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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung,
die für Dieselmotoren
geeignet ist, und insbesondere ein Verfahren zur Steuerung eines
Dosierventils zur Einstellung der Menge an Kraftstoff, der in den
Common-Rail gepumpt wird.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Bei
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtungen für Dieselmotoren
wird ein Hochdruckkraftstoff, dessen Druck auf einen Einspritzdruck
(von beispielsweise mehreren zehn bis mehreren hundert MPa) erhöht wurde,
in einem Common-Rail unter Druck akkumuliert und dieser Kraftstoff
wird in Zylinder eingespritzt, indem die Ventile der Einspritzer
geöffnet
werden. Für
die Kraftstoffzufuhr in den Common-Rail wird ein Pumpen des Kraftstoffs
mit einer als Hochdruckpumpe dienenden Zuführpumpe durchgeführt und
die Menge des in die Zuführpumpe strömenden Kraftstoffs
mit Hilfe eines Dosierventils eingestellt. Der Öffnungsgrad des Dosierventils
wird entsprechend dem von einer Steuerung gelieferten Antriebssignal
gesteuert, wodurch die zugeführte Kraftstoffmenge
gesteuert wird. Dies bewirkt wiederum eine Steuerung des Common-Rail-Drucks.
Das Dosierventil besteht beispielsweise aus einem elektromagnetischen
Ventil vom Schieberventiltyp.
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Ein
Verfahren zur Steuerung der Menge an der Zuführpumpe zugeführtem Kraftstoff
und damit zur Steuerung der Menge an durch die Zuführpumpe gepumptem Kraftstoff
und zur Steuerung des Common-Rail-Drucks ist bereits bekannt (beispielsweise aus
den japanischen Patentanmeldungen mit der Offenlegungsnummer
H11-30150 und
S63-50469 oder aus
der
US 6 367 452 ).
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Allerdings
besteht bei einem solchen Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem
das Problem bisher darin, dass es zu einem Steckenbleiben des Ventils
kommen kann, wenn ein Motorbetriebszustand (beispielsweise ein Leerlaufzustand)
mit einem konstanten Öffnungsgrad
des Dosierventils aufrechterhalten wird. Anders ausgedrückt, muss
ein vergleichsweise stark veränderter
elektrischer Strom induziert werden, weil eine Aktion benötigt wird,
die eine statische Reibungskraft überwindet, um das Ventil aus
einem Zustand heraus zu bewegen, in dem es in einer Fixierposition
angehalten wurde. Zudem verschlechtert sich die Schmierung in den
gleitenden Teilen des Ventils weiter, wenn der Zustand, in dem ein
konstanter Ventilöffnungsgrad
vorliegt, über
eine gewisse Zeit hinweg aufrechterhalten wird, und die Neigung
des Ventils, stecken zu bleiben, steigt weiter an (die statische
Reibungskraft erhöht
sich). Dies führt
dazu, dass sich die Ansprechempfindlichkeit des Ventils auf Veränderungen
der Stromstärke
verschlechtert.
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Dies
wird unter Bezugnahme auf 6 erläutert. In
dieser Zeichnungsfigur ist ein einem Dosierventil zugeführter elektrischer
Strom gegen die Abszisse aufgetragen und der Öffnungsgrad des Dosierventils
ist gegen die Ordinate aufgetragen.
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Wie
sich der Figur entnehmen lässt,
wird beispielsweise ein elektrischer Strom i2 (Punkt I) benötigt, um
das Dosierventil aus einem vollständig geschlossenen Zustand
bis zu einem Öffnungsgrad
V zu öffnen.
Wenn in diesem Zustand der Ventilöffnungsgrad über eine
vergleichsweise lange Zeit konstant bleibt, so wird eine re lativ
große
Stromveränderung Δi benötigt, um
das Dosierventil sodann in die Schließrichtung zu betätigen. Anders
ausgedrückt, beginnt
das Ventil von dem Zeitpunkt (Punkt II) an, sich in die Schließrichtung
zu bewegen, an dem der dem Dosierventil zugeführte elektrische Strom um Δi von i2
auf i1 abgenommen hat. Somit wird der Zeitabstand, in dem eine Änderung Δi des Stroms
erfolgt, zu einer nicht sensiblen Zone, in der der Ventilöffnungsgrad
sich nicht in Antwort auf Veränderungen des
elektrischen Stroms verändert.
