DE69918589T2

DE69918589T2 - Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE69918589T2
Application number: DE69918589T
Authority: DE
Inventors: Susumu 8-Tuchidana Takahashi; Yasuhiro 8-Tuchidana Nishiyama
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: EP0947686A2; EP0947686B1; US6053150A; EP0947686A3; JP3855447B2; DE69918589D1; JPH11287149A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem, bei welchem Kraftstoff in Verbrennungskammern entsprechend dem hydraulischen Druck eines hydraulisch betätigten Fluids, das von einem Druckspeicher geliefert wird, eingebracht wird.
Ein elektronisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem ist bekannt, bei welchem Injektoren jeweils mit einem Nadelventil versehen sind, das in einem Injektorkörper hin- und herbewegt werden kann, um Einspritzöffnungen zu öffnen und zu schließen, und eine elektronische Einrichtung mit einem Betätigungsstrom versorgt wird, um das hydraulisch betätigte Fluid zu steuern, zum Antreiben des Nadelventils nach oben und nach unten, wodurch der aus den Injektoren einzuspritzende Kraftstoff nach Einspritzzeit- und -menge, die je Zyklus einzuspritzen ist, durch eine Steuereinheit geregelt wird, was von den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine abhängt.
Es sind im Stand der Technik zwei Arten von elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzsystemen vorgeschlagen worden, deren eine ein Kraftstoffeinspritzsystem mit hydraulisch betätigtem Kraftstoff ist, in welchem ein in einer gemeinsamen Kraftstoffdruckleitung gespeicherter Hochdruckkraftstoff beispielsweise an Stelle des hydraulisch betätigten Fluids verwendet wird und welche aus Injektoren besteht, die einen Hauptkörper mit einer Drucksteuerkammer für den Hochdruckkraftstoff sowie ein solenoidbetätigtes Ventil für die elek tronische Einrichtung zur Steuerung von Einlass und Auslass des hydraulisch betätigten Kraftstoffs in die Hochdruckkammer und aus dieser heraus enthält, wodurch das Nadelventil veranlasst wird, sich nach oben und unten in Abhängigkeit von der hydraulischen Kraft des Hochdruckkraftstoffs in der Hochdruckkammer zu verschieben, um den unter Druck stehenden Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen einzuspritzen, die von dem Nadelventil freigegeben sind. Eine weitere Art von Injektor ist ein Kraftstoffeinspritzsystem mit hydraulisch betätigtem Öl, in welchem ein Hochdruck-Motorenöl als hydraulisch betätigtes Fluid verwendet wird und welcher aus Injektoren besteht, deren jeder ein solenoidbetätigtes Ventil aufweist, damit die elektronische Einrichtung den Einlass des hydraulisch betätigten Motorenöls steuert, sowie einen Verstärkerkolben (boosting piston), der mit dem zugeführten Maschinenöl betätigt wird, um den Kraftstoff in einer Verstärkerkammer zu verstärken, wodurch der Druck des unter Druck stehenden Kraftstoffs das Nadelventil veranlasst, sich nach oben und unten zu bewegen, um den unter Druck stehenden Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen einzuspritzen, die vom Nadelventil freigegeben sind. Bei beiden Arten des Kraftstoffeinspritzsystems wird die Betätigung der elektronischen Einrichtung oder des solenoidbetätigten Ventils mit der Betätigungsstromausgabe aus einer elektronisch steuernden Vorrichtung oder einer Steuereinheit gesteuert. Beim Anheben des Nadelventils durch die Wirkung des hydraulisch betätigten Fluids, das auf einen hohen Druck verstärkt und in die Injektoren mit der Wirkung der elektronischen Steuereinheit eingeführt wird, wird der Kraftstoff aus den Einspritzöffnungen mit einer vorgewählten Menge und zu einer vorgewählten Einspritzzeit eingespritzt.
Die meisten elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzsysteme, wie sie im Vorstehenden beschrieben sind, bestimmen gewöhnlich die tatsächliche Menge des eingespritzten Kraftstoffs sowohl mit dem Druck des hydraulisch betätigten Fluids als auch der Leitfähigkeits-Impulsbreite zur elektronischen Einrichtung. In der Steuereinheit werden Daten gespeichert, welche die Beziehung der gewünschten Menge des eingespritzten Kraftstoffs zur Leitfähigkeits-Impulsbreite für jeden Druck des hydraulisch betätigten Fluids sowie auf die Bezugsdaten für den Druck des hydraulisch betätigten Fluids und das gewünschte Volumen des eingespritzten Kraftstoffs in irgendeinem ausgewählten Zeitpunkt beziehen, was zur Bestimmung der Leitfähigkeits-Impulsbreite führt, welche der Länge der Zeit entspricht, während der die elektronische Einrichtung erregt wird. 11 ist eine grafische Darstellung, welche die Beziehungsdaten des gewünschten Volumens des eingespritzten Kraftstoffes gegen die Impulsbreite bei einem gewählten Einspritzdruck in einem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungskraftmaschinen zeigt. In dieser Beziehung werden die an besonderen Punkten gegebenen Daten aus früheren Versuchen in Form einer mit x in 11 markierten Aufzeichnung gespeichert, während die Leitfähigkeits-Impulsbreite zwischen den benachbarten besonderen Punkten oder Markierungen x durch das Verfahren der Interpolierung gegeben ist. Wenn eine geringe Kraftstoffeinspritzung in den elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzsystemen gefordert ist, ist die Leitfähigkeits-Impulsbreite zur Betätigung der elektronischen Einrichtung zu diesem Zweck gegeben durch Interpolieren des Bereichs zwischen dem Beginn und dem Minimalwert aus den Daten der besonderen Punkte in 11.
Es ist eine Ausführungsform von Kraftstoffeinspritzsystemen bekannt, bei welcher die gewünschte einzuspritzende Kraftstoffmenge je Zyklus in einer Haupteinspritzteil und einen Voreinspritzteil kleiner Menge, der vor der Haupteinspritzung eingegeben wird, unterteilt wird, um dadurch die anfängliche Wärmeabgabemenge der Verbrennungskammer zu reduzieren, was zur Reduktion von Geräusch und NOx-Emissionen führt. In der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 302537/1993 ist ein Beispiel eines elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem zur Regulierung der Kraftstoffeinspritzung mittels des solenoidbetätigten Ventils beschrieben, das in der oben beschriebenen Weise arbeitet. Das Kraftstoffeinspritzsystem in der oben genannten Literaturstelle ist ein Kraftstoffeinspritzsystem mit gemeinsamer Druckleitung, das mit Voreinspritzung betreibbar ist. Wenn bei diesem bekannten System die Voreinspritzungsausführung und der Starter gleichzeitig im „Ein"-Zustand sind, kann das System identifizieren, ob der Druckleitungsdruck und seine Anstiegsrate geringer sind als die vorbestimmten Werte. Wenn die Drucksituationen niedriger liegen, wird der Voreinspritzvorgang abgeschaltet, um dadurch die Voreinspritzung zu beenden. Daher gibt es keine automatische Ausführung des Voreinspritzbefehls im Fall des Anlassens des Motors oder der Maschine, wenn der Druckleitungsdruck ungenügend ist, wodurch das wiederholte Austreten von Abfallkraftstoff ausgeschaltet wird. Bei einer geringeren Befehlsimpulsbreite als die minimale Steuerimpulsbreite Pwmin wird keine Kraftstoffeinspritzung aus den Injektoren ausgeführt. Das heißt, die Kraftstoffeinspritzung erfordert unvermeidlich die Aufgabe eines Steuerimpulses mit einer Impulsbreite von mehr als oder gleich der Breite Pwmin. Es wird bemerkt, dass die minimale Steuerimpulsbreite, die mit einer strichpunktierten Linie Pwmin in 11 angegeben ist, während der die Kraftstoffeinspritzung ausgeführt werden kann, tatsächlich bei jedem Injektor verschieden ist, was auf der Alterung und der Streuung der jedem Injektor innewohnen den Charakteristiken beruht. In gewissen Fällen kann ein Ausfall der Kraftstoffeinspritzung, wobei die Menge des eingespritzten Kraftstoffs Null ist, eintreten, ob nun die elektronische Einrichtung oder das solenoidbetätigte Ventil mit der entsprechend der gewünschten Menge der Kraftstoffeinspritzung berechneten Leitfähigkeitsimpulsbreite leitet. Die minimale Steuerimpulsbreite bei jedem Injektor ist gewöhnlich unbekannt, bei der die Kraftstoffeinspritzung beginnt. Auch wenn die minimale Steuerimpulsbreite Pwmin anfänglich gegeben ist, würde sie infolge der Alterung einer Änderung unterzogen. Die Fälle des Kraftstoffeinspritzausfalls, wie oben beschrieben, sind geeignet, im Fall der bekannten Voreinspritzung besonders aufzutreten. In diesen Fällen wird nicht nur der erwartete Vorteil der Voreinspritzung erreicht, sondern es entsteht auch ein größeres Problem der Entstehung von Geräusch und der Menge von NOx-Emissionen. Auch bei einer Maschine mit kleiner Verdrängung je Zylinder wird die Voreinspritzung der Ursprung einer Streuung oder Änderung der Menge des eingespritzten Kraftstoffs im Leerlauf, währenddessen die gewünschte Mange des eingespritzter Kraftstoffs sich zu einem kleinen Anteil reduziert, was zu einer Störung des ruhigen Leerlaufs des Motors führt, d.h. zu einer großen Veränderung der Drehfrequenzen.
In der Zwischenzeit fällt der Druck in der gemeinsamen Kraftstoffzuführleitung im elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem, wie oben beschrieben, ab, wenn der Kraftstoff tatsächlich aus den Injektoren eingespritzt wird. Dies lehrt, dass der Druckwechsel in der gemeinsamen Druckkraftstoff-Druckleitung in Beziehung steht zur Kraftstoffeinspritzung der Injektoren. Bei der Kraftstoffeinspritzsteuerung ist daher der Druckleitungsdruck eine besondere notwendige Information zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzdauer, während der die gewünschte Menge des Kraftstoffs entsprechend der Berechnung eingespritzt wird. Zu diesem Zweck wurden schon Drucksensoren in die gemeinsame Druckleitung im bekannten Kraftstoffeinspritzsystem eingebaut, um den Druck in der gemeinsamen Druckleitung aufzunehmen. Im oben beschriebenen Zug der technischen Entwicklung tauchte der Gedanke auf, ob es möglich ist, dass das Kraftstoffeinspritzsystem die minimale Impulsbreite lernen kann, die für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung bei jedem Injektor notwendig ist, um die Daten betreffend den am Drucksensor festgestellten Druckleitungsdruck auszunützen.
Das Hauptziel der Erfindung ist die Überwindung der im Stand der Technik bestehenden Probleme, wie sie oben beschrieben wurden, und insbesondere die Schaffung eines Kraftstoffeinspritzsystems zum Herausfinden einer Impulsbreite an jedem Injektor, bei der die Kraftstoffeinspritzung zugelassen wird, indem die Impulsbreite von der minimalen Impulsbreite, bei der die tatsächliche Menge des eingespritzten Kraftstoffs Null ist, schrittweise verändert wird, sodann die gesuchte Impulsbreite als die minimale Befehlsimpulsbreite im zugehörigen Injektor gespeichert wird, während der die Kraftstoffeinspritzung tatsächlich ausgeführt wird, und eine Leitfähigkeitsimpulsbreite zwischen der minimalen Befehlsimpulsbreite und dem obigen Minimalwert aus den Daten der besonderen Punkte bestimmt wird, um dadurch eine minimale Menge des eingespritzten Kraftstoffs zu bewirken.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Verbrennungskraftmaschine, welches aufweist: Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in Verbrennungskammern der Kraftmaschine unabhängig von einem hydraulischen Druck eines hydraulisch betätigten Fluids, das von ei nem Druckspeicher geliefert wird, elektronische Einrichtungen, deren jede von einem elektrischen Betätigungsstrom erregt wird, um dadurch den hydraulischen Druck des hydraulisch betätigten Fluids zu steuern, sowie eine Steuereinheit zum Bestimmen einer gewünschten Menge eines eingespritzten Kraftstoffs je Zyklus in Übereinstimmung mit Signalen, die von einer Erfassungseinrichtung abgegeben werden, welche die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine überwacht, und ferner zum Bestimmen einer Leitfähigkeitsdauer des Betätigungsstromes für die elektronischen Einrichtungen entsprechend der gewünschten Menge des je Zyklus einzuspritzenden Kraftstoffs, wobei die Steuereinheit bei Betrieb schrittweise die Leitfähigkeitsdauer von der minimalen Leitfähigkeitsdauer, bei der keine Kraftstoffeinspritzung am Injektor zugelassen wird, ändert, die minimale Leitfähigkeitsdauer mit der Leitfähigkeitsdauer identifiziert, bei der die Injektoren den Kraftstoff einzuspritzen beginnen, und die Leitfähigkeitsdauer entsprechend einer kleinen gewünschten Menge von einzuspritzendem Kraftstoff in Abhängigkeit von der minimalen Leitfähigkeitsdauer bestimmt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält die Erfassungseinrichtung einen Drucksensor zum Überwachen eines Drucks des hydraulisch betätigten Fluids im Druckspeicher, und die Steuereinheit identifiziert einen Zeitpunkt für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung an den Injektoren mit dem Zeitpunkt, bei welchem der Druckwert des vom Drucksensor erfassten hydraulisch betätigten Fluids unter einen vorgewählten Wert abfällt. Als Alternative enthält die Erfassungseinrichtung einen Hubsensor zur Überwachung des Hubbetrages von Nadelventilen in den Injektoren und die Steuereinheit identifiziert einen Zeitpunkt für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung an den Injektoren mit dem Zeitpunkt, bei welchem der Hubsensor einen vorbestimmten Hubbetrag erfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung unterteilt die Steuereinheit die gewünschte Menge des eingespritzten Kraftstoffs in einen Voreinspritzteil und einen Haupteinspritzteil und bestimmt die Leitfähigkeitsdauer entsprechend dem Voreinspritzteil in Abhängigkeit von der minimalen Leitfähigkeitsdauer.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht die elektronische Einrichtung jeweils aus einem solenoidbetätigten Ventil, das im zugehörigen Injektor derart angeordnet ist, dass es die Zuführung des hydraulisch betätigten Fluids im Injektor steuert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Leitfähigkeitsdauer entsprechend der gewünschten Menge des eingespritzten Kraftstoffs durch Interpolieren zwischen der minimalen Leitfähigkeitsdauer und irgendeiner besonderen Leitfähigkeitsdauer entsprechend einer besonderen gewünschten Menge des eingespritzten Kraftstoffs gegeben.
Die Erfassung und Aktualisierung der minimalen Leitfähigkeitsdauer kann beispielsweise jedesmal kurz nach dem Start des Motors oder der Maschine ausgeführt werden oder alternativ kann bei jeder vorgewählten Länge der Gesamtbetriebszeit, beispielsweise alle hundert Stunden, der Maschine gelernt werden. In einigen Fällen kann die minimale Leitfähigkeitsdauer einer Änderung infolge der Druckdifferenz in dem hydraulisch betätigten Fluid unterzogen werden. Bei diesen Ausführungsformen kann es nötig sein, die minimale Leitfähigkeitsdauer bei jedem Druck des hydraulisch betätigten Fluids zu lernen, welche während des Betriebs der Maschine erreicht wird. Der Hubsensor zum Erfassen, ob die tatsächliche Kraftstoffeinspritzung gewöhnlich stattfindet, erfordert die Verwendung von kostspieligen Positionssensoren, wie Hall-Sensoren oder dergl. Im Gegensatz dazu kann in einer solcher Situation, dass kein Hubsensor im Hinblick auf Kosten und Dauerhaftigkeit zulässig ist, der notwendigerweise im Druckspeicher des Kraftstoffeinspritzsystem eingebaute hydraulische Drucksensor dazu benützt werden, die Zeitsteuerung der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzung mit dem Zeitpunkt zu identifizieren, wenn der Sensor gerade den Druckabfall infolge der Kraftstoffeinspritzung erfasst hat.
Beim erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungskraftmaschinen wird beispielsweise zur Durchführung der Voreinspritzung die Leitfähigkeitsdauer für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung am Injektor ausgesucht, indem schrittweise der Steuerwert für die Voreinspritzung, d.h. die Leitfähigkeitsdauer des auf die elektronischen Einrichtungen zur Erregung der Voreinspritzung gegebenen Betätigungsstromes, von Null oder dem Minimalwert, bei welchem sicher keine tatsächliche Kraftstoffeinspritzung stattfindet. Ob die tatsächliche Voreinspritzung bewirkt wurde, kann in Abhängigkeit von der Anwesenheit oder Abwesenheit des Druckabfalls in der Druckleitung innerhalb einer vorgewählten Zeitlänge ab dem Beginn der elektrischen Leitfähigkeit erkannt werden.
