gegenwärtige
Antriebszustand im Zylinder-Einspritzmodusbereich (bestimmter Antriebsbereich)
liegt (z. B. Punkt α2),
betätigt
die ECU 100 aktiv die Hochdruckpumpe 20, um den
Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 auf einen
Solldruck anzuheben, bei dem es sich um denjenigen Druck handelt,
der erforderlich ist, um eine Zylinder-Kraftstoffeinspritzung durchzuführen.
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Bei
einem Übergang
vom Einlass-Einspritzmodus zum Zylinder-Einspritzmodus, was in 2 durch
den mit einer gestrichelten Linie gezeichneten Pfeil angedeutet
ist, d. h. wenn sich der Antriebszustand von Punkt α1 zu Punkt α2 verschiebt,
wird die Betätigung
der Hochdruckpumpe 20 gestartet, wenn der Antriebszustand
Punkt X erreicht. Der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 erreicht
den Solldruck jedoch nicht unmittelbar nach dem Starten der Betätigung der
Hochdruckpumpe 20 bei Punkt X. Die Kraftstoffeinspritzung
aus den Zylindereinspritzdüsen 23 ist
daher während
der Zeitspanne ab dem Beginn der Betätigung der Hochdruckpumpe 20,
bis der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 den Solldruck
erreicht, instabil.
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Um
dieses Problem zu lösen,
sagt die ECU 100 vorher, ob es wahrscheinlich ist, dass
der Antriebszustand vom Einlass-Einspritzmodus zum Zylinder-Einspritzmodus übergehen
wird. Wenn sie vorhersagt, dass ein Übergang in den Zylinder-Einspritzmodus
wahrscheinlich ist, betätigt
die ECU 100 die Hochdruckpumpe 20 im Voraus. Auf
diese Weise wird die Hochdruckpumpe 20 betätigt, bevor
der Antriebszustand tatsächlich
in den Zylinder-Einspritzmodus umgeschaltet wird. In diesem Fall
steigt der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 an
dem Zeitpunkt, an dem der Antriebszustand den Punkt X erreicht,
auf den Solldruck hin an. Eine Zylindereinspritzung, die während des
Vorgangs des Umschaltens des Antriebszustands von Punkt α1 zu Punkt α2 begonnen
wird, wird in einem Zustand durchgeführt, in dem der Kraftstoffdruck
im Hochdruckverteilerrohr 22 bereits angehoben wurde. Hierdurch
wird eine instabile Kraftstoffeinspritzung verhindert.
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Wenn
die ECU 100 vorhersagt, dass ein Übergang in den Zylinder-Einspritzmodus
nicht stattfinden wird, deaktiviert sie die Hochdruckpumpe 20. Daher
wird die Hochdruckpumpe 20 nicht angetrieben, wenn dies
unnötig
ist, und eine Verminderung der Kraftstoffnutzungsgrades der Brennkraftmaschine
durch die Hochdruckpumpe 20 wird verhindert. Bei der bevorzugten
Ausführungsform
dient die ECU 100 als eine Vorhersageeinrichtung, eine
Pumpensteuereinrichtung, eine Bestimmungseinrichtung, eine Unterdrückungseinrichtung,
und eine Druckminderungseinrichtung.
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3 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Steuerung des Kraftstoffdrucks im Hochdruckverteilerrohr 22 zeigt.
Die ECU 100 führt
den in dem Ablaufdiagramm gezeigten Prozess während des Einlass-Einspritzmodus
wiederholte Male in vorgegebenen Zeitabständen von t Sekunden aus.
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In
Schritt S10 erfasst die ECU 100 den Kraftstoffdruck im
Hochdruckverteilerrohr 22 auf der Grundlage des Erfassungssignals
des Drucksensors 26. Die ECU 100 berechnet die
Motorlast und die Motordrehzahl auf der Grundlage der Erfassungssignale des
Gaspedalsensors 27 und des Drehzahlsensors 28.
Die ECU 100 speichert diese Parameter (den Kraftstoffdruck,
die Motorlast und die Motordrehzahl) beispielsweise in einer Speichereinheit
(wie etwa einem RAM), die in der ECU 100 enthalten ist.
Die Speichereinheit speichert auch Parameter, die in Schritt S10
von Zyklen erhalten wurden, die in der Vergangenheit ausgeführt wurden.