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Wenn
aufgrund eines Steckenbleibens des Ventils somit eine nicht sensible
Zone entsteht, so ist selbst dann, wenn der elektrische Stormwert
verändert
wird, um vorübergehende
Veränderungen
im Common-Rail-Druck hervorzurufen, die Ansprechempfindlichkeit
des Dosierventils auf Veränderungen des
elektrischen Stroms schlecht. Dies führt zu einer unzureichenden Überwachung
des Common-Rail-Drucks.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die genannten Probleme
entwickelt und bietet den Vorteil, dass sie ein Steckenbleiben des
Dosierventils verhindert und die Überwachung des Common-Rail-Drucks
verbessert.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung
vorgesehen, die eine Zuführpumpe zum
Pumpen von Kraftstoff in einen Commonrail und ein Dosierventil zur
Einstellung der Kraftstoffpumpmenge in die Zuführpumpe umfasst und bei der
das Dosierventil auf einen Basis-Soll-Öffnungswert gesteuert wird,
der auf der Grundlage des MotorOperationszustands durch ein ein
Tastverhältnis
aufweisendes Antriebssignal festgelegt wird, wobei das ein Tastverhältnis aufweisende
Antriebssignal dazu gebracht wird, periodisch zu oszillieren.
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Bei
einer solchen Ausgestaltung kann ein Steckenbleiben des Dosierventils
verhindert werden und die Überwachung
des Common-Rail-Drucks lässt
sich verbessern.
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Der
Oszillationsbereich des ein Tastverhältnis aufweisenden Antriebssignals
kann dazu gebracht werden, sich entsprechend dem Motorbetriebszustand
zu verändern.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung
vorgesehen, die einen Common-Rail zum Akkumulieren eines Hochdruckkraftstoffs,
eine Zuführpumpe
zum Pumpen von Kraftstoff in den Common-Rail, ein Dosierventil zum
Einstellen der Kraftstoffpumpmenge in der Zuführpumpe, Mittel zum Erfassen
des Motorbetriebszustands, Mittel zum Erfassen eines Ist-Common-Rail-Drucks,
Mittel zum Berechnen eines Soll-Common-Rail-Drucks
auf der Grundlage des Motorbetriebszustands und Mittel umfasst,
die den Öffnungsgrad
des Dosierventils durch ein ein Tastverhältnis aufweisendes Antriebssignal so
steuern, dass der Druckunterschied zwischen dem Soll-Common-Rail-Druck
und dem Ist-Common-Rail-Druck null wird, wobei diese Steuervorrichtung
zusätzlich
Mittel zur Bestimmung des Werts eines zum Basis-Soll-Öffnungsgrad des Dosierventils äquivalenten
Basistastverhältnisses
auf der Grundlage des Druckunterschieds, Mittel zum Erzeugen des Werts
eines Oszillationstastverhältnisses,
das mit einer konstanten Periode und einer konstanten Amplitude
oszilliert, und Mittel zur Bestimmung des Werts eines Endtastverhältnisses umfasst,
der zu einem End-Soll-Öffnungsgrad
des Dosierventils äquivalent ist
und auf das Dosierventil einwirken soll, indem der Wert der Oszillationstastverhältnisses
Wert des Basistastverhältnisses
addiert wird.
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Die
Steuervorrichtung kann hierbei zudem Mittel zur Bestimmung eines
Korrekturkoeffizienten auf der Grundlage des Motorbetriebszustands
und Mittel zur Bestimmung des Werts des Endtastverhältnisses
durch Addition des durch Multiplikation des Werts des Oszillationstastverhältnisses
mit dem Korrekturkoeffizienten erhaltenen Werts zum Wert des Basistastverhältnisses
umfassen.
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Zudem
können
der Soll-Common-Rail-Druck und der Korrekturkoeffizient auf der
Grundlage der Motordrehzahl und eine Soll-Kraftstoffeinspritzmenge
mit Hilfe der Motordrehzahl und des Gaspedalöffnungsgrads bestimmt werden.
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Vorzugsweise
wird der Korrekturkoeffizient so eingestellt, dass er einen kleineren
Wert annimmt, wenn sich die Motordrehzahl erhöht, und dass er auch dann einen
kleineren Wert annimmt, wenn sich die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge
erhöht.
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Vorzugsweise
wird der Korrekturkoeffizient so eingestellt, dass er null wird,
wenn die Motordrehzahl nicht unter dem festgelegten Wert liegt und wenn
die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge
nicht unter dem festgelegten Wert liegt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Längsschnittansicht
eines Dosierventils;
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2 ist eine Längsschnittansicht eines Betätigungszustands
des Dosierventils;
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3 ist
eine Systemzeichnung einer Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel;
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4 ist
ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des
Korrekturverfahrens des Basistastverhältnisses;
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5 ist
ein Korrekturkoeffizienten-Berechnungsverzeichnis;
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6 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
des Steckenbleibens des Dosierventils; und
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7 ist
ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Inhalts der Feedbacksteuerung
eines Common-Rail-Drucks.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf
die beigefügte
Zeichnung beschrieben.
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3 zeigt
den gesamten Aufbau der Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung
des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
Diese Vorrichtung wird dazu eingesetzt, eine Kraftstoffeinspritzsteuerung
in einem in einem Fahrzeug an geordneten (nicht in der Zeichnungsfigur
gezeigten) Vierzylinderdieselmotor durchzuführen.
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In
jedem Zylinder des Motors ist ein Einspritzer 1 vorgesehen
und ein in einem Common-Rail 2 gespeicherter Hochdruckkraftstoff
wird mit einem Common-Rail-Druck
(von mehreren zehn bis mehreren hundert MPa) regelmäßig jedem
Einspritzer 1 zugeführt.
Das Pumpen des Kraftstoffs in den Common-Rail 2 erfolgt
mittels einer Zuführpumpe 3.
Dabei wird ein in einem Kraftstofftank 4 vorhandener, einen
in etwa normalen Druck aufweisender Kraftstoff (Leichtöl) durch
eine Einspeisepumpe 6 über
ein Kraftstofffilter 5 angesaugt und von der Einspeisepumpe 6 in
die Zuführpumpe 3 übertragen.
Die Zuführpumpe 3 beaufschlagt
den Kraftstoff mit einem Druck und pumpt ihn in den Common-Rail 2.
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Zwischen
der Einspeisepumpe 6 und der Zuführpumpe 3 ist ein
Dosierventil 7 zum Einstellen der in die Zuführpumpe 3 zugeführten Kraftstoffmenge und
somit der Menge an in den Common-Rail 2 gepumpten Kraftstoff
angeordnet. Das Dosierventil 7 besteht aus einem elektromagnetischen
Ventil vom Schieberventiltyp, wie dies im folgenden näher beschrieben
wird. Zudem ist ein Druckbegrenzungsventil 8 zum Einstellen
des Ablassdrucks der Einspeisepumpe 6 parallel zur Einspeisepumpe 6 vorgesehen.
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Die
Zuführpumpe 3 besteht
hauptsächlich aus
einer Pumpenwelle 9, die synchron durch den Motor angetrieben
wird, einem Nockenring 10, der auf dem Außenumfang
der Pumpenwelle 9 aufgepasst ist, einem Nocken 11,
der in Gleitkontakt mit dem Außenumfang
des Nockenrings 10 steht, einer Druckfeder 12 zum
Drücken
des Nockens 11 gegen den Nockenring 10, einem
Kolben 14, der zugleich mit dem durch den Nockenring 10 angehobenen
Nocken 11 angehoben wird und Druck auf den Kraftstoff in
einer Kolbenkammer 13 ausübt, und Sperrventile 15, 16,
die jeweils im Einlassabschnitt bzw. im Auslassabschnitt der Kolbenkammer 13 angeordnet sind.
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Der
Nocken 11, die Druckfeder 12, die Kolbenkammer 13,
der Kolben 14 und die Sperrventile 15, 16 bilden
eine Pumpeinheit. Zwei solche Pumpeinheiten sind mit einem 180°-Abstand
um die Pumpenwelle 9 herum angeordnet. Dies führt dazu,
dass die Zuführpumpe 3 den
Kraftstoff zweimal pro Pumpenumdrehung pumpt. Zum leichteren Verständnis sind
die beiden Pumpeinheiten in der Figur in einer Draufsicht dargestellt.
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Die
Pumpenwelle 9 der Zuführpumpe 3 und die
(in der Figur nicht gezeigte) Pumpenwelle der Einspeisepumpe 6 sind
mit dem Motor durch mechanische Verbindungsmittel 17, etwa
einen Kettenmechanismus, einen Riemenmechanismus oder einen Getriebemechanismus
verbunden. Dies führt
dazu, dass die Zuführpumpe 3 und
die Einspeisepumpe 6 durch den Motor synchron angetrieben
werden.
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Die
Zuführpumpe 3 wird
drehbeweglich mit einem Drehverhältnis
von 1:1 zum Motor angetrieben und das Pumpen des Kraftstoffs erfolgt
periodisch zweimal pro Umdrehung der Kurbelwelle. Wie oben beschrieben
wurde, weist der Motor vier Zylinder auf und das Pumpen des Kraftstoffs
durch die Zuführpumpe 3 und
die Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzer 1 sind
synchronisiert. Der Common-Rail-Druck
wird erhöht,
indem der Kraftstoff von der Zuführpumpe 3 gepumpt
wird, und gesenkt, indem Kraftstoff durch die Einspritzer eingespritzt
wird. Bei einem weiteren möglichen
Ausführungsbeispiel wird
ein Druckbegrenzungsventil in einem Common-Rail 2 vorgesehen
und der Common-Rail-Druck wird durch ein Öffnen des Druckbegrenzungsventils schnell
gesenkt.
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Der
Kraftstofffluss in dieser Vorrichtung ist in 3 durch
Pfeile dargestellt. Somit wird der im Kraftstofftank 4 vorhandene
Kraftstoff nach dem Passieren des Kraftstofffilters 5 in
die Einspeisepumpe 6 und sodann in das Dosierventil 7 eingeführt. Der
Auslassdruck der Einspeisepumpe 6 wird durch das Druckbegrenzungsventil 8 eingestellt
und der überschüssige Kraftstoff,
der das Druckbegrenzungsventil 8 passiert hat, wird in
das Innere der Einspeisepumpe 6 zurückgeleitet. Der Öffnungsgrad
und die Öffnungs-/Schließzeitsteuerung
des Dosierventils 7 werden durch eine (im folgenden als
ECU bezeichnete) elektronische Steuereinheit 18 gesteuert,
die als Steuerung dient. Wenn das Ventil offen ist, so wird der
Kraftstoff zur Pumpeinheit der Zuführpumpe 3 in einer
Menge abgegeben, die dem Öffnungsgrad
und der Öffnungsperiode
entspricht.
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Der
abgegebene Kraftstoff drückt
auf das Einlasssperrventil 15 und öffnet dieses und wird in die
Kolbenkammer 13 eingeführt.
Das Anheben des Kolbens 14 erhöht den Druck. Sobald der Druck
nun über
ein Niveau ansteigt, das den Öffnungsdruck
des Auslasssperrventils 16 übersteigt, drückt der
Kraftstoff gegen das Auslasssperrventil 16, öffnet dieses und
wird in den Common-Rail 2 eingeführt. Dies führt dazu, dass der Common-Rail-Druck
um einen Betrag ansteigt, der der vom Dosierventil 7 abgegebenen Kraftstoffmenge
entspricht. Der im Common-Rail 2 vorhandene Kraftstoff
wird den Einspritzern 1 konstant zugeführt und bei offenstehenden
Einspritzern 1 vom Common-Rail 2 in die Zylinder
eingespritzt.
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Der
von den Einspritzern 1 beispielsweise aufgrund der Öffnungs-/Schließsteuerung
der Einspritzer 1 abgegebene Leckkraftstoff wird direkt
in den Kraftstofftank 4 zurückgeführt. Zudem wird Kraftstoff
an der Auslassseite der Einspeisepumpe 6 über eine
Leitung 20 in ein Gehäuse 19 der
Zuführpumpe 3 eingeführt und
jedes gleitende Teil der Zuführpumpe 3 wird
mit dem Kraftstoff geschmiert.
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Die
ECU 18 führt
die elektronische Gesamtsteuerung der Vorrichtung durch, wobei die Öffnungs-/Schließsteuerung
der Einspritzer 1 hauptsächlich auf der Grundlage des
Betriebszustands (beispielsweise der Motordrehzahl, der Motorlast usw.).
des Motors durchgeführt
wird. Die Kraftstoffeinspritzung wird gemäß einem AN/AUS-Zustand der Magnetspule
der Einspritzer 1 ausgeführt bzw. beendet.
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Daneben
steuert die ECU 18 auch den Öffnungsgrad und die Öffnungs/Schließzeitsteuerung des
Dosierventils 7 gemäß dem Betriebszustand
des Motors, wodurch eine Feedbacksteuerung des Common-Rail-Drucks
erfolgt. Hierbei wird der Soll-Common-Rail-Druck auf der Grundlage
des Motorbetriebszustands durch die ECU 18 bestimmt und
das Dosierventil 7 wird durch die ECU 18 so gesteuert, dass
der Ist-Common-Rail-Druck dem Soll-Common-Rail-Druck entspricht.
Wenn beispielsweise der Ist-Common-Rail-Druck um einen relativ großen Betrag
unter den Soll-Common-Rail-Druck sinkt, so wird das Dosierventil 7 so
gesteuert, dass sein Öffnungsgrad
sich erhöht
und die Menge an vom Zuführventil 3 gepumptem
Kraftstoff zunimmt.
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Zum
Erfassen des Betriebszustands des Motors und des den Motor enthaltenden
Fahrzeugs sind verschiedene Sensoren vorgesehen. Zu diesen Sensoren
gehört
ein Kurbelsensor 22 zum Erfassen des Kurbelwinkels des
Motors, ein Gaspedalöff nungsgradsensor 23 zum
Erfassen des Gaspedalöffnungsgrads,
ein Gaspedalschalter 24 zum Erfassen, ob der Gaspedalöffnungsgrad
0 beträgt
oder nicht, und ein Schaltpositionssensor 25 zum Erfassen
der Schaltposition (einschließlich
des neutralen Gangs) der Gangschaltung. Diese Sensoren sind elektrisch
mit der ECU 18 verbunden. Zudem berechnet die ECU 18 die
Motordrehzahl auf der Grundlage des Ausgangsimpulses vom Kurbelsensor 22.
Daneben ist ein Drucksensor 21 zum Erfassen des Ist-Common-Rail-Drucks
im Common-Rail 2 vorgesehen und dieser Drucksensor 21 ist
ebenfalls elektrisch mit der ECU 18 verbunden.
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Der Öffnungsgrad
des Dosierventils 7 wird durch das Antriebssignal und insbesondere
das ein Tastverhältnis
aufweisende Antriebssignal gesteuert, das von der ECU 18 geliefert
wird. In der ECU 18 ist eine PWM-Schaltung zur Erzeugung
des ein Tastverhältnis
aufweisenden Antriebssignals vorhanden. Im übrigen steht das Tastverhältnis, auf
das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
Bezug genommen wird, für
das Verhältnis
der Länge
des EIN-Zustands zu einer Periode (Zeiteinheit).
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Der
Aufbau des Dosierventils 7 ist in 1 dargestellt.
Das Dosierventil 7 besteht hauptsächlich aus einem Dosierabschnitt 7a,
der im unteren Teil der Zeichnungsfigur gezeigt ist, und einem Betätigerabschnitt 7b,
der im oberen Teil der Figur gezeigt ist. Das Dosierventil ist ein
normalerweise offenes System und ist im AUS-Zustand (wenn kein Strom fließt) vollständig geöffnet. Der
Dosierabschnitt 7a nimmt in einem zylindrischen Ventilkörper 32 ein
zylindrisches Ventilstück 33 mit
offenem Boden, das als ein Ventil dient, und eine Rückführfeder 34 auf.
Wenn das Ventilstück 33 in
axialer Richtung im Ventilkörper 32 gleitet,
so verändert
sich der Verbindungsoberflächenbereich
des in der Seitenwand des Ventilkörpers 32 vorgesehenen
Einlasslochs und eines im Ventilstück 33 vorgesehenen
Einlasslochs 36, wobei der Ventilöffnungsgrad ebenfalls verändert wird.
Die Rückführfeder 34 ist
in einem zusammengedrückten
Zustand zwischen der unteren Endfläche des Ventilstücks 33 und
der Bodenwand des Ventilkörpers 32 vorgesehen
und drückt
das Ventilstück 33 in
eine Aufwärtsbewegung,
d.h. in die Ventilöffnungsrichtung.
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Der
von der Einspeisepumpe 6 zugeführte Kraftstoff wird vom Einlassloch 35 aus
eingeführt,
innerhalb des Ventilstücks 33 nach
unten geführt
und von einem in der Bodenwand des Zylinderabschnitts 32 vorgesehenen
Auslassloch 37 zur Zuführpumpe 3 hin
ausgestoßen.
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Im
Betätigerabschnitt 7b ist
eine Magnetspule 39 in einem Spulengehäuse 38 eingebettet
und ein Anker 40 ist so im offenen Raum im mittigen Abschnitt
des Spulengehäuses 38 angeordnet,
dass er in axialer Richtung gleiten kann. Der Anker 40 ist
von außen
von der Magnetspule 39 umgeben und wird nach unten bewegt,
wenn die Magnetspule 39 auf EIN seht (und Strom fließt), wodurch
er das Ventilstück 33 in
die Ventilöffnungsrichtung
bewegt. Der Anker 40 und das Ventilstück 33 werden normalerweise
durch die von der Magnetspule 39 erzeugte elektromagnetische
Kraft und die Druckkraft der Rückführfeder 34 in
engen Kontakt miteinander gebracht und können als ein einziges Ventil
betrachtet werden. Gleitabschnitte an der äußeren Umfangsoberfläche des
Ankers 40 und des Ventilstücks 33 werden durch
den Kraftstoff geschmiert, der in das Ventil eindringt.
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Die
einzelnen Zustände
des Dosierabschnitts 7a des Dosierventils 7 sind
in den 2A, 2B und 2C dargestellt. 2A zeigt
einen Zustand, in dem kein elektrischer Strom in der Magnetspule
fließt,
das Einlassloch 35 und das Einführloch 36 komplett
miteinander verbunden sind und ein maximaler Ventilöffnungsgrad
(vollstän dig
geöffnetes Ventil)
erreicht ist. 2B zeigt einen Zustand, in dem
ein geringer elektrischer Strom fließt, das Einlassloch 35 und
das Einführloch 36 zum
Teil miteinander verbunden sind und ein Zwischenventilöffnungsgrad
erreicht ist. 2C zeigt einen Zustand, in dem
ein starker elektrischer Strom fließt, das Einlassloch 35 und
das Einführloch 36 nicht
miteinander verbunden sind und ein minimaler Ventilöffnungsgrad (vollständig geschlossenes
Ventil) hergestellt ist. Im letzteren Fall wird kein Kraftstoff
durch die Zuführpumpe 3 gepumpt.
Der Wert des in der Magnetspule fließenden elektrischen Stroms
verändert
sich entsprechend dem Tastverhältnis
und der Öffnungsgrad des
Dosierventils 7 verändert
sich kontinuierlich von einem vollständig geöffneten Zustand zu einem vollständig geschlossenen
Zustand.
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Ein
Verfahren für
die Feedbacksteuerung des Common-Rail-Drucks bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 7 beschrieben.
Der in dieser Figur gezeigte Prozessablauf wird durch die ECU 18 wiederholt
mit einer Zeitsteuerung für
jede festgelegte Steuerperiode Δt
(von beispielsweise 20 ms) durchgeführt. Ein Verzeichnis zum Berechnen
der im folgenden beschriebenen Steuerwerte wird auf der Grundlage
von Ergebnissen von tatsächlichen
Motortests erstellt, welche vorab durchgeführt wurden, und wird in der
ECU 18 gespeichert.
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Im
Schritt 501 werden eine auf der Grundlage des Ausgangsimpulses
vom Kurbelsensor 22 berechnete Motordrehzahl Ne, ein vom
Gaspedalöffnungsgradsensor 23 erfasster
Gaspedalöffnungsgrad
Ac und ein von dem Drucksensor 21 ermittelter Ist-Common-Rail-Druck
P gelesen.
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Im
Schritt 502 werden eine Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Qtar
und eine Soll-Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung
Titar gemäß einem Soll-Kraftstoffeinspritzmengenberechnungsverzeichnis
M1 und einem Soll-Kraftstoffzeitsteuerungsberechnungsverzeichnis
M2 auf der Grundlage der Werte für
die Motordrehzahl Ne und den Gaspedalöffnungsgrad Ac berechnet. Die
berechnete Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Qtar und die berechnete
Soll-Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung Titar können in Abhängigkeit von der Motortemperatur
oder dem Atmosphärendruck
korrigiert werden.
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Im
Schritt 503 wird ein Soli-Common-Rail-Druck Ptar gemäß einem
Soll-Commmon-Rail-Druck-Berechnungsverzeichnis
M3 auf der Grundlage der Werte für
die Motordrehzahl Ne und die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Qtar
berechnet. Eine Basisausstoßrate
FFbase der Zuführpumpe wird
aus der Soll-Einspritzmenge Qtar und der Abströmmenge aus den Einspritzern
berechnet.
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Im
Schritt 504 wird die Differenz ΔP zwischen dem Soll-Common-Rail-Druck
Ptar und dem Ist-Common-Rail-Druck P mit Hilfe der Formel ΔP = Ptar – P berechnet.
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Im
Schritt 505 werden ein proportionaler Ausdruck FFp, ein
integraler Ausdruck FFi und ein Differentialausdruck FFd gemäß einem
jeweiligen Verzeichnis zur Berechnung des proportionalen Ausdrucks,
des integralen Ausdrucks bzw. des Differentialausdrucks auf der
Grundlage der Druckdifferenz ΔP
berechnet (alle diese Verzeichnisse sind zusammen mit M4 gekennzeichnet).
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Im
Schritt 506 werden der proportionale Ausdruck FFp, der
integrale Ausdruck FFi und der Differentialausdruck FFd jeweils
zur Basisausstoßrate FFbase
addiert und es wird eine Endausstoßrate FFfnl berechnet.
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Die
Basisausstoßrate
FFfnl ist ein Soll-Wert für
die Endausstoßrate
der Zuführpumpe.
Dementsprechend wird im Schritt 507 das Basistastverhältnis A,
d.h. das Tastverhältnis
des ein Tastverhältnis aufweisenden
Antriebssignals, das dem Basis-Soll-Öffnungsgrad
des Dosierventils 7 entspricht, auf der Grundlage der Endausstoßrate FFfnl
berechnet.
