DE69730192T2

DE69730192T2 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung und Verfahren für Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE69730192T2
Application number: DE69730192T
Authority: DE
Inventors: Hiromasa Toyota-shi Hashimoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: DE69730192D1; US5941209A; EP0849460A2; EP0849460B1; EP0849460A3; JPH10176563A; JP3090073B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Treibstoffeinspritzvorrichtung, die Treibstoffeinspritzeinrichtungen hat, die Treibstoff direkt in die Motorzylinder einspritzen und Verfahren für das Steuern der Treibstoffeinspritzung.
Verwandter Stand der Technik
Bei einem typischen Fahrzeugmotor wird Treibstoff in einen Ansaugdurchgang eingespritzt und homogen mit Luft vermischt, die durch den Ansaugdurchgang geht. Das homogene Luft-Treibstoffgemisch wird dann zu Verbrennungskammern geleitet, die in dem Motor definiert sind. In jeder Verbrennungskammer wird das Luft-Treibstoffgemisch durch eine Zündkerze gezündet. Dies verbrennt das Gemisch und erzeugt eine Antriebskraft.
Die Verbrennung eines Luft-Treibstoffgemisches bei solch einem homogenen Zustand wird normalerweise als eine homogene Ladeverbrennung bezeichnet. Bei einem Motor, der eine homogene Ladeverbrennung ausführt, ist ein Drosselventil in dem Ansaugdurchgang angeordnet, um die Menge des Luft-Treibstoffgemisches, das in die Verbrennungskammer gezogen wird, einzustellen und um folglich das Motormoment zu steuern.
Jedoch verringert bei Motoren, die eine homogene Verbrennung ausführen, der Drosselungsvorgang des Drosselventils den Druck in dem Ansaugdurchgang. Dies erhöht Energieverluste wegen des Pumpens (Pumpverluste (pumping losses)), wenn das Luft-Treibstoffgemisch in die Verbrennungskammern von dem Ansaugdurchgang gezogen wird und verringert folglich die Effizienz des Motors.
Die Schichtladeverbrennung löst dieses Problem. Bei einer Schichtladeverbrennung wird Treibstoff direkt in jede Verbrennungskammer eingespritzt. Dies liefert der Umgebung der Zündkerze ein fettes, stark brennbares Luft-Treibstoffgemisch. Die Zündung des fetten Luft-Treibstoffgemisches verbrennt des umgebende magere Luft-Treibstoffgemisch. In einem Motor, der eine Schichtladeverbrennung ausführt, wird das Motormoment grundlegend durch Einstellen der Menge des Treibstoffes gesteuert, der in Richtung der Umgebung der Zündkerze eingespritzt wird. Dementsprechend wird die Drosselung durch das Drosselventil unnötig. Dies verringert Pumpverluste und verbessert die Effizienz des Motors. Weiter ist in einem Motor, der eine Schichtladeverbrennung ausführt, das gesamte Luft-Treibstoffgemisch gewöhnlicherweise mager. Dies verbessert die Treibstoffeffizienz.
Ein Regler, der die Merkmale gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist und ein Verfahren, das die Merkmale gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 10 aufweist, ist von dem Dokument JP 63246442 A bekannt.
Das Dokument JP 63246442 A beschreibt einen Motor, der eine Schichtladeverbrennung und eine homogene Verbrennung in Übereinstimmung mit dem Zustand des Motors ausführt. Bei diesem Motor ist eine erste Treibstoffeinspritzeinrichtung für jeden Zylinder vorgesehen, um Treibstoff direkt in den Zylinder einzuspritzen. Eine zweite Treibstoffeinspritzvorrichtung spritzt Treibstoff in den Ansaugdurchgang ein. Treibstoff wird zu jeder Einspritzeinrichtung von einer Treibstoffpumpe geliefert.
Während der Einspritzung des Treibstoffs in den jeweiligen Zylinder von der zugehörigen ersten Treibstoffeinspritzeinrichtung wird eine normale Treibstoffeinspritzung behindert, wenn der Treibstoffeinspritzdruck der Einspritzeinrichtung geringer wird als der Druck in dem Zylinder. Dies kann ebenso verursachen, dass komprimierte Hochdruckluft in dem Zylinder in die Einspritzeinrichtung strömt. Fremdkörper, solche wie Kohlenstoff, sind in der Luft enthalten. Folglich kann der Eintritt von dieser Luft, die die Fremdkörper enthält, in die Einspritzeinrichtung die Lebensdauer des Ventils verkürzen.
Weiter verwendet die Treibstoffpumpe das Moment des Motors als eine Antriebskraft. Folglich ist der Treibstoffeinspritzdruck gering, wenn der Motor gestartet wird. Deshalb besteht eine größere Neigung der Luft, in die Einspritzeinrichtung während des Startens des Motors einzutreten.
Der Motor der obigen Veröffentlichung behandelt dieses Problem durch Anhalten der Einspritzung des Treibstoffs von jeder ersten Einspritzeinrichtung, während die Einspritzung des Treibstoffs von lediglich der zweiten Einspritzeinrichtung zugelassen wird, wenn der Druck in den Zylindern größer wird als der Druck in der zugehörigen ersten Einspritzeinrichtung. Als eine andere Option kann Treibstoff von beiden Einspritzeinrichtungen, der ersten und zweiten Einspritzeinrichtung, eingespritzt werden. Dies verkürzt die Zeitlänge, während welcher Treibstoff von den ersten Einspritzeinrichtungen eingespritzt wird. Dementsprechend wird verhindert, dass Luft in die Treibstoffeinspritzeinrichtung eintritt.