Die Beziehung der gewünschten Menge des eingespritzten Kraftstoffs mit der Leitfähigkeitsdauer des Betätigungsstromes oder die Steuerimpulsbreite wird durch eine aufgezeichnete grafische Darstellung gegeben, wie sie beispielsweise in 10 dargestellt ist, die eine verbesserte Beziehung der gewünschten Menge des eingespritzten Kraftstoffs gegen die Impulsbreite im erfindungsgemäßer Kraftstoffeinspritzsystem für den Motor darstellt. Die Steuerimpulsbreite entsprechend der gewünschten Menge des eingespritzten Kraftstoffs von 0 hat der Anfangswert von 0 entsprechend in 11 gezeigten zugehörigen Daten des bekannten Kraftstoffeinspritzsystems. Im Gegensatz dazu ergibt das erfindungsgemäße System die minimale Steuerimpulsbreite Pwmin des Anfangswertes durch das Ergebnis des Lernens. Diese Steuerimpulsbreite Pwmin wird bei jedem Start des Motors gelernt und gespeichert. In gewissen Fällen kann die minimale Steuerimpulsbreite einer Änderung infolge der Druckdifferenz in der gemeinsamen Druckleitung unterzogen werden. In diesen Fällen ist die minimale Steuerimpulsbreite erforderlich entsprechend jedem Druckleitungsdruck in 10. Zu diesem Zweck wird die endgültige Steuerimpulsbreite durch Lernen des minimalen Steuerimpulses entsprechend den Druckleitungsdrücken gefunden, die die entsprechenden Druckleitungsdrücke während des Betriebs des Motors oder der Maschine übersteigen. Die Erfindung ermöglicht daher, die Leitfähigkeitsimpulsbreite zur Bemessung der kleinen Mengen des eingespritzten Kraftstoffs bei jedem Injektor zu bestimmen, wodurch kein Kraftstoffeinspritzausfall für den Motor mit kleiner Verdrängung sowie auch die Voreinspritzung, die stetig zum Leerlauf führt, sowie die Wirksamkeit der Voreinspritzung für die Unterdrückung von Geräusch und NOx-Emissionen sichergestellt werden kann. Darüber hinaus sollte das Lernen erfindungsgemäß bei stetigem Druckleitungsdruck gelernt werden. Zu diesem Zweck wird die Haupteinspritzung alleine ohne Voreinspritzung für eine Zeitspanne von direkt nach dem Start bis zu stetiger Leerlaufdrehung des Motors vorzugsweise erregt.
Das erfindungsgemäße Lernen ermöglicht es, den minimalen Steuerimpuls mit Genauigkeit für den Beginn der Kraftstoffe inspritzung vorzusehen, trotzdem die einzelnen Injektoren sich voneinander in ihren Eigenschaften unterscheiden, oder die Injektoren infolge der Alterung eine Änderung ihrer Eigenschaften erleiden. Ferner kann auch bei einem Motor mit kleiner Verdrängung je Zylinder die Streuung in der Kraftstoffeinspritzung im Leerlauf geringer werden, währenddessen die gewünschte Menge des eingespritzten Kraftstoffs auf die geringste Menge absinkt, was dazu führt, die Schwankung in der Drehfrequenz geringer zu machen und die Stetigkeit des Leerlaufs zu verbessern.
Andere Ziele und Merkmale der Erfindung werden dem Fachmann bei Betrachtung der begleitenden Figuren und der folgenden Beschreibung klar, worin bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, wobei zu verstehen ist, dass diese Änderungen, Modifikationen und Weglassungen von Teilen in den Umfang der nachfolgenden Ansprüche fallen, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigt:
1 ein Ablaufdiagramm, welches ein Hauptverfahren in einer zentralen Prozessoreinheit darstellt, die nachfolgend als CPU bezeichnet wird, welches in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungskraftmaschinen ausgeführt wird;
2 ein Ablaufdiagramm einer unterbrochenen Verarbeitung eines normalen Zylinderidentifizierungssignals, das nachfolgend als REF bezeichnet wird, in dem CPU-Hauptverfahren gemäß 1;
3 ein Ablaufdiagramm, welches eine unterbrochene Verarbeitung eines Signals vor dem oberen Totpunkt, nachfolgend bezeichnet als BTDC, in der CPU-Hauptverarbeitung gemäß 1 darstellt;
4 ein Ablaufdiagramm, welches eine Hauptverarbeitung in einem digitalen Signalprozessor, nachfolgend als DSP bezeichnet, darstellt, ausführt in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem für Motoren;
5 ein Ablaufdiagramm, welches eine unterbrochene Verarbeitung eines Steuerimpulses in der DSP-Hauptverarbeitung in 4 darstellt;
6 ein Ablaufdiagramm, welches eine 100kHz-Unterbrechungsverarbeitung in der DSP-Hauptverarbeitung in 4 darstellt;
7 ein Ablaufdiagramm, welches einen Entscheidungsvorgang darstellt, ob die Kraftstoffeinspritzung in der DSP-Hauptverarbeitung gemäß 4 existiert;
8 ein Ablaufdiagramm, welches eine Verarbeitung der Kraftstoffeinspritzung am n-ten Injektor in der CPU-Hauptverarbeitung gemäß 1 darstellt;
9 ein Zeitdiagramm von Koordinatenbeziehungen zwischen den Änderungen in den I/O-Signalen und im Softwarebetrieb;
10 eine grafische Darstellung, welche eine verbesserte Beziehung der gewünschten Menge des eingespritzten Kraftstoffs gegen die Impulsbreite darstellt;
11 eine grafische Darstellung, welche eine Beziehung der gewünschten Menge des eingespritzten Kraftstoffs gegen die Impulsbreite im bekannten Kraftstoffeinspritzsystem für die Kraftmaschinen darstellt;
12 eine schematische Darstellung, welche ein Kraftstoffeinspritzsystem in Art des hydraulisch betätigten Kraftstoffs zeigt, bei dem ein Hochdruckkraftstoff in einer gemeinsamen Kraftstoffzuführleitung gespeichert ist;
13 ein Blockschaltbild, welches die Steuereinheit gemäß 12 zeigt; und
14 eine schematische Darstellung, welche ein Kraftstoffeinspritzsystem mit hydraulisch betätigtem Fluid zeigt, bei welchem Hochdruck-Verteilerleitungen verwendet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems wird nun im Einzelnen mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
In 12 ist schematisch ein Beispiel eines Kraftstoffeinspritzsystems mit hydraulisch betätigtem Kraftstoff gezeigt, in welchem ein Hochdruckkraftstoff als hydraulisch betätigtes Fluid dient. Dieses Kraftstoffeinspritzsystem ist vorzugsweise als das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem für Kraftmaschinen anwendbar. Der von einer Kraftstoffpumpe 3 durch ein Kraftstofffilter 2 aus einem Kraftstofftank 1 angesaugte Kraftstoff wird unter einen vorbestimmten Saugdruck gesetzt und durch eine Kraftstoffleitung 4 zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 5 geleitet, die beispielsweise eine Kolben-Kraftstoffzuführpumpe ist, die durch einen Motor angetrieben wird. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 5 setzt den Kraftstoff unter einen gewünschten Druck in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors und leitet den unter Druck stehenden Kraftstoff in die gemeinsame Kraftstoffzuführleitung 8, in welcher der Kraftstoff unter einem Anlagendruck gespeichert wird. Der Kraftstoff in der gemeinsamen Druckleitung 8 wird wiederum durch Kraftstoffzuleitungen 9 zu Injektoren 10 geleitet. In der Figur sind vier Injektoren 10 für einen Vier-Zylinder-Motor dargestellt, die jeweils an einem Zylinder angeordnet sind, um den Kraftstoff in jede Verbrennungskammer in den nicht dargestellten vier Zylindern einzuleiten. Wenn die Zylinder in dem Mehrzylindermotor der Zylindernummer n von #1 bis #4 entsprechend der Zylinderreihenanordnung zugeordnet sind, ist die Zündreihenfolge i für die Zylinder #1→#3→#4→#2.
