DE19733897A1

DE19733897A1 - System zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE19733897A1
Application number: DE19733897A
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Nonoyama; Yoshihiro Tsuzuki
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1998-02-12
Also published as: JPH1047137A

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein System zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs der Kraftstoffeinspritzung für Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungsmotoren, und insbesondere ein System zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs der Kraftstoffeinspritzung, welches so ausgestaltet ist, daß der zeitliche Ablauf der Kraftstoffeinspritzung auf der Basis einer Änderung des Kraftstoffdrucks geregelt bzw. gesteuert werden kann, mit welchem jeder Zylinder eines Motors versorgt wird und welcher durch die von einem einzigen Drucksensor überwachten Kraftstoffeinspritzung verursacht wird.

Es ist für Kraftfahrzeugbrennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung entscheidend, den zeitlichen Ablauf der Kraftstoffeinspritzung für eine optimale Motorleistungsfähigkeit zu steuern. Der Grund dafür ist, daß eine Veränderung bzw. Verschiebung des zeitlichen Ablaufs der Kraftstoffeinspritzung bzw. des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes von einem optimalen Wert weg zu einem Anstieg der Menge an Schadstoffemissionen oder mechanischen Geräuschen führt. Um dieses Problem zu beheben, sind typische elektronisch gesteuerte Verbrennungsmotoren so ausgestaltet, daß der zeitliche Ablauf der Kraftstoffeinspritzung während des Betriebs des Motors anhand eines Verzeichnisses (map) bestimmt wird, in dem die optimalen Werte des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes bezüglich der Motordrehzahl und der Motorlast gespeichert sind, um den Beginn der Kraftstoffeinspritzung für jedes Kraftstoffeinspritzventil zu steuern. Die Abweichung von einer Kraftstoffeinspritzventileinheit zu einer anderen oder die mechanische Verschlechterung der Kraftstoffeinspritzventile führt jedoch dazu, daß der optimale zeitliche Ablauf der Einspritzung bzw. der optimale Einspritzzeitpunkt von einem auf der Basis des Verzeichnisses bestimmten Wertes verschoben wird, was eine Erhöhung der Schadstoffemissionen und/oder mechanische Geräusche zur Folge hat.

Die japanische zweite Patentveröffentlichung Nr. 1-52570 (deutsche Patentanmeldung P 30 32 381.0, welche am 28. August 1990 angemeldet wurde) japanischen Patents beschreibt ein elektrisches Steuerungssystem für Verbrennungsmotoren, wel ches so ausgestaltet ist, daß der Zeitpunkt festgelegt wird, an dem ein Nadelventil jedes Kraft stoffeinspritzventils geöffnet wird, indem ein Hubsensor zur Überwachung eines Hubs des Nadelventils verwendet wird, um zur Korrektur einen Unterschied zwischen der bestimmten Ventilöffnungszeit und dem Sollkraftstoffeinspritzzeitpunkt zu bestimmen.

Der oben erwähnte Stand der Technik hat jedoch den Nach teil, daß für jedes Einspritzventil ein Hubsensor eingebaut werden muß, was eine Erhöhung der Herstellungskosten herbei führt.

Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs der Kraftstoffeinspritzung zu schaffen, welches bei Verwendung einer geringen Anzahl von Drucksensoren zur Regelung bzw. Steuerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts geöffnet wird.

Dies wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruch 1 und/oder eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.

Entsprechend eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, welcher eine gemeinsame Verteilerleiste (Common Rail) aufweist, in der Kraftstoff bei einem vorgegebenem Druckniveau gespeichert ist, elektronisch gesteuerte Einspritzventile, von denen jeweils eines für jeden Zylinder vorgesehen ist, eine Hochdruckleitung, die die gemeinsame Verteilerleiste mit den Zylindern des Motors verbindet, und eine elektrische Steuerungseinheit, die den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt für jedes der Einspritzventile auf der Grundlage eines Kraftstoffeinspritzkorrekturwertes zur Kompensation einer Abweichung zwischen dem Sollkraftstoffeinspritzzeitpunkt und dem tatsächlichen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt steuert, welches die Schritte aufweist: (a) Messen eines Druckabfallzeitpunkts, an dem ein durch die Kraftstoffeinspritzung von jedem Einspritzventil verursachter Druckabfall in der gemeinsamen Verteilerleiste eintritt; und (b) Bestimmen eines Kraftstoffeinspritzkorrekturwertes in Abhängigkeit vom Druckabfallzeitpunkt und einer Ausbreitungszeit, die eine durch die Kraftstoffeinspritzung erzeugte Kraftstoffdruckwelle benötigt, um von jedem der Einspritzventile aus die gemeinsame Verteilerleiste zu erreichen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausbreitungszeit die Zeit, welche eine Druckwelle benötigt, um von einem Ventilsitz eines Einspritzventils zur gemeinsamen Verteilerleiste zu gelangen.

Die Ausbreitungszeit wird gemäß einer vorgegebenen Glei chung oder alternativ dazu aufgrund von Testergebnissen bestimmt.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfin dung wird eine Vorrichtung zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs der Kraftstoffeinspritzung bzw. eines Kraft stoffeinspritzzeitpunktes für einen Verbrennungsmotor be reitgestellt, welche aufweist (a) Kraftstoffeinspritzventile, wobei für jeden Zylinder des Motors jeweils ein Einspritzventil vorgesehen ist, (b) eine mit den Kraftstoffeinspritzventilen in Verbindung stehende gemeinsame Verteilerleiste (Common Rail), in der Kraftstoff bei einem vorgegebenen Druckniveau gespeichert ist, (c) einen Drucksensor, der einen Druck des Kraftstoff innerhalb der gemeinsamen Verteilerleiste mißt, um ein hierzu indikatives Signal zu liefern (d) eine Steuerungseinheit, die den Einspritzbeginn jedes Kraftstoffeinspritzventils auf einen Solleinspritzzeitpunkt steuert, wobei die Steue rungseinheit in Abhängigkeit von dem vom Drucksensor ausgegebenen Signal einen Druckveränderungszeitpunkt bestimmt, an dem eine durch die Kraftstoffeinspritzung eines der Kraftstoffeinspritzventile verursachte Druckänderung in der gemeinsamen Verteilerleiste eintritt, in Abhängigkeit vom Druckänderungszeitpunkt und einer Ausbreitungszeit, die eine Druckwelle benötigt, um von einem der Einspritzventile zur gemeinsamen Verteilerleiste zu gelangen, einen Einspritzzeitpunkt bestimmt, an dem eines der Kraftstoffeinspritzventile tatsächlich Kraftstoff in den entsprechenden Zylinder des Motors eingespritzt hat, einen Unterschied zwischen dem Einspritzzeitpunkt und dem Solleinspritzzeitpunkt bestimmt und den Solleinspritzzeitpunkt in Abhängigkeit von dem bestimmten Unterschied korrigiert.

Die vorliegende Erfindung wird durch die detaillierte Be schreibung, welche im folgenden dargelegt wird, und durch die beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verständlicher, welche jedoch nicht als Ein schränkung der Erfindung auf die spezielle Ausführungsform verstanden werden sollte, sondