DE69935826T2

DE69935826T2 - Kraftstoffeinspritzsystem mit Verteilerleitung

Info

Publication number: DE69935826T2
Application number: DE69935826T
Authority: DE
Inventors: Akihiko Fujisawa-shi Minato
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: EP0971115B1; JP3855473B2; JP2000027689A; US6276337B1; DE69935826D1; EP0971115A2; EP0971115A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Common-rail Brennstoffeinspritzsystem, in welchem Brennstoff unter Hochdruck von einer Common-rail mittels der Wirkung des Brennstoffdrucks in die Verbrennungskammern eines Motors zugeführt wird.
Unter den verschiedenen Typen von Brennstoffeinspritzsystemen für Motoren ist das Common-rail Brennstoffeinspritzsystem langläufig bekannt, wobei der unter hohem Druck in der Common-rail/Speicherleiste gespeicherte Brennstoff den Injektoren zugeführt wird, welche ihrerseits unter Ausnutzung eines Teils des Brennstoffhochdrucks als Arbeitsfluid betätigt werden, um damit den Brennstoff, der von der Common-rail in die Verbrennungskammern zugeführt wird, aus den Zufuhröffnungen heraus zu versprühen, welche in den äußersten Enden der Injektoren ausgebildet sind.
Unter Bezug auf 5 wird ein Beispiel eines herkömmlichen Common-rail Brennstoffeinspritzsystems bildlich dargestellt, wobei eine Brennstoffförderpumpe 6 Brennstoff aus einem Brennstoffbehälter 4 abzieht, über einen Brennstofffilter 5 leitet und diesen unter einem vorausgewählten Eingangsdruck zu einer Hochdruck-Brennstoffzufuhrpumpe 8 durch eine Brennstoffleitung 7 befördert. Die Hochdruckbrennstoffzufuhrpumpe 8 umfasst beispielsweise eine Brennstoffzufuhrkolbenpumpe, die vom Motor angetrieben wird, welche den Brennstoff auf einen hohen, in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen bestimmten Druck transformiert und den unter Druck gesetzten Brennstoff in die Speicherleiste 2 über eine weitere Brennstoffleitung 9 führt. Der derart zugeführte Brennstoff wird in der Speicherleiste 2 bei dem vor ausgewählten hohen Druck bevorratet und in die Injektoren 1 über Injektionsleitungen 3 von der Speicherleiste 2 gedrückt. Der hier dargestellte Motor ist ein 6-Zylinder-Motor. Die Injektoren 1 sind an Verbrennungskammern angeordnet, einer an jeder Kammer, an einem Mehrzylindermotor, beispielsweise eines 6-Zylinder-Motors, entsprechend 5.
Der vom Hochdruck entspannte Brennstoff kann über eine Versorgungspumpe 8 zu dem Brennstofftank 4 durch eine Brennstoffrückführungsleitung 10 fließen. Der unverbrannte, aus dem Brennstoffversorgungssystem von der Speicherleiste 2 in den Injektoren 1 in jedem Injektor 1 verbliebene Brennstoff kann über eine Brennstoffrückgewinnungsleitung 11 zum Brennstofftank 4 zurückfließen. Die Steuereinheit 12 ist mit unterschiedlichen Signalen der Sensoren zur Überwachung der Motorbetriebsbedingungen ausgestattet, wie mit einem Kurbelwellen-Positionssensor zur Erfassung der Motordrehzahl Ne, einem Gaspedalsensor zur Erfassung der Auslenkung Ac eines Gaspedals, einem Temperatursensor für den unter Hochdruck stehenden Brennstoff u. ä. Zusätzlich umfassen die Sensoren zur Überwachung der Motorfunktionsbedingungen einen Temperatursensor für ein Motorkühlmittel, einen Einlasskrümmer – Drucksensor u. ä. Die Steuereinheit 12 wird ebenso mit einem Erfassungsfühler, z.B. für einen Brennstoffdruck in einer Speicherleiste 2 versorgt, welcher von einem in der Speicherleiste 2 eingebauten Drucksensor 13 übertragen wird.
Die Steuereinheit 12 kann die Brennstoffinjektionscharakteristika an den Injektoren 1 regulieren einschließlich der Injektionszeitsteuerung und der Menge des injizierten Brennstoffes in Abhängigkeit von den aufgebrachten Signalen zum Betrieb des Motors mit optimaler Zeitsteuerung und Menge an injiziertem Brennstoff pro Zyklus in Übereinstimmung mit den vorliegenden Motorfunktionsbedingungen, womit der Motor so Brennstoff sparend wie möglich betrieben wird. Die Menge an injiziertem Brennstoff pro Zyklus wird durch die Kombination der Injektionsdauer mit dem Injektionsdruck des aus den Injektoren versprühten Brennstoffs bestimmt. Der Injektionsdruck ist im Wesentlichen gleich dem Speicherleistendruck, welcher anhand der Betätigung eines Durchflusssteuerventils 14 gesteuert wird, womit die Menge an geliefertem, unter Hochdruck stehendem Brennstoff zu der Speicherleiste 2 reguliert wird. Im Falle einer Injektion von Brennstoff aus den Injektoren 1 wird Brennstoff in der Speicherleiste 2 ver braucht oder es wird gefordert, die Menge an injiziertem Brennstoff zu verändern, wobei die Steuereinheit 12 das Brennstoffdurchflusssteuerventil 14 betätigt, welches seinerseits die Menge an der Brennstoffversorgungspumpe 8 des unter Hochdruck gelieferten Brennstoffes zu der Speicherleiste 2 reguliert, womit der Speicherleistendruck den vor ausgewählten Brennstoffdruck wiederherstellt.
In 2 ist dargestellt, dass der Injektor 1 einen Injektorkörper 21 umfasst und eine Injektionsdüse 22, welche an dem Injektorkörper 21 angebracht ist und worin eine axiale Bohrung 23 ausgebildet ist, in welcher ein Nadelventil 24 zur gleitenden Bewegung angebracht ist. Der auf den einzelnen Injektor 1 angewandte Hochdruckbrennstoff von der Speicherleiste 2 wird durch die zugehörige Injektionsleitung 3 geführt, füllt Brennstoffeingänge 31, 32 und eine Brennstofftasche 33 die im Injektionskörper 21 ausgebildet ist. Der unter Hochdruck stehende Brennstoff reicht weiterhin um das Nadelventil 24 in der axialen Bohrung 23. Somit wird in dem Moment des Abhebens des Nadelventils 24 zum Öffnen der Abgabeöffnung 25 am äußersten Ende der Injektionsdüse 22 der Brennstoff aus den Abgabeöffnungen 25 in die Verbrennungskammer injiziert. An dem äußeren Ende der Injektionsdüse 22 ist eine Brennstoffhöhlung 26 vorhanden, zu welcher die Abgabeöffnungen 25 hin geöffnet sind. Das Nadelventil 24 weist ein angeschrägtes Ende 27 auf, welches sich nach oben weg oder nach unten gegen eine angeschrägte Oberfläche 28 innerhalb der Injektionsdüse 22 bewegt, wobei die Brennstoffinjektion beginnt oder beendet wird.
Der Injektor 1 ist mit einem Nadelventilhebemechanismus des Typs mit Drucksteuerkammer ausgestattet, um den Hub des Nadelnventils 24 anzupassen. Der von der Speicherleiste 2 zugeführte Hochdruckbrennstoff wird teilweise in einer Drucksteuerkammer 40 aufgenommen, welche innerhalb des Injektors 1 nach einem Brennstoffdurchgang 35 ausgebildet ist, welcher von dem Brennstoffdurchgang 31 abzweigt und ein Brennstoff durchgang 36 ist im Querschnittsbereich reduziert. Der Injektor 1 weist im Kopfbereich ein Solenoid betätigtes Ventil 15 auf, welches einen elektrisch betätigten Aktuator zur Steuerung der Abgabe eines Arbeitsstroms zu der Drucksteuerkammer 40 darstellt. Die Steuereinheit 12 sorgt für die Energiezufuhr zu dem Solenoid betätigten Ventil 15 nach Maßgabe der Motorbetriebsbedingungen, womit der hydraulische Druck des Arbeitsventils in der Drucksteuerkammer 40 auf entweder den hohen Druck des aufgenommenen Hochdruckbrennstoffes, oder einen niederen Druck, der teilweise in der Drucksteuerkammer 40 entspannt ist, anzupassen. Ein von der Steuereinheit 12 ausgegebenes Steuersignal stellt ein Erregersignal dar, welches auf das Solenoid 38 des Solenoid betätigten Ventils 15 gelegt wird.
Das Solenoid betätigte Ventil 15 beinhaltet einen Anker 39 mit einem am Ende vorhandenen Ventilkörper 42 zum Öffnen und zum Schließen eines Brennstoffleckagepfades 41. Auf eine Anregung des Solenoids 38 hebt der Anker 39 ab, um ein Ventil 42 zu öffnen, womit der Brennstoff aus der Drucksteuerkammer 40 abgegeben werden kann, was einen Abbau des Hochdrucks in dem Brennstoff in der Drucksteuerkammer 40 bedeutet. Obwohl das Ventil 42 als ein Typus beschrieben wird, der die Abgabeöffnungen des Brennstoffleckagepfades 41 öffnet und schließt, kann alternativ ein Tellerventil eingesetzt werden, welches aufgebaut ist aus einem Ventilschaft, der sich durch den Brennstoffleckagepfad 41 erstreckt und ein schräg zulaufenden Ventilkörper, der am Ende des Ventilschaftes vorhanden ist mit einer Ventilfläche und einem Ventilsitz zum zusammenzuwirken an einem Zugang des Brennstoffleckagepfades 41.
Ein Steuerkolben 44 ist zur axialen linearen Bewegung in einer axialen Aussparung 43 angeordnet, wobei diese in dem Injektorkörper 21 in dem Injektor 1 ausgebildet ist. Obwohl der Steuerkolben 44 entsprechend der Figur integral mit dem Nadelventil 24 dargestellt ist, kann der Steuerkolben getrennt von dem Nadelventil ausgebildet werden und zusammen mit ande ren kombiniert werden, sodass diese erregbar sind, um aufeinander zu folgen. Wenn das Solenoid betriebene Ventil 15 erregt wird, um den Brennstoffdruck innerhalb der Drucksteuerkammer 40 zu reduzieren, so wird die Folgekraft, die auf den Steuerkolben 44 wirkt, um diesen hinunter zu drücken, verringert, da der Brennstoffdruck sowohl auf eine verjüngende Oberfläche 34 zu der Tasche 33 wirkt, als auch auf das äußerste Ende des Nadelventils 24, womit das Steuerventil 44 sich nach oben bewegt. Als Ergebnis hebt das Nadelventil 24 ab, um Brennstoff aus den Abgabeöffnungen 25 heraus zu versprühen. Die Menge des injizierten Brennstoffes pro Zyklus wird in Abhängigkeit von dem Brennstoffdruck in den Brennstoffdurchgängen und sowohl dem Betrag, als auch der Dauer des Hubes des Nadelventils 24 bestimmt.
Das Common-rail Brennstoffinjektionssystem oder der Druckausgleich, des Brennstoffinjektionssystems wie es oben beschrieben ist, werden beispielsweise in der japanischen offen gelegten Patentschrift Nr. 165858/1984 und 282164/1987 beschrieben, worin der unter Druck von der Speicherleiste 2 stehende Brennstoff zu den Injektoren 1 geführt wird, teilweise auf die Ausgleichskammer 40 in den Injektoren 1 angewandt wird, und als Arbeitsfluid zum Anheben des Nadelventils 24 wirkt, um damit den Brennstoff aus den Abgabeöffnungen 25 heraus zu injizieren.
Es ist im Stand der Technik bekannt, dass die Motorbetriebsbedingungen in den Dieselmotoren stark durch die anfängliche Brennstoffinjektionscharakteristika der Injektoren 1 beeinflusst werden, insbesondere die anfängliche Menge des injizierten Brennstoffs, die anfängliche Injektionseinstufung/-bewertung und die zeitliche Änderung derselben. Beispielsweise verursacht eine große anfängliche Menge an injiziertem Brennstoff eine große Menge an verbranntem Brennstoff bei beginnender Verbrennung mit erhöhter Wärmebelastung, wobei die Dieselmotoren Potential für eine Verminderung der Geräuschentwicklung und der Abgasleistung aufweisen. Nicht nur die Verbrennungsbedingungen bei der anfänglichen Verbrennung in den Verbrennungskammern, sondern das Motorengeräusch und die Abgasleistung werden beeinflusst durch die zeitbasierte Ableitung der anfänglichen Menge des injizierten Brennstoffes oder der anfänglichen Injektionsschätzung und der zeitbasierten Rate der zeitlichen Veränderung der Injektion. Trotzdem ist kein kostengünstiger einfacher Mechanismus entwickelt worden um zu wissen, welche Menge an injiziertem Brennstoff vorliegt, wobei die Injektionsabschätzung und die zeitliche Veränderung derselben bei der aktuellen anfänglichen Brennstoffinjektion auftreten. Dies verursacht derartige Probleme, dass es sehr schwer ist, die Steuerung der Verfügbarkeit des Injektionswertes u. ä. in den meisten gewerblich verfügbaren Fahrzeugen zu tätigen
In den letzten Jahren sind Messmittel für die Menge an aus dem Injektor injiziertem Brennstoff entwickelt worden, wie schematisch in 7 dargestellt, wobei dies aufgebaut ist aus einer Mikroturbine 50, die in einem inneren Durchgang am Zufuhranschluss der den Injektionskörper 21 mit der Injektionsleitung 3 des Injektors 1 verbindet und einem optischen Sensormechanismus zur Erfassung einer Rotationsgeschwindigkeit der Mikroturbine 50. Darin sind Laufschaufeln 51, die teilweise in dem Brennstoffdurchgang angestellt sind, vorhanden, um durch den Brennstofffluss durch den Brennstoffdurchgang gedreht zu werden. Die Rotation der Laufschaufel 51 der Mikroturbine 50 verdeckt intermittierend einen Lichtstrahl 52 einer Lichtquelle, sodass dadurch Lichtimpulse ausgegeben werden, welche von einer Erfassungseinheit empfangen werden. Die Umfangsgeschwindigkeit V der Laufschaufel 51 der Mikroturbine 50A an den Schaufelspitzen ist gegeben durch V = 2πnR, wobei n die Rotationsgeschwindigkeit der Turbine darstellt und R den Radius der Turbine. Da die Umfangsgeschwindigkeit V gleich der mittleren Geschwindigkeit des Fluidstromes ist, kann der Brennstoffdurchsatz durch Messung der Drehgeschwindigkeit n und einer vorausgewählten Zeitdauer bestimmt werden. Weiterhin kann die Injektionsbemessung durch die diffe renzielle Durchflussrate des Brennstoffes in der zeitabhängigen Form dargestellt werden.
Trotzdem ist die Mikroturbine in äußerst miniaturisierter Form dargestellt und die Sicherheit für eine genaue Herstellung und genaue Messung kann nur schwer erzielt werden. Weiterhin ist der Einsatz eines optischen Sensors überaus teuer. Zusätzlich verursacht die in dem Hochdruckbrennstoffzugang angeordnete Mikroturbine 50 einen Durchflusswiderstand gegen die Strömung des Brennstoffes, was sich in einer möglichen Auswirkung auf die Brennstoffinjektionscharakteristika auswirkt.
Folglich soll ein Brennstoffinjektionssystem entwickelt werden, in welchem die Information wie für die überwachten Variablen der Brennstoffinjektion wie die Menge an injiziertem Brennstoff, die Brennstoffinjektionsrate und deren Veränderung in einem frühen Bereich der Brennstoffinjektion erzielt werden können, indem die Steuerung die erfassten Signale von den vorhandenen Sensoren für die Motorbetriebsbedingungen berechnet ohne die Notwendigkeit von zusätzlichen Messmitteln, womit die gesteuerten Variablen für die Brennstoffinjektion zu einem frühen Zeitpunkt der Brennstoffinjektion oder bei der anfänglichen Injektion regelbar sind. Darüber hinaus ist wesentlich berücksichtigt worden, dass auch für den Fall, dass, jeder der eine Streuung aufweisenden Injektoren bei den Brennstoffinjektionscharakteristika für den einzelnen Injektor die Steuervariablen der Brennstoffinjektion an jedem Injektor erfasst werden können, sodass jeder der Injektoren mit der individuellen Regelung bedient werden kann.
In der US-A-5,678,521 wird ein System für eine elektronische Steuerung eines Druckspeicherbrennstoffsystems offenbart, in welchem eine Rückkopplungs-EMF-Sensorschaltung eine Ventilöffnungsverzögerung misst und das Steuersystem hinsichtlich der Ventilöffnungsverzögerung kompensiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt das vornehmliche Ziel zugrunde, ein Druckspeicherbrennstoffinjektionssystem bereitzustellen, welches überwachte Variablen der Brennstoffinjektion bei anfänglicher Injektion an jedem Injektor erfasst, um individuell die Steuervariablen bei der anfänglichen Injektion für jeden der Injektoren zu steuern, womit eine Sicherstellung der willkürlichen und verfügbaren Brennstoffinjektion mit dem Ergebnis einer gleichförmigen Motorleistung gesichert werden kann. Das Druckspeicherbrennstoffinjektionssystem entsprechend der Erfindung ermöglicht außerdem den Ausschluss des Einflusses der Streuung von Brennstoffinjektionsmerkmalen an einem individuellen Injektor, um damit die relativ breite annehmbare Toleranz bei der Herstellung der Druckspeicherbrennstoffinjektionssyteme zu ermöglichen, wodurch die Produktionskosten erniedrigt werden.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Druckspeicherbrennstoffeinspritzsystem, welches folgendes aufweist: Injektoren zur Zerstäubung von Brennstoff in Verbrennungskammern eines Motors, einen Druckspeicher zur Speicherung von Brennstoff, der den Injektoren zuzuführen ist, eine Hochdruckbrennstoffpumpe zur Zufuhr von Brennstoff zu dem Druckspeicher, Erfassungsmittel zur Überwachung von Motorbetriebsbedingungen und eine Steuereinheit zur Einstellung der Brennstoffeinspritzung aus den Injektoren heraus nach Maßgabe von Signalen, welche von den Erfassungsmitteln übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit tabellarisch Daten einer Korrelation speichert, welche vorher zwischen einer Steuervariablen des injizierten Brennstoffes bei einer anfänglichen Einspritzung bestimmt werden und eine Startverzögerungszeit, die von einer Zeit, bei der irgendeiner der Injektoren durch die Anweisung zum Start der Brennstoffeinspritzung bis zu einer Zeit, bei der die tatsächliche Brennstoffeinspritzung an den Injektoren startet reicht, wodurch die Startverzögerungszeit bestimmt wird, aus den tabellarischen Daten die Steuervariable für den injizierten Brennstoff bei der anfänglichen Injizierung in Übereinstimmung mit der Startverzögerungszeit ermittelt wird, und die geforderte Steuervariable für den injizierten Brennstoff bei der anfänglichen Injizierung in Abhängigkeit von den Signalen ermittelt wird, wobei der aus dem Injektor heraus injizierte Brennstoff derart gesteuert wird, dass die tatsächliche Steuervariable des injizierten Brennstoffes so erstellt wird, dass sie mit der gewünschten Steuervariablen der Brennstoffinjizierung zusammenpasst.
Während die Steuereinheit die geforderten gesteuerten Variablen des injizierten Brennstoffes zur anfänglichen Brennstoffinjizierung nach Maßgabe der von den Erfassungsmitteln übertragenen Signale berechnet, eine feste Korrelation zwischen den gesteuerten Variablen der Brennstoffinjizierung bei der anfänglichen Injektion und der Startverzögerungszeit, die von der Zeit, bei der irgendeiner der Injektoren mit der Anweisung, die Brennstoffinjektion zu beginnen bis zu der Zeit, bei der eine tatsächliche Brennstoffinjektion an dem Injektor startet, reicht. Die Steuereinheit speichert tabellarische Daten der Korrelation, welche im Voraus bestimmt ist und ermittelt anhand der tabellarischen Daten/Kennfelddaten die überwachten Variablen der Brennstoffinjektion bei der anfänglichen Injektion nach Maßgabe der Startverzögerungszeit. Die Steuereinheit steuert die Brennstoffinjektion aus dem Injektor heraus in der Weise, dass die folgenden gesteuerten Variablen der Brennstoffinjektion mit geforderten gesteuerten variablen der Brennstoffinjektion übereinstimmen. Da die Startverzögerungszeit über den Speicherleistendruck bestimmbar ist, der von dem Drucksensor übermittelt wird, welcher auf konventionelle Art in dem Speicherleistenbrennstoffeinspritzsystem angebracht ist, werden die gesteuerten Variablen des injizierten Brennstoffes zur anfänglichen Injektion ihre Entsprechung in der ersten tabellarischen Datenhinterlegung finden. Folglich werden, wenn die geforderten Steuervariablen des injizierten Brennstoffes Veränderungen in dem Maß unterliegen wie die Motorbetriebsbedingungen sich verändern, die gesteuerten Variablen der Brennstoffinjizierung rückgekoppelt gesteuert werden können und folgen entsprechend den Veränderungen. Darüber hinaus kann eine Streuung bei den anfänglichen Brennstoffinjektionsmerkmalen an jedem Injektor kompensiert werden, um die geforderten anfänglichen Brennstoffinjektionsmerkmale zu erlangen.
Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Druckspeicherbrennstoffeinspritzsystem offenbart, in welchem die gesteuerte und die geforderte Steuervariable der Brennstoffinjektion bei der anfänglichen Injizierung eine anfängliche Menge an injiziertem Brennstoff darstellt und eine geforderte anfängliche Menge an injiziertem Brennstoff in entsprechender Weise.
Alternativ sind die Steuervariable und die geforderte Steuervariable der Brennstoffeinspritzung bei der anfänglichen Injektion eine anfängliche Injektionsabschätzung und eine geforderte anfängliche Injektionsabschätzung in entsprechender Weise. Weiterhin sind die Steuervariable und die geforderte Steuervariable der Brennstoffeinspritzung bei der anfänglichen Injektion alternativ eine zeitliche Änderung der anfänglichen Injektionsabschätzung und eine geforderte zeitliche Änderung der anfänglichen Injektionsabschätzung in entsprechender Weise.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Druckspeicherbrennstoffinjektionssystem offenbart, worin die Startverzögerungszeit bestimmt wird durch eine Korrelation, die im Voraus zwischen einem Brennstoffdruck in der Speicherleiste vor einem Druckabfall aufgrund der Brennstoffeinspritzung definiert ist und einer Zeit, bei der der Brennstoffdruck der Speicherleiste zu sinken beginnt.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Druckspeicherbrennstoffeinspritzsystem offenbart, in welchem die Zeit, bei der der Brennstoffdruck in der Speicherleiste zu sinken beginnt feststellbar ist mittels einer grafischen Darstellung, welche eine Korrelation zwischen einer Zeitdauer vom Start bis zum Ende der Brennstoffeinspritzung zeigt und die den Brennstoffdruck in der Speicherleiste während der Zeitdauer zu einem Zeitpunkt, wo eine abfallende, annähernd gerade Linie des Speicherleistenbrennstoffdrucks abfällt infolge der Brennstoffeinspritzung und sich kreuzt mit einer angenäherten Linie des Speicherleistenbrennstoffdruckes bevor der Speicherleistendruck beginnt abzufallen. Eine Alternative besteht darin, dass die Zeit, zu der der Brennstoffdruck in der Speicherleiste abzufallen beginnt, zu einer Zeitkoordinate ermittelbar ist, wo eine Abweichung des Druckes zwischen der ungefähr gerade abfallenden Linie des Druckspeicherbrennstoffdruckes, der aufgrund der Brennstoffinjektion abfällt und die abweichende Kurve des Speicherleistenbrennstoffdruckes maximal wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeigt ein Druckspeicherbrennstoffeinspritzsystem, worin jeder der Injektoren jeweils eine Ausgleichskammer aufweist, welche mit einem Teil des von der Speicherleiste zugeführten Brennstoffes betrieben wird, wobei ein Nadelventil auf und ab bewegbar ist in Abhängigkeit von einer hydraulischen Betätigung des Brennstoffes in der Ausgleichskammer, um damit Ausgabeöffnungen an einem äußersten Ende des Einspritzers zu öffnen und zu schließen, ein Ventil für die Abgabe von Brennstoff aus der Ausgleichskammer heraus, worauf sich eine Entlastung des Brennstoffdruckes in der Ausgleichskammer ergibt und ein Aktor zum Antrieb des Ventils und worin der Aktor mit einem Erregersignal erregt wird, als Reaktion auf einen Befehlsimpuls, der von der Steuereinheit ausgegeben wird, um den Start der Brennstoffeinspritzung anzuweisen.
Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist offenbart, worin der Aktor zusammengestellt ist aus entweder einem elektromagnetischen Solenoid oder einem piezoelektrischen Element, wobei das Erregersignal zur Betätigung des Ak tors eines von einem elektrischen Strom und einer auf das Solenoid angelegten Spannung ist oder eine Spannung, die an das piezoelektrische Element angelegt ist und die Steuereinheit speichert darin zweite hinterlegte Daten einer Korrelation, welche vorab bestimmt sind aus dem Speicherleistenbrennstoffdruck, der geforderten Steuervariablen des injizierten Brennstoffes bei der anfänglichen Brennstoffinjektion und dem Strom oder der Spannung, wobei der Strom oder die Spannung mit den zweiten hinterlegten Daten berechnet wird in Übereinstimmung mit dem Druckspeicherbrennstoffdruck und der geforderten Steuervariablen des injizierten Brennstoffes.
In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Steuereinheit so ausgelegt, dass entweder der Strom oder die Spannung kompensiert werden, welche durch Berechnung anhand der zweiten tabellarischen Daten, basierend auf einer Abweichung zwischen der geforderten anfänglichen Steuervariablen bei der anfänglichen Brennstoffinjektion und der anfänglichen Steuervariablen bei der anfänglichen Brennstoffinjektion, die über die hinterlegten Daten nach Maßgabe der Startverzögerungszeit ermittelt sind.
Der oder die an dem Aktor in dem Injektor aufzubringende Strom oder Spannung wird für die Ausbildung der anfänglichen gesteuerten Variablen der Brennstoffeinspritzung derart angepasst, dass sie der geforderten anfänglichen gesteuerten Variablen des eingespritzten Brennstoffes entspricht. D. h., dass für den Fall der gesteuerten Variablen der Brennstoffeinspritzung, wie die anfängliche Menge an injiziertem Brennstoff, die anfängliche Injektionsabschätzung und die zeitliche Veränderung der anfänglichen Injektionsabschätzung geringer sind, wobei die Steuereinheit den Strom oder die Spannung erhöht, womit eine Entlastung des Brennstoffdruckes von der Ausgleichskammer fortgeführt wird, womit wiederum die Geschwindigkeit der Anhebung des Nadelventils anwächst, woraus eine geringere Startverzögerungszeit der Brennstoffeinspritzung an dem Injektor resultiert.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung speichert die Steuereinheit dritte tabellarische Daten einer Korrelation, welche im Voraus bestimmt ist aus einer geforderten Menge von eingespritztem Brennstoff, welche entsprechend der Signale der Erfassungsmittel festgestellt sind, sowie dem Strom oder der Spannung und einer Pulsweite des Befehlsimpulses, wobei die Befehlsimpulsbreite in Übereinstimmung mit dem Speicherleistenbrennstoffdruck mit den dritten tabellarischen Daten und entweder dem Strom oder der Spannung berechnet wird, welche anhand der zweiten tabellarischen Daten ermittelt sind, um damit die geforderte Menge an eingespritztem Brennstoff zu erhalten.
Die Steuereinheit ermittelt auf der Basis der Signale des Erfassungsmittels die geforderten anfänglichen Steuervariablen des injizierten Brennstoffes, wie die geforderte Menge an injiziertem Brennstoff bei der anfänglichen Brennstoffinjektion, den geforderten injizierten Nennwert oder die Wechselrate des geforderten injizierten Nennwertes und bestimmt dann die Abweichung zwischen der geforderten anfänglichen Steuervariablen und der tatsächlichen anfänglichen Steuervariablen der Brennstoffinjektion, welche aufgrund der Startverzögerungszeit ermittelt sind. Die Steuereinheit reguliert weiterhin die Brennstoffinjektion des Injektors auf der Basis der Abweichung, sodass die tatsächlichen anfänglichen Steuervariablen der Brennstoffinjektion angepasst werden, um mit den geforderten anfänglichen Steuervariablen überein zu stimmen, womit die rückgekoppelte Steuerung erreicht wird, indem den Veränderungen der Steuervariablen des injizierten Brennstoffes aufgrund der Veränderungen der Motorbetriebsbedingungen gefolgt wird. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ermöglicht, eine geeignete Selektion der anfänglichen Menge an injiziertem Brennstoff darzustellen, sowie der anfänglichen Injektionsbewertung oder der Wechselrate der Injektionsbewertung und weiterhin die Verfügbarkeit der Brennstoffinjektion bei hoher Motorleistung besser zu gewährleisten. Darüber hinaus kann sogar, wenn die anfängliche Menge des inji zierten Brennstoffes an jedem Injektor aufgrund der Steuerung der anfänglichen Brennstoffinjektionscharakteristika unterschiedlich ist, die Steuereinheit die Streuung für die anfängliche Brennstoffinjektionscharakteristik kompensieren, womit die voraus gewählte Charakteristik bei der anfänglichen Injektionsabschätzung beibehalten wird. Das Ergebnis ermöglicht, dass das Druckspeicherbrennstoffeinspritzsystem entsprechend der Erfindung durch eine breite annehmbare Toleranz bei der Herstellung des Druckspeicherbrennstoffeinspritzsystems gearbeitet werden kann, woraus sich eine Reduzierung der Herstellkosten ergibt.
Weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann bei der Betrachtung der begleitenden Zeichnungen sichtbar, sowie in Verbindung mit den folgenden beispielhaften Ausführungen, worin Ausführungsbeispiele der Erfindung enthalten sind, welche derart zu verstehen sind, dass Variationen, Modifikationen und auch die Weglassung von Teilen darin möglich sind, ohne den Rahmen der begleitenden Patentansprüche zu verlassen.
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben, wobei folgendes dargestellt wird:
1 zeigt ein Ablaufdiagramm mit einer rückgekoppelten Steuerung für Steuervariable einer anfänglichen Brennstoffinjektion in einem Druckspeicherbrennstoffeinspritzsystem entsprechend der vorliegenden Erfindung,
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm mit der bildlichen Darstellung der Regelung der Steuervariablen einer anfänglichen Brennstoffinjektion entsprechend 1,
3 zeigt eine grafische Darstellung mit der Korrelation einer Startverzögerungszeit mit einer Menge an anfänglich injiziertem Brennstoff,
4 zeigt eine zusammengesetzte Kurve für einen Speicherleistendruck, eine Injektionseinstufung als Reaktion auf einen Erregerimpuls,
5 zeigt eine schematische bildliche Darstellung einer Anordnung eines herkömmlichen Druckspeicherbrennstoffinjektionssystems,
6 zeigt eine schematische bildliche Darstellung eins Injektors, der in dem herkömmlichen Druckspeicherbrennstoffinjektionssystem eingesetzt wird, entsprechend 5,
7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit der Darstellung wesentlicher Teile eines Messmittels für die Menge an Brennstoff, aufgebaut aus einer Mikroturbine und einem optischen Sensormechanismus.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die 1 bis 4 eine bevorzugte Ausgestaltung eines Druckspeicherbrennstoffeinspritzsystems für Motoren entsprechend der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben. Das oben beschriebene und in Verbindung mit den 5 und 6 zu betrachtende Druckspeicherinjektionssystem wird im Wesentlichen entsprechend der Erfindung angewandt. Damit ist die bisherige Beschreibung insgesamt anwendbar. Die folgenden Gleichungen werden bei dem Druckspeicherbrennstoffinjektionssystem, welches entsprechend der 5 und 6 aufgebaut ist, angewandt, (Anb – Ansh) × (Pcr – Pcc) – Ansh × Pcc – Fs = 0 Gl.[1] Anb = π4 × D2 nb Ansh = π4 × D2 nsh

Dnb: stellt den größten Durchmesser des Nadelventils dar,
Dnsh: steht für den Durchmesser des Ventilsitzes,
Pcr: steht für den Speicherleistendruck,
Pcc: steht für den Brennstoffdruck in der Drucksteuerkammer,
Fs: steht für eine vorab gesetzte Kraft der Nadelventilfeder.

Der Ausdruck (Pcr – Pcc) kann über ΔP mit Gleichung [1] bestimmt werden, wobei sich der Ausdruck wie folgt ergibt: ΔP = 1Anb × (Ansh × Pcr + Fs) Gl.[2]
Andererseits kann eine Startverzögerungszeit, die vom Beginn eines Befehlsimpulses bis zum Start einer tatsächlichen Brennstoffeinspritzung aus den Abgabeöffnungen des Injektors reicht, durch das Symbol T bezeichnet. Unter der Annahme, dass eine Druckabfallrate konstant ist, kann Gleichung [2] theoretisch wie folgt geschrieben werden: dPccdt = 1T × Anb × (Ansh × Pcr + Fs) Gl.[3]
In Verbindung mit der Drucksteuerkammer 40 kann die Kontinuitätsgleichung vor dem Öffnen des Nadelventils 24 wie die folgende Gleichung ausgedrückt werden. Das heißt, dass die Kontinuitätsgleichung des Fluids in der Drucksteuerkammer bestimmt wird als eine Differenz in der Menge an Brennstoff zwischen dem Einlass durch die zugeordnete Injektionsleitung 3 und den Brennstoffdurchgängen 35, 36 von der Speicherleiste 2 und dem Ablauf durch den Brennstoffleckagepfad 41, womit die Flussgleichung [4] geschrieben werden kann als:

μ: stellt den Durchflusskoeffizienten am Einlass der Drucksteuerkammer dar,
A: steht für den Öffnungsbereich am Einlass der Drucksteuerkammer,
μex: steht für den Flusskoeffizienten am Auslass der Drucksteuerkammer,
Aex = f(Xc): steht für den Öffnungsbereich am Auslass der Drucksteuerkammer,
ρ: steht für die Dichte des Brennstoffes,
Xc: steht für den Hub des Aktors bei betätigtem Ventil,
Pb: steht für den rückwirkenden Druck,
Vcc: steht für das Volumen der Drucksteuerkammer,
K: steht für den Volumenbetrag.

Eine Kombination der obigen Gleichung [3] mit Gleichung [4] liefert
In der Kontinuitätsgleichung wird nun hinsichtlich der Drucksteuerkammer nach dem Öffnen des Nadelventils 24 angenommen, dass die Volumenkomprimierung ausreichend klein ist, um als vernachlässigbar betrachtet zu werden, wobei die Abhebegeschwindigkeit des Nadelventils (dx/dt) ausgedrückt werden kann durch

Xn: bedeutet den Hub des Nadelventils.

Durch Kombination der obigen Gleichung [5] mit Gleichung [6] wird folgender Ausdruck erhalten:
Darüber hinaus kann in Verbindung mit der Tasche unter der Annahme, dass die Volumenkomprimierung ausreichend klein ist, um vernachlässigt zu werden, die Kontinuitätsgleichung ausgedrückt werden in Form der folgenden Gleichung [8]:

μ'in: stellt den Durchflusskoeffizienten am Einlass der Brennstofftasche/Sack dar,
A'in: steht für den Öffnungsbereich am Einlass der Tasche,
μ'ex: steht für den Flusskoeffizienten am Auslass der Tasche,
A'ex = π4 × D2nh × n: steht für den Öffnungsbereich am Auslass der Tasche,
Dns: steht für den inneren Durchmesser der Tasche,
Dnh: steht für den Durchmesser einer Abgabeöffnung,
n: steht für die Anzahl der Abgabeöffnungen.

Somit steht der zweite Ausdruck auf der linken Seite in Gleichung [8] für die Durchflussrate je vor eingestellter Zeitdauer für die Abgabe aus den Abgabeöffnungen der Injektionsdüse 22, nämlich der Injektionsschätzung. Die Lösung der Gleichung [8] in dem Ausdruck für den Injektionsschätzwert führt zu
Hierin ist der Öffnungsbereich A'in am Einlass der Brennstofftasche 26 die Funktion des Betrages des Hubs des Nadel ventils 24. Die Funktion kann durch die folgende Gleichung [10] gegeben sein, worin das Symbol θ den Ventilflächenwinkel des angestellten Endes 27 des Nadelventils 24 bezeichnet. A'in = π × Dns × sin (θ/2) × xn Gl.[10]
Bei der Bestimmung der anfänglichen Menge an injiziertem Brennstoff als eine Menge an injiziertem Brennstoff für eine Zeitdauer, die von dem Start der Injektion zu einer Zeit t reicht und unter Berücksichtigung eines Öffnungsbereiches an dem Einlass der Tasche 26 zur Zeit t, als der Öffnungsbereich stellvertretend für den Öffnungsbereich A'_in am Einlass der Tasche 26, kann die Gleichung [10] wie folgt geschrieben werden: A'in = π × Dns × sin (θ/2) × dxndt × t Gl.[11]
Die Verbindung von Gleichung [7] und der Gleichung [11] führt zur Gleichung [9];
Der Druckspeicherdruck repräsentiert im Wesentlichen den Ausdruck bzgl. des Druckes innerhalb der Quadratwurzel, da die Brennstofftasche 26 einen verhältnismäßig niedrigen Druck aufweist und worin der Speicherleitendruck vorherrschend ist. Die durch die Gleichung [12] erhaltene Injektionseinstufung korrespondierend mit der mittleren Einspritzeinstufung in dem Zeitintervall, welches sich vom Start der Einspritzung bis zu der Zeit t ausspannt. Dadurch kann die Injektionseinstufung dargestellt werden als: Qi = dGdt × t Gl.[13]
Darüber hinaus ergibt eine Division der Gleichung [12] durch t Steigung des Injektionsschätzwertes.
Entsprechend dem oben beschriebenen Verfahrens kann die Startverzögerungszeit, die von der Zeit zu der der Injektor mit einer Anweisung zum Beginn der Brennstoffinjektion versorgt wird bis zu der Zeit des tatsächlichen Brennstoffeinspritzstarts herausgefunden werden. Somit ergibt sich die anfängliche Menge an injiziertem Brennstoff, wobei die anfängliche Injektionsabschätzung und die Wechselrate der anfänglichen Abschätzung für die Injektion ermittelbar sind.
Der linke Teil der Gleichung [7] repräsentiert die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil 24 abhebt, insbesondere die Geschwindigkeit, mit welcher die Abgabeöffnungen 25 geöffnet werden. In Bezug auf den rechten Teil der Gleichung [7] sind sämtliche Daten bzgl. des Volumens der Ausgleichskammer bekannt, des Volumenbetrages an Brennstoff, des maximalen Bereiches des Nadelventils, des Ventileinstellbereichs und der voreingestellten Federkraft, mit Ausnahme der Startverzögerungszeit T und des Speicherleistendrucks. Der Speicherleistendruck kann jedoch leicht von dem Drucksensor übermittelt werden und folglich die Geschwindigkeit beim Abheben des Nadelventils 24, wobei die anfängliche Menge an injiziertem Brennstoff indirekt auf der Basis der Startverzögerungszeit T ermittelt werden kann. Dies stimmt gut mit den experimentellen Ergebnissen der anfänglichen Injektionseinstufung überein, welche mit dem aktuellen Motorbetrieb erhalten werden und in 4 dargestellt sind, worin für eine längere Startverzögerungszeit T die anfängliche Injektionsabschätzung umso geringer ist, was gleichbedeutend ist damit, dass die Wechselrate k der anfänglichen Injektionsabschätzung oder der frühzeitige Teil der Injektionseinstufung q eine moderate Steigung aufweist.
4 zeigt eine zusammengesetzte Kurve des Druckspeicherdrucks, sowie der Injektionsabschätzung als Reaktion auf den Erregerimpuls, wobei eine Zeit t₀, zu der der Befehlsimpuls abfällt, eine Zeit darstellt, zu der eine Anweisung zur anfänglichen Brennstoffinjektion an den Injektor 1 geliefert wird, welcher seinerseits beginnt eine tatsächliche Brennstoffinjektion zu einer Zeit t auszuführen, nachdem die Startverzögerungszeit T ausgelaufen ist. Es zeigt sich, dass die anfängliche Injektionsabschätzung oder der frühe Teil der Injektionseinstufung q, genauso wie die Rate k₁ für deren Wechsel zur Zeit t₁ für die tatsächliche Brennstoffeinspritzung im Wert größer werden, oder eine andere Startverzögerungszeit T₁, die nicht länger als die Startverzögerungszeit T ist, und damit die Menge an Brennstoff nicht später injiziert wird, als für eine vorausgewählte Zeitdauer, im Verhältnis die Wechselrate k₁ erhöht Im Gegensatz dazu werden die anfängliche Injektionsabschätzung genauso wie die Wechselrate k₂ zu einer Zeit t₂ im Wert abnehmen für die tatsächliche Brennstoffinjektion oder eine weitere Startverzögerungszeit T₂, die später als die Startverzögerungszeit T liegt und deshalb die Menge an injiziertem Brennstoff später ist als eine vorausgewählte Zeitdauer, die im Verhältnis zur Wechselrate k₂ geringer ist. Die Startverzögerungszeit T wird in einer positiven Beziehung sowohl mit der anfänglichen Injektionsabschätzung und der Wechselrate davon gebracht, was durch die vorausgehenden Experimente erhalten wurde und in einem ROM der Steuereinheit in der Form von tabellarischen Daten gespeichert sind, was im Folgenden als Kennfelddaten bezeichnet wird.
In der Zwischenzeit ist in unserer offen gelegten, gleichzeitig anhängigen, älteren Patentanmeldung in Japan, Japanische Patentoffenlegung Nr. 101149/1999 ein Verfahren zur Ermittlung der Startverzögerungszeit T offenbart, welches sich erstreckt von einem Befehlsimpulsabfall zur Steuerung des Erregersignals, welches auf den Aktor in dem Injektor gelegt wird zur Zeit der anfänglichen tatsächlichen Brennstoffinjektion.
Das Verfahren entsprechend unserer gleichzeitig anhängigen Anmeldung wird unter Bezug auf die 4 erklärt. Nach der Ermittlung einer annähernd geraden Linie Ld einer Kurve in dem Bereich von dem Beginn des Speicherleistendruckabfalls aufgrund der Brennstoffinjektion zur Zeit t₄ zu der der erste Minimumwert auftritt, wird die Zeit zum Beginn des Speicherleistendruckabfalls bei einer Zeitkoordinate t₃ bestimmt, wo die annähernd gerade Linie Ld sich mit einer angenäherten Linie Lp kreuzt, bevor ein Abwärtstrend eintritt, welcher den mittleren Druck darstellt, bevor der Speicherleistendruckabfall beginnt. Basierend auf dem mittleren Speicherleistendruck Lp vor dem Start des Druckabfalls und der Zeit t₃ für den Start des Druckspeicherdruckabfalls kann die Startverzögerungszeit T, die sich von der Zeit t₀ für den Befehlsimpulsabfall zu der Zeit t_s für den Beginn der Brennstoffeinspritzung herausgefunden werden, nach Maßgabe mit den funktionellen Beziehungen, die experimentell erhalten worden sind. In 4 wird die angenäherte abfallende gerade Linie Ld durch eine Tangente in einem Wendepunkt der Kurve bestimmt, bis der Speicherleistendruck Pcr den ersten Minimumwert erreicht. Alternativ kann die näherungsweise gerade Linie Ld durch eine angenäherte gerade Linie dargestellt sein, welche erzielbar ist durch zumindest überschneidende Verfahren, beispielsweise von einer Kurve in dem Bereich von einer vor ausgewählten Zeit vor dem Start des Druckabfalls des speicherleistendrucks Pcr zu der Zeit, zu welcher der Druckspeicherdruck den ersten Minimumwert erreicht. In diese Al-ternative wird der Zeitpunkt für den Start des Speicherleistendruckabfalls zu der Zeit bestimmt, wenn eine Abweichung im Druck zwischen der variierenden Kurve des Speicherleistendrucks und der angenäherten abfallenden geraden Linie maximal wird.
Das Brennstoffeinspritzsystem kann geregelt werden, indem die Steuervariablen eingesetzt werden: Die anfängliche Menge an injiziertem Brennstoff, die anfängliche Injektionsabschätzung und die Wechselrate der anfänglichen Injektionsabschätzung, welche in Abhängigkeit von der Startverzögerungszeit T ermittelt wurden. Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel einer Regelung der anfänglichen Brennstoffinjektion, ist die Steuervariable der anfänglichen Brennstoffinjektion die anfängliche Menge an injiziertem Brennstoff. Der Bearbeitungsschritt in 1 wird mit Buchstabe „S" im Fortlaufenden benannt. Sensoren zur Überwachung beinhalten einen Tachometer zur Anzeige der Motordrehzahl und einen Gaspedalauslenksensor zur Anzeige der Motorlast. Die Motordrehzahl Ne und die Motorlast Ac werden erfasst (S1). Eine geforderte Menge Q₀ an injiziertem Brennstoff oder eine geforderte Menge an injiziertem Brennstoff während der gesamten Dauer der Injektion pro Zyklus wird ermittelt in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl Ne und der Motorlast Ac, welche von den zugehörigen Sensoren übermittelt werden, auf einer hinterlegten Tabelle A in welcher im Voraus die Korrelation der geforderten Menge Q₀ an injiziertem Brennstoff mit der Motordrehzahl Ne und der Motorlast Ac (S2) definiert ist. Ein geforderter Speicherleistendruck Pf wird aus einer hinterlegten Tabelle B ermittelt, welche ebenfalls im Voraus bestimmt wurde in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl Ne und der geforderten Menge Q₀ an injiziertem Brennstoff, welcher aus der Tabelle A ermittelt worden ist. Der geforderte Speicherleistendruck Pf wird per Signal der Steuereinheit zugeführt, welche ihrerseits sowohl die Hochdruckbrennstoffpumpe 8 als auch das Durchflusssteuerventil 14 steuert, um damit Übereinstimmung des geforderten Speicherleistendrucks Pf mit dem tatsächlichen Speicherleistendruck herzustellen.
Eine hinterlegte Tabelle C wird im Voraus bestimmt, worin die Zuordnung unter den geforderten Mengen Q₀ an injiziertem Brennstoff, die Motordrehzahl Ne und eine geforderte anfängliche Menge Qi₀ in dem Bereich der Abgasemissionsüberwachung und dem speziellen Brennstoffverbrauch in solchen Fällen eingezeichnet sind, die nicht dazu angelegt sind, eine Geräuschüberwachung oder eine Abgaszirkulation des Motors zu ermöglichen. Eine geforderte anfängliche Menge Qi₀ wird auf der Ba sis der hinterlegten Tabelle C in Übereinstimmung mit der geforderten Menge Q₀, welche wie oben berechnet wird, bestimmt und die Motordrehzahl Ne wird erfasst (S3). Aus einer hinterlegten Tabelle D, welche ebenso im Voraus bestimmt wird, wird eine Größe einer Anzugspannung Vp oder eines Anzugsstroms Ip ermittelt, welcher auf den Aktor des Injektors 1 gelegt wird, womit die geforderte anfängliche Menge Qi₀ an injiziertem Brennstoff angesteuert wird, welche am Schritt (S3) von der anfänglichen Menge Qi an injiziertem Brennstoff (S4) ermittelt wird. Die hinterlegte Tabelle D korrespondiert mit den zweiten aufgezeichneten Daten entsprechend der vorliegenden Erfindung, worin die Anzugsspannung Vp für den Aktuator des piezoelektrischen Elementes ermittelt wird, während der Anzugsstrom Ip für das Solenoid betätigten Aktor vorgesehen ist.
Falls die Anzugsspannung Vp oder der Strom Ip, ermittelt im Schritt (S4) betrachtet werden, besteht die Möglichkeit, dass die gesamte Menge Q an injiziertem Brennstoff sich von der geforderten Menge Q₀ an injiziertem Brennstoff unterscheidet. Um mit dieser Möglichkeit zurecht zu kommen, wird eine Befehlsimpulsbreite Pw bestimmt, welche die Menge Q an injiziertem Brennstoff in Übereinstimmung mit der geforderten Menge Q₀ an injiziertem Brennstoff bringt, basierend auf einer dreidimensionalen hinterlegten Tabelle E, in welcher die geforderte Menge Q₀ an injiziertem Brennstoff, die Befehlsimpulsbreite Pw und die Anzugsspannung Vp oder der Strom Ip mit dem geforderten Speicherleistendruck Pf als Parameter eingetragen sind (S5). Der Injektortreiber wird angeregt mit der Anzugsspannung Vp oder dem Strom Ip, ermittelt bei (S4), und der Befehlsimpuls der Impulsbreite Pw bestimmt bei (S5) zur Ausführung der tatsächlichen Brennstoffinjektion (S6). Die hinterlegte Tabelle E kann eine zweidimensionale Tabelle der geforderten Menge Q₀ und der Befehlsimpulsbreite Pw sein, aufgezeichnet nach Maßgabe mehrerer Anzugsspannungen Vp oder Ströme Ip.
Entsprechend der tatsächlichen Brennstoffinjektion des Injektors bei (S6) wie oben beschrieben wird die Zeit zum Start der tatsächlichen Brennstoffinjektion, basierend auf der abfallenden Kurve des Speicherleistendrucks (S7) erfasst. Die Startverzögerungszeit T wird berechnet und reicht von der Zeit des Befehlsimpulsabfalls bis zu der Startzeit der Brennstoffinjektion (S8). Die tatsächliche anfängliche Menge Qi an injiziertem Brennstoff wird, basierend auf der Startverzögerungszeit T (S9) ermittelt. D. h. beispielsweise, dass eine hinterlegte Tabelle entsprechend 3, korrespondierend mit den aufgezeichneten Daten entsprechend der Erfindung im Voraus bestimmt wird, wobei diese den jeweiligen Bezug zu der Startverzögerungszeit T darstellt, wobei die tatsächliche anfängliche Menge Qi an injiziertem Brennstoff, beispielsweise die Menge an injiziertem Brennstoff während der Dauer von 0,5 ms von dem Start der Brennstoffinjektion ab. Entsprechend der aufgezeichneten Daten wird die tatsächliche anfängliche Menge Qi an injiziertem Brennstoff korrespondierend zur Startverzögerungszeit T festgestellt.
Nach Maßgabe einer Differenz zwischen der geforderten anfänglichen Menge Qi₀ an injiziertem Brennstoff, ermittelt aus der hinterlegten Tabelle C bei (S3) und der tatsächlichen anfänglichen Menge Qi, ermittelt bei (S9), nämlich (Qi0 – Qi), wird ein Korrelationswert der Anzugsspannung Vp oder des Stromes Ip berechnet, beispielsweise über die PID-Steuerung der Differenz (Qi₀ – Qi). Diese Anzugsspannung Vp oder der Strom Ip, die in der Tabelle D ermittelt wird, wird addiert mit dem Korrekturwert zur Kompensation und die daraus folgende Anzugsspannung Vp oder der Strom Ip verursachen die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils 42 oder die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil 24 abhebt, um mit Veränderungen zur Anpassung der anfänglichen Menge an injiziertem Brennstoff die Abweichung (Qi₀ – Qi) auf Null zu bringen. In der 3 stellen die Kurven der Steuerspannung und des Steuerstromes die Steuercharakteristika der Anzugsspannung und die Steuercharakteristika des Anzugsstromes entsprechend dar, wobei in dem Aktor mit dem elektromagnetischen Solenoid, während eine Kurve in Bezug auf das piezoelektrische Element die Steuercharakteristik der Spannung wiedergibt, die an dem piezoelektrischen Element in dem Aktor angelegt wird. Die charakteristischen Kurven sind derart zu verstehen, dass das elektromagnetische Solenoid mit der Stromsteuerung enger an der theoretischen Kurve liegt, verglichen mit der Spannungssteuerung und dass aus diesem Grund der Solenoid betätigte Aktor keinen Spannungsverstärker benötigt und damit kostengünstig durch den Einsatz von Vergleichsschaltungen herstellbar ist.
Nachdem die Rückkopplungssteuerung/Regelung unter Bezug auf 1 bis 3 beschrieben wurde, worin die anfängliche Menge an injiziertem Brennstoff, auf die Steuervariable der anfänglichen Brennstoffinjektion angepasst wird, kann leicht und offensichtlich davon ausgegangen werden, dass die Rückkopplungssteuerung entsprechend der vorliegenden Erfindung durchaus ausführbar ist mit irgendeinem der zeitbasierten Differentiale der anfänglichen Menge an injiziertem Brennstoff oder mit der anfänglichen Injektionsschätzung und dem zeitbasierten Differential der anfänglichen Injektionsschätzung oder der Wechselrate der anfänglichen Injektionsabschätzung anstelle der anfänglichen Menge an injiziertem Brennstoff. In Verbindung mit 3 ist dargestellt, dass die Steuereinheit alternativ mit den aufgezeichneten Daten beladen werden kann, in welchen im Voraus die Korrelation, der Startverzögerungszeit T aufgezeichnet wird gegenüber jeder der anfänglichen Injektionsabschätzungen Qi und der Wechselrate k der anfänglichen Injektionsabschätzung, welche experimentell erhalten wurde. Bei diesen Alternativen ist die hinterlegte Tabelle C von dem Typ zur Bestimmung einer geforderten anfänglichen Injektionsabschätzung qi₀ oder einer Wechselrate k₀ der geforderten anfänglichen Injektionsabschätzung nach Maßgabe der geforderten Menge Q₀ an injiziertem Brennstoff und der Motordrehzahl Ne, während die hinterlegte Tabelle D eine Tabelle zur Bestimmung der Anzugsspannung Vp oder des Stromes Ip ist, abhängig von der Korrelation zwischen dem Speicherleistendruck Pf und irgendeinem der geforderten anfänglichen Injektionsabschätzung qi₀ oder einer Wechselrate k₀ der gewünschten anfänglichen Injektionsabschätzung.
Wie die Steuerung der anfänglichen Menge an injiziertem Brennstoff resultiert die Erfassung der Startverzögerungszeit T in der Ermittlung der anfänglichen Injektionsabschätzung qi oder der Wechselrate k der anfänglichen Injektionsbewertung. Folglich werden die Anzugsspannung Vp oder der Strom Ip durch das Differenzverfahren in Übereinstimmung mit der Streuung zwischen der anfänglichen Injektionsbewertung qi oder der Wechselrate k der anfänglichen Injektionsbewertung und der anfänglichen Injektionsabschätzung qi₀ oder der Wechselrate k₀ der anfänglichen Injektionsabschätzung, welche anhand der Tabelle C ermittelt ist, kompensiert.
Entsprechend dem Speicherleistenbrennstoffinjektionssystem nach der vorliegenden Erfindung erhöht sich die Injektionsabschätzung während des ersten Teiles der Injektionsdauer, beispielsweise für 0,5 ms vom Start der Brennstoffinjektion linear, soweit wie die Injektionszeit fortschreitet und es gibt eine gegenseitig proportionale Korrelation unter der anfänglichen Menge an injiziertem Brennstoff im anfänglichen Bereich der Injektionsdauer, der Injektionsabschätzung und der Wechselrate der Injektionsabschätzung, sodass die Wechselrate der Injektionsabschätzung beispielsweise als ein Parameter zur Steuerung verwendbar ist. Dies ermöglicht die Steuerung der Brennstoffinjektion nach Maßgabe nicht nur der Menge an injiziertem Brennstoff, sondern ebenso der Injektionsbewertung/Abschätzung und der Rate der Veränderung der Injektionsabschätzung. Darüber hinaus verursacht ein Brennstoffdruckabfall in der Ausgleichskammer eine Ansteuerung des Hubes des Nadelventils, nämlich die Injektionsabschätzung und es kann davon ausgegangen werden, dass die Injektionsabschätzung direkt gesteuert wird mit der Anpassung des Brennstoffdrucks in der Drucksteuerkammer.