Der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 5 freigegebene Kraftstoff kehrt zum Kraftstofftank 1 durch eine Kraftstoffrückleitung 11b zurück. Der in jedem Injektor 10 von dem durch die Kraftstoffzuführleitungen 9 in die Injektoren 10 zugeleitete Kraftstoff verbleibende unverbrauchte Kraftstoff kann zum Kraftstofftank 1 durch eine Rückleitung 11b zurückkehren. Eine Steuereinheit 13 wird mit Signalen von verschiedenen Sensoren zur Überwachung der Betriebsbedingungen des Motors versorgt, wobei die Sensoren einen Kurbelwinkelsensor zum Erfassen der Drehfrequenz des Motors, einer Beschleunigungsmesser zum Erfassen der Drosselung, einen Kühltemperatursensor zum Erfassen der Kühlwassertemperatur, einen Ansaugluft-Drucksensor und andere Sensoren umfassen. Die Steuereinheit 13 wird zusätzlich mit einem Signal von einem Drucksensor versorgt, der in der gemeinsamen Druckleitung 8 vorgesehen ist, um den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Druckleitung 8 zu erfassen. Die Steuereinheit 13 erregt die olenoidbetätigten Ventile, die in den Injektoren 10 eingebaut sind, in Abhängigkeit von den darauf gegebenen Signalen, um die Kraftstoffeinspritzkennzeichen zu steuern, d.h. die Kraftstoffeinspritzzeit und die Menge des eingespritzten Kraftstoffs jedes Injektors 10, um dadurch den Kraftstoff in seine zugehörige Verbrennungskammer mit der optimalen Kraftstoffeinspritzzeit und der optimaler Menge des eingespritzten Kraftstoffs einzuleiten. Der Einspritzdruck des aus den Injektoren 10 ausgegebenen Kraftstoffs ist gewöhnlich im We sentlichen gleich dem in der gemeinsamen Druckleitung 8 gespeicherten Kraftstoffdruck. Die Menge des je Zyklus je Zylinder einzuspritzenden Kraftstoffs hängt ab von Dauer und Druck der Kraftstoffeinspritzung und kann durch ein Strömungssteuerventil 6 reguliert werden, welches die Strömung des Hochdruckkraftstoffs in die gemeinsame Kraftstoffzuführleitung 8 drosselt. Die Steuereinheit 13 steuert das Strömungssteuerventil 6, um dadurch die Menge des aus der Hochdruckpumpe 5 zur gemeinsamen Druckleitung 8 ausgegebenen Kraftstoffs zu regulieren, so dass der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Druckleitung 8 auf dem gewünschten Kraftstoffdruck gehalten werden kann, ob nur der Kraftstoff in der gemeinsamen Druckleitung 8 infolge der Kraftstoffeinspritzung aus den Injektoren 10 verbraucht wird oder die Menge des auszugebenden Kraftstoff verändert wird. Das im Vorstehenden beschriebene gemeinsame Druckleitungssystem ist dem Fachmann bekannt und daher wird eine ausführlichere Beschreibung weggelassen.
13 zeigt die Betriebsbeziehung der Injektoren 10 mit den Sensoren durch die Steuereinheit 13. 13 ist ein Blockschaltschema, welches die Steuereinheit 13 zeigt, welche die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung einschließlich der Steuerung der Menge des eingespritzten Kraftstoffs an jedem Injektor 10 entsprechend den Signalen ausführt, die von den die Betriebsbedingungen des Motors überwachenden Sensoren aufgegeben werden. Die Sensoren enthalten einen Zylinderidentifizierungssensor (REF), einen Vor-dem-oberen-Totpunkt-Sensor (BTDC) und einen Kurbelwinkelsensor. Der REF-Sensor soll die vorgewählten Winkel, beispielsweise 120° vor dem oberen Totpunkt im Standardzylinder kennzeichnen, z.B. Zylinder #1 von den Zylindern #1 bis #4. Der BTDC-Sensor soll die vorgegebenen Winkel, beispielsweise 60° vor dem oberen Tot punkt der Kompressionsphase bei jedem der Zylinder #1 bis #4 erfassen. Der Kurbelwinkelsensor soll den Kurbelwinkel jeweils nach jedem Schritt von 1° ablesen. Bei hin- und hergehenden Motoren mit Viertakt-Zyklus werden vier BTDC-Signale und ein REF-Signal während zweier Kurbelumdrehungen je Zyklus erzeugt. Alle Zylinderidentifizierungssignale, die vom Zylinderidentifizierungssensor ausgegeben werden, und die Kurbelwinkelsignale vom Kurbelwinkelsensor werden auf eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 14 gegeben.
Die CPU 14 in der Steuereinheit 13 wird weiter mit anderen Signalen, welche die Betriebsbedingungen des Motors anzeigen, wie vom Beschleunigungsmesser, Kühltemperatursensor zur Überwachung der Temperatur des Kühlwassers des Motors, des Druckleiter-Drucksensors 12 zur Überwachung des Drucks in der gemeinsamen Druckleitung und dergl. aufgegeben. Die vom Druckleitungs-Drucksensor 12 ausgegebenen Signale werden ebenfalls auf einen digitalen Signalprozessor (DSP) 15 neben dem CPU 14 gegeben. Der DSP ist ein Prozessor zur Durchführung einer arithmetischen Hochgeschwindigkeitsberechnung, um die Verarbeitung der Kraftstoffeinspritzausführung und -erfassung durchzuführen, was eine Verarbeitung der umfangreichen Daten mit hoher Geschwindigkeit erfordert.
Die Übertragung der Daten von der CPU 14 zum DSP 15 und umgekehrt kann durch einen Doppeleingangsspeicher 16 eines gemeinsamen RAM durchgeführt werden, der Auslesen/Einschreiben entweder von der CPU 14 oder dem DSP 15 kann. Der Doppeleingangsspeicher 16 steht in Verbindung auf seiner einen Seite mit der CPU 14 über eine CPU-Sammelleitung 17, während er auf seiner anderen Seite mit dem DSP 15 über eine DSP-Busleitung 18 in Verbindung steht. Analoge Signale aus dem Druckleitungs-Drucksensor 12 werden in einen A/D-Konverter 19 gegeben, in welchem die Signale in Digitalsignale umgewandelt werden, die ihrerseits in den DSP 15 durch die DSP-Busleitung 18 gegeben werden.
Die CPU 14 steuert die Injektoren 10, die in den Zylindern #1 bis #4 jeweils zu einem Zylinder vorgesehen sind, in Verbindung mit der Zeitgebung der Kraftstoffeinspritzung und der je Zylinder je Zyklus einzuspritzenden Kraftstoffmenge. Zu diesem Zweck führt die CPU 14 den Berechnungsvorgang in Abhängigkeit von der Information durch, welche die Betriebsbedingungen des Motors angeben, die direkt von den verschiedenen Sensoren und den Ausgängen des DSP 12 eingeben werden, die eine Verarbeitung der vom Druckleitungs-Drucksensor 12 ausgegebenen Daten durchführt. Der DSP 15 kann die arithmetische Hochgeschwindigkeitsberechnung der digitalen Signale unter Berücksichtigung des Druckleitungsdruckes durchführen. Zusätzlich steuert die CPU 14 das Strömungssteuerventil 6, um den Druckleitungsdruck zu regulieren, was zur Steuerung der Menge des von der veränderlichen Kraftstoffpumpe 5 ausgegebenen Kraftstoffmenge führt und auch ERG-Ventile überwacht, welche die Rückleitungsmenge von Abgas in das Abgas-Rückleitungssystem steuern.
Im Folgenden wird die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert, die auf die Voreinspritzsteuerung in dem in 12 dargestellten Kraftstoffeinspritzsystem mit gemeinsamer Druckleitung angewendet wird. Die Steuereinheit 13, die bei der Ausführungsform verwendet wird, ist in der in dem Blockschaltbild der 13 gezeigten Weise aufgebaut. Die nachfolgend im Einzelnen beschriebenen Verfahrensschritte sind die Hauptverarbeitung gemäß 1, ausgeführt in der CPU 14.
Schritt 1, nachfolgend und im weiteren als (S1) bezeichnet, = die CPU 14 wird in Gang gesetzt; Schritt 2 (S2) = Verarbeitung der von den Sensoren ausgegebenen Signalen. Das heißt, die Signale werden der A/D-Umwandlung und anderen Umwandlungen der physikalischen Mengen unterworfen;
Schritt 3 (S3) = die einzuspritzenden Kraftstoffmengen werden an jedem Injektor 10 entsprechend den Signalen berechnet, die sich aus der Verarbeitung von (S2) unter Berücksichtigung der Drosselöffnung und der Drehfrequenz des Motors ergeben. Die gewünschte Einspritzmenge wurde vorher gegeben in Form von aufgezeichneten und im Speicher gespeicherten Daten unter Aufnahme von Parametern der Drosselöffnung und der Drehfrequenz;
Schritt 4 (S4) = die Zeitpunkte der Kraftstoffeinspritzung werden an jedem Injektor 10 entsprechend den aus der Verarbeitung von (S2) unter Berücksichtigung der Drosselöffnung und der Drehfrequenz des Motors erhaltenen Signalen berechnet. Die gewünschte Zeit der Kraftstoffeinspritzung wurde vorher gegeben in Form von aufgezeichneten und im Speicher gespeicherten Daten unter Berücksichtigung der Drosselöffnung und der Drehfrequenz; und
Schritt 5 (S5) = der Kraftstoffeinspritzdruck oder der gewünschte Druckleitungsdruck wird berechnet in Abhängigkeit von der Motordrehfrequenz und den Beträgen der bei (S3) eingespritzten Kraftstoffmengen. Der gewünschte Druck der Kraftstoffeinspritzung wurde vorher gegeben in Form von aufgezeichneten Daten unter Aufnahme vor Parametern der Motordrehfrequenz und der Menge des eingespritzten Kraftstoffs. Insbesondere wird das Strömungssteuerventil, das in Verbindung mit der Kraftstoffpumpe vorhanden ist, so geregelt, dass es den gewünschten Kraftstoffeinspritzdruck der gemeinsamen Druck leitung oder der Kraftstoffdruck ergibt, der im Druckleitungs-Drucksensor 12 überwacht wird.