Jedoch ist der Aufbau, der in der Veröffentlichung beschrieben ist, in Richtung von Treibstoffeinspritzeinrichtungen gerichtet, die Treibstoff in den Ansaugdurchgang einspritzen. Der Aufbau der Veröffentlichung kann nicht bei einem Motor angewendet werden, der Treibstoff direkt in den zugehörigen Zylinder einspritzt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der Treibstoffeinspritzregelung und einen Treibstoffeinspritzregler bereitzustellen, der verhindert, dass Luft in die Zylinder der zugehörigen Treibstoffeinspritzeinrichtungen eintritt. Um die obige Aufgabe zu erreichen, weist der Regler bei einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Bei einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren die Merkmale des Anspruchs 10 auf.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden von der folgenden Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwendet wird und mittels eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die für neu befunden werden, sind in Ausführlichkeit in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung, zusammen mit deren Aufgaben und Vorteilen, kann am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, wovon:
1 eine schematische Ansicht ist, die einen Treibstoffeinspritzregler gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein elektrisches Blockdiagramm ist, das den Aufbau einer elektronischen Steuereinheit zeigt;
3(a) ein Flussdiagramm ist, das eine Prozedur für das Steuern der Treibstoffeinspritzung zeigt;
3b eine Fortsetzung des Flussdiagramms von 3(a) ist, die die Prozedur für die Steuerung der Treibstoffeinspritzung zeigt; und
4 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem maximalen Zylinderdruck zeigt.
BESCHREIBUNG DER BESONDEREN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Treibstoffeinspritzregler eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht, die einen Treibstoffeinspritzregler eines Benzinmotors für Kraftfahrzeuge zeigt. Ein Motor 1 hat vier Zylinder 1a.
Der Motor 1 hat einen Zylinderblock 2, der die Zylinder 1a unterbringt. Jeder Zylinder 1a bringt einen Kolben (nicht gezeigt) unter. Ein Zylinderkopf 4 ist oben auf dem Zylinderblock 2 angeordnet. Eine Verbrennungskammer 5 ist in dem Raum definiert, der zwischen der Wand des jeweiligen Zylinders 1a, dem zugehörigen Kolben und dem Zylinderkopf 4 ausgebildet ist. Jede Verbrennungskammer 5 ist mit einem ersten Ansaugkanal 7a und einem zweiten Ansaugkanal 7b verbunden. Der erste Ansaugkanal 7a ist mit einem ersten Ansaugventil 6a verbunden, während der zweite Ansaugkanal 7b mit einem zweiten Ansaugventil 6b verbunden ist. Das erste und zweite Ansaugventil 6a, 6b sind in dem Zylinderkopf 4 angeordnet.
Ein Treibstoffverteilerrohr 10 erstreckt sich durch den Zylinderkopf 4. Eine Einspritzeinrichtung 11 ist für jeden Zylinder 1a vorgesehen und mit dem Verteilerrohr 10 verbunden. Die Einspritzeinrichtungen spritzen Treibstoff direkt in den zugehörigen Zylinder 1a ein, wenn eine Schichtladeverbrennung ausgeführt wird, und wenn eine homogene Ladeverbrennung ausgeführt wird. Eine Düse (nicht gezeigt) ist an dem fernen Ende von jeder Einspritzeinrichtung 11 vorgesehen. Treibstoffsprühregen (fuel mist) wird durch die Düse eingespritzt. Ein Nadelventil (nicht gezeigt) ist in der Einspritzeinrichtung 11 angeordnet, um die Düse zu öffnen und zu schließen.
Die Schichtladeverbrennung wird durch Einspritzen des Treibstoffs in die Verbrennungskammer 5 ausgeführt, wenn der zugehörige Kolben in der Schlussphase dessen Kompressionshubs ist. Der Treibstoff wird um die Zündkerze konzentriert und dann gezündet. Die homogene Ladeverbrennung wird durch Einspritzen von Treibstoff in die Verbrennungskammer 5 ausgeführt, wenn der zugehörige Kolben in dem Ansaughub ist. Der eingespritzte Treibstoff vermischt sich homogen mit der Luft, die durch die zugehörigen Ansaugkanäle 7a, 7b in die Verbrennungskammer 5 gezogen wird, und wird dann verbrannt.
Der erste Ansaugkanal 7a von jedem Zylinder 1a ist mit einem ersten Ansaugdurchgang 15a verbunden, während der zweite Ansaugkanal 7b mit einem zweiten Ansaugkanal 15b verbunden ist. Der erste und zweite Ansaugdurchgang 15a, 15b erstrecken sich durch einen Ansaugkrümmer 15 und verbinden die zugehörigen Zylinder 1a mit einem Zwischenbehälter (Ausgleichsbehälter) 16.
Der Zwischenbehälter 16 ist durch eine Ansaugrohrleitung 20 mit einem Luftreiniger 21 verbunden. Ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 23, das durch einen Schrittmotor 22 geöffnet und geschlossen wird, ist in der Ansaugrohrleitung 20 angeordnet. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30 sendet Impulssignale zum Antreiben des Schrittmotors 22 und steuert den Öffnungsgrad des Drosselventils 23 (Drosselklappenöffnungsgrad). Die Ansaugrohrleitung 20, der Zwischenbehälter 16 und der erste und zweite Ansaugdurchgang 15a, 15b stellen einen Ansaugdurchgang 41 dar.
Das Verteilerrohr 10 ist über einen Hochdrucktreibstoffdurchgang 50 mit einer Hochdruckpumpe 51 verbunden. Ein Rückschlagventil 57 ist in dem Treibstoffdurchgang 50 vorgesehen, um einen umgekehrten Fluss des Treibstoffs in Richtung der Pumpe 51 zu verhindern. Die Hochdruckpumpe 51 ist mit einer Niederdruckpumpe 53 über einen Niederdrucktreibstoffdurchgang 52 verbunden. Die Niederdruckpumpe 53 ist mit einem Treibstofftank 54 über einen Treibstoffzuführdurchgang 55 verbunden. Ein Treibstofffilter 56 ist in dem Treibstoffzufuhrdurchgang 55 angeordnet, um den Treibstoff zu filtern. Die Niederdruckpumpe 53 zieht Treibstoff von dem Treibstofftank 54 und treibt den Treibstoff in Richtung der Hochdruckpumpe 51 durch den Niederdrucktreibstoffdurchgang 52.
Der Motor 1 hat eine Kurbelwelle 1b. Die Kurbelwelle 1b treibt die Hochdruckpumpe 51 an. Diese beaufschlagt den Treibstoff mit Druck zu einem Hochdruck und treibt den mit Druck beaufschlagten Treibstoff durch den Hochdrucktreibstoffdurchgang 50 und zu dem Verteilerrohr 10. Die Hochdruckpumpe 51 ist ebenso mit dem Treibstofftank über einen Treibstoffüberlaufdurchgang 58 verbunden. Ein elektromagnetisches Überlaufventil 59 (Überströmventil) ist in dem Überlaufdurchgang 58 angeordnet. Wenn das Überlaufventil 59 (Überströmventil) geöffnet ist, wird der Treibstoff, der durch die Hochdruckpumpe 51 erhalten wird, nicht weiter mit Druck beaufschlagt und nicht zu dem Verteilerrohr 10 geleitet, sondern zu dem Treibstofftank 54 durch den Treibstoffüberlaufdurchgang 58 zurückgesandt. Wenn das Überströmventil 59 geschlossen ist, ist der Überlaufdurchgang 58 geschlossen. Folglich wird der Treibstoff, der durch die Hochdruckpumpe 51 erhalten wird, weiter mit Druck beaufschlagt und zu dem Verteilerrohr 10 durch den Hochdrucktreibstoffdurchgang 50 geleitet. Die ECU 30 ändert die Öffnungs- und Schließzeit des Überströmventils 59, um die Menge und den Druck des Treibstoffes, der in das Verteilerrohr eintritt, einzustellen.
Jeder Zylinder 1a hat ein Paar Auslasskanäle 9, die mit einem Auslasskrümmer 14 verbunden sind. Jeder Auslasskanal 9 wird durch ein Auslassventil 8 geöffnet und geschlossen, das in dem Zylinderkopf 4 angeordnet ist. Nach der Verbrennung wird Abgas von jedem Zylinder 1a ausgestoßen, wenn die zugehörigen Auslassventile 8 geöffnet sind. Dies erlaubt das Ausstoßen des Abgases durch den zugehörigen Auslasskanal 9, den Auslasskrümmer 14 und die Auslassrohrleitung 40. Der Auslasskrümmer 14 und die Auslassrohrleitung 40 stellen einen Auslassdurchgang 42 dar.
Der Aufbau der ECU 30 ist in 2 gezeigt. Die ECU 30 hat einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) 32, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 33, eine Zentraleinheit (CPU) 34, einen Eingangsanschluss 35 und einen Ausgangsanschluss 36, die miteinander über eine bidirektionale Leitung 31 verbunden sind.
Ein Kühlmitteltemperatursensor 62 ist in dem Zylinderblock 2 zur Erfassung der Temperatur des Motorkühlmittels (Kühlmitteltemperatur THW) vorgesehen. Ein Treibstoffdrucksensor 63 ist in dem Verteilerrohr 10 zur Erfassung des Treibstoffdrucks in dem Rohr 10 (Treibstoffdruck PF) angeordnet. Die Signalausgänge der Sensoren 62, 63 werden über die A/D-Umwandler 37 in den Eingangsanschluss 35 eingegeben.
Ein oberer-Totpunkt-Positionssensor 60 und ein Kurbelwinkelsensor 61 sind in dem Motor 1 vorgesehen. Der obere obere-Totpunkt-Positionssensor 60 erzeugt einen Ausgangsimpuls, wenn beispielsweise der Kolben in dem ersten Zylinder 1a die obere Totpunktposition während des Ansaughubes erreicht. Der Ausgangsimpuls wird in den Eingangsanschluss 35 eingegeben. Der Kurbelwinkelsensor 61 erzeugt einen Ausgangsimpuls, welcher in den Eingangsanschluss 35 eingegeben wird, nämlich jedes Mal wenn die Kurbelwelle 1b des Motors 1 um einen Kurbelwinkel CA von 30° gedreht wird. Die CPU 34 liest die Ausgangsimpulse, die von dem oberen Totpunktpositionssensor 60 und dem Kurbelwinkelsensor 61 gesendet werden, aus, um den Kurbelwinkel θ und die Motordrehzahl NE zu berechnen.