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Anders
ausgedrückt,
wird die Druckdifferenz ΔP
auf der Grundlage des Motorbetriebszustands berechnet, der durch
die Motordrehzahl Ne und den Gaspedalöffnungsgrad Ac (Schritte 501 bis 504)
dargestellt wird, und das Basistastverhältnis A wird auf der Grundlage
der Druckdifferenz ΔP
berechnet (Schritte 505–507). Somit ist das
Basistastverhältnis A
letztendlich ein auf der Grundlage des Motorbetriebszustands berechneter
Wert.
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Diese
Korrektur des Basistastverhältnisses A,
die das spezifische Merkmal der vorliegenden Erfindung darstellt,
wird in den im folgenden beschriebenen Schritten 508, 509 durchgeführt.
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Zunächst wird
im Schritt 508 ein Korrekturkoeffizient B gemäß einem
in 5 gezeigten Korrekturkoeffizientenberechnungsverzeichnis
M5 auf der Grundlage der Motordrehzahl Ne und der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge
Qtar berechnet. Das Verzeichnis M5 zeigt deutlich, dass der Wert
des Korrekturkoeffizienten B so eingestellt ist, dass er geringer
wird, wenn die Motordrehzahl Ne höher wird, und dass er geringer
wird, wenn die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Qtar größer wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
genügt
der Korrekturkoeffizient B der invers proportionalen Beziehung zur
Motordrehzahl Ne, wenn die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Qtar innerhalb
eines Bereichs von 0 ≤ Qtar ≤ Qs (Qs ist
der festgelegte Schwellenwert, beispielsweise Qs = 60 mm3/st) konstant eingestellt wird, während die Motordrehzahl
Ne zwischen null und dem festgelegten Schwellenwert Nes liegt (beispielsweise
Nes = 2000 U/M), und er wird null, wenn die Motordrehzahl Ne den
Schwellenwert Nes erreicht oder auf einen höheren Wert ansteigt. Zudem
erreicht der Korrekturkoeffizient B dann, wenn die Motordrehzahl
Ne in einem Bereich von 0 ≤ Ne ≤ Nes konstant
ist, seinen Maximalwert, wenn die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Qtar null ist,
und der Korrekturkoeffizient B wird null (Minimalwert), wenn die
Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Qtar einen Schwellenwert Qs erreicht
oder auf einen höheren
Wert ansteigt. Somit kann der Korrekturkoeffizient B auf der Grundlage
der Motordrehzahl Ne und der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Qtar
berechnet werden, wobei es sich um die Parameter handelt, die zu
denjenigen identisch sind, welche beim Soll-Common-Rail-Druck Ptar
berücksichtigt werden.
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Im
Schritt 509, wird der Wert D des Endtastverhältnisses,
der letztlich dem Dosierventil 7 der Zuführpumpe 3 zugeführt wird,
auf der Grundlage der Formel D = A + BC berechnet. Hierbei ist C
ein Oszillationstastverhältnis,
wie dies in 4 dargestellt ist, und oszilliert
mit einer konstanten Periode und einer konstanten Amplitude. Das
Oszillationstastverhältnis C
ist ein Wert, der innerhalb der ECU 18 erzeugt wird. Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
oszilliert das Oszillationstastverhältnis C in einem Bereich von –1 (%) bis
1 (%), wobei null die Mitte bildet. Das Basistastverhältnis A
wird somit durch das Produkt des Korrekturkoef fizienten B und des
Oszillationstastverhältnisses
C korrigiert und das so gewonnene Endtastverhältnis D ist ein Tastverhältnis, das
dem zu steuernden End-Soll-Öffnungsgrad
des Dosierventils 7 entspricht.
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Im
Schritt 510 wird ein Antriebssignal mit einem Tastverhältnis an
das Dosierventil 7 ausgegeben, das dem Endtastverhältnis D
entspricht. Der vorliegende Steuerzyklus ist hiermit abgeschlossen.
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Die
Korrektur des Basistastverhältnisses
A wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben.
Das in der Figur gezeigte Beispiel bezieht sich auf den Fall, in
dem das im genannten Schritt 507 berechnete Basistastverhältnis A
gleich A = 30 (%) ist. In diesem Fall beginnt der Korrekturkoeffizient
B, wie in der Zeichnung gezeigt, damit, sich aufgrund von Veränderungen
in der Motordrehzahl ausgehend von dem Wert 1 von einem Zeitpunkt
t3 ab zu verringern, wobei er zu einem Zeitpunkt t4 null wird, weil
die Motordrehzahl Nes erreicht.
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Das
Endtastverhältnis
D erhält
man, indem der Wert, der durch die Multiplikation des Oszillationstastverhältnisses
C mit dem Koeffizienten B gewonnen wurde, zu dem Wert des Basistastverhältnisses
A addiert wird. So ist beispielsweise zum Zeitpunkt t1 der Korrekturkoeffizient
B = 1 und das Oszillationstastverhältnis C = 1 (%). Somit ist
das Endtastverhältnis
D = 1 × 1
(%) + 30 (%) = 31 (%). Zudem ist beispielsweise zum Zeitpunkt t2
der Korrekturkoeffizient B = 1 und das Oszillationstastverhältnis ist
C = –1
(%). Somit beträgt
das Endtastverhältnis
D = 1 × 1 (%)
+ 30 (%) = 29 (%). Das Endtastverhältnis D oszilliert somit mit
derselben Periode wie das Oszillationstastverhältnis C. Der Oszillationsbereich
ist, wie in 4 dargestellt, ΔD.
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Nach
dem Zeitpunkt t3 verringert sich der Oszillationsbereich des Endtastverhältnisses
D nach und nach, da sich der Korrekturkoeffizient B verringert.
Weil der Korrekturkoeffizient B nach dem Zeitpunkt t3 null wird,
wird auch die Oszillation des Endtastverhältnisses D beendet. Der auf
die Zeit bezogene Durchschnittswert des Endtastverhältnisses
D im oben beschriebenen Verfahren entspricht noch immer dem Basistastverhältnis A
= 30 (%) und das Endtastverhältnis
D oszilliert entsprechend dem Korrekturkoeffizienten um diesen als
Mittelwert dienenden Wert.
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Da
das durch das Tastverhältnis
bestimmte Antriebssignal (Endtastverhältnis D), das an das Dosierventil 7 ausgegeben
wird, mit der festgelegten Periode oszilliert, vibriert das Ventilstück 33 (siehe 1)
des Dosierventils 7 selbst dann geringfügig, wenn ein Motorbetriebszustand
vorliegt, in dem der Ventilöffnungsgrad
des Dosierventils 7 konstant wird. Somit lässt sich
ein Steckenbleiben des Dosierventils 7 aufgrund statischer
Reibung verhindern, eine gute Ansprechempfindlichkeit des Dosierventils 7 auf Änderungen
des elektrischen Stromwerts erzielen und der Common-Rail-Druck leichter überwachen.
Anders gesagt, lässt
sich die in 6 gezeigte nicht sensitive Zone Δ eliminieren
oder weitgehend reduzieren.
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Darüber hinaus
steigt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Oszillationsbereich ΔD
des Endtastverhältnisses
D mit einem Abfallen der Motordrehzahl und einem Abfallen der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge
Qtar an. Ein Steckenbleiben des Ventils tritt normalerweise dann
auf, wenn die Pumpfrequenz niedrig ist, beispielsweise wenn ein
niedriger UpM-Wert vorliegt, wenn bei einer geringen Last die Menge
an Kraftstoff, der in das Dosierventil 7 strömt, vergleichsweise
gering ist und wenn ein Leerlaufzustand vorliegt, in dem der Motorbetriebszustand
konstant ist. Somit können
die genannten Einstellungen effektiv verhindern, dass das Ventil
steckenbleibt. Wenn hingegen die Drehzahl und die Last hoch sind, so
ist auch die Pumpfrequenz hoch, und das Ventil vibriert von selbst,
wobei die Menge an in das Dosierventil 7 strömendem Kraftstoff
vergleichsweise groß ist.
Dies führt
dazu, dass es kaum zu einem Steckenbleiben des Ventils kommen kann.
Somit ergeben sich in diesem Fall selbst ohne Oszillation keine
Probleme. Hingegen kann die Erzeugung von Oszillationen aufgrund
der in diesem Fall hohen Sensibilität des Dosierventils 7 zu
Nachlaufschwankungen im Common-Rail-Druck führen.
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Zudem
wird der Korrekturkoeffizient B auf der Grundlage von Parametern
(Motordrehzahl Ne und Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Qtar) berechnet, die
zu denjenigen identisch sind, die beim Berechnen des Soll-Common-Rail-Drucks
Ptar herangezogen werden, wodurch eine Kompatibilität mit der
Steuerung gegeben ist und eine stabile Steuerung erzielt wird.
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Es
sind auch andere Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung denkbar, und die vorliegende Erfindung ist
nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt.
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Die
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
zeigt eine exzellente Wirkung bei der Verhinderung eines Steckenbleibens
des Dosierventils und der leichteren Überwachung des Common-Rail-Drucks.
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Die
in der vorliegenden Beschreibung, den vorliegenden Ansprüchen und
der beigefügten
Zeichnung beschriebene und offenbarte Common-Rail-Kraftstoffein spritzvorrichtung
wurde in der japanischen Patentanmeldung Nr.
2002-362269 beschrieben.