Nach der Einschaltung oder Auslösung der CPU 14 bei (S1) wird die Folge der Schritte (S2) bis (S5) an jedem Injektor 10 wiederholt durchgeführt, wenn der Motor läuft.
Wenn das Zylinderidentifizierungssignal, d.h. das REF-Signal ausgegeben wird, wird der Unterbrechungsvorgang des REF-Signals durchgeführt, wie in 2 gezeigt, welche ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Unterbrechungsvorgangs des REF-Signals in der CPU-Hauptverarbeitung gemäß 1 darstellt. Der Unterbrechungsvorgang umfasst einen Rücksetzvorgang, bei welchem der gezählte Wert CNb des BTDC-Signals auf 0 zurückgesetzt wird. Namentlich der Zählwert CNb kann irgendeine ganze Zahl von 0 bis 3 für den 4-Zylinder-Motor aufnehmen. Die Kraftstoffeinspritzung und -zündung finden an jedem Injektor in Folge entsprechend dem umlaufenden Zündbefehl für vier Zylinder vom ersten Vorgang, wo der Zählwert 0 ist, bis zum letzten Vorgang, wo der Zählwert 4 ist, statt. In Schritt 6 (S6) wird das REF-Signal, unmittelbar bevor der Zählwert die Ziffer 4 annimmt, ausgegeben, wodurch der Unterbrechungsvorgang durchgeführt wird, was zum Zurücksetzen des Zählwerts CNb auf 0 führt.
3 ist ein Ablaufdiagramm, welches einen Unterbrechungsvorgang eines BTDC-Signals in der CPU-Hauptverarbeitung darstellt. Wenn der BTDC-Sensor der Vorgang erfasst, so dass der Kurbelwinkel bei jedem Zylinder die vorgewählten Winkel von beispielsweise 60 Grad vor dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase erreicht, wird das BTDC-Signal gleichzeitig auf die CPU 14 gegeben, in welcher der Unterbrechungsvorgang des BTDC-Signals beginnen soll. Der Unterbrechungsvorgang des BTDC-Signals wird mit den folgender Schritten durchgeführt.
Schritt 11 (S11) = Berechnen der Drehfrequenz des Motors 1. Das heißt, die Drehfrequenz des Motors 1 je Zeiteinheit wird berechnet in Abhängigkeit von der Zeitdauer, die erforderlich ist vom Ausgeben des letzten BTDC-Signals bis zur Ausgabe des gegenwärtigen BTDC-Signals;
Schritt 12 (S12) = Entscheiden, ob der Zählwert 0 ist oder nicht;
Schritt 13 (S13) = wenn der Zählwert CNb 0 ist, wird der Kraftstoffeinspritzvorgang oder die Durchführung von (S2) bis (S5) und die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung für den Injektor 10 durchgeführt, der im Zylinder mit der Zündreihenfolge i=1 vorgesehen ist, oder dem #1-Zylinder;
Schritt 14 (S14) = wenn der Zählwert CNb anders ist als 0, wird die Entscheidung gefällt, unmittelbar diesen Schritt 14 zu verfolgen, um zu entscheiden, ob der Zählwert CNb 1 ist;
Schritt 15 (S15) = wenn der Zählwert CNb 1 ist, wird die Kraftstoffeinspritzverarbeitung oder die Durchführung von (S2) bis (S5) und die nachfolgende Kraftstoffeinspritzung für jeden Injektor 10 durchgeführt, der im Zylinder mit der Zündreihenfolge i=2 vorgesehen ist, oder den #3-Zylinder;
Schritt 16 (516) = wenn der Zählwert CNb anders ist als 1, wird entschieden, unmittelbar diesen Schritt 16 zu verfolgen, wo, wenn die Entscheidung in gleicher Weise wie oben JA ist, die Kraftstoffeinspritzung am zugehörigen Injektor durchgeführt wird; und
Schritt 17 (S17) = wenn der Kraftstoffeinspritzvorgang durchgeführt wird für einen der Injektoren #1 bis #4 in den Schritten (S13), (S15) oder (S16), wird die Entscheidung des Zählwerts CNb mit einem anderen als dem entsprechenden Zähl wert selbstverständlich „NEIN". Daher ergibt das Hinzufügen von 1 zu dem letzten Zählwert CNb einen neuen Zählwert und sodann wird der Unterbrechungsvorgang beendet. Im nächsten Unterbrechungsvorgang sind die Entscheidungen für die nächsten Zählwerte JA bei jedem der Schritte, in gleicher Weise bei (S12), (S14) und (S16). Nachdem die Zählwerterhöhung jeweils um eins den Wert 3 annimmt, ermöglicht der Unterbrechungsvorgang (S6) des REF-Signals die Zurücksetzung des Zählwerts CNb auf 0 unmittelbar bevor der Zählwert 4 annimmt. Im Unterbrechungsvorgang des BTDC-Signals wird, wie oben beschrieben, der mit dem nächsten Einspritzkraftstoff zu beschickende Zylinder entsprechend dem Zählwert CNb identifiziert, und der Kraftstoffeinspritzvorgang wird für den dem Zylinder zugeordneten Injektor durchgeführt.
4 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Hauptverarbeitung in einem digitalen Signalprozessor (DSP) darstellt. Diese Hauptverarbeitung umfasst die folgenden Schritte.
Schritt 21 (S21) = der DSP wird zuerst ausgelöst oder eingeschaltet;
Schritt 22 (S22) = ob die Probenahme der Druckdaten endet, wird entschieden;
Schritt 23 (S23) = wenn die Probenahme der Druckdaten beendet ist, ob die Voreinspritzung existiert oder nicht, wird durch die Routine der Voreinspritzungs-Identifizierung identifiziert. Wenn im Gegenteil die Probenahme der Druckdaten nicht beendet ist, wird die Probenahme fortgesetzt. Die Einzelheiten der Schritte (S22) und (S23) wird weiter unten erläutert.
5 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Unterbrechungsverarbeitung eines Steuerimpulses in der DSP-Hauptverarbeitung darstellt. Die Unterbrechungsverarbeitung findet statt durch Erfassung der Impulskante des Steuerimpulses. Die Unterbrechungsverarbeitung kann ausgelöst werden durch die Verarbeitung in der CPU des mit dem n-ten Zylinder ausgestatteten Injektors.
Schritt 31 (S31) = außer Kraft setzen der Unterbrechung der Steuerimpulskante. Das heißt, die Unterbrechung des Steuerimpulses für die Voreinspritzung hebt die Unterbrechung des Steuerimpulses für die Haupteinspritzung auf; und
Schritt 32 (S32) = Auslösen der Zeitsteuerunterbrechung von 100kHz.
6 ist ein Ablaufdiagramm, welches einen 100kHz-Unterbrechungsvorgang in der DSP-Hauptverarbeitung darstellt.
Schritt 41 (S41) = Einlesen des Druckleitungsdruckes Pf im Zeitpunkt der 100kHz-Zeitsteuerunterbrechung;
Schritt 42 (S42) = Speichern des Druckleitungsdruckes in einem Datenpuffer am RAM. Wenn ein Zähler t schrittweise fortschaltet, wird Datenprobenahme nacheinander für den Druckleitungsdruck durchgeführt, und die erhaltenen Daten werden in Speichern gespeichert, die für die Zylinder, jeweils für einen Zylinder, vorgesehen sind;
Schritt 43 (S43) = ob der Zähler t ein vorbestimmtes Probenahmeintervall Tsave erreicht, wird gekennzeichnet. Wenn der Zähler t noch nicht das vorbestimmte Probenahmeintervall Tsave erreicht hat, endet diese Routine ohne Ausschalten der Unterbrechung;
Schritt 44 (S44) = nach dem Speichern der Daten im Probeintervall endet die 100kHz-Zeitsteuerunterbrechung, so dass die 100kHz-Unterbrechungsverarbeitung außer Kraft gesetzt wird; und
Schritt 45 (S45) = der Zähler t wird auf 0 zurückgesetzt.