Der Motor 1 hat einen Anlasser (nicht gezeigt) zum Ankurbeln des Motors 1. Der Anlasser hat einen Anlassschalter 64 (2) zur Erfassung der Betätigung des Anlassers. Der Anlasser wird durch einen Zündschalter (nicht gezeigt) betätigt. Wenn der Anlasser durch den Zündschalter betätigt wird, leitet der Anlassschalter 64 ein Anlasssignal STA zu dem Eingangsanschluss 35.
Die Einspritzeinrichtung 11, der Schrittmotor 22 und das elektromagnetische Überströmventil 59 sind mit dem Ausgangsanschluss 36 über die zugehörigen Antriebskreise 38 verbunden. In Übereinstimmung mit den Signalen, die von den Sensoren 60–64 und anderen Sensoren, die nicht gezeigt sind, gesendet werden, steuert die ECU 30 optimal die Einspritzeinrichtung 11, den Schrittmotor 22, das elektromagnetische Überströmventil 59 und andere Teile durch Ausführen eines Steuerprogramms, das in dem ROM 33 gespeichert ist.
Die Steuerung, die durch den Treibstoffeinspritzregler ausgeführt wird, der in dem Motor 1 eingebaut ist, wird nun im Detail beschrieben. Die 3(a) und 3(b) zeigen ein Flussdiagramm einer Prozedur für die Steuerung der Treibstoffeinspritzzeit. Diese Prozedur wird zyklisch, für jedes vorbestimmte Zeitintervall ausgeführt.
Wie in 3(a) gezeigt, liest bei Schritt 100 die ECU 30 beim Einstieg in diese Prozedur die Kühlmitteltemperatur THW den Treibstoffdruck PF, das Anlasssignal STA und die Motordrehzahl NE ein, die von den Sensoren 60–64 gesendet werden. Die ECU 30 liest ebenso die Treibstoffeinspritzmenge QFIN ein, die in dem RAM 32 gespeichert ist. Die Treibstoffeinspritzmenge QFIN wird in einer anderen Prozedur in Übereinstimmung mit dem Niederdrückgrad des Gaspedals und der Motordrehzahl NE berechnet und dann in dem RAM 32 gespeichert.
Bei Schritt 110 beurteilt die ECU 30, ob das Anlasssignal STA „ON" („AN") angibt, oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass das Anlasssignal STA nicht ON angibt, wird der Motor 1 nicht angekurbelt. In diesem Fall schließt die ECU 30 die anschließende Verarbeitung bis zur nächsten Ausführung der Prozedur oder des Zyklus ab, da der Motor 1 nicht gestartet ist.
Bei Schritt 110 schreitet die ECU 30 zu Schritt 120 voran, wenn beurteilt wird, dass das Anlasssignal STA „ON" angibt.
Bei Schritt 120 beurteilt die ECU 30, ob die Motordrehzahl NE gleich oder größer als ein erster Referenzwert NE1 ist, oder nicht. Der erste Referenzwert NE1 ist zu 400 upm (rpm) festgelegt und wird verwendet, um zu bestimmen, ob der Motor 1 gestartet wird, oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Motordrehzahl NE gleich oder größer als der erste Referenzwert NE1 ist, wird der Motor 1 nicht gestartet. In diesem Fall schreitet die ECU 30 zu Schritt 130 voran und setzt einen Startmerker F1 zu Null. Der Startmerker F1 gibt an, ob der Motor momentan gestartet wird.
Wenn bestimmt wird, dass die Motordrehzahl NE nicht gleich oder größer als der erste Referenzwert NE1 in Schritt 120 ist, schreitet die ECU 30 zu Schritt 140 voran.
Bei Schritt 140 bestimmt die ECU 30, ob die Motordrehzahl NE gleich oder geringer als ein zweiter Referenzwert NE2 ist. Der zweite Referenzwert NE2 ist zu 200 upm (rpm) festgelegt und wird verwendet, um zu bestimmen, ob der Motor 1 gestartet wird, oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Motordrehzahl NE gleich oder kleiner als der zweite Referenzwert NE2 ist, wird der Motor 1 gestartet. In diesem Fall schreitet die ECU 30 zu Schritt 150 voran und setzt den Startmerker F1 zu „1". Wenn bestimmt wird, dass die Motordrehzahl NE nicht gleich oder kleiner als der zweite Referenzwert NE2 bei Schritt 140 ist, schreitet die ECU 30 zu Schritt 160 voran. Die ECU 30 schreitet ebenso zu Schritt 160 von den Schritten 130 und 150 voran.
Bei Schritt 160 beurteilt die ECU 30, ob der Startmerker F1 „1" angibt, oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Startmerker F1 „1" angibt, wird der Motor 30 gestartet. In diesem Fall schreitet die ECU 30 zu Schritt 170 voran.
Bei Schritt 170 beurteilt die ECU 30, ob der Treibstoffdruck PF geringer ist als ein Referenzdruckwert PF1. Der Referenzdruckwert PF1 ist ein Druckwert, der größer ist als der maximale Druckwert in der Verbrennungskammer 5, während des Kompressionshubs. Der Referenzdruckwert PF1 wird verwendet, um zu bestimmen, ob Treibstoff in die Verbrennungskammer 5 von der zugehörigen Einspritzeinrichtung 11 während des Kompressionshubs eingespritzt werden kann. Treibstoff kann direkt in jede Verbrennungskammer 5 von der zugehörigen Einspritzeinrichtung 11 eingespritzt werden, wenn der Treibstoffdruck PF gleich oder größer als der Referenzdruckwert PF1 ist.
Wenn bei Schritt 170 bestimmt wird, dass der Treibstoffdruck PF nicht kleiner als der Referenzdruckwert PF1 ist, wird der Motor 1 gestartet, aber der Treibstoffdruck PF ist groß genug, um die Einspritzung des Treibstoffs von der Einspritzeinrichtung 11 während des zugehörigen Kompressionshubs zuzulassen. In diesem Fall schließt die ECU 30 die anschließende Verarbeitung zeitweise ab. Die ECU 30 schließt die anschließende Verarbeitung ebenso zeitweise ab, wenn bestimmt wird, dass der Startmerker F1 bei Schritt 160 nicht zu „1" festgelegt ist.
Wenn bei Schritt 170 bestimmt wird, dass der Treibstoffdruck PF kleiner ist als der Referenzdruckwert PF1, wird der Motor 1 gestartet und die Einspritzung von Treibstoff während des Kompressionshubs ist nicht möglich. In diesem Fall schreitet die ECU 30 zu Schritt 180 voran.
Bei Schritt 180 berechnet die ECU 30 die Treibstoffeinspritzzeit τ in Übereinstimmung mit der Treibstoffeinspritzmenge QFIN. Mit anderen Worten berechnet die ECU 30 die Zeitdauer, während welcher jede Einspritzeinrichtung 11 geöffnet ist.
Bei Schritt 190, der in 3 veranschaulicht ist, berechnet die ECU 30 den Kurbelwinkel (Einspritzanfangswinkel) θ_s, der dem Winkel entspricht, bei welchem jede Einspritzeinrichtung 11 geöffnet ist, oder die Einspritzeinrichtungsöffnungszeit (Einspritzöffnungszeit).
Bei Schritt 200 berechnet die ECU 30 den Kurbelwinkel (Einspritzschließwinkel) θ_e, bei welchem jede Einspritzeinrichtung 11 geschlossen ist, oder die Einspritzeinrichtungsschließzeit (Einspritzschließzeit). Unter der Annahme, dass die Motordrehzahl NE konstant ist, wird die Treibstoffeinspritzzeit τ durch Subtrahieren des Einspritzanfangswinkels θ_s von dem Einspritzschließwinkel θ_e und Umwandeln der resultierenden Differenz (θ_e – θ_s) in die Zeit berechnet.
Bei Schritt 210 erhält die ECU 30 einen Referenzkurbelwinkel θ_c in Übereinstimmung mit dem Treibstoffdruck PF. Der Referenzkurbelwinkel θ_c wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Treibstoffeinspritzung von jeder Einspritzeinrichtung 11 während der Zeitspanne zwischen dem Einspritzschließwinkel θ_e und dem Einspritzanfangswinkel θ_s behindert wird, oder nicht.
4 zeigt Funktionsdaten, die in dem ROM 33 abgespeichert sind. Die Parameter der Funktionsdaten sind der Zylinderdruck P, der in jeder Verbrennungskammer 5 (Zylinder 1a) erzeugt wird, und der Kurbelwinkel θ. Der Zylinderdruck P variiert in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl NE und dem Ansaugluftdruck (Ansaugluftmenge). Deshalb wird bei den Funktionsdaten der maximale Zylinderdruck P in Übereinstimmung mit dem Kurbelwinkel θ abgebildet (mapped). Die ECU 30 bezieht sich auf die Funktionsdaten, um den Referenzkurbelwinkel θ_c zu erhalten, der dem Treibstoffdruck PF entspricht.
Bei Schritt 220 beurteilt die ECU 30, ob der Einspritzschließwinkel θ_e gleich oder größer als der Referenzkurbelwinkel θ_c ist, oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Einspritzschließwinkel θ_e gleich oder größer als der Referenzkurbelwinkel θ_c ist, wird der Treibstoffeinspritzdruck bei einer gewissen Zeit während der Treibstoffeinspritzung geringer sein als der Zylinderdruck P. In diesem Fall schreitet die ECU 30 zu Schritt 240 voran.
Bei Schritt 240 subtrahiert die ECU 30 die Differenz zwischen dem Einspritzschließwinkel θ_e und dem Referenzkurbelwinkel θ_c, oder den Winkel (θ_e–θ_c) , von dem gegenwärtigen Einspritzanfangswinkel θ_s. Die ECU 30 erneuert dann den Einspritzanfangswinkel θ_s mit dem berechneten Wert [θ_s – (θ_e–θ_c)]. Bei diesem Schritt ändert die ECU 30 nicht die Treibstoffeinspritzzeit τ. Deshalb wird der Einspritzschließwinkel θ_e um den Winkel (θ_e–θ_c) verringert (vorgesetzt), so dass dieser gleich dem Referenzkurbelwinkel θ_c ist. Die ECU 30 setzt die Zeitspanne vor, während welcher jede Einspritzeinrichtung 11 geöffnet ist, nämlich um eine Zeit, die dem Winkel (θ_e–θ_C) entspricht, aber die Dauer dieser Zeitspanne τ bleibt die gleiche.
Der Einspritzanfangswinkel θ_s und die Treibstoffeinspritzzeit τ, welche in dieser Prozedur berechnet werden, werden von der ECU 30 auf eine andere Prozedur verwiesen, um die jeweilige Einspritzeinrichtung 11 zu öffnen und zu schließen und die Menge des eingespritzten Treibstoffs zu steuern.
Die ECU 30 schreitet zu Schritt 250 voran, entweder von Schritt 220, nämlich wenn bestimmt wird, dass der Einspritzschließwinkel θ_e nicht gleich oder größer als der Referenzkurbelwinkel θ_c ist, oder von Schritt 240. Bei Schritt 250 liest die ECU 30 den gegenwärtigen Kurbelwinkel θ ein.
Bei Schritt 260 beurteilt die ECU 30, ob der gegenwärtige Kurbelwinkel θ den Referenzkurbelwinkel θ_c erreicht hat, oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der vorliegende Kurbelwinkel θ den Referenzwinkel θ_c nicht erreicht hat, kehrt die ECU 30 zu Schritt 250 zurück. Bei Schritt 260 schreitet die ECU 30 zu Schritt 270 voran, wenn bestimmt wird, dass der vorliegende Kurbelwinkel θ den Referenzkurbelwinkel θ_c erreicht hat.
Bei Schritt 270 beurteilt die ECU 30, ob die Einspritzeinrichtung geöffnet ist, oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Einspritzeinrichtung 11 nicht geöffnet ist, das heißt wenn bestimmt wird, dass die Einspritzung des Treibstoffs abgeschlossen wurde, schließt die ECU 30 die anschließende Verarbeitung zeitweise ab.
Wenn bei Schritt 270 bestimmt wird, dass die Einspritzeinrichtung 11 geöffnet ist, gibt dies an, dass ein plötzlicher Anstieg der Motordrehzahl NE die Einspritzeinrichtung 11 dazu veranlasst hat, offen zu bleiben, selbst nachdem der Kurbelwinkel θ den Referenzkurbelwinkel θ_c erreicht hat. Folglich schreitet die ECU 30 zu Schritt 280 voran und schließt die Einspritzeinrichtung 11 zwangsweise. Die ECU 30 schließt die anschließende Verarbeitung zeitweise bis zur nächsten Ausführung der Prozedur ab.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
Der Treibstoffdruck PF in dem Verteilerrohr 10 ist gering, wenn der Motor 1 nicht läuft. Folglich neigt der Treibstoffeinspritzdruck bei jeder Einspritzeinrichtung 11 dazu, gering zu sein, wenn der Motor 1 gestartet wird. Zusätzlich zu dem geringen Treibstoffeinspritzdruck wird die Treibstoffeinspritzmenge QFIN erhöht, wenn der Motor 1 gestartet wird. Folglich ist die Treibstoffeinspritzzeit τ relativ lang und der Einspritzschließwinkel θ_e wird erhöht (oder die Abschließzeit wird verzögert). Während des Startens kann der Treibstoffeinspritzdruck geringer sein als der Zylinderdruck P und folglich neigt die Luft in der Verbrennungskammer 5 dazu, in die Einspritzeinrichtung 11 einzutreten.
Jedoch beurteilt die ECU 30 bei dem bevorzugten und veranschaulichten Ausführungsbeispiel, ob der Einspritzschließwinkel θ_e gleich oder größer als der Referenzkurbelwinkel θ_c ist, wenn der Motor 1 gestartet wird und der Treibstoffeinspritzdruck der Einspritzeinrichtung 11 (Treibstoffdruck PF) relativ gering ist. Wenn bestimmt wird, dass der Einspritzschließwinkel θ_e gleich oder größer als der Referenzkurbelwinkel θ_c ist, verringert (Vorsetzen) die ECU 30 den Einspritzanfangswinkel θ_s, wodurch ebenfalls der Einspritzschließwinkel θ_e verringert wird. Dies verhindert, dass der Treibstoffeinspritzdruck geringer als der Zylinderdruck P wird, wenn die Einspritzeinrichtung 11 geöffnet ist.
Dementsprechend tritt bei dem bevorzugten und veranschaulichten Ausführungsbeispiel die Hochdruckluft in jeder Verbrennungskammer 5 nicht in die zugehörige Einspritzeinrichtung 11 ein. Dies erhöht die Lebensdauer der Einspritzeinrichtung 11 bedeutsam.
Bei dem bevorzugten und veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird die Zeitspanne, während welcher Treibstoff von der Einspritzeinrichtung 11 eingespritzt wird, vorgesetzt, nämlich durch Subtrahieren des gleichen Kurbelwinkels (θ_e–θ_c) von dem Einspritzanfangswinkel θ_s und dem Einspritzschließwinkel θ_e. Dies verhindert, dass der Treibstoffeinspritzdruck geringer als der Zylinderdruck P wird. Da die Treibstoffeinspritzzeit τ nicht geändert wird, wird die Menge des Treibstoffs, der von der Einspritzeinrichtung 11 eingespritzt wird, nicht geändert, wodurch ein zufriedenstellendes Starten des Motors 1 garantiert wird.
Die Motordrehzahl NE kann plötzlich ansteigen, nämlich nach dem Beginn der Einspritzung von Treibstoff von der Einspritzeinrichtung 11 bei dem Einspritzanfangswinkel θ_s und bevor die Treibstoffeinspritzzeit τ verstreicht. In solch einem Fall ist der Kurbelwinkel θ, bei welchem die Einspritzeinrichtung 11 geschlossen wird, um die Einspritzung des Treibstoffs anzuhalten, größer als der berechnete Einspritzschließwinkel θ_e. Dies würde verursachen, dass die Einspritzeinrichtung 11 geöffnet bleibt, selbst wenn der Kurbelwinkel θ den Referenzkurbelwinkel θ_c erreicht. Dies kann auftreten, da die Einspritzzeit τ eher auf die Bestimmung der Abschließzeit verweist, als auf den aktuellen Kurbelwinkel θ.