Claims

Common-rail Brennstoffeinspritzsystem, welches folgendes aufweist, Injektoren (1) zur Zerstäubung von Brennstoff in Verbrennungskammern eines Motors, eine Common-rail/Speicherleiste (2) zur Speicherung von Brennstoff, der den Injektoren (1) zuzuführen ist, eine Hochdruckbrennstoffpumpe (8) zur Zufuhr von Brennstoff zu der Common-rail (2), Erfassungsmittel zur Überwachung von Motorbetriebsbedingungen, und eine Steuereinheit (12) zur Einstellung der Brennstoffeinspritzung aus den Injektoren (1) heraus nach Maßgabe von Signalen, welche von den Erfassungsmitteln übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) Kennfelddaten einer Korrelation speichert, welche vorher zwischen einer Steuervariablen des injizierten Brennstoffes bei einer anfänglichen Einspritzung und einer Startverzögerungszeit bestimmt werden, die von einer Zeit, bei der irgendeiner der Injektoren (1) durch die Anweisung zum Start der Brennstoffeinspritzung bis zu einer Zeit, bei der die tatsächliche Brennstoffeinspritzung an den Injektoren (1) startet, reicht, wodurch aus den Kennfelddaten die tatsächliche Steuervariable für den injizierten Brennstoff bei der anfänglichen Injizierung in Übereinstimmung mit der Startverzögerungszeit ermittelbar ist, somit eine geforderte Steuervariable für den injizierten Brennstoff bei der anfänglichen Injizierung in Abhängigkeit von den Signalen ermittelbar ist, wobei der aus dem Injektor heraus injizierte Brennstoff derart gesteuert wird, dass die tatsächliche Steuervariable des injizierten Brennstoffes so dargestellt wird, dass sie mit der geforderten Steuervariablen der Brennstoffinjizierung zusammenpasst.
Common-rail Brennstoffeinspritzsystem, welches entsprechend Anspruch 1 aufgebaut ist, worin die Steuervariable und die geforderte Steuervariable der Brennstoffeinspritzung bei der anfänglichen Injizierung eine anfängliche Menge von injiziertem Brennstoff und eine geforderte anfängliche Menge von injiziertem Brennstoff in entsprechender Weise darstellen.
Common-rail Brennstoffeinspritzsystem, welches entsprechend Anspruch 1 aufgebaut ist, worin die Steuervariable und die geforderte Steuervariable des der Brennstoffeinspritzung bei der anfänglichen Injizierung ein anfänglicher Injektionsschätzwert und ein geforderter anfänglicher Injizierungsschätzwert in entsprechender Weise darstellen.
Common-rail Brennstoffeinspritzsystem, welches nach Anspruch 1 aufgebaut ist, worin die Steuervariable und die geforderte Steuervariable der anfänglichen Brennstoffinjizierung bei der anfänglichen Injizierung eine zeitliche Änderung des anfänglichen Injektionswertes und eine geforderte zeitliche Änderung des anfänglichen Injektionswertes in entsprechender Weise angeben.
Common-rail Brennstoffeinspritzsystem, welches nach Anspruch 1 aufgebaut ist, worin die Startverzögerungszeit durch eine Korrelation bestimmt wird, die vorher zwischen einem Brennstoffdruck in der Common-rail (2) vor einem Druckabfall aufgrund der Brennstoffeinspritzung definiert ist und einer Zeit, bei der der Brennstoffdruck in der Common-rail (2) zu sinken beginnt.
Common-rail Brennstoffeinspritzungssystem, welches nach Anspruch 5 aufgebaut ist, worin die Zeit, bei der der Brennstoffdruck in der Common-rail (2) zu sinken beginnt, feststellbar ist, mittels einer grafischen Darstellung, welche eine Korrelation zwischen einer Zeitendauer von dem Start bis zum Ende der Brennstoffeinspritzung wiedergibt und dem Brennstoffdruck in der Common-rail (2) während der Zeitdauer zu einem Zeitpunkt, wo eine abfallende, annähernd gerade Linie des Common-rail Brennstoffdruckes, die infolge der Brenn stoffeinspritzung abfällt, sich mit einer angenäherten Linie des Common-rail Brennstoffdruckes kreuzt, bevor der Commonrail Druck beginnt abzufallen.
Common-rail Brennstoffeinspritzsystem, welches nach Anspruch 5 aufgebaut ist, worin die Zeit zu der der Brennstoffdruck in der Common-rail (2) abzufallen beginnt anhand einer grafischen Darstellung feststellbar ist, welche eine Korrelation zeigt zwischen einer Zeitdauer von dem Beginn bis zum Ende der Brennstoffeinspritzung und dem Brennstoffdruck in der Common-rail (2) während der Zeitdauer, zu einer Zeitkoordinate, wo eine Abweichung des Druckes zwischen der angenähert geraden abfallenden Linie des Common-rail Brennstoffdruckes abfällt aufgrund der Brennstoffeinspritzung und der abweichenden Kurve des Common-rail Brennstoffdruckes ein Maximum erreicht.
Common-rail Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, worin die Injektoren (1) jeweils eine Ausgleichskammer (40) aufweisen, welche mit einem Teil des Brennstoffes betrieben wird, welcher von der Common-rail (2) zuführbar ist, einem Nadelventil (24), welches nach oben und nach unten bewegbar ist, in Abhängigkeit von einer hydraulischen Betätigung des Brennstoffes in der Ausgleichskammer (40), um damit Ausgabeöffnungen (25) an einem äußersten Ende des Einspritzers (1) zu öffnen und zu schließen, ein Ventil (42) für die Abgabe von Brennstoff aus der Ausgleichskammer (40) heraus, woraus sich eine Entlastung des Brennstoffdruckes in der Ausgleichskammer (40) ergibt und einen Aktor zum Antrieb des Ventils (42) und worin der Aktor mit einem Erregersignal erregt wird, welches auf einen Befehlsimpuls, der von der Steuereinheit (12) ausgegeben wird, reagiert, um den Start der Brennstoffeinspritzung anzuweisen.
Common-rail Brennstoffeinspritzsystem, welches nach Anspruch 8 aufgebaut ist, worin der Aktor zusammengestellt ist aus entweder einem elektromagnetischen Solenoid und einem piezoelektrischen Element, wobei das Erregersignal zur Betätigung des Aktuators ausgewählt aus einem elektrischen Strom und einer Spannung, welche an dem Solenoid anliegen und einer Spannung, welche an dem piezoelektrischen Element anliegt, und die Steuereinheit (12) speichert zweite Kennfelddaten einer Korrelation, welche im Voraus bestimmt sind aus dem Common-rail Brennstoffdruck, der geforderten Steuervariablen der Brennstoffeinspritzung bei der anfänglichen Brennstoffeinspritzung und entweder der Auswahl aus Strom oder Spannung, wobei sowohl der Strom als auch die Spannung mit den zweiten Kennfelddaten in Übereinstimmung mit dem Common-rail Brennstoffdruck und der geforderten Steuervariablen der Brennstoffeinspritzung berechnet werden.
Common-rail Brennstoffeinspritzsystem, welches nach Anspruch 9 aufgebaut ist, worin die Steuereinheit (12) entweder den Strom oder die Spannung ausgleicht, welche durch Berechnung anhand der zweiten Kennfelddaten ermittelbar sind, basierend auf einer Abweichung zwischen der gewünschten anfänglichen Steuervariablen bei der Brennstoffeinspritzung und der anfänglichen Steuervariablen bei der anfänglichen Brennstoffeinspritzung, die mittels der Kennfelddaten in Übereinstimmung mit der Startverzögerungszeit festgestellt sind.
Common-rail Brennstoffeinspritzsystem, welches entsprechend Anspruch 9 aufgebaut ist, worin die Steuereinheit (12) dritte Kennfelddaten einer Korrelation speichert, welche im Voraus bestimmt ist aus einer geforderten Menge von eingespritztem Brennstoff, welche entsprechend der Signale von dem Erfassungsmittel festgestellt sind, dem Common-rail Brennstoffdruck, entweder dem Strom oder der Spannung und einer Pulsweite des Befehlsimpulses, wobei die Befehlsimpulsbreite in Übereinstimmung mit dem Common-rail Brennstoffdruck mit den dritten Kennfelddaten und entweder dem Strom oder der Spannung berechnet wird, welche anhand der zweiten tabellarischen Daten ermittelt ist, um damit die geforderte Menge an eingespritztem Brennstoff zu ermitteln.