7 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Unterscheidungsverarbeitung darstellt, ob die Kraftstoffeinspritzung in der DSP-Hauptverarbeitung existiert. Diese Verarbeitung beginnt nach dem Ende der Probenahme der Daten und umfasst die folgenden Schritte.
Schritt 51 (S51) = es wird identifiziert, ob ein Befehl zur Kraftstoffeinspritzung existiert oder nicht, in Abhängigkeit von der Impulsbreite eines Steuerimpulses zur Ausführung der Voreinspritzung, d.h., ob die Impulsbreite Pwp für die Voreinspritzung über der 0 liegt;
Schritt 52 (S52) = beim Schalten des Steuerimpulses wird der Mittelwert P₀ für die gespeicherten Daten berechnet, welche unter eine definitive Zeitdauer T₀ fallen, die mit der Front der gespeicherten Daten beginnt. Es hat sich gezeigt, dass eine Zeitdauer, die von der Aufgabe des Steuerimpulses bis zum Beginn der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzung dauert, um dadurch einen Abfall des Druckleitungsdruckes zu bewirken, sich ändert oder streut aufgrund der charakteristischen Differenz in den einzelnen Injektoren, wegen Alterung oder dergl. Es hat sich ferner gezeigt, dass die Länge der Zeit nicht geringer ist als die definitive Zeitdauer T₀, welche sich vorher durch Versuche ergeben kann. Die definitive Zeitdauer T₀, beginnend mit der Ausgabe des Steuerimpulses, ist eine Periode, während der keine Verringerung des Druckleitungsdruckes infolge der Krafteinspritzung erfolgt, die durch den Steuerimpuls erregt wird;
Schritt 53 (S53) = Berechnen eines Bereiches Ar der Druckreduzierung. Das Intervall Tsave entspricht der Zeitdauer, während der die Daten des Druckleitungsdruckes eingelesen oder gespeichert werden. Daher kann das Intervall Tsave notwendigerweise geringer zu wählen sein als die Summe der Zeitdauer T₀ und eines Intervalls Tint, während der beide, die Vor- und Haupteinspritzung, durchgeführt werden, oder als Tsave<T₀+Tint. Als Alternative kann des Intervall Tsave vorbestimmt werden als eines aus einem festen Wert und einem Funktionswert des Intervalls Tint;
Schritt 54 (S54) = Identifizieren, ob der Bereich Ar über einem Schwellenwert Kt liegt. Falls der Bereich Ar über dem Schwellenwert Kt liegend identifiziert wird, wird die Entscheidung getroffen, dass der Druckabfall aufgrund der Kraftstoffeinspritzung erfolgt ist. Der Druckabfall kann statt dessen durch den Vergleich des gespeicherten Drucks selbst mit dem vorgewählten Schwellenwert anstatt des Bereichs Ar identifiziert werden. Nichtsdestoweniger ermöglicht die Entscheidung durch den Bereich Ar weniger Einflüsse bezüglich Geräusch und kleinen Druckänderungen im Vergleich mit der Entscheidung durch den Druck selbst;
Schritt 55 (S55) = falls der Bereich Ar den Schwellenwert Kt übersteigt, wird die Entscheidung getroffen, dass die Kraftstoffeinspritzung stattgefunden hat, und eine Voreinspritzflagge Fpilot wird auf 1 zurückgesetzt; und
Schritt 56 (S56) = falls der Bereich Ar den Schwellenwert Kt nicht übersteigt, wird die Entscheidung getroffen, dass keine Kraftstoffeinspritzung stattgefunden hat, und eine Voreinspritzflagge Fpilot wird zurückgesetzt auf 0.
Die Identifizierung, ob die Voreinspritzung stattfindet oder nicht, wird in der BTDC-Unterbrechungsverarbeitung vor der Kraftstoffeinspritzung des Zylinders verwendet.
8 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Verarbeitung der Kraftstoffeinspritzung einschließlich der Voreinspritzung am n-ten Injektor in der CPU-Hauptverarbeitung darstellt. Diese Verarbeitung ist eine Unterbrechungsverarbeitung durch das BTDC-Signal, das vor der Kraftstoffeinspritzung am n-ten Zylinder eintritt, und umfasst die folgender Schritte. Bei dieser Verarbeitung lernt die CPU die Steuerimpulsbreite am Beginn der Kraftstoffeinspritzung im Injektor. Im Gegensatz dazu wird der Restbereich der Steuerimpulsbreite gegeben in einer Pw-Q-Aufzeichnung, welche die Steuerimpulsbreite gegen die Kraftstoffeinspritzung aufzeichnet, was durch Versuche erhalten wurde.
Schritt 61 (S61) = Einschalten der Unterbrechung zur DSP durch den Steuerimpuls;
Schritt 62 (S62) = Einlesen des gewünschten Kraftstoffbetrages Qm in der Haupteinspritzung, der gewünschten Kraftstoffmenge Qp in der Voreinspritzung, der Zeitgebung Tm der Haupteinspritzung und der Zeitgebung Tp der Voreinspritzung, die in der in 1 gezeigten CPU-Hauptverarbeitung berechnet werden, und auch des tatsächlichen Druckleitungsdruckes Pf, der durch den Drucksensor 12 überwacht wird;
Schritt 63 (S63) = kennzeichnen, ob die gewünschte Kraftstoffmenge Qp in der Voreinspritzung über der 0 liegt. Das heißt, wenn die gewünschte Kraftstoffmenge Qp in der Voreinspritzung mit einem positiven Wert gekennzeichnet wird, wird die Entscheidung getroffen, die Voreinspritzung durchzuführen;
Schritt 64 (S64) = bei Durchführung der Voreinspritzung kennzeichnen, ob die minimale Impulsbreite gemäß der Erfindung gelernt werden soll oder nicht. In dieser Phase wird identifiziert, ob ein Betriebsartgraph Fmode 0 ist oder nicht, in Abhängigkeit von dem Betriebsartgraph Fmode, der auf 0 gesetzt wird, wenn der Motor hält oder der Zündschlüssel sich in der „Abschalt"-Stellung befindet;
Schritt 65 (S65) = falls der Betriebsartgraph Fmode=0 im Schritt (S64) ist, wird das Lernen der CPU gemäß dem Folgenden durchgeführt. Das heißt, zur Kennzeichnung, ob die Voreinspritzflagge Fpilot, verarbeitet in dem DSP, der die Kennzeichnung ausführt, ob die Voreinspritzung existiert oder nicht, auf 1 gesetzt ist. Mit anderen Worten, zur Kennzeichnung, ob die Voreinspritzung im vorangehenden Zyklus erregt worden ist;
Schritt 66 (S66) = wenn die Identifizierung im Schritt (S65) durchgeführt ist, dass keine Voreinspritzung im vorangehenden Zyklus erregt worden ist, wird eine minimale Einheitsquantität zur Voreinspritzimpulsbreite hinzugefügt, welche den Anfangswert einer Impulsbreite von beispielsweise 0 besitzt, wobei die tatsächliche Menge des eingespritzten Kraftstoffs 0 wird, um dadurch die Impulsbreite Pwp für die Voreinspritzung zu aktualisieren, um zum Schritt 70 vorzurükken. Wenn der Betriebsartgraph Fmode am Beginn dieser Routine auf 0 gesetzt wird, wenn der Motor hält und auch die Identifizierung gemacht wird, dass keine Voreinspritzung im vorangehenden Zyklus erregt worden ist, geht das Verfahren zum Schritt (S66) über, in welchem die Impulsbreite Pwp für die Voreinspritzung um einen Schritt herabgesetzt wird;
Schritt 67 (S67) = wenn im Schritt (S65) die Identifizierung gemacht wurde, dass die Voreinspritzung im vorangehenden Zyklus erregt worden ist, wird die minimale Befehlsimpulsbreite Pwmin(n) des auf das solenoidbetätigte Ventil des n-ten Injektors gegebenen Betätigungsstroms als die Steuerimpulsbreite Pwp für die Voreinspritzung im Zeitpunkt der Identifizierung gegeben;
Schritt 68 (S68) = Einstellen der Betriebsartflagge Fmode auf die 1 nach dem Schritt (567;
Schritt 69 (S69) = nach wiederholten Ausführungen dieser Routine wird die Tatsache eintreten, dass die Betriebsartflagge Fmode auf die 1 gesetzt wird als Ergebnis der Erregung der Voreinspritzung. Bei der nachfolgenden Durchführung dieser Routine wird die Impulsbreite Pwp für die Voreinspritzung mit Bezugnahme auf die aufgezeichneten Daten der gewünschten Menge Qp des Kraftstoffs in der Voreinspritzung und dem tat sächlichen Druckleitungsdruck Pf, der im Schritt (S62) gespeichert wurde, bestimmt, da die Betriebsartflagge Fmode im Schritt (S64) nicht im 0-Zustand identifiziert worden ist. Das heißt, die Impulsbreite wird erhalten durch das Verfahren der linearen Interpolierung zwischen dem Minimalwert in den aufgezeichneten Daten und der minimalen Impulsbreite, die im Schritt (S67) gespeichert wurde;
Schritt 70 (S70) = ein Betätigungsimpuls-Ausgabezähler wird mit dem Zeitpunkt Tp der Voreinspritzung und der Impulsbreite Pwp für die Voreinspritzung gesetzt;
Schritt 71 (S71) = wenn der Schritt (S63) die Identifizierung gemacht hat, in welcher die Menge Qp des in der Voreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs nicht der positive Wert ist, oder die Menge des in der Voreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs 0 ist und daher die Voreinspritzung nicht erregt wird, und auch wenn der Schritt (S70) den Ausgabezähler mit dem Steuerimpuls für die Voreinspritzung gesetzt hat, wird die Impulsbreite Pwm für die Haupteinspritzung mit Bezugnahme auf die aufgezeichneten Daten der gewünschten Menge Qm des Kraftstoffs in der Haupteinspritzung bestimmt und der tatsächliche Druckleitungsdruck Pf im Schritt (S62) gespeichert;
Schritt 72 (S72) = Der Ausgabezähler wird mit der Impulsbreite Pwm gesetzt, die für die Voreinspritzung im Schritt (S71) bestimmt wurde, und mit dem Zeitpunkt Tm der Haupteinspritzung im Schritt (S62), und sodann wird die Routine beendet.
Mit Bezugnahme auf das Zeitdiagramm in 9 werden die Koordinatenbeziehungen zwischen den Änderungen in den I/O-Signalen und der Softwarebetrieb nachfolgend entsprechend der im Voranstehenden beschriebenen Routine erläutert. Entsprechend dem Fortschreiten des Kurbelwinkels läßt das BTDC- Signal, das, wie in (a) gezeigt, vom Sensor ausgegeben wird, die Kraftstoffeinspritzphase, wie in (b) gezeigt, des Injektors 10 am n-ten Zylinder beginnen. Danach erzeugt die Erfassung der Kante des in (c) gezeigten Steuerimpulses für die Kraftstoffeinspritzung das in (d) gezeigte 100kHz-Unterbrechungsverfahren für den DSP. Die Unterbrechung des Steuerimpulses für die Voreinspritzung verhindert die Unterbrechung des Steuerimpulses für die Haupteinspritzung. Die Auslösung des 100kHz-Unterbrechungsverfahrens für den DSP führt zum Beginn der Probenahme der Daten bezüglich des Druckleitungsdruckes, gezeigt in (e), wodurch die Daten des Druckleitungsdruckes während des Probenahmeintervalls Tsave, gezeigt in (g), gesammelt werden. Nach dem Ende der Druckdatenprobenahme wird durch die Verarbeitung der Druckdaten, gezeigt in (e), identifiziert, ob die Voreinspritzung existierte oder nicht.
Dagegen im Fall (f), in dem keine Voreinspritzung beabsichtigt ist, kann keine Bearbeitung von (d), (e) und (g) erforderlich sein.
Bei dem im Voranstehenden beschriebenen Vorgang sei der Fall angenommen, dass der Schritt (S63) anfänglich „JA" ist, um die Voreinspritzung zu erregen, und trotzdem der Schritt (564) „JA" ist, was zeigt, dass die Betriebsart des Motors angehalten ist, dann wird, wenn die Identifizierung im Schritt (S65) gemacht wurde, dass keine Voreinspritzung erregt worden ist, der Schritt (S66) wiederholt durchgeführt, so dass die Impulsbreite Pwp für die Voreinspritzung mit dem anfänglichen Wert von 0 allmählich ansteigt und schließlich zur Verursachung der tatsächlichen Voreinspritzung führt. Dieser Fall wird von der DSP-Verarbeitung erfasst, so dass die Voreinspritzflagge Fpilot in die Situation gedreht wird, welche die Existenz der Voreinspritzung zeigt, oder die Flag ge auf 1 zurückgesetzt wird. Dies ermöglicht es, dass die Routine vom Schritt (S65) zum Schritt (S67) fortschreitet. Im Schritt (S67) wird die Impulsbreite Pwp für die Voreinspritzung, aktualisiert durch die Zeit der Identifizierung, im Speicher als die minimale Steuerimpulsbreite Pwmin(n) gespeichert. Nach dem Setzen der Betriebsart auf 1 schreitet die Routine vor zum Schritt (S70). Die Verarbeitung des Schritts (S68) ermöglicht es, dass die nächste Ausführung dieser Routine vom Schritt (S64) zum Schritt (S69) fortschreitet.
Im Schritt (S69) wird die Impulsbreite Pwp für die Voreinspritzung entsprechend der gewünschten Menge Qp des Kraftstoffs in der Voreinspritzung, wie in 10 gezeigt, bestimmt in Abhängigkeit von den aufgezeichneten Daten der gewünschten Menge Qp des Kraftstoffs in der Voreinspritzung und des tatsächlichen Druckleitungsdruckes Pf, gespeichert im Schritt (S62), durch das Verfahren der linearen Interpolierung zwischen dem Minimalwert (Qp1, Pw1) in den aufgezeichneten Daten und der minimalen Impulsbreite Pwmin, gespeichert im Schritt (S67). Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ermöglicht es die Verarbeitung in dem DSP und der CPU, wie sie im Vorstehenden beschrieben wurde, die Leitfähigkeitsimpulsbreite an jedem Injektor zur Durchführung einer kleinen Menge des eingespritzten Kraftstoffs, wie für die Voreinspritzung, zu bestimmen.
Nachdem die Erfindung in Bezug auf die Ausführungsform beschrieben wurde, die auf das Einspritzsteuersystem mit gemeinsamer Druckleitung angewendet ist, wird es für offensichtlich gehalten, dass die Erfindung auch auf das Kraftstoffeinspritzsteuersystem mit Verwendung des Hochdruck-Maschinenöls oder -Motoröls statt des Hochdruckkraftstoffs als hydraulisch betätigtes Fluid sowie andere normale Ein spritzsteuersysteme anwendbar ist. Bei der Anwendung der Erfindung auf das Kraftstoff-Einspritzsteuersystem mit Hochdruck-Maschinenöl wird der Druck in Hochdruck-Verteilerleitung, in der Maschinenöl durch eine Ölpumpe unter hohen Druck gesetzt wird, an die Stelle des Druckleitungsdruckes gesetzt.
In 14 ist ein Beispiel des Kraftstoff-Einspritzsteuersystems mit hydraulischer Betätigung gezeigt, in welchem Maschinenöl als hydraulisch betätigtes Fluid benutzt wird. Bei dem Kraftstoff-Einspritzsteuersystem mit hydraulischer Betätigung gemäß 14 wird Kraftstoff in einem Kraftstofftank 21 in eine gemeinsame Kraftstoffdruckleitung 24 durch ein Kraftstofffilter 23 durch die Wirkung einer Kraftstoffpumpe 22 geleitet. Die gemeinsame Druckleitung 24 steht in Verbindung mit Kraftstoffeinlass- und Auslassöffnungen der Injektoren 40. Das heißt, die Injektoren 40 sind längs der gemeinsamen Druckleitung 24 so angeordnet, dass ihre Einlass- und Auslassöffnungen mit dem Kraftstoff unter einem vorgewählten Druck versorgt werden. Der unverbrauchte, in jedem Injektor 40 verbleibende Kraftstoff kann zum Kraftstofftank 21 durch eine Kraftstoffrückleitung 25 zurückgeführt werden.
Die Injektoren 40 werden jeweils mit dem hydraulisch betätigten Fluid oder dem Betätigungsöl versorgt, welches von einer Hochdruck-Ölverteilerleitung 36 durch ein solenoidbetätigtes Ventil 39 zugeleitet wird. Die Hochdruck-Ölverteilerleitung 36 wird mit dem Öl durch eine Ölpumpe 27 vom Ölbehälter 26 durch eine Ölzuleitung 30 versorgt, in welcher ein Ölkühler 28 und ein Ölfilter 29 angeordnet sind. Ferner verzweigt sich die Ölzuleitung 30 in eine Schmierleitung, die mit einer Ölgalerie 31 in Verbindung steht, und eine hydraulisch betätigte Ölleitung 35, die eine Hochdruck-Ölpumpe 32 enthält. Ein Strömungssteuerventil 33 regelt die Menge des austretenden hydraulisch betätigten Öls, um dadurch die Ölzuführung zur Hochdruck-Ölverteilerleitung 36 von der hydraulischen Pumpe 32 zu steuern. Eine Steuereinheit 41 steuert sowohl das Strömungssteuerventil 33 als auch die solenoidbetätigten Ventile 39 der Injektoren 40. Zu diesem Zweck wird die Steuereinheit 50 mit Daten versorgt, welche die Betriebsbedingungen der Maschine oder des Motors anzeigen, d.h. von einem Beschleunigungsmesser erfasste Drosselventilöffnungen, durch einen Kurbelwinkelsensor erfasste Kurbelwellenwinkel sowie hydraulische Drücke des hydraulisch betätigten Öls in der Hochdruck-Ölverteilerleitung 36, die durch einen Drucksensor 38 in der Hochdruck-Ölverteilerleitung 36 erfasst werden. Die vom Kurbelwinkelsensor erfassten Kurbelwinkel stehen zur Verfügung für die Steuerung des Beginns und der Dauer der elektrischen Leitfähigkeit des Betätigungsstroms je Zyklus im Zusammenwirken mit Signalen aus der Sensoren, die anzeigen, dass ein Kolben den oberen Totpunkt oder die vorbestimmte Stellung direkt vor dem oberen Totpunkt der Kompressionsphase in jedem Standardzylinder oder jedem Zylinder erreicht hat. Das Strömungssteuerventil wird durch die Steuersignale aus der Steuereinheit 41 so gedrosselt, dass die überschüssige Menge des Hochdrucköls aus der Hochdruck-Ölpumpe 32 als Austrittsmenge zum Ölbehälter 26 wiedergewonnen werden kann. Die Steuereinheit 41 wird ferner mit weiteren Signalen versorgt, die von einem Öl- und/oder Wassertemperatursensor und einem Ansaugluft-Drucksensor ausgegeben werden.
Die von der Steuereinheit 41 ausgegebenen Signale, die den Beginn und die Dauer des Betätigungsstroms je Zyklus anzeigen, steuern die Erregung des solenoidbetätigten Ventils 39, um dadurch die Zeitsteuerung und Dauer der Hochdruckölzuführung in die Druckkammern in der Injektoren 40 zu regeln, was zur Steuerung der Zeitgebung und Dauer der Kraftstoffeinspritzung an den Injektoren 40 führt. Der den Injektoren 40 von der gemeinsamen Druckleitung 24 zugeführte Niederdruck-Kraftstoff strömt in Intensivierungskammern, während das Hochdrucköl aus der Hochdruck-Ölverteilerleitung 36 oder der Ölleitung in Druckkammern in den Injektoren 40 durch Betätigung des solenoidbetätigten Ventils 39 fließt. Das Hochdrucköl in den Druckkammern setzt den Kraftstoff in den Intensivierungskammern durch Verstärkungskolben unter Druck. Der intensivierte Kraftstoff hebt die Nadelventile, um aus den Einspritzöffnungen am distalen Ende jeder Einspritzdüse in die Verbrennungskammern einzuspritzen.
Der genaue Aufbau der Injektoren 40, die oben beschrieben wurden und das solche Injektoren enthaltende Kraftstoffeinspritzsystem können einfach vorgesehen werden beispielsweise durch den Stand der Technik, wie er in den veröffentlichten japanischen Übersetzungen der PCT-Druckschrift 511527/1994 beschrieben ist.
Obwohl die Einrichtung zur Erfassung der Zeitsteuerung, wenn der Injektor das Einspritzen des Kraftstoffs beginnt, in ihrer bevorzugten Form beschrieben wurde, bei der der Drucksensor in der gemeinsamen Druckleitung oder Hochdruck-Verteilerleitung angeordnet ist, wird bemerkt, dass die Erfassungseinrichtung als Alternative zu dem Drucksensor ein Hubsensor sein kann, der die Hubhöhe erfasst, um die das Nadelventil des Injektors von seiner geschlossenen Lage angehoben wird. Bei dieser alternativen Ausführungsform wird ein Zeitpunkt, zu dem der Hubsensor die geringste vorgewählte Hubhöhe erfasst hat, als Zeitsteuerung erkannt, um den Injektor die Kraftstoffeinspritzung beginnen zu lassen.

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem für eine Verbrennungskraftmaschine, welches aufweist: Injektoren (10, 40) zum Einspritzen von Kraftstoff in Verbrennungskammern der Kraftmaschine unabhängig von einem hydraulischen Druck eines hydraulisch betätigten Fluids, das von einem Druckspeicher geliefert wird, elektronische Einrichtungen, deren jede von einem elektrischen Betätigungsstrom erregt wird, um dadurch den hydraulischen Druck des hydraulisch betätigten Fluids zu steuern, sowie eine Steuereinheit (13, 41) zum Bestimmen einer gewünschten Menge eines eingespritzten Kraftstoffs je Zyklus in Übereinstimmung mit Signalen, die von einer Erfassungseinrichtung abgegeben werden, welche die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine überwacht, und ferner zum Bestimmen einer Leitfähigkeitsdauer des Betätigungsstromes für die elektronischen Einrichtungen entsprechend der gewünschten Menge des je Zyklus einzuspritzenden Kraftstoffs, wobei die Steuereinheit (13, 41) Einrichtungen enthält, die bei Betrieb schrittweise die Leitfähigkeitsdauer von der minimalen Leitfähigkeitsdauer, bei der keine Kraftstoffeinspritzung am Injektor (10, 40) zugelassen wird, ändern, die minimale Leitfähigkeitsdauer mit der Leitfähigkeitsdauer identifizieren, bei der die Injektoren (10, 40) den Kraftstoff einzuspritzen beginnen, und die Leitfähigkeitsdauer entsprechend einer kleinen gewünschten Menge von einzuspritzendem Kraftstoff in Abhängigkeit von der minimalen Leitfähigkeitsdauer bestimmen.
Kraftstoffeinspritzsystem für eine Kraftmaschine nach Anspruch 1, bei welcher die Erfassungseinrichtung einen Drucksensor (12, 38) zum Überwachen eines Drucks des hydraulisch betätigten Fluids im Druckspeicher enthält, und die Steuereinheit (13, 41) einen Zeitpunkt für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung an den Injektoren (10, 40) mit dem Zeitpunkt identifiziert, bei welchem der Druckwert des vom Drucksensor (12, 38) erfassten hydraulisch betätigten Fluids unter einen vorgewählten Wert abfällt.
Kraftstoffeinspritzsystem für eine Kraftmaschine nach Anspruch 1, bei welchem die Erfassungseinrichtung einen Hubsensor zur Überwachung des Hubbetrages von Nadelventilen in den Injektoren (10, 40) enthält und die Steuereinheit (13, 41) einen Zeitpunkt für den Beginn der Kraftstoffeinspritzung an den Injektoren (10, 40) mit dem Zeitpunkt identifiziert, bei welchem der Hubsensor einen vorbestimmten Hubbetrag erfasst.
Kraftstoffeinspritzsystem für eine Kraftmaschine nach Anspruch 1, bei welchem die Steuereinheit (13, 41) die gewünschte Menge des eingespritzten Kraftstoffs in einen Voreinspritzteil (Qp) und einen Haupteinspritzteil (Qm) unterteilt und die Leitfähigkeitsdauer entsprechend dem Voreinspritzteil (Qp) in Abhängigkeit von der minimalen Leitfähigkeitsdauer bestimmt.
Kraftstoffeinspritzsystem für eine Kraftmaschine nach Anspruch 1, bei welchem die elektronischen Einrichtungen jeweils aus einem solenoidbetätigten Ventil (39) bestehen, das im zugehörigen Injektor (10, 40) derart angeordnet ist, dass es die Zuführung des hydraulisch betätigten Fluids im Injektor (10, 40) steuert.
Kraftstoffeinspritzsystem für eine Kraftmaschine nach Anspruch 1, bei welchem die Leitfähigkeitsdauer entsprechend der gewünschten Menge des eingespritzten Kraftstoffs durch Interpolieren zwischen der minimalen Leitfähigkeitsdauer und irgendeiner besonderen Leitfähigkeitsdauer entsprechend einer besonderen gewünschten Menge des eingespritzten Kraftstoffs gegeben ist.