Jedoch wird bei dem bevorzugten und veranschaulichten Ausführungsbeispiel die Einspritzeinrichtung 11 zwangsweise geschlossen, wenn die Einspritzeinrichtung 11 geöffnet ist, dann wenn der Kurbelwinkel θ den Referenzkurbelwinkel θ_c erreicht. Dies verhindert, dass das Luft-Treibstoffgemisch in dem Zylinder in die Einspritzeinrichtung 11 eintritt.
Bei dem bevorzugten und veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird der Referenzkurbelwinkel θ_c, der dazu verwendet wird, um zu beurteilen, ob der Treibstoffeinspritzdruck geringer ist als der Zylinderdruck P, oder nicht, in Übereinstimmung mit dem Treibstoffdruck PF, der durch den Treibstoffdrucksensor 63 erfasst wird, erhalten. Folglich ist die Erkennung der Zeit, bei welcher der Treibstoffeinspritzdruck geringer als der Zylinderdruck P wird, geeigneter, im Vergleich mit der Verwendung eines festen Wertes als den Referenzkurbelwinkel θ_c. Dies ermöglicht die Änderung des Einspritzanfangswinkels θ_s (Einspritzanfangszeit) und des Einspritzschließwinkels θ_e (Einspritzschließzeit). Dies bestimmt ebenso, wann die Einspritzeinrichtung 11 zwangsweise zu schließen ist.
Bei dem bevorzugten und veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Referenzdruckwert PF1 zu einem konstanten Druckwert festgelegt, der größer ist als der maximale Druckwert in der Verbrennungskammer 5 während des Kompressionshubs. Der maximale Druckwert weicht geringfügig in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl NE und der Ansaugluftmenge ab. Daher kann der Referenzdruckwert PF1 in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl NE und der Ansaugluftmenge festgelegt werden. Dies verbessert die Genauigkeit, wenn bestimmt wird, ob der Treibstoffdruck PF für das Einspritzen von Treibstoff von der Einspritzeinrichtung 11 während des Kompressionshubs ausreichend ist, oder nicht.
Bei dem bevorzugten und veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird das Starten des Motors 1 von dem Anlasssignal STA und der Motordrehzahl NE erkannt. Jedoch kann das Starten des Motors 1 lediglich von dem Anlasssignal STA oder lediglich von der Motordrehzahl NE erkannt werden.
Bei dem bevorzugten und veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden Fehlfunktionen verhindert, die während des Startens des Motors auftreten können, wenn der Treibstoffeinspritzdruck geringer als der Zylinderdruck P wird. Jedoch können solche Fehlfunktionen nicht nur verhindert werden, wenn der Motor 1 gestartet wird, sondern ebenso den Betrieb des Motors 1 durchweg, nämlich durch Eliminieren der Schritte 100 bis 160.
Deshalb sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten, wobei die Erfindung nicht auf die hierin gegebenen Details beschränkt ist, sondern abgewandelt werden kann, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie durch die beigefügten Ansprüche festgelegt.

Claims

Ein Regler für die Steuerung eines Treibstoff-Einspritzventils (11), das mit einer Verbrennungskammer (5) in einem internen Verbrennungsmotor in Verbindung steht, wobei das Treibstoff-Einspritzventil (11) mit Druck beaufschlagten Treibstoff enthält, der in die Verbrennungskammer (5) eingespritzt wird, wobei der Regler eine Druck-Erfassungseinrichtung (63) für das Erfassen des Einspritzdrucks innerhalb des Einspritzventils (11) und eine erste Berechnungseinrichtung zur Berechnung einer Referenz-Zeit aufweist, bei welcher der Druck in der Verbrennungskammer (5) während des Verdichtungstakts einen Wert erreicht, der kleiner oder gleich dem Druck des Treibstoffs im Einspritzventil (11) ist, der auf dem erfassten Einspritzdruck basiert, wobei der Regler dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser eine zweite Berechnungseinrichtung aufweist zur Berechnung einer Ursprungs-Einspritzöffnungszeit, bei welcher das Einspritzventil (11) geöffnet ist, und einer Ursprungs-Einspritzschließzeit, bei welcher das Einspritzventil (11) geschlossen ist, und eine Vorsetz-Einrichtung zum Vorsetzen der Öffnungszeit und der Schließzeit von deren Ursprungswerten zur vollständigen Treibstoffeinspritzung vor die Referenz-Zeit, wenn die Ursprungs-Schließzeit nach der Referenz-Zeit ist.
Der Regler gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsetz-Einrichtung die Öffnungszeit und die Schließzeit um eine Zeit vorsetzt, die der Differenz zwischen der Referenz-Zeit und der Ursprungs-Schließzeit entspricht, wenn die Öffnungs- und Schließzeit vorgesetzt sind.
Der Regler gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Winkel-Erfassungseinrichtung (61) für das Erfassen eines Umdrehungswinkels einer Abtriebswelle (1b) des Motors, wobei die Öffnungszeit, die Schließzeit und die Referenz-Zeit von dem Umdrehungswinkel der Abtriebswelle bestimmt werden.
Der Regler gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Steuereinrichtung für das zwangsweise Schließen des Einspritzventils (11), wenn das Einspritzventil (11) geöffnet ist und der Umdrehungswinkel der Abtriebswelle (1b) einen Wert erreicht, der der Referenz-Zeit entspricht.