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In
Schritt S20 bestimmt die ECU 100 den gegenwärtigen Antriebszustand
(Punkt α in 2)
der Brennkraftmaschine entsprechend der Motorlast und der Motordrehzahl.
In Schritt S30 sagt die ECU 100 vorher, ob der Antriebszustand
in den Zylinder-Einspritzmodus
umgeschaltet werden wird. Die Vorhersage in Schritt S30 wird weiter
unten ausführlich
beschrieben.
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Wenn
es wahrscheinlich ist, dass ein Übergang
in den Zylinder-Einspritzmodus stattfinden wird (JA in Schritt S30),
betätigt
die ECU 100 die Hochdruckpumpe 20 in Schritt S40,
um den Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 auf
den Solldruck anzuheben, bei dem es sich um denjenigen Druck handelt,
der zum Durchführen
einer Zylindereinspritzung erforderlich ist. In Schritt S40 schätzt die
ECU 100 die Zeit (Druckerhöhungszeit) t1, die von der
Hochdruckpumpe 20 benötigt
wird, um den Kraftstoffdruck (gegenwärtiger Kraftstoffdruck) im
Hochdruckverteilerrohr 22 auf den Solldruck anzuheben.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
berechnet die ECU 100 den Änderungsbetrag ΔP des Kraftstoffdrucks
bezogen auf eine vorgegebene Zeit von t Sekunden auf der Grundlage
des gegenwärtigen
Kraftstoffdrucks, der in Schritt S10 erhalten wurde, und des voraus
gegangenen (früheren)
Kraftstoffdrucks, der in der Speichereinheit gespeichert ist. Die
ECU 100 berechnet die Druckerhöhungszeit t1 durch die folgende
Gleichung: Druckerhöhungszeit t1 = (Solldruck – gegenwärtiger Kraftstoffdruck)·(t/ΔP)
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In
Schritt 41 schätzt
die ECU 100 die Zeit (Antriebsmodus-Umschaltezeit) t2,
die benötigt
wird, um den Antriebszustand in den Zylinder-Einspritzmodus umzuschalten.
Der Schritt S41 wird weiter unten ausführlich beschrieben.
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In
Schritt S50 vergleicht die ECU 100 die Antriebsmodus-Umschaltezeit
t2 und die Druckerhöhungszeit
t1. Wenn sie bestimmt, dass der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 auf
den Solldruck angehoben sein wird, bevor der Antriebszustand in den
Zylinder-Einspritzmodus umgeschaltet wird (NEIN in Schritt S50),
startet die ECU 100 in Schritt S60 nach Ablauf der Antriebsmodus-Umschaltezeit t2
die Kraftstoffeinspritzung aus den Zylindereinspritzdüsen 23.
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Wenn
bestimmt wird, dass der Antriebszustand in den Zylinder-Einspritzmodus
umgeschaltet werden wird, bevor der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 auf
den Solldruck angehoben ist (JA in Schritt S50), geht die ECU 100 weiter
zu Schritt S70. Beispielsweise kann in dem folgenden Fall der Antriebszustand
in den Zylinder-Einspritzmodus
umgeschaltet werden, bevor der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 auf
den Solldruck angehoben sein wird. Während eines Beschleunigens
kann sich die Drosselklappe schnell auf einen großen Öffnungsgrad öffnen, um
die Motorlast der Brennkraftmaschine schnell anzuheben. Das schnelle
Anheben der Motorlast führt
dazu, dass der Antriebszustand schnell aus dem Einlass-Einspritzmodus
in den Zylinder-Einspritzmodus umgeschaltet wird. In Schritt S70 unterdrückt die
ECU 100 die Änderung
des Antriebszustands, so dass der Antriebszustand gleichzeitig mit
oder im Anschluss daran, wenn der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 den
Solldruck erreicht, in den Zylinder-Einspritzmodus umgeschaltet wird.
Genauer gesagt verlangsamt die ECU 100 die Schnelligkeit,
mit der die Drosselklappe öffnet.
Dies verlangsamt die Schnelligkeit, mit der sich die Motorlast der
Brennkraftmaschine erhöht,
und unterdrückt das
Umschalten des Antriebszustandes aus dem Einlass-Einspritzmodus in den Zylinder-Einspritzmodus.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
verlangsamt die ECU 100 die Öffnungsgeschwindigkeit der Drosselklappe,
während
die Antriebsmodus-Umschaltezeit t2 kürzer als die Druckerhöhungszeit
t1 wird, so dass die Antriebsmodus-Umschaltezeit t2 gleich der Solldruckerhöhungszeit
t1 wird.
