DE69925343T2

DE69925343T2 - Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69925343T2
Application number: DE69925343T
Authority: DE
Inventors: Kazuya Toyota-shi Aichi-ken Kibe; Isamu Toyota-shi Aichi-ken Gotou; Tomohiro Toyota-shi Aichi-ken Kaneko; Hirosato Toyota-shi Aichi-ken Ishigaki; Takahashi Toyota-shi Aichi-ken Yamamoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2019-08-19
Also published as: JP2000064891A; EP0980973A2; EP0980973B1; JP3292152B2; DE69925343D1; EP0980973A3

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für eine interne Verbrennungskraftmaschine und betrifft insbesondere eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, wie z.B. eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für einen Dieselmotor, der eine Kraftstoffvoreinspritzung vor einer Kraftstoffhaupteinspritzung durchführt.
STAND DER TECHNIK
In einer internen Verbrennungskraftmaschine, wie z.B. einem Dieselmotor, tritt ein Dieselklopfen auf. Dieselklopfen ist ein Phänomen, das die Zunahme eines Verbrennungsgeräusches bewirkt. Wenn der Druckzunahmebetrag in dem Zylinder des Dieselmotors übermäßig groß infolge von z.B. einer Verzögerung bei der Kraftstoffverbrennung wird, findet eine Resonanz in dem Verbrennungsgas statt. Dies bewirkt einen plötzlichen Anstieg des Verbrennungsgeräusches, d.h. ein Dieselklopfen.
Es ist allgemein bekannt, dass die Zunahme des Verbrennungsgeräusches unter Bedingungen auftritt, bei denen die Verbrennung des Kraftstoffs verzögert wird, wie z.B. bei einem Kaltstart des Motors. Bei einer Übergangsbetriebsbedingung des Motors kann weiter die Zu nahme des Verbrennungsgeräusches infolge der Verzögerungen in den Änderungen der Temperaturen der Ansaugluft und der Verbrennungskammern des Motors auftreten. Weiter kann eine Zunahme des Verbrennungsgeräusches bei einem Motor mit einer Hochdruckkraftstoffeinspritzung auftreten, da die Verbrennungsgeschwindigkeit infolge der Hochdruckkraftstoffeinspritzung ansteigt.
Im Stand der Technik ist eine Kraftstoffvoreinspritzung (eine Pilotkraftstoffeinspritzung), bei der eine kleine Kraftstoffmenge in den Zylinder vor der Kraftstoffhaupteinspritzung wirksam ist, um die Zunahme des Verbrennungsgeräusches zu verhindern, bekannt. Da der in der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoff verbrennt, bevor die Kraftstoffhaupteinspritzung durchgeführt wird, wird die Temperatur und der Druck in den Zylindern hoch, wenn die Kraftstoffhaupteinspritzung durchgeführt wird. Somit wird die Verzögerung bei der Zündung des in der Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs vermindert, und dadurch wird der Anstieg des Verbrennungsgeräusches unterdrückt.
Bisher wurde der Zeitpunkt zur Durchführung einer Kraftstoffhaupteinspritzung und einer Pilotkraftstoffeinspritzung (Kraftstoffvoreinspritzung) durch das folgende Verfahren unter Verwendung von numerischen Tabellen bestimmt, die auf der Grundlage von Versuchen vorbereitet wurden.
[1] Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt

(1) Berechnen der Einspritzmenge und des Einspritzdrucks der Kraftstoffhaupteinspritzung entsprechend der Betriebsbedingung des Motors (wie z.B. ein Neigungsgrad des Fahrpedals, Drosselklappenöffnung, und einer Motor drehzahl) auf der Grundlage einer vorbestimmten Kraftstoffeinspritzmengentabelle.
(2) Berechnen eines Grundkraftstoffhaupteinspritzzeitpunkts entsprechend der Motordrehzahl und der berechneten Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage einer vorbestimmten Grundkraftstoffhaupteinspritzzeitpunkttabelle. Die Grundkraftstoffhaupteinspritzzeitpunkttabelle wird vorher auf der Grundlage von einem Experiment bestimmt.
(3) Bestimmen eines tatsächlichen Kraftstoffhaupteinspritzzeitpunkts (eines endgültigen Kraftstoffhaupteinspritzzeitpunkts) durch Berichtigen des berechneten Grundkraftstoffhaupteinspritzzeitpunkts entsprechend einem tatsächlichen Ansaugluftdruck und einer tatsächlichen Kühlwassertemperatur.

[2] Kraftstoffvoreinspritzzeitpunkt

(1) Bestimmen einer Kraftstoffgrundeinspritzzeitdauer auf der Grundlage der Motordrehzahl und der Kraftstoffhaupteinspritzmenge auf der Grundlage einer vorbestimmten Grundzeitdauertabelle. Die Kraftstoffgrundeinspritzzeitdauer ist eine Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt zwischen dem Start der Kraftstoffvoreinspritzung und dem Zeitpunkt des Starts der Kraftstoffhaupteinspritzung. Die Kraftstoffgrundeinspritzzeitdauertabelle wird vorher auf der Grundlage eines Versuchs bestimmt.
(2) Bestimmen eines Kühlwassertemperaturberichtigungsbetrages für die Kraftstoffeinspritzzeitdauer auf der Grundlage einer vorbestimmten Tabelle.
(3) Berechnen des Kraftstoffvoreinspritzzeitpunkts durch [Kraftstoffvoreinspritzzeitpunkt] = [Kraftstoffhaupteinspritzzeitpunkt] + [Kraftstoffhaupteinspritzzeitdauer} + [Kühlwassertemperaturberichtigungsbetrag].

Die Kraftstoffgrundhaupteinspritzzeitdauertabelle zur Bestimmung des Kraftstoffhaupteinspritzzeitpunkts und die Kraftstoffgrundeinspritzzeitdauertabelle zur Bestimmung des Kraftstoffvoreinspritzzeitpunkts werden vorher auf der Grundlage der Ergebnisse von Versuchen bestimmt, in denen der tatsächliche Motor unter einer bestimmten Standardbetriebsbedingung betrieben wird. Die Standardbetriebsbedingung ist eine Motorbetriebsbedingung, in der der Motor bei einer konstanten Drehzahl und einer konstanten Belastung mit einer konstanten Kühlwassertemperatur, einem Aufladedruck und einer Ansauglufttemperatur betrieben wird. Der durch die Kraftstoffgrundhaupteinspritztabelle bestimmte Kraftstoffhaupteinspritzzeitpunkt ist ein Zeitpunkt zur Durchführung der Kraftstoffhaupteinspritzung, bei dem eine optimale Verbrennung des von der Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs unter der Standardmotorbetriebsbedingung erhalten wird. Ähnlich ist die durch die Kraftstoffgrundeinspritzzeitdauertabelle bestimmte Kraftstoffgrundeinspritzzeitdauer die Zeitdauer zwischen der Kraftstoffvoreinspritzung und der Kraftstoffhaupteinspritzung, die eine höchstwirksame Verminderung des Verbrennungsgeräusches durch die Kraftstoffvoreinspritzung ohne Bewirken eines Abgasrußes oder einer Verschlechterung der Abgasemission unter der Standardmotorbetriebsbedingung erreicht.
Bei dem tatsächlichen Motorbetrieb wird jedoch der Motor unter von der Standardbetriebsbedingung unter schiedlichen Bedingungen betrieben. Das bedeutet, dass man die optimalen Ergebnisse bei dem tatsächlichen Motorbetrieb nicht erhält, wenn der Kraftstoffgrundhaupteinspritzzeitpunkt und die Kraftstoffgrundeinspritzzeitdauer verwendet werden. Daher werden berichtigte Werte der Kraftstoffgrundhaupteinspritzung und der Kraftstoffgrundeinspritzzeitdauer bei dem tatsächlichen Betrieb des Motors verwendet. Gewöhnlich wird der Kraftstoffhaupteinspritzzeitpunkt bei dem tatsächlichen Betrieb durch Korrektur des Kraftstoffgrundhaupteinspritzzeitpunkts entsprechend dem Aufladedruck und der Kühlwassertemperatur bestimmt, und die Kraftstoffeinspritzzeitdauer in dem tatsächlichen Betrieb wird durch die Korrektur der Kraftstoffgrundeinspritzzeitdauer entsprechend der Kühlwassertemperatur bestimmt. Diese Korrekturen werden durchgeführt, um den Verbrennungszustand des durch die Kraftstoffhaupteinspritzung und die Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs so einzustellen, dass die tatsächlichen Verbrennungszustände sich dem optimalen Verbrennungszustand unter der Standardbetriebsbedingung annähern.
Da die Verbrennungszustände des durch die Kraftstoffvoreinspritzung und des durch die Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs jedoch nicht auf den Aufladedruck und die Kühlwassertemperatur begrenzt sind, werden die Verbrennungszustände des durch die Kraftstoffeinspritzungen in dem tatsächlichen Betrieb eingespritzten Kraftstoffs in einigen Fällen nicht optimal, auch wenn der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzungen nur auf der Grundlage des Aufladedrucks und der Kühlwassertemperatur berichtigt werden.
Da weiter die Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitpunkttabelle und die Kraftstoffgrundeinspritzzeitdauertabelle auf der Grundlage des gleichmäßigen Betriebs des Motors bestimmt werden, weichen die Verbrennungszustände des Kraftstoffs weit von dem optimalen Verbrennungszustand in einer Übergangsbetriebsbedingung ab (z.B. während einer Beschleunigung des Motors), wenn die Korrekturen nur auf der Grundlage des Aufladedrucks und der Kühlwassertemperatur stattfinden. Somit wurden bisher Abgasrauch (wie z.B. weißer Rauch) oder ein Verbrennungsgeräusch während einer Beschleunigung des Motors in einigen Fällen erzeugt.
Weiter schlägt die JP-A-62-055436 vor, die Voreinspritzmenge mittels der Durchführung einer Rückkopplungssteuerung für eine Zündverzögerungszeit auf der Grundlage eines Erfassungssignals eines Zündsensors zu steuern.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der oben dargelegten Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für eine interne Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die in der Lage ist, die Verbrennungszustände des in den Zylinder durch die Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffs durch Einstellen der Menge und des Zeitpunkt der Kraftstoffhaupteinspritzung und der Kraftstoffvoreinspritzung entsprechend der tatsächlichen Betriebsbedingung des Motors zu optimieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für eine interne Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 geschaffen.
Gemäß der Erfindung wird der Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt so eingestellt, dass die Verzögerung des durch die Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs, bevor er unter der gegenwärtigen Betriebsbedingung zündet (tatsächliche Betriebsbedingung), gleich der optimalen Verzögerungszeit unter der Standardbetriebsbedingung wird. Somit erhält man die optimale Verbrennung des durch die Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs unter der tatsächlichen Betriebsbedingung des Motors und der Abgasrauch oder die Verschlechterung der Abgasemission werden bei dem tatsächlichen Motorbetrieb verhindert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 2 wird der auf der Grundlage der Standardbetriebsbedingung des Motors bestimmte Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt auf der Grundlage der Temperatur der Innenfläche der Wände der Zylinder während eines Übergangsbetriebs des Motors, wie z.B. einer Beschleunigung des Motors, korrigiert. Während des Übergangsbetriebs des Motors wird die Veränderung in der Temperatur der Zylinderwände infolge ihrer relativ großen Wärmekapazität verzögert. Durch Korrektur des Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkts entsprechend der Verzögerung in der Änderung der Temperatur der Zylinderwand wird daher der Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt auf einen geeigneten Wert für die tatsächliche Temperatur der Zylinderwand eingestellt, und hierdurch wird der Verbrennungszustand des durch die Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs optimal.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nach Anspruch 4 wird die Menge der Kraftstoffvoreinspritzung maximal eingestellt, wobei sichergestellt wird, dass der gesamte durch die Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoff vollständig verbrennt, bevor die Kraftstoffhaupteinspritzung beginnt. Hierdurch wird, da die maximale Kraftstoffmenge dem Zylinder durch die Kraftstoffvoreinspritzung ohne nachteilige Beeinflussung der Verbrennung des durch die Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zugeführt wird, der Verbrennungszustand des durch die Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs optimiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht zur Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn sie bei einem Dieselmotor eines Fahrzeugs verwendet wird;
2 ein Diagramm zur Darstellung eines Verfahrens zur Berechnung eines Zylindervolumens während des Betriebs des Motors;
3 ein Fließbild zur Darstellung einer Ausführungsform eines Betriebs zur Einstellung der Kraftstoffvoreinspritzung;
4 ein Fließbild zur Darstellung einer Ausführungsform eines Betriebs zur Einstellung der Kraftstoffhaupteinspritzung; und
5(A) und 5(B) Fließbilder zur Darstellung einer Ausführungsform eines Betriebs zur gleichzeitigen Einstellung der Kraftstoffvoreinspritzung und der Kraftstoffhaupteinspritzung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden werden die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt einen allgemeinen Aufbau einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Anwendung bei einem Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine interne Verbrennungskraftmaschine (in dieser Ausführungsform wird ein Vierzylinder-Viertakt-Dieselmotor verwendet). Bezugszeichen 2 und 3 bezeichnen einen Ansaugluftkanal bzw. einen Abgaskanal des Motors. 5 ist ein Abgasturbolader. Weiter ist bei dieser Ausführungsform eine EGR Einrichtung zur Rückführung eines Teils des Abgases des Motors 1 in einen Zwischentank 2a des Ansaugluftkanals 2 vorgesehen. Die EGR Einrichtung umfasst einen EGR Kanal 7, der den Abgaskanal 3 mit dem Zwischentank 2a an dem Ansaugluftkanal 2 verbindet, und ein in dem EGR Kanal 7 angeordnetes EGR Steuerventil 9. 9a in 1 bezeichnet ein geeignetes Stellglied, wie z.B. ein Vakuumstellglied oder einen Schrittmotor zum Antrieb des EGR Steuerventils 9.
Die Bezugszeichen 10a bis 10d bezeichnen in 1 Kraftstoffeinspritzventile, die Kraftstoff direkt in die entsprechenden Zylinder des Motors 1 einspritzen. Die Kraftstoffeinspritzventile 10a bis 10d sind alle mit einem gemeinsamen Vorratsbehälter (Common Rail) 11 verbunden. Der Common Rail 11 dient zum Speichern eines von einer Hochdruckkraftstoffeinspritzpumpe 13 zugeführten Hochdruckkraftstoffs und verteilt den Hochdruckkraftstoff zu den Kraftstoffeinspritzventilen 10a bis 10d.
Bei dieser Ausführungsform ist die Hochdruckkraftstoffeinspritzpumpe 13 beispielsweise als eine Hochdruck-Plunger-Pumpe mit einem variablen Kapazitätssteuermechanismus ausgebildet, die den von einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) zugeführten Niederdruckkraftstoff auf einen bestimmten Druck mit Druck beaufschlagt, bevor er dem Common Rail zugeführt wird.
Bezugszeichen 30 bezeichnet in 1 eine elektronische Steuereinheit (ECU) zur Steuerung des Motors 1. Die ECU 30 kann als ein Mikrocomputer bekannter Bauart ausgebildet sein, umfassend einen Nur-Lesespeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Mikroprozessor (CPU) und Eingangs/Ausgangsanschlüsse, die alle miteinander durch einen bidirektionalen Bus verbunden sind.
Die ECU 30 führt die Grundsteuerung des Motors 1 durch, wie z.B. die Kraftstoffeinspritzdrucksteuerung, die den Kraftstoffdruck in dem Common Rail auf einen Solldruck Pcrcfn durch Steuern der Kapazität der Hochdruckkraftstoffpumpe 13 einstellt, und eine EGR Steuerung, die den Öffnungsgrad des EGR Steuerventils 9 durch Antrieb des Stellglieds 9a entsprechend der Motorlast und der Drehzahl aufgrund einer vorbestimmten Beziehung einstellt. Weiter führt die ECU die Kraftstoffeinspritzsteuerung durch, die die in die entsprechenden Zylinder des Motors 1 eingespritzte Kraftstoffmenge durch Steu ern der Öffnungszeitdauer der Kraftstoffeinspritzventile 10a bis 10d einstellt. Bei dieser Ausführungsform verbessert die ECU 30 die Verbrennung des durch die Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs mittels Durchführung der Kraftstoffvoreinspritzung vor der Kraftstoffhaupteinspritzung. Bei der Kraftstoffeinspritzsteuerung stellt daher die ECU 30 den Zeitpunkt und die Einspritzmenge der Kraftstoffhaupteinspritzung und den Zeitpunkt und die Menge der Kraftstoffvoreinspritzung auf der Grundlage der Betriebsbedingung des Motors so ein, dass eine optimale Verbrennung des von den entsprechenden Kraftstoffeinspritzungen eingespritzten Kraftstoffs erhalten wird.
Um diese Steuerungen durchzuführen, wird ein Spannungssignal entsprechend dem Druck des Kraftstoffs in dem Common Rail 11 dem Eingang der ECU 30 von einem in dem Common Rail 11 angeordneten Kraftstoffdrucksensor 37 über einen A/D Wandler (nicht dargestellt) zugeführt. Ein Fahrpedalsignal, das den Neigungsbetrag eines Fahrpedals durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs wiedergibt (Drosselöffnung ACCP), wird dem Eingang der ECU 30 ebenfalls über den AD Wandler von einem in der Nähe des Fahrpedals (nicht gezeigt) angeordneten Fahrpedalsensor 39 zugeführt. Bezugszeichen 35 in 1 bezeichnet einen Kühlwassertemperatursensor, der in einem Kühlwassermantel des Motors angeordnet ist, und ein Signal entsprechend einer Kühlwassertemperatur des Motors erzeugt. Weiter sind ein Ansaugluftdrucksensor 31, der ein Signal entsprechend dem Ansaugluftdruck (Aufladedruck) des Motors, und ein Ansauglufttemperatursensor 33, der ein Signal entsprechend der Ansauglufttemperatur der Ansaugluft erzeugt, in dem Ansaugluftkanal 2 angeordnet. Es wird bevorzugt, dass der Ansaugluftdrucksensor 31 und der Ansauglufttemperatursensor 33 an Stellen in der Nähe des Motors 1 angeordnet sind, so dass der gemessene Druck und die Temperatur den Zustand der Ansaugluft darstellen, nachdem sie gleichförmig mit dem durch den EGR Kanal 7 rückgeführten Abgas vermischt ist. Wenn der Ansaugluftkanal 2 mit einem Ansaugdrosselventil versehen ist, sollten die Stellen der Sensoren 31 und 33 so ausgewählt werden, dass der erfasste Druck und die Temperatur den Zustand der Ansaugluft ausreichend stromabwärts von dem Drosselventil darstellen.
Weiter bezeichnet das Bezugszeichen 41 in 1 einen Kurbelwellenwinkelsensor, der eine Rotationsphase (d.h. einen Kurbelwellenwinkel) einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors 1 erfasst. Bei dieser Ausführungsform besteht der Kurbelwellenwinkelsensor 41 tatsächlich aus zwei Sensoren. Einer ist ein Bezugspositionssensor (nicht dargestellt), der in der Nähe einer Nockenwelle des Motors angeordnet ist und ein Bezugsimpulssignal alle 720 Grad der Drehung der Kurbelwelle des Motors erzeugt, und der andere ist ein Rotationswinkelsensor, der in der Nähe der Kurbelwelle angeordnet ist und ein Rotationsimpulssignal bei einem bestimmten Rotationswinkel (z.B. 15 Grad) der Kurbelwelle erzeugt. Diese Kurbelwellenwinkelsignale, d.h. das Bezugsimpulssignal und das Rotationsimpulssignal werden ebenfalls dem Eingang der ECU 30 zugeführt. Die ECU berechnet die Drehzahl NE und die Rotationsphase der Kurbelwelle (Kurbelwellenwinkel) auf der Grundlage der Zeitdauern des Rotationsimpulssignals bzw. die Anzahl der empfangenen Impulse, nachdem das Bezugsimpulssignal erzeugt wurde.
Die den Ansaugluftdruck PI und die Ansauglufttemperatur TI wiedergebenden Signale werden dem Eingang der ECU 20 über einen A/D Wandler (nicht dargestellt) von den Sensoren 31 und 33 zugeführt. Weiter werden die die Motorkühlwassertemperatur TW und den Kraftstoffdruck Pcr in dem Common Rail 11 wiedergebenden Signale von den Sensoren 35 und 37 dem Eingang der ECU über den A/D Wandler zugeführt.
Der Ausgang der ECU 30 ist mit den Kraftstoffeinspritzventilen 10a bis l0d über einen Kraftstoffeinspritzschaltkreis 15 verbunden, um die Kraftstoffeinspritzungen zu dem Motor 1 zu steuern. Der Ausgang der ECU 30 ist weiter mit dem Stellglied 9a des EGR Steuerventils 9 über einen Treiberschaltkreis (nicht dargestellt) verbunden, um den Öffnungsgrad des EGR Steuerventils 9 zu steuern. Der Ausgang der ECU 30 ist weiter mit dem variablen Kapazitätssteuermechanismus der Hochdruckkraftstoffeinspritzpumpe 30 über einen Treiberschaltkreis (nicht gezeigt) verbunden. Die ECU 30 steuert die Ausgabekapazität der Pumpe 13 durch Steuern des variablen Kapazitätssteuermechanismus der Pumpe so, dass der Kraftstoffdruck in dem Common Rail Pcr, der von dem Sensor 37 erfasst wird, der Solldruck Pcrcfn wird.
Der Zeitpunkt und die Zeitdauer der Kraftstoffvoreinspritzung und der Kraftstoffhaupteinspritzung wurden bisher auf der Grundlage von Grundtabellen bestimmt. Diese Grundtabellen wurden durch Anpassung bestimmt, bei denen die Optimalwerte des Zeitpunkts und der Zeitdauer der Kraftstoffeinspritzungen durch tatsächliches Betreiben des Motors unter einer bestimmten Standardbetriebsbedingung ausgewählt wurden.
Im Folgenden soll die Kraftstoffeinspritzung des Motors 1 bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden. Bei dieser Ausführungsform wird eine Pilot kraftstoffeinspritzung (Kraftstoffvoreinspritzung), die eine kleine Kraftstoffmenge in die Zylinder vor der Kraftstoffhaupteinspritzung einspritzt, zusätzlich zu einer normalen Kraftstoffeinspritzung (Kraftstoffhaupteinspritzung) durchgeführt. Der durch die Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoff verbrennt, bevor die Kraftstoffhaupteinspritzung beginnt und erhöht die Temperatur und den Druck in den Zylindern. Der Zustand in den Zylindern wird somit zur Förderung der Verbrennung des Kraftstoffs geeignet, wenn die Kraftstoffhaupteinspritzung durchgeführt wird, und die Zündung und die Verbrennung des durch die Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs werden verbessert.
Obwohl die Grundtabellen entsprechend der tatsächlichen Betriebsbedingung des Motors in einigen Fällen berichtigt werden, wird weiter die Korrektur gewöhnlich unter Verwendung nur der die Verbrennung beeinflussenden Hauptfaktoren, wie z.B. der Kühlwassertemperatur und dem Ansaugluftdruck, durchgeführt. Daher war gewöhnlich der Verbrennungszustand nicht optimal, auch nachdem die Korrektur durchgeführt wurde. Der Grund, warum die Korrektur auf die Hauptfaktoren begrenzt ist, liegt darin, dass eine Anpassung auf jeden der Faktoren erforderlich ist, um die Korrektur zu optimieren. D.h., um die Korrektur auf der Grundlage jedes die Verbrennung beeinflussenden Faktors durchzuführen, ist eine sehr umfangreiche Anpassung erforderlich.
Um dieses Problem zu lösen, werden die Parameter der Kraftstoffvoreinspritzung und der Kraftstoffhaupteinspritzung entsprechend einer Verbrennungsanalyse in dem Zylinder des Motors so eingestellt, dass die Verbrennung des mittels der Kraftstoffeinspritzungen einge spritzten Kraftstoffs optimiert wird, ohne eine umfangreiche Anpassung durchzuführen.
Im Folgenden werden die Verfahren zur Einstellung der Kraftstoffvoreinspritzung und der Kraftstoffhaupteinspritzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform getrennt erläutert.
I. Einstellung der Kraftstoffvoreinspritzung
Die folgenden zwei Bedingungen sind für die Kraftstoffvoreinspritzung erforderlich.

(A) Der Zeitpunkt der Kraftstoffvoreinspritzung muss bei einem Zeitpunkt eingestellt werden, bei dem der mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoff zünden kann.
(B) Die Verbrennung des durch die Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs muss dann vollständig sein, wenn die Kraftstoffhaupteinspritzung beginnt.

Die Kraftstoffvoreinspritzung wird durchgeführt, bevor der Kolben den oberen Totpunkt im Kompressionshub erreicht. Somit wird die Kraftstoffvoreinspritzung gewöhnlich durchgeführt, wenn die Temperatur und der Druck in den Zylindern nicht ausreichend hoch sind. Wenn daher der Zeitpunkt der Kraftstoffvoreinspritzung zu früh liegt, zündet der eingespritzte Kraftstoff nicht und haftet an der Zylinderwand. Dies erzeugt weißen Rauch im Abgas. Wenn weiter die Kraftstoffhaupteinspritzung beginnt, bevor der gesamte mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoff verbrannt ist, beginnt der mittels der Kraftstoffhaupt einspritzung eingespritzte Kraftstoff die Verbrennung in einer sehr fetten Luft/Kraftstoffmischung. Dies verursacht schwarzen Rauch im Abgas und eine Verschlechterung der Abgasemission.
Wenn andererseits die Kraftstoffmenge zunehmend verbrennt, bevor die Kraftstoffhaupteinspritzung beginnt, d.h., wenn die mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge zunimmt, wird die Temperatur und der Druck in dem Zylinder höher, wodurch der Verbrennungszustand des mittels der Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs verbessert wird. Somit wird bevorzugt, die Menge der Kraftstoffvoreinspritzung so groß wie möglich einzustellen, vorausgesetzt, dass die oben genannten Bedingungen (A) und (B) erfüllt sind.
In dieser Ausführungsform werden der Zeitpunkt und die Menge der Kraftstoffvoreinspritzung entsprechend der tatsächlichen Betriebsbedingung des Motors so eingestellt, dass die oben genannten Bedingungen (A) und (B) erfüllt sind.
Die Einstellung des Zeitpunkts und der Menge der Kraftstoffvoreinspritzung wird entsprechend den folgenden Schritten durchgeführt.

(1) Bestimmen des Kraftstoffgrundvoreinspritzzeitpunkts Aplb.
(2) Berechnen des Zylindervolumens Vplb bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt Aplb.
(3) Berechnen eines erforderlichen Zylindervolumens Vplc bei dem tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt.
(4) Berichtigen von Vplc auf der Grundlage einer Übergangsbetriebsbedingung (Berechnen von Vplcfn).
(5) Berechnen des tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkts Aplcfn auf der Grundlage von Vplcfn.
(6) Berechnen einer Kraftstoffvoreinspritzungsmenge Qpl.

Diese Schritte werden nun getrennt im einzelnen erläutert.
(1) Bestimmen des Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkts Aplb.
Der Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt Aplb und der Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt Amain werden aus einer Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabelle unter Verwendung der Motordrehzahl NE und der Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung Qfin bestimmt. Die Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabelle wird auf der Grundlage des gemessenen Ergebnisses erstellt, das man durch Betrieb des Motors unter der Standardbetriebsbedingung bei einer konstanten Motordrehzahl und -last erhält. Der Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt Amain und der Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt Aplb werden durch die Differenz des Kurbelwellenwinkels ausgedrückt, wenn die Kraftstoffeinspritzung beginnt und der Kurbelwellenwinkel am oberen Totpunkt liegt.
Die Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabelle ist eine zweidimensionale Tabelle unter Verwendung der Motordrehzahl NE und der Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge Qfin als Parameter und stellt die optimalen Zeitpunkte der Kraftstoffhaupteinspritzung und der Kraftstoffvoreinspritzung unter der Standardbetriebsbedingung dar. Die Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabelle erhält man durch Herausfinden der optimalen Zeitpunkte der Kraftstoffeinspritzungen während eines gleichförmigen Betriebs des Motors unter den Standardbedingungen, z.B. bei einer konstanten Kühlwassertemperatur TW (z.B. TW = 80 °C) und konstanter Ansauglufttemperatur TI und Druck PI (z.B. TI = 25 °C und PI = 100 kPa. Die optimalen Zeitpunkte der Kraftstoffeinspritzungen werden für verschiedene Kombinationen der Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge Qfin und Motordrehzahl NE bestimmt. Die verwendete Kraftstoffhaupteinspritzmenge Qfin ist ebenfalls durch eine zweidimensionale Tabelle gegeben, unter Verwendung der Motordrehzahl NE und der Fahrpedalneigung ACCP.
(2) Berechnen des Zylindervolumens Vplb bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt Aplb.
Das Zylindervolumen Vplb wird von dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt Aplb unter Verwendung folgender Formel [1] berechnet. Vplb = πR2 × ((CL/2) – (COS(Aplb)) × (L/2) + L/(ε – 1)) [1]
In der obigen Formel [1] stellt ε ein Kompressionsverhältnis des Zylinders, R einen Radius des Zylinders und L einen Kolbenhub dar. Da das Zylindervolumen am oberen Totpunkt πR² × L/(ε – 1) wird, wie in 2 gezeigt, wird das Zylindervolumen, wenn der Kurbelwellenwinkel sich von dem des oberen Totpunkts durch einen Winkel Aplb unterscheidet, durch die obige Formel [1] ausgedrückt.
Das hier berechnete Zylindervolumen Vplb wird zur Berechnung der Temperatur in dem Zylinder bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt Aplb unter der Standardbetriebsbedingung des Motors berechnet.
(3) Berechnen eines erforderlichen Zylindervolumens bei dem tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt.
Wenn die Temperatur und der Druck in dem Zylinder gleich jenem bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt unter der Standardbetriebsbedingung ist, wenn die tatsächliche Kraftstoffvoreinspritzung durchgeführt wird, wird der Verbrennungszustand des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs der gleiche Verbrennungszustand wie der des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt eingespritzten Kraftstoffs unter der Standardbetriebsbedingung. D.h., wenn die Temperatur und der Druck in dem Zylinder, wenn die tatsächliche Kraftstoffvoreinspritzung durchgeführt wird, gleich jenen bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt sind, kann man eine optimale Verbrennung des mittels der tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs erhalten. Bei dieser Ausführungsform wird daher das Zylindervolumen, d.h. der Kompressionsgrad in dem Zylinder unter der laufenden Betriebsbedingung, das erforderlich ist, um die gleiche Temperatur und den gleichen Druck in dem Zylinder wie jene bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt unter der Standardbetriebsbedingung zu erhalten, berechnet.
Angenommen, dass die Kompression in dem Zylinder adiabatisch verläuft, wird die Temperatur Tplb der komprimierten Luft in dem Zylinder bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt Aplb durch die folgende Formel [2] unter Verwendung des Zylindervolumens Vplb bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt Aplb ausgedrückt. Tplb = T0 × (V0/Vplb)κ–1 [2]
V₀ und T₀ (°K) in der Formel [2] sind das Zylindervolumen und die Lufttemperatur (d.h. die Lufttemperatur in dem Zylinder vor der Kompression), wenn sich der Kolben am unteren Totpunkt befindet, κ ist das Verhältnis der spezifischen Wärme der Luft (κ ≌ 1,4). D.h., Tplb wird als eine Temperatur berechnet, wenn Luft bei einer Temperatur T₀ und einem Volumen V₀ diabatisch auf ein Volumen Vplb komprimiert wird. Die durch die Formel [2] erhaltene Temperatur Tplb ist jedoch eine Lufttemperatur, wenn die Temperatur und der Druck, bevor sie komprimiert wird, Werte sind, die der Standardbetriebsbedingung entsprechen (d.h. Werte entsprechend dem Zustand, wo die Motorkühlwassertemperatur TW = 80 °C, die Ansauglufttemperatur TI = 25 °C und der Ansaugluftdruck PI = 100 kPa). Wenn die tatsächliche Betriebsbedingung des Motors sich daher von der Standardbetriebsbedingung unterscheidet, sind die Temperatur (T₀) und der Luftdruck in dem Zylinder, bevor sie komprimiert wird, und die Zylinderwandtemperatur von jenen unter der Standardbetriebsbedingung unterschiedlich, und die Temperatur und der Druck in dem Zylinder, nachdem sie komprimiert wird, wird ebenfalls von jenen der Standardbe triebsbedingung unterschiedlich, auch wenn das Volumen der Luft, nachdem sie komprimiert wurde, gleich ist.
Andererseits ist die Verzögerungszeit τpl des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs, bevor er zündet, ungefähr gleich, wenn die Temperatur und der Druck der Luft in dem Zylinder gleich sind, wenn die Kraftstoffvoreinspritzung beginnt. Wenn somit die Temperatur und der Druck in dem Zylinder bei dem tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt unter der tatsächlichen Betriebsbedingung so ausgewählt wird, dass sie gleich der Temperatur und dem Druck bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt Aplb unter der Standardbetriebsbedingung werden, wird die Verzögerungszeit τpl ebenfalls gleich der der Kraftstoffvoreinspritzung, die bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt Aplb unter der Standardbetriebsbedingung durchgeführt wird. D.h., wenn die Temperatur und der Druck in dem Zylinder, wenn die Kraftstoffvoreinspritzung durchgeführt wird, so eingestellt werden, dass sie mit der Temperatur und dem Druck bei dem Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt zusammenfallen, kann man eine optimale Verzögerungszeit τpl des mittels der tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs erhalten.
Bei dieser Ausführungsform wird das Zylindervolumen Vplc, das unter der laufenden Betriebsbedingung erforderlich ist, um die Zylindertemperatur und den Druck gleich jenen wie bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt zu erhalten, unter der Standardbetriebsbedingung berechnet.
Vplc kann man durch Verwendung einer Berechnung mit einer Formel ähnlich der oben angegebenen Formel [2] zur Berechnung von Tplb erhalten. Es wird jedoch erwartet, dass der berechnete Wert von Vplc einen Fehlerbetrag enthält, da die Kompression in dem Zylinder beispielsweise nicht vollständig adiabatisch verläuft. Bei dieser Ausführungsform wurde daher die Wirkung jedes Parameters, der einen Motorbetriebszustand darstellt (die Ansauglufttemperatur TI, der Ansaugluftdruck PI und die Kühlwassertemperatur TW), getrennt betrachtet, um das Zylindervolumen Vplc zu berechnen, das unter der laufenden Betriebsbedingung erforderlich ist, von Vplb zu erhalten, das mittels der Formel [1] berechnet wurde. Bei dieser Ausführungsform wurde nämlich das zum Erhalten der gleichen Temperatur und des Drucks wie bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt unter der Standardbetriebsbedingung erforderliche Zylindervolumen durch Versuch gemessen, in dem der tatsächliche Motor betrieben wurde, während die Parameter TI, PI und TW nacheinander und getrennt verändert wurden, während die anderen Parameter konstant gehalten wurden, und die Wirkungen der entsprechenden Parameter auf die Änderung in dem erforderlichen Zylindervolumen wurden in der Form von Korrekturfaktoren KTI, KPI und KTW ausgedrückt. Durch die Verwendung der Korrekturfaktoren KTI, KPI und KTW wird das erforderliche Zylindervolumen unter der tatsächlichen Betriebsbedingung durch die folgende Formel berechnet. Vplc = Vplb × KPI × KTI × KTW [3]
In der Formel [3] sind KTI, KPI und KTW ein Ansauglufttemperaturkorrekturfaktor, ein Ansaugluftdruckkorrekturfaktor und ein Kühlwassertemperaturkorrekturfaktor und Vplb ist das mittels der Formel [1] berechnete Zylindervolumen. Die Werte der Korrekturfaktoren KTI, KPI und KTW liegen in der Form von eindimensionalen Tabellen unter Verwendung der Ansauglufttemperatur TI, des Ansaugluftdrucks PI bzw. der Kühlwassertemperatur TW als ein Parameter vor.
Obwohl die Korrekturfaktoren KTI, KPI und KTW durch Versuch bestimmt wurden, weisen sie allgemein die folgenden Eigenschaften auf.
Wenn beispielsweise der Ansaugluftdruck PI ansteigt, wird der Luftdruck in dem Zylinder vor der Kompression höher. In diesem Fall wird, da das zum Erhalten eines gegebenen Drucks in dem Zylinder erforderliche Kompressionsverhältnis abnimmt, das erforderliche Zylindervolumen nach der Kompression größer. Der Wert des Korrekturfaktors KPI wird allgemein größer, wenn der Ansaugluftdruck (Aufladedruck) PI zunimmt.
Ähnlich wie oben wird, wenn die Ansauglufttemperatur TI höher wird, die Lufttemperatur in dem Zylinder, bevor sie komprimiert wird, höher. Somit nimmt das zum Erhalten einer bestimmten Temperatur erforderliche Kompressionsverhältnis ab und das erforderliche Zylindervolumen nach der Kompression wird größer. Der Wert des Korrekturfaktors KTI wird allgemein größer, wenn die Ansauglufttemperatur TI höher wird.
Wenn weiter die Kühlwassertemperatur TW höher wird, nimmt, da die Zylinderwandtemperatur sich entsprechend erhöht, das zum Erhalten einer bestimmten Temperatur erforderliche Kompressionsverhältnis ab. Der Wert des Korrekturfaktors KTW wird daher größer, wenn sich die Kühlwassertemperatur KTW erhöht.
(4) Korrektur von Vplc auf der Grundlage eines Übergangsbetriebszustands (Berechnen von Vplcfn).
Im Folgenden wird der oben berechnete Wert Vplc (3) weiter korrigiert, um die Änderungsmenge in den Zuständen während eines Übergangsbetriebszustands zu kompensieren.
Der durch die Formeln [1] und [3] berechnete Wert des Zylindervolumens Vplc ist ein Wert, der einem gleichförmigen Motorbetrieb entspricht, da die zur Berechnung des Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkts Aplb verwendete Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabelle auf der Grundlage eines gleichförmigen Betriebs des Motors erhalten wurde (d.h., die Motordrehzahl NE und die Kraftstoffhaupteinspritzmenge Qfin werden konstant gehalten). D.h., der von der Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabelle berechnete Wert Aplb erfolgt unter der Annahme, dass die Temperatur der Zylinderwand eine Temperatur ist, die dem gleichförmigen Betrieb des Motors entspricht. Wenn sich jedoch die Motordrehzahl NE und die Kraftstoffeinspritzmenge Qfin ändern, erreicht die Temperatur der Zylinderwand nicht unmittelbar infolge ihrer Wärmekapazität die Temperatur, die dem gleichförmigen Betrieb entspricht. Wenn sich daher die Motordrehzahl NE und die Kraftstoffeinspritzmenge Qfin ändern, wird der Wert von Aplb, den man von dem Kraftstoffgrundeinspritzzeitpunkt erhält (und Vplb berechnet von Aplb), der Wert entsprechend der Zylinderwandtemperatur bei dem gleichförmigen Betrieb, nachdem sich NE und Qfin geändert haben, während die tatsächliche Zylinderwandtemperatur verzögert wird, bevor sie den Wert erreicht, der dem gleichförmigen Betrieb entspricht. Der tatsächliche Wert von Vplc ändert sich allmählich während des Übergangsbetriebs des Motors, bevor er den berechneten Wert von Vplc erreicht (Vplc entsprechend dem gleichförmigen Betrieb). Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, dass der tatsächliche Wert des erforderlichen Zylindervolumens den Wert Vplc in der Weise erreicht, die durch eine Verzögerungsänderung erster Ordnung dargestellt wird, nachdem sich NE und Qfin verändert haben, und das erforderliche Zylindervolumen Vplcfn während den Übergangsbedingungen wird durch die folgende Formel erhalten. Vplcfn = Vplcfni–1 + (Vplc – Vplcfni–1)/N [4]
In der Formel [4] stellt Vplcfn_i–1 einen Wert von Vplcfn dar, den man durch die zuletzt durchgeführte Berechnung erhält, da Vplc das erforderliche Zylindervolumen ist, das diesmal unter Verwendung der Formel [2] und [3] berechnet wurde. N ist ein Bewertungsfaktor und wird durch die folgende Formel wiedergegeben. 1/N = (Qfin – Qfini–1) × NE/a
Wobei Qfin die Kraftstoffhaupteinspritzmenge darstellt, die zu dieser Zeit berechnet wurde, und Qfin_i–1 ist gleich, wenn die letzte Berechnung durchgeführt wurde. Der Ausdruck (Qfin – Qfin_i–1) × NE stellt eine Änderung im Betrag des dem Zylinder pro Zeiteinheit zugeführten Kraftstoffs dar, d.h. eine Änderung des Betrags der der Zylinderwand zugeführten Wärme. Während des gleichförmigen Betriebs wird, da Qfin – Qfin_i–1 = 0, Vplcfn ein konstanter Wert.
(5) Berechnung des tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkts Aplcfn auf der Grundlage von Vplcfn.
Aus der obigen Beschreibung wird verständlich, dass die Verzögerung τpl der Zündung des mittels der Kraftstoff voreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs gleich dem des Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkts wird, unabhängig von der tatsächlichen Betriebsbedingung (einschließlich, ob der Betrieb gleichförmig oder übergangsmäßig ist), wenn die Kraftstoffvoreinspritzung durchgeführt wird, wenn das Zylindervolumen Vplcfn wird. Der tatsächliche Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt muss jedoch in Kurbelwellenwinkeln ausgedrückt werden. Daher wird im Folgenden der Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt Aplcfn unter der laufenden Betriebsbedingung, d.h. der Kurbelwellenwinkel, bei dem das Zylindervolumen Vplcfn wird, von Vplcfn durch die folgende Formel berechnet. Aplcfn = COS–1(1 + (2/(ε – 1)) – (2 × Vplcfn)/(L × πR2) [5]
(6) Berechnung einer Kraftstoffvoreinspritzungsmenge Qpl.
Die Kraftstoffvoreinspritzungsmenge Qpl wird von dem Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt Aplcfn und der Motordrehzahl NE und dem Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt Amain, den man von der Kraftstoffgrundeinspritzzeitpunkttabelle erhält, berechnet.
Wie oben erläutert, muss die Verbrennung des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs beendet sein, bevor die Kraftstoffhaupteinspritzung beginnt. Es wird weiter bevorzugt, dass die Kraftstoffvoreinspritzungsmenge so groß wie möglich ist, vorausgesetzt, dass der mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoff verbrennt, bevor die Kraftstoffhaupteinspritzung beginnt, da der Verbrennungszustand des mittels der Kraftstoffhaupteinsprit zung eingespritzten Kraftstoffs besser wird, wenn die Menge der Kraftstoffvoreinspritzung größer wird.
Die zur Beendigung der Verbrennung des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs erforderliche Zeit wird durch τpl + FPpl ausgedrückt. Dabei ist τpl die Verzögerung der Zündung des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs. FPpl ist die zur Beendigung der Verbrennung des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs erforderliche Zeit, nachdem er gezündet ist, und wird durch die Kraftstoffvoreinspritzungsmenge Qpl und die Temperatur und dem Druck in dem Zylinder bestimmt, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird. Um die Verbrennung des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zu beenden, bevor die Kraftstoffhaupteinspritzung beginnt, muss daher die Zeitdauer zwischen der Kraftstoffvoreinspritzung und der Kraftstoffhaupteinspritzung länger als (τpl + FPpl) sein. Da τpl und FPpl in Millisekunden ausgedrückt werden, werden diese Werte in Kurbelwellenwinkel umgewandelt, um die erforderliche Zeitdauer zwischen der Kraftstoffvoreinspritzung und der Kraftstoffhaupteinspritzung zu berechnen (die mittels Kurbelwellenwinkeln ausgedrückt werden).
Die erforderliche Zeitdauer zwischen dem Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt Aplcfn und der Kraftstoffhaupteinspritzung Amain wird ausgedrückt durch Aplcfn – Amain > (τpl + FPpl) × NE × 360/60/1000.
In der obigen Formel wird die Motordrehzahl NE durch Umdrehungen pro Minute ausgedrückt (Upm).
Wie oben erläutert, wird der Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt Aplcfn so eingestellt, dass die Temperatur und der Druck in dem Zylinder, wenn die Kraftstoffvoreinspritzung durchgeführt wird, gleich jenen der von dem Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkt Aplb unter der Standardbetriebsbedingung werden. Weiter sind die Temperatur und der Druck in dem Zylinder bei dem Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkt Aplb unter der Standardbetriebsbedingung die optimalen Werte für die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs und werden im Wesentlichen konstant. Bei dieser Ausführungsform werden nämlich die Temperatur und der Druck in dem Zylinder bei dem tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt Aplcfn ebenfalls ein konstanter Wert. Wenn die Temperatur und der Druck in dem Zylinder konstant sind, wird die Verzögerung τpl der Zündung des Kraftstoffs ebenfalls konstant. Weiter wird die Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs ebenfalls ein konstanter Wert, wenn die Temperatur und der Druck in dem Zylinder konstant sind. Die für die Verbrennung des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs erforderliche Zeit FPpl wird daher zu dem Kraftstoffvoreinspritzungsbetrag Qpl bei dieser Ausführungsform proportional. Es gilt nämlich FPpl = b × Qpl (b ist ein Proportionalitätsfaktor, der durch die Motordrehzahl NE bestimmt wird).
Unter Verwendung dieser Beziehung kann die obige Formel umgeschrieben werden als b × Qpl < ((Aplcfn – Amain)/NE) × c – τpl.
Somit wird die Kraftstoffvoreinspritzungsmenge Qpl berechnet durch Qpl < ((Aplcfn – Amain)/NE) × c – τpl)/b,wobei c eine Konstante ist, die berechnet wird durch c = 60 × 1000/360.
Der maximal zugelassene Wert der Kraftstoffvoreinspritzungsmenge Qpl wird durch die obige Formel unter Verwendung des Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkts Aplcfn und des Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkts Amain bestimmt. Bei dieser Ausführungsform wurde der maximal zulässige Wert Qpl der Kraftstoffvoreinspritzung durch Betrieb des tatsächlichen Motors mit verschiedenen Werten von ((Aplcfn – Amin)/NE) gemessen und die gemessenen Werte von Qpl wurden als eine eindimensionale numerische Tabelle unter Verwendung des Werts von ((Aplcfn – Amin)/NE) als Parameter dargestellt. Während des tatsächlichen Betriebs des Motors wird der Wert von Qpl aus dieser numerischen Tabelle unter Verwendung des tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkts Aplcfn und des Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkts Amain, die durch die obigen Verfahren berechnet wurden, und die Motordrehzahl NE erhalten.
Gemäß dieser Ausführungsform kann der optimale Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt leicht bei dem tatsächlichen Betrieb des Motors eingestellt werden, da der Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt Aplcfn so eingestellt wird, dass der Verbrennungszustand des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs gleich dem des bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt unter der Standardbetriebsbedingung wird. Da weiter der optimale Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt leicht eingestellt werden kann, kann die optimale Kraftstoffvoreinspritzungsmenge ebenfalls leicht gefunden werden.
Weiter ist bei dieser Ausführungsform die für die verschiedenen Motorarten erforderliche Anpassung zur Optimierung des Zeitpunkts und der Menge der Kraftstoffvoreinspritzung auf die Vorbereitung der Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabellen zur Bestimmung des Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkts Aplb und die Tabellen zur Bestimmung der Korrekturfaktoren KTI, KPI, KTW und die Tabelle zur Bestimmung der Kraftstoffvoreinspritzungsmenge Qpl unter Verwendung von ((Aplcfn – Amain(/NE) begrenzt. Die Anpassung für verschiedene Motorarten wird in großem Maße vereinfacht, wodurch man die optimale Kraftstoffvoreinspritzungssteuerung ohne Erhöhung der Anpassung erreicht.
3 ist ein Fließbild zur Darstellung der Arbeitsweise zur Berechnung des Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkts Aplcfn und der Kraftstoffvoreinspritzungsmenge Qpl, wie oben beschrieben. Dieser Vorgang wird von der ECU 30 des Motors 1 mittels eines in bestimmten Zeiträumen durchgeführten Programms durchgeführt (z.B. bei bestimmten Drehwinkeln der Kurbelwelle des Motors).
Wenn der Vorgang in 3 bei Schritt 301 beginnt, werden die Motordrehzahl NE, die Fahrpedalneigung ACCP, die Motorkühlwassertemperatur TW, die Ansauglufttemperatur TI und der Ansaugluftdruck PI von den entsprechenden Sensoren gelesen und bei Schritt 303 wird die Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge Qfin aus der Motordrehzahl NE und der Fahrpedalneigung ACCP unter Verwendung der numerischen Tabelle bestimmt.
Bei Schritt 305 werden der Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt Aplb und der Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt Amain aus der Kraftstoffhaupteinsprit zungsmenge Qfin und der Motordrehzahl NE unter Verwendung der Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabelle bestimmt. Weiter wird bei Schritt 307 das Zylindervolumen Vplb aus Aplb unter Verwendung der Formel [1] berechnet. Bei Schritt 309 werden die Korrekturfaktoren KTW, KTI und KPI aus der Kühlwassertemperatur TW, der Ansauglufttemperatur TI und dem Ansaugluftdruck PI unter Verwendung der entsprechenden Tabellen bestimmt, und bei Schritt 311 wird das erforderliche Zylindervolumen Vplc zum Erreichen, dass die Temperatur und der Druck in dem Zylinder gleich der Temperatur und dem Druck bei dem Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt sind, durch Korrektur von Vplb durch die Korrekturfaktoren KTW, KTI und KPI unter Verwendung der Formel [3] durchgeführt.
Der Endwert Vplcfn des erforderlichen Zylindervolumens wird bei Schritt 313 durch Berichtigen des berechneten Werts Vplc unter Verwendung der Formel [4] berechnet. Bei Schritt 315 wird der tatsächliche Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt Aplcfn aus Vplcfn unter Verwendung der Formel [5] berechnet, und bei Schritt 317 wird die tatsächliche Kraftstoffvoreinspritzungsmenge Qpl von dem tatsächlichen Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt Aplcfn, dem Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt Amain und der Motordrehzahl NE berechnet.
II. Einstellen der Kraftstoffhaupteinspritzung
Um die vollständige Verbrennung des mittels der Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zu erreichen, muss der Kraftstoff mit einer Menge zugeführt werden, die der Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs entspricht. Daher muss die eingespritzte Kraftstoffmenge der Verbrennungsgeschwindigkeit ent sprechen. Die Verbrennung des mittels der Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs muss in einer optimalen Zeitdauer stattfinden. Wenn die tatsächliche Verbrennung außerhalb dieser optimalen Zeitdauer stattfindet, z.B., wenn die Verbrennung stattfindet, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, oder wenn die Verbrennung bis zum letzten Abschnitt des Expansionshubes des Kolbens fortdauert, wird eine Zunahme im Verlust der Motorleistung oder eine Verschlechterung der Abgasemission auftreten.
Daher wird bei dieser Ausführungsform die Menge der Kraftstoffeinspritzung (der Einspritzdruck, d.h. der Druck in dem Common Rail) auf einen optimalen Wert entsprechend der Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs bei dem Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt eingestellt, und der Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt wird so eingestellt, dass die mittels der Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzte Verbrennungszeitdauer des eingespritzten Kraftstoffs (d.h, die Kraftstoffeinspritzungszeitdauer) innerhalb der optimalen Zeitdauer liegt.
Die Kraftstoffhaupteinspritzung bei dieser Ausführungsform wird entsprechend dem folgenden Verfahren eingestellt.

(1) Bestimmen eines Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkts Amainb und eines Kraftstoffgrundeinspritzungsdrucks (der Common Rail Druck) Pcrb.
(2) Berechnen eines gleichmäßigen Common Rail Betriebsdrucks Pcrc entsprechend der tatsächlichen Verbrennungsgeschwindigkeit.
(3) Berechnen eines endlichen (tatsächlichen) Common Rail Drucks Pcrcfn durch Berichtigen des gleichmäßigen Common Rail Betriebsdrucks Pcrc auf der Grundlage einer Übergangsbetriebsbedingung.
(4) Berechnen einer endlichen Kraftstoffhaupteinspritzungszeitdauer Tqfn und einer Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitdauer Tqfnb auf der Grundlage des endlichen Common Rail Drucks Pcrcfn.
(5) Bestimmen des Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkts Amainfn.

Diese Schritte werden im Folgenden in einzelnen erläutert.
(1) Bestimmen eines Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkts Amainb und eines Kraftstoffgrundeinspritzungsdrucks (der Common Rail Druck) Pcrb.
Der Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitpunkt Amainb wird entsprechend der Motordrehzahl NE und der Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge Qfin unter Verwendung der Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabelle bestimmt, die die gleiche Tabelle ist, die zur Bestimmung des Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkts Aplb dient.
Wie oben beschrieben, wird die Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabelle unter der Standardbetriebsbedingung erstellt, d.h. auf der Grundlage, dass der Motor in einem gleichmäßigen Zustand mit dem Kühlwasser TW, der Ansauglufttemperatur TI und dem Ansaugluftdruck PI bei konstanten Werten betrieben wird (z.B. TW = 80 °C, TI = 25 °C und PI = 140 kPa), und dass die Kraftstoffvoreinspritzung bei dem Kraftstoffgrundvoreinsprit zungszeitpunkt Aplb, der oben erläutert wurde, durchgeführt wird. Der Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt Amainb ist ein optimaler Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt, der die bevorzugten Motorausgangsdrehmomentkennwerte und die Abgasemission unter den oben erläuterten Bedingungen bei bestimmter Drehzahl NE und Kraftstoffeinspritzungsmenge Qfin erreicht. Die Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge Qfin wird entsprechend der Fahrpedalneigung ACCP und der Motordrehzahl NE unter Verwendung einer vorbestimmten numerischen Tabelle bestimmt.
Andererseits wird der Grund-Common Rail-Druck, d.h. der Kraftstoffeinspritzungsdruck) Pcrb aus dem Neigungsbetrag des Fahrpedals ACCP und der Motordrehzahl NE unter Verwendung einer Grund-Common Rail-Drucktabelle bestimmt. Ähnlich wie die Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabelle wird die Grund-Common Rail-Drucktabelle auf der Grundlage bestimmt, dass der Motor bei einer gleichförmigen Bedingung betrieben wird, wobei die Kühlwassertemperatur TW, die Ansauglufttemperatur TI und der Ansaugluftdruck PI bei konstanten Werten gehalten werden (z.B. TW = 80 °C, TI = 25 °C und PI = 100 kPa), und dass die Kraftstoffvoreinspritzung bei dem oben erläuterten Kraftstoffgrundvoreinspritzungszeitpunkt Aplb durchgeführt wird. Der Grund-Common Rail-Druck Pcrb ist ein Common Rail Druck, der die eingespritzte Kraftstoffmenge ergibt, die der Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs entspricht, wenn die Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge Qfin beträgt und sich die Motordrehzahl NE unter der oben erläuterten Standardbetriebsbedingung befindet.
(2) Berechnen eines gleichmäßigen Common Rail Betriebsdrucks Pcrc entsprechend der tatsächlichen Verbrennungsgeschwindigkeit.
Der durch den oben beschriebenen Schritt bestimmte Grund-Common Rail-Druck Pcrb ist ein Common Rail Druck, der eine eingespritzte Kraftstoffmenge ergibt, die der Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs unter der Standardbetriebsbedingung entspricht. Da die tatsächliche Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs von der Verbrennungsgeschwindigkeit unter der Standardbetriebsbedingung abweicht, wenn die tatsächliche Betriebsbedingung von der Standardbetriebsbedingung abweicht, muss der Grund-Common Rail-Druck entsprechend der tatsächlichen Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs korrigiert werden.
Die Verbrennungsgeschwindigkeit des mittels der Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs wird mittels der Menge bestimmt, bei der der eingespritzte Kraftstoff eine Luft/Kraftstoffmischung in dem Zylinder bildet. Diese Menge wird durch die Temperatur, den Druck und die Sauerstoffkonzentration in dem Zylinder bestimmt, wenn der Hauptkraftstoff eingespritzt wird. Die Temperatur und der Druck in dem Zylinder werden durch die Kühlwassertemperatur TW, die Ansauglufttemperatur TI und den Ansaugluftdruck PI bestimmt. Bei dieser Ausführungsform wurden die Wirkungen der Änderung bei TW, TI und PI und die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft getrennt durch vorherigen Versuch betrachtet und es wurden die Korrekturfaktoren LTW, LTI, LPI und LO erhalten. Unter Verwendung dieser Korrekturfaktoren wird ein optimaler Common Rail Druck Pcrc, der der Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs unter der tatsächlichen Betriebsbedingung entspricht, durch die folgende Formel berechnet. Pcrc = Pcrb × LTW × LTI × LPI × LO [6]
In der Formel [6] stellen LTW, LTI und LPI einen Kühlwassertemperaturkorrekturfaktor, einen Ansauglufttemperaturkorrekturfaktor bzw. einen Ansaugluftdruckkorrekturfaktor dar. Weiter stellt LO in Formel [6] einen Sauerstoffkonzentrationsfaktor dar.
Die Korrekturfaktoren LTW, LTI, LPI und LO stellen den Einfluss der Kühlwassertemperatur TW, der Ansauglufttemperatur TI, des Ansaugluftdrucks PI und der Sauerstoffkonzentration auf die Änderung des optimalen Common Rail Drucks dar, wenn sich TW, TI, PI und die Sauerstoffkonzentration alleine ändern. Die Korrekturfaktoren LTW, LTI, LPI und LO werden durch Versuch erhalten, in dem der optimale Common Rail Druck durch Betreiben des tatsächlichen Motors bei einer gleichförmigen Bedingung gemessen wird, wobei TW, TI, PI und die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft nacheinander und unabhängig voneinander verändert wurden. Die Korrekturfaktoren LTW, LTI, LPI und LO werden in Form von eindimensionalen Tabellen unter Verwendung von TW, TI, PI und der Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft erstellt. Obwohl die Korrekturfaktoren LTW, LTI, LPI und LO durch Versuch bestimmt wurden, weisen sie allgemein die folgenden Eigenschaften auf.
Wenn beispielsweise die Kühlwassertemperatur, oder die Ansauglufttemperatur oder der Ansaugluftdruck zunehmen, nimmt ebenfalls die Verbrennungsgeschwindigkeit des in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffs zu. Die Menge der Kraftstoffeinspritzung muss erhöht werden, wenn entweder die Kühlwassertemperatur oder die Ansauglufttemperatur oder der Ansaugluftdruck zunehmen. Die Werte der Korrekturfaktoren LTW, LTI und LPI werden daher größer, wenn TW, TI bzw. PI größer werden. Wenn weiter die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft hoch ist, wird die Sauerstoffkonzentration in dem Zylinder ebenfalls hoch. Wenn somit die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft zunimmt, nimmt ebenfalls die Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs in dem Zylinder zu. Der Wert des Korrekturfaktors LO wird größer, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft höher wird. Während des Betriebs des Motors kann die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft direkt durch Anordnen eines Sauerstoffsensors in dem Ansaugluftkanal stromabwärts des Abschnitts erfasst werden, wo der EGR Kanal verbunden ist. Da die Sauerstoffkonzentration in der Luft fast konstant ist, wird die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft durch die Menge des EGR Gases und ihrer Sauerstoffkonzentration erfasst. Bei dieser Ausführungsform wird die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft auf der Grundlage der Menge des EGR Gases und der in den Motor angesaugten Ansaugluft berechnet. Die Menge des EGR und seine Sauerstoffkonzentration werden durch die Motorlast und die Motordrehzahl bestimmt.
(3) Berechnen eines endlichen (tatsächlichen) Common Rail Drucks Pcrcfn durch Berichtigen des gleichförmigen Common Rail Betriebsdrucks Pcrc auf der Grundlage einer Übergangsbetriebsbedingung.
Wie oben erläutert, ist der durch den oben beschriebenen Schritt berechnete Grund-Common Rail-Druck der Wert auf der Grundlage der während des gleichförmigen Betriebs des Motors erfassten Daten. Der Wert des berech neten Pcrc entspricht daher nur der Verbrennungsgeschwindigkeit während des gleichförmigen Betriebs. In einem Übergangsbetrieb des Motors, wie z.B. während einer Beschleunigung, nimmt die Temperatur der Zylinderwand nicht unmittelbar den Wert des gleichförmigen Betriebs infolge einer relativ großen Wärmekapazität der Zylinderwand ein. Der berechnete Pcrc muss daher entsprechend der Verzögerung in der Änderung der Zylinderwandtemperatur während eines Übergangsbetriebs berechnet werden. Diese Korrektur wird in ähnlicher Weise wie die Übergangsberichtigung von Vplc bei der Kraftstoffvoreinspritzung, die oben erläutert wurde, durchgeführt. Der endliche (tatsächliche) Common Rail Druck Pcrcfn wird durch folgende Formel berechnet. Pcrcfn = Pcrcfni–1 + (Pcrc – Pcrcfni–1)/N [7]
In der Formel [7] ist Pcrcfn_i–1 ein zuletzt berechneter Wert von Pcrcfn und Pcrcfn ist der endliche (tatsächliche) Common Rail Druck auf der Grundlage der tatsächlichen Betriebsbedingung. N ist ein Wertungsfaktor, der durch folgende Formel bestimmt wird. 1/N = (Qfin – Qfini–1) × NE/a
Ähnlich der Korrektur der oben beschriebenen Kraftstoffvoreinspritzung ist Qfin in der obigen Formel die gegenwärtige Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge. Qfin_i–1 ist die zuletzt berechnete Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge, NE ist die Motordrehzahl und ist eine Konstante.
(4) Berechnen einer endlichen Kraftstoffhaupteinspritzungszeitdauer Tqfn und einer Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitdauer Tqfnb auf der Grundlage des endlichen Common Rail Drucks Pcrcfn.
Da die Kraftstoffeinspritzungsmenge durch den tatsächlichen Common Rail Druck Pcrcfn bestimmt wird, wird die endliche (tatsächliche) Kraftstoffhaupteinspritzungszeitdauer Tqfn von dem endlichen Common Rail Druck Pcrcfn und der endlichen Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge Qfin berechnet. Bei dieser Ausführungsform wurde die Kraftstoffeinspritzungszeitdauer eines bestimmten Kraftstoffeinspritzventils durch den Kurbelwellenwinkel als eine dreidimensionale Tabelle unter Verwendung des Common Rail Drucks, der Kraftstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahl als Parameter bereitgestellt, und die Kraftstoffhaupteinspritzungszeitdauer Tqfn (ausgedrückt durch den Kurbelwellenwinkel) erhält man aus dieser Tabelle unter Verwendung von Pcrcfn und Qfin und NE. Ähnlich wie Tqfn wird die Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitdauer Tqfnb (ausgedrückt durch den Kurbelwellenwinkel) ebenfalls aus dieser Tabelle unter Verwendung des Grund-Common Rail-Drucks Pcrb, der Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge Qfin und der Motordrehzahl erhalten.
(5) Bestimmen des Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkts Amainfn.
Bei dieser Ausführungsform wird der tatsächliche Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt Amainfn so bestimmt, dass die Mitte der Zeitdauer der Verbrennung des mittels der Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs mit der Mitte der Zeitdauer der Verbrennung des Kraftstoffs zusammenfällt, wenn der Kraftstoff bei dem Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitpunkt Amainb unter der Standardbetriebsbedingung eingespritzt wird.
Wie oben beschrieben, wird der Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkt Amainb und der Grund-Common Rail-Druck Pcrb (d.h. der Betrag der Kraftstoffeinspritzung) durch Versuch so bestimmt, dass die Verbrennung des in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffs in der Zeitdauer stattfindet, die die optimalen Motordrehmomentkennwerte und Abgasemission aufweist. Daher wird bevorzugt, dass die Zeitdauer der Verbrennung des mittels der tatsächlichen Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs genau der oben erwähnten optimalen Zeitdauer entspricht. Da jedoch der Common Rail Druck entsprechend der Verbrennungsgeschwindigkeit bei dieser Ausführungsform korrigiert wird, wird die Kraftstoffhaupteinspritzungszeitdauer (d.h. die Zeitdauer der Verbrennung des Kraftstoffs) von der unterschiedliche, wenn die Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitdauer durch Versuch bestimmt wird. Daher ist es nicht möglich, dass die tatsächliche Verbrennungszeitdauer genau mit der Verbrennungszeitdauer der Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitdauer zusammenfällt.
Wenn man diese Tatsache einschließt, wird die Verbrennungszeitdauer im tatsächlichen Betrieb so eingestellt, dass die Mitte der Verbrennungszeitdauer mit der Mitte der oben erwähnten optimalen Verbrennungszeitdauer zusammenfällt.
Um die optimalen Drehmomentkennwerte und Abgasemission zu erhalten, die man mit der Verbrennung bei der oben erwähnten optimalen Verbrennungszeitdauer erhält, wird daher theoretisch bevorzugt, dass die Schwerpunkte der Druckanzeigediagramme des Zylinders im tatsächlichen Betrieb mit dem Schwerpunkt des Druckanzeigediagramms zusammenfällt, wenn die Verbrennung bei der oben er wähnten optimalen Verbrennungszeitdauer stattfindet. Da es jedoch schwierig ist, den Schwerpunkt des Druckanzeigediagramms während des tatsächlichen Betriebs zu berechnen, wird die tatsächliche Kraftstoffhaupteinspritzungszeitdauer Amainfn so eingestellt, dass die Mitte der tatsächlichen Verbrennungszeitdauer anstelle des Schwerpunkts mit der oben erwähnten optimalen Verbrennungszeitdauer zusammenfällt.
Somit wird der Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt Amainfn im tatsächlichen Betrieb des Motors durch folgende Formel bei dieser Ausführungsform berechnet. Amainfn = Amainb + (Tgfn – Tgfnb)/2 [8]
Aus der obigen Beschreibung wird verständlich, dass gemäß dieser Ausführungsform die Einstellung des Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkts Amainb und des Common Rail Drucks Pcrcfn leicht durchgeführt werden kann, ohne dass eine große Anpassung für verschiedene Motorarten erforderlich ist. Ähnlich wie bei der Einstellung des Zeitpunkts und der Menge der Kraftstoffvoreinspritzung kann eine optimale Kraftstoffhaupteinspritzungssteuerung ohne zusätzliche Anpassung erreicht werden.