Der Regler gemäß Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Pumpe (51), die von der Abtriebswelle (1b) angetrieben wird, um den Treibstoff dem Einspritzventil (11) zuzuführen.
Der Regler gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler einen Speicher (33) hat, der Funktions-Daten enthält, die eine Beziehung zwischen dem Druck in der Verbrennungskammer (5) und dem Umdrehungswinkel der Abtriebswelle (1b) angeben, und wobei die erste Berechnungseinrichtung eine Referenz-Zeit berechnet, die auf dem erfassten Einspritzdruck und den Funktions-Daten in dem Speicher (33) basiert.
Der Regler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Kurbel-Erfassungseinrichtung (61, 64), um zu Erfassen, ob der Motor angekurbelt wird, wobei die Vorsetz-Einrichtung die Öffnungszeit und die Schließzeit vorsetzt, wenn der Motor angekurbelt wird.
Der Regler gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbel-Erfassungseinrichtung zumindest eine Anlasser-Betätigungs-Erfassungseinrichtung hat, um zu erfassen, ob ein Motoranlasser betätigt wurde, oder eine Geschwindigkeits-Erfassungseinrichtung für das Erfassen der Motorgeschwindigkeit hat.
Der Regler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor die Verbrennung in einem Schichtladungs-Betrieb, bei welchem das Luft-Treibstoff-Verhältnis innerhalb der Verbrennungskammer (5) variiert, und einen homogenen Lade-Betrieb ausführt, bei welchem das Luft-Treibstoff Gemisch im Wesentlichen homogen innerhalb der Verbrennungskammer (5) ist, wobei der Regler das Einspritzventil (11) so steuert, um direkt Treibstoff in die Verbrennungskammer (5) während eines Verdichtungstakts des Motors einzuspritzen, um eine Schichtladungs-Verbrennung durchzuführen, und wobei der Regler das Einspritzventil (11) so steuert, um direkt Treibstoff in die Verbrennungskammer (5) während eines Ansaugtakts des Motors einzuspritzen, um eine homogene Lade-Verbrennung durchzuführen.
Ein Verfahren für die Steuerung eines Treibstoff-Einspritzventils (11), das mit einer Verbrennungskammer (5) in einem internen Verbrennungsmotor in Verbindung steht, wobei das Treibstoff-Einspritzventil (11) mit Druck beaufschlagten Treibstoff enthält, der in die Verbrennungskammer (5) eingespritzt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erfassen des Einspritzdrucks innerhalb des Einspritzventils (11); Berechnen einer Referenz-Zeit, bei welcher der Druck in der Verbrennungskammer (5) während des Verdichtungstakts einen Wert erreicht, der gleich oder kleiner dem Druck des Treibstoffs in dem Einspritzventil (11) ist, der auf dem erfassten Einspritzdruck basiert, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte: Berechnen einer Ursprungs-Einspritzöffnungszeit, bei welcher das Einspritzventil (11) geöffnet ist, und einer Ursprungs-Einspritzschließzeit, bei welcher das Einspritzventil (11) geschlossen ist; und Vorsetzen der Öffnungszeit und der Schließzeit von deren Ursprungswerten zur vollständigen Treibstoff-Einspritzung vor die Referenz-Zeit, wenn die Ursprungs-Schließzeit nach der Referenz-Zeit ist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsetz-Schritt das Vorsetzen der Öffnungszeit und der Schließzeit durch eine Zeit, die die Differenz zwischen der Referenz-Zeit und der Ursprungs-Schließzeit ist, umfasst.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch einen Schritt der Erfassung eines Umdrehungswinkels einer Abtriebswelle (1b) des Motors, wobei die Öffnungszeit, die Schließzeit und die Referenz-Zeit von dem Umdrehungswinkel der Abtriebswelle (1b) bestimmt werden.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Schritt der Berechnung der Referenz-Zeit, die auf dem erfassten Einspritzdruck und Funktions-Daten basiert, die eine Beziehung zwischen dem Druck in der Verbrennungskammer (5) und dem Umdrehungswinkel der Abtriebswelle (1b) angeben.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch die Schritte: der Erfassung eines Umdrehungswinkels einer Abtriebswelle (1b) des Motors, wobei die Referenz-Zeit von dem Umdrehungswinkel der Abtriebswelle (1b) bestimmt wird; des Festlegens eines Referenz-Kurbelwinkels der Abtriebswelle (1b), der der Referenz-Zeit entspricht; des Festlegens, ob das Einspritzventil (11) geöffnet ist, wenn die Abtriebswelle (1b) zum Referenz-Kurbelwinkel gedreht wurde; und des sofortiges Schließens des Einspritzventils (11), wenn festgestellt wird, das das Einspritzventil (11) im vorigen Schritt offen ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch einen Schritt des Erfassens, ob der Motor angekurbelt wird, wobei der Steuerungs-Schritt einen Schritt der vollständigen Treibstoffeinspritzung von dem Einspritzventil (11) vor der Referenz-Zeit hat, wenn der Motor angekurbelt wird.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, gekennzeichnet durch die Schritte: der Steuerung des Einspritzventils (11), um direkt Treibstoff in die Verbrennungskammer (5) während eines Verdichtungstakts des Motors einzuspritzen, um eine Schichtladungs-Verbrennung durchzuführen; und der Steuerung des Einspritzventils (11), um direkt Treibstoff in die Verbrennungskammer (5) während eines Ansaugtakts des Motors einzuspritzen, um eine homogene Lade-Verbrennung durchzuführen.