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In
Schritt S80 startet die ECU 100 nach Ablauf der Druckerhöhungszeit
t1 die Kraftstoffeinspritzung aus den Zylindereinspritzdüsen 23.
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Wenn
die ECU 100 bestimmt (vorhersagt), dass die Durchführung einer
Kraftstoffeinspritzung aus den Zylindereinspritzdüsen 23 unwahrscheinlich ist
(NEIN in Schritt S30), deaktiviert sie die Hochdruckpumpe 20 in
Schritt S85. In Schritt S90 vergleicht die ECU 100 den
in Schritt S10 erhaltenen Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 mit
einem Obergrenzendruck. Der Obergrenzendruck ist so eingestellt,
dass kein Kraftstoff aus den Zylindereinspritzdüsen 23 austritt. Wenn
der Kraftstoffdruck höher
als der Obergrenzendruck ist (JA in Schritt S90), öffnet die
ECU 100 das Druckbegrenzungsventil 24 in Schritt
S100. Dies senkt den Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22,
bis er weniger als oder gleich dem Obergrenzendruck wird. Wenn das
Ergebnis in Schritt S90 JA ist, schließt die ECU 100 das Druckbegrenzungsventil 24 in
Schritt S110.
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Schritt
S30 wird nun unter Bezugnahme auf 4 ausführlich beschrieben.
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In
Schritt S31 bestimmt die ECU 100, ob der in Schritt S20
bestimmte Antriebszustand (Punkt α) der
Brennkraftmaschine einer Position entspricht, die nahe beim Zylinder-Einspritzmodusbereich
im Einlass-Einspritzmodusbereich liegt.
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Die
ECU 100 speichert eine Einspritzmodus-Speicherdarstellung
M, welche die Motorlast und die Drehzahl einander zuordnet. Die
Speicherdarstellung M enthält
einen Einlass-Einspritzmodusbereich P und einen Zylinder-Einspritzmodusbereich
S (5). Der Einlass-Einspritzmodusbereich P enthält einen
Vorhersagebereich F, der nahe beim Zylinder-Einspritzmodusbereich
S liegt. Die ECU 100 bestimmt in Schritt S31, ob der Antriebszustand
im Vorhersagebereich F liegt. Wenn der Antriebszustand im Vorhersagebereich
F liegt, bestimmt die ECU 100, dass eine hohe Wahrscheinlichkeit
besteht, dass ein Übergang
in den Zylinder-Einspritzmodus stattfinden wird. Wenn der Antriebszustand
beispielsweise bei Punkt α3
liegt, der der Motorlast IA1 und der Motordrehzahl NE1 entspricht,
d. h. wenn der Antriebszustand im Einlass-Einspritzmodusbereich
P ausserhalb des Vorhersagebereichs F liegt, bestimmt die ECU 100,
dass die Möglichkeit
eines Übergangs
in den Zylinder-Einspritzmodus gering ist (Schritt S32).
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Wenn
der Antriebszustand beispielsweise an einem Punkt α4 liegt (s. 5),
welcher der Motorlast IA2 und der Motordrehzahl NE2 entspricht,
d. h. wenn der Antriebszustand im Einlass-Einspritzmodusbereich
P im Vorhersagebereich F liegt (JA in Schritt S31), geht die ECU 100 weiter
zu Schritt S33.
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Um
die Zuverlässigkeit
der Vorhersage zu verbessern, bestimmt die ECU 100 in den
Schritten S33 und S34, ob sich der Punkt α im Vorhersagebereich F auf
den Zylinder-Einspritzmodusbereich
S hin verschiebt. Es werden nun die Schritte S33 und S34 unter Bezugnahme
auf 6 beschrieben.
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Wenn
der gegenwärtige
Antriebszustand bei Punkt α4
im Vorhersagebereich F liegt, liest die ECU 100 in Schritt
S33 die Motorlast IA2b1 und die Motordrehzahl NE2b1, die zur Bestimmung
eines früheren (z.
B. voraus gegangenen) Antriebszustandes (Punkt α4b1) verwendet wurden, aus der
Speichereinheit aus. Der Unterschied zwischen der gegenwärtigen Motorlast
IA2 und der voraus gegangenen Motorlast IA2b1 ist ein Motorlaständerungsbetrag ΔIA bezogen auf
eine vorgegebene Zeit von t Sekunden. Der Unterschied zwischen der
gegenwärtigen
Motordrehzahl NE2 und der voraus gegangenen Motordrehzahl NE2b1
ist ein Drehzahländerungsbetrag ΔNE bezogen
auf eine vorgegebene Zeit von t Sekunden.
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In
Schritt S34 überprüft die ECU 100,
ob der Motorlaständerungsbetrag ΔIA und der
Motordrehzahländerungsbetrag ΔNE beide
positive Werte sind, um zu bestimmen, ob sowohl die Motorlast als
auch die Drehzahl angestiegen sind. Der positive Änderungsbetrag ΔIA zeigt
an, dass sich der Punkt α4
in der Speicherdarstellung M von 6 nach oben
verschoben hat. Der positive Änderungsbetrag ΔNE zeigt
an, dass sich der Punkt α4
in der Speicherdarstellung M von 6 nach rechts
verschoben hat. Wenn also sowohl der Änderungsbetrag ΔIA als auch der Änderungsbetrag ΔNE positive
Werte sind, wird bestimmt, dass sich der Punkt α4 auf den Zylinder-Einspritzmodusbereich
S hin verschiebt (JA in Schritt S34).
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Wenn
das Ergebnis in Schritt S34 JA ist, bestimmt die ECU 100 das
Vorliegen einer starken Möglichkeit,
dass der Antriebszustand in den Zylinder-Einspritzmodus übergehen
wird (Schritt S35). Wenn das Ergebnis in Schritt S34 NEIN ist, dann
liegt der Antriebszustand zwar im Vorhersagebereich F, verschiebt
sich aber nicht auf den Zylinder-Einspritzmodusbereich S hin. Somit
bestimmt die ECU 100 das Vorliegen einer geringen Möglichkeit,
dass der Antriebszustand in den Zylinder-Einspritzmodus übergeht
(Schritt S32).
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Schritt
S40 wird nun unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ausführlich beschrieben.
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Die
ECU 100 berechnet die für
ein Umschalten des Antriebszustandes in den Zylinder-Einspritzmodus erforderliche
Zeit t2 aus der gegenwärtigen Motorlast
und Motordrehzahl und aus dem Motorlaständerungsbetrag ΔIA und der
Drehzahländerungsbetrag ΔNE bezogen
auf die vorgegebene Zeit von t Sekunden, die in Schritt S30 (genauer
gesagt in Schritt S33) berechnet wurden.
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Nimmt
man an, dass der gegenwärtige
Antriebszustand bei dem Punkt α4
in 6 liegt, addiert die ECU 100 den Änderungsbetrag ΔIA und den Änderungsbetrag ΔNE jeweils
zu der gegenwärtigen Motorlast
IA2 bzw. der gegenwärtigen
Drehzahl NE2, die dem Punkt α4
entsprechen, hinzu, um eine Vorhersageposition des Antriebszustandes
auf der Speicherdarstellung M nach t Sekunden zu erhalten. Der Vorgang
des Addierens des Änderungsbetrags ΔIA und des Änderungsbetrags ΔNE wird wiederholt,
bis die Vorhersageposition im Zylinder-Einspritzmodusbereich S enthalten
ist. Gemäß der Darstellung
in 6 verschiebt sich die Vorhersageposition des Antriebszustandes
auf den Zylinder-Einspritzmodusbereich S hin (gemäß der Ansicht
in 6 nach rechts oben), d. h. sie verschiebt sich
zu den Punkten α4a1, α4a2 und so
weiter. Sobald die Vorhersageposition im Zylinder-Einspritzmodusbereich
S enthalten ist (z. B. Punkt α 4an),
multipliziert die ECU 100 die Anzahl von Malen, wie oft
die Änderungsbeträge ΔIA und ΔNE addiert
wurden (Additionshäufigkeit
n), mit der vorgegebenen Zeit t, um die Antriebsmodus-Umschaltezeit
t2 zu erhalten. Mit anderen Worten wird die Gleichung t2 = n·t berechnet.
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Unter
Bezugnahme auf 7 setzt die ECU 100 die
Additionshäufigkeit
n in Schritt S42 auf Null zurück.
In Schritt S43 addiert die ECU 100 den Änderungsbetrag ΔIA und den Änderungsbetrag ΔNE jeweils
zu der gegenwärtigen
Motorlast bzw. zu der gegenwärtigen
Motordrehzahl hinzu. In Schritt S44 addiert die ECU 100 Eins
zu der Additionshäufigkeit
n hinzu. In Schritt S45 bestimmt die ECU 100, ob der der
Motorlast und der Motordrehzahl entsprechende Antriebszustand, der
aus der Addition resultiert, im Zylinder-Einspritzmodusbereich S
liegt. Wenn das Ergebnis in Schritt S45 NEIN ist, kehrt die ECU 100 zu
Schritt S43 zurück.
Ab der zweiten Durchführung von
Schritt S43 addiert die ECU 100 ferner den Änderungsbetrag ΔIA und den Änderungsbetrag ΔNE jeweils
zu der in der voraus gegangenen Routine erhaltenen Motorlast bzw.
Motor drehzahl hinzu. Jedes Mal, wenn die Addition durchgeführt wird,
addiert die ECU 100 Eins zu der Additionshäufigkeit
n in Schritt S44 hinzu. Die ECU 100 wiederholt die Schritte
S43 und S44, bis das Ergebnis in Schritt S45 JA wird. In Schritt
S46 multipliziert die ECU 100 die Additionshäufigkeit
n und die Zeit t, um die Antriebsmodus-Umschaltezeit t2 zu erhalten.
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Die
Brennkraftmaschinen-Steuereinrichtung der bevorzugten Ausführungsform
besitzt die nachfolgend beschriebenen Vorteile.
- (1)
Wenn vorhergesagt wird, dass der Antriebszustand aus dem Einlass-Einspritzmodus
in den Zylinder-Einspritzmodus übergehen
wird (JA in Schritt S30), wird die Hochdruckpumpe 20 betätigt (S40).
Wenn jedoch vorhergesagt wird, dass der Antriebszustand nicht zur
Zylindereinspritzung übergehen
wird (NEIN in Schritt S30), wird die Hochdruckpumpe 20 nicht
betätigt
(S85). Dies verhindert eine Verminderung der Kraftstoffnutzungsgrades
der Brennkraftmaschine. Da der Druck im Hochdruckverteilerrohr 22 angehoben wird,
wird Kraftstoff ausserdem sogar unmittelbar nach dem Umschalten
in den Zylinder-Einspritzmodus auf stabile Weise eingespritzt.
- (2) Wenn bestimmt wird, dass der Übergang des Antriebszustandes
in den Zylinder-Einspritzmodus
abgeschlossen sein wird, bevor der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 den
Solldruck erreicht (JA in Schritt S50), wird die Änderung
des Antriebszustandes unterdrückt
(S70). Genauer gesagt wird der Öffnungsgrad
der Drosselklappe so eingestellt, dass die Antriebsmodus-Umschaltezeit
t2 gleich der Druckerhöhungszeit
t1 ist. Somit wird der Übergang
aus dem Einlass-Einspritzmodus in den Zylinder-Einspritzmodus in
einem Zustand durchgeführt,
in dem der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 bereits
auf den Solldruck angehoben wurde.
- (3) Wenn vorhergesagt wird, dass der Antriebszustand nicht aus
dem Einlass-Einspritzmodus
in den Zylinder-Einspritzmodus übergehen
wird und dass der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 höher als
der Obergrenzendruck ist (JA in S90), wird das Druckbegrenzungsventil 24 geöffnet, um
den Kraftstoffdruck auf den Obergrenzendruck oder darunter abzusenken
(S100). Ein Austreten von Kraftstoff aus den Zylindereinspritzdüsen 23,
das durch einen extrem hohen Kraftstoffdruck verursacht werden kann,
tritt daher während
des Einlass-Einspritzmodus nicht auf.
- (4) Die ECU 100 führt
ein Umschalten zwischen dem Einlass-Einspritzmodus und dem Zylinder-Einspritzmodus
auf der Grundlage der Motorlast und der Motordrehzahl durch, bei
denen es sich um Parameter handelt, die mit der Ansaugluftmenge
der Brennkraftmaschine zusammen hängen. Ferner überwacht
die ECU 100 eine Änderung
des Antriebszustandes (Punkt α)
entsprechend der Motorlast und der Motordrehzahl der Speicherdarstellung
M, welche den Einlass-Einspritzmodusbereich und den Zylinder-Einspritzmodusbereich
definiert. Somit sagt die ECU 100 auf einfache und genaue
Weise voraus, ob sich der Punkt α in
den Zylinder-Einspritzmodusbereich verschieben wird.
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Für den Fachmann
dürfte
ersichtlich sein, dass die gegenwärtige Erfindung in vielen anderen konkreten
Formen ausgeführt
werden kann, ohne von dem Grundgedanken oder Schutzbereich der Erfindung
abzuweichen. Insbesondere sollte es verständlich sein, dass die gegenwärtige Erfindung
in den folgenden Formen ausgeführt
sein kann.
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Die
Speicherdarstellung M muss nicht verwendet werden, um die Verschiebung
des Punktes α in
den Zylinder-Einspritzmodusbereich vorherzusagen, in dem eine Zylindereinspritzung
durchgeführt wird,
und um die Umschaltezeit t2 zu schätzen, die für den Übergang des Antriebszustandes
in den Zylinder-Einspritzmodus erforderlich ist. Beispielsweise kann
die Änderung
von Punkt α oder
des geometrischen Ortes von Punkt α durch Funktionen ausgedrückt werden,
die für
die Durchführung
von Vorhersagen und Schätzungen
verwendet werden. Die Verwendung der Speicherdarstellung M ist jedoch
bevorzugt, um die Rechenlast der ECU 100 zu verringern.
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Der
Bestimmungsvorgang in Schritt S34 kann auf der Grundlage nur des
Motorlaständerungsbetrags ΔIA durchgeführt werden.
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Der
Antriebszustand (Punkt α)
kann auch aus der Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine bestimmt
werden. Die Ansaugluftmenge steht mit dem Umschalten zwischen der
Ansaugkanal-Einspritzung und der Zylindereinspritzung in einer Beziehung.
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Das
Umschalten des Antriebszustandes in den Zylinder-Einspritzmodus
muss nicht unterdrückt werden,
wenn bestimmt wird, dass der Antriebszustand in den Zylinder-Einspritzmodus umgeschaltet werden
soll, bevor der Kraftstoffdruck im Hochdruckverteilerrohr 22 auf
den Solldruck angehoben ist.
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Wenn
der Antriebszustand nicht aus dem Einlass-Einspritzmodus in den
Zylinder-Einspritzmodus übergehen
wird, ist es möglich,
die Hochdruckpumpe 20 nicht zu deaktivieren, sondern die
Hochdruckpumpe 20 so zu betreiben, dass ihre Ausgabemenge vergleichsweise
niedrig ist. Beispielsweise kann die Hochdruckpumpe 20 mit
einer ersten Pumpenausgabemenge betätigt werden, wenn der Antriebszustand
aus dem Einlass-Einspritzmodus in den Zylinder-Einspritzmodus übergehen
wird, und mit einer zweiten Pumpenausgabemenge, die niedriger als
die erste Pumpenausgabemenge ist, wenn der Antriebszustand nicht
umgeschaltet werden wird. Dies verhindert ferner eine Verminderung
des Kraftstoffnutzungsgrades der Brennkraftmaschine durch ein unnötiges Antreiben
der Hochdruckpumpe 20.
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Die
Brennkraftmaschine kann statt der Luftansaugkanal-Einspritzdüsen 19 eine
Einspritzdüse
(z. B. eine in einem Druckspeicher angeordnete Kaltstart-Einspritzdüse) aufweisen,
die sich im Einlasskanal in Strömungsrichtung
vor der Verzweigung des Einlasskanals in den Ansaugkanal jedes Zylinders
befindet. Die Steuereinrichtung der vorliegenden Erfindung ist auf
eine jegliche Brennkraftmaschine mit einer Zylindereinspritzdüse und einer
Luftansaugkanal-Einspritzdüse
anwendbar. Die Steuereinrichtung der vorliegenden Erfindung ist
auf eine Brennkraftmaschine mit einem einzelnen Zylinder anwendbar.
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Die
vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen
sollten als veranschaulichend und nicht einschränkend aufgefasst werden, und
die Erfindung sollte nicht auf die vorliegend angegebenen Details beschränkt werden,
sondern kann innerhalb des Schutzbereichs und der Äquivalente
der beigefügten Patentansprüche modifiziert
werden.