4 zeigt ein Verfahren zur Einstellung der Kraftstoffhaupteinspritzung gemäß dieser Ausführungsform. Dieses Verfahren wird mittels eines Programms von der ECU 30 in bestimmten Zeitabschnitten (z.B. bei bestimmten Drehwinkeln der Kurbelwelle des Motors) durchgeführt.
In 4 werden in Schritt 401 die Motordrehzahl NE, die Kühlwassertemperatur TW, die Ansauglufttemperatur TI und der Ansaugluftdruck PI von den entsprechenden Sensoren gelesen. Bei Schritt 401 wird weiter die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft auf der Grundlage der Menge des EGR Gases berechnet. In Schritt 403 werden die Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge Qfin und der Grund-Common Rail-Druck Pcrb aus der Motordrehzahl NE und der Fahrpedalneigung ACCP unter Verwendung der entsprechenden Tabellen bestimmt.
In Schritt 405 wird der Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitpunkt Amainb von der Kraftstoffgrundeinspritzungszeitpunkttabelle unter Verwendung der Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge Qfin von Schritt 403 und der Motordrehzahl NE bestimmt.
In Schritt 407 werden die Werte der Korrekturfaktoren LTW, LTI, LPI und LO auf der Grundlage der entsprechenden Tabellen unter Verwendung der Kühlwassertemperatur TW, der Ansauglufttemperatur TI, des Ansaugluftdrucks PI und der Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft bestimmt. Weiter wird in Schritt 409 der gleichmäßige Betriebsdruck Pcrc von dem Grund-Common Rail-Druck Pcrb und die Korrekturfaktoren LTW, LTI, LPI und LO unter Verwendung der Formel [6] berechnet. Bei Schritt 411 wird der gleichmäßige Common Rail Druck Pcrc entsprechend der Formel [7] korrigiert, um den endlichen Common Rail Druck Pcrcfn zu erhalten.
Im Folgenden wird bei Schritt 413 die endliche Kraftstoffhaupteinspritzungszeitdauer Tgfn und die Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitdauer Tqfnb von den entsprechenden Tabellen unter Verwendung von NE, Qfin, Pcrcfn und Pcrb bestimmt. Der endliche Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt Amainfn wird bei Schritt 415 aus der Formel [8] unter Verwendung des endlichen Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitpunkts Amainb, der endlichen Kraftstoffhaupteinspritzungszeitdauer Tgfn und der Kraftstoffgrundhaupteinspritzungszeitdauer Tqfnb berechnet.
Wie oben beschrieben, wird, obwohl die Verbrennung des Motors verbessert werden kann, indem man entweder das Kraftstoffvoreinspritzungseinstellverfahren von 3 oder die Kraftstoffhaupteinspritzungseinstellung von 4 alleine verwendet, die Verbrennung des Motors weiter verbessert, wenn beide Einstellvorgänge durchgeführt werden. In diesem Fall wird zuerst der Kraftstoffhaupteinspritzungseinstellvorgang von 4 durchgeführt, um den Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt Amainfn und den Common Rail Druck Pcrcfn einzustellen, und darauf wird der Kraftstoffvoreinspritzungseinstellvorgang von 3 durchgeführt, um den Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt Aplfn und die Kraftstoffvoreinspritzungsmenge Qpl einzustellen.
5(A) und 5(B) sind ein Fließbild zur Darstellung der gleichzeitigen Einstellung der Kraftstoffhaupteinspritzung und der Kraftstoffvoreinspritzung. Bei diesem Verfahren werden der endliche Common Rail Druck Pcrcfn und der endliche Kraftstoffhaupteinspritzungszeitpunkt Amainfn in den Schritten 501 bis 515 (5(A)) berechnet und man erhält die Kraftstoffvoreinspritzungsmenge Qpl aus der gleichen Tabelle, die bei Schritt 317 in 3 verwendet wurde, unter Verwendung des berechneten Amainfn (Schritte 517 bis 527 in 5(B)). Die entsprechenden Schritte des Fließbildes in 5(A) und 5(B) stellen die gleichen Verfahren dar wie jene der entsprechenden Schritte in 3 und 4. Aus diesem Grund entfällt eine weitere Beschreibung der 5.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Verbrennungszustand des mittels der Kraftstoffvoreinspitzung und/oder der Kraftstoffhaupteinspritzung optimiert werden, ohne dass eine große Anpassung erforderlich ist. Somit kann die Erzeugung des Verbrennungsgeräusches und des Abgasrauchs wirksam verhindert werden.
Eine interne Verbrennungskraftmaschine (1) ist mit Kraftstoffeinspritzventilen (10a, 10b, 10c, 10d) versehen, die direkt Kraftstoff in die entsprechenden Zylinder der Maschine einspritzen. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) (39) steuert die Kraftstoffeinspritzventile, um die Kraftstoffhaupteinspritzung und eine Kraftstoffvoreinspritzung vor der Kraftstoffhaupteinspritzung durchzuführen. Die ECU stellt den Zeitpunkt zur Durchführung der Kraftstoffvoreinspritzung so ein, dass die Verzögerung des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs, bevor er zündet, die gleiche wird, wie die Verzögerung des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs unter einer bestimmten Standardbetriebsbedingung des Motors. Weiter stellt die ECU die Menge der Kraftstoffvoreinspritzung so ein, dass sie ein maximaler Grenzwert wird, der sicherstellt, dass der gesamte mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoff vollständig verbrennt, bevor die Kraftstoffhaupteinspritzung beginnt. Somit wird, da die mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht wird, der Verbrennungszustand des mittels der Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs verbessert. Weiter verbrennt der gesamte mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoff, bevor die Kraftstoffhaupteinspritzung beginnt, und eine Verschlechterung der Abgasemission und die Erzeugung von Abgasrauch findet nicht statt.

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für eine interne Verbrennungskraftmaschine zur Durchführung einer Kraftstoffhaupteinspritzung, bei der Kraftstoff in die Zylinder der Maschine eingespritzt wird, und zur Durchführung einer Kraftstoffvoreinspritzung, bei der Kraftstoff in die Zylinder vor der Kraftstoffhaupteinspritzung eingespritzt wird, wobei eine Grundkraftstoff-Voreinspritzungszeitpunkt-Einstelleinrichtung (30) zum Einstellen eines Grundkraftstoffvoreinspritzungszeitpunkts (Aplb) auf der Grundlage eines vorbestimmten Grundkraftstoffvoreinspritzungszeitpunktdatenwerts in einer solchen Weise, dass der Grundkraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt einen Zeitpunkt zur Durchführung einer Kraftstoffvoreinspritzung darstellt, bei dem die Verzögerungszeit (τpl) des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs, bevor er unter einer vorbestimmten Standardbetriebsbedingung der Maschine zündet, ein optimaler Wert wird, und eine tatsächliche Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkteinstelleinrichtung (30) zum Einstellen eines tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkts (Aplcfn) unter Verwendung der Ansauglufttemperatur (TI), des Ansaugluftdrucks (PI) und der Kühlwassertemperatur (TW) als Parameter auf der Grundlage der Standardbetriebsbedingung und der gegenwärtigen Betriebsbedingung der Maschine in einer solchen Weise, dass der tatsächliche Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt einen Zeitpunkt zur Durchführung einer Kraftstoffvoreinspritzung darstellt, bei dem die Verzögerungszeit (τpl) des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs, bevor er unter der gegenwärtigen Betriebsbedingung der Maschine zündet, die gleiche wird, wie die durch den Grundkraftstoffvoreinspritzungszeitpunkt (Aplb) definierte, vorgesehen ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die tatsächliche Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkteinstellvorrichtung weiter eine Korrektureinrichtung (30) zur Korrektur des tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkts (Aplcfn) auf der Grundlage einer Verzögerung in einer Temperaturänderung einer Zylinderwandinnenfläche der Zylinder während eines Übergangsbetriebs der Maschine umfasst.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend eine tatsächliche Kraftstoffvoreinspritzungsmengeneinstelleinrichtung (30) zur Einstellung einer mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge (Qpl) auf der Grundlage des mittels der tatsächlichen Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkteinstelleinrichtung eingestellten Kraftstoffvoreinspritzungszeitpunkts (Aplcfn) und dem Zeitpunkt für die Kraftstoffhaupteinspritzung (Amain).
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 3, weiter umfassend eine Kraftstoffhaupteinspritzungsstartzeitpunkteinstelleinrichtung (30) zur Einstellung des Startzeit punkts zum Starten der Kraftstoffhaupteinspritzung (Amain), wobei die tatsächliche Kraftstoffvoreinspritzungsmengeneinstelleinrichtung (30) die mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge (Qpl) so einstellt, dass die mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge der Maximalwert unter der Bedingung wird, wo die Zeitdauer (Aplcfn-Amain) zwischen dem der Kraftstoffvoreinspritzung und dem Start der Kraftstoffhaupteinspritzung länger als eine Summe einer Verzögerungszeit (τpl) des mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs, bevor er zündet, und einer Zeit (FFpl), die zur Verbrennung des gesamten mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzten Kraftstoffs erforderlich ist, ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kraftstoffvoreinspritzungsmengeneinstelleinrichtung die mittels der Kraftstoffvoreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge (Qpl) unter Verwendung der Ansauglufttemperatur (TI), des Ansaugluftdrucks (PI) und der Kühlwassertemperatur (TW) als Parameter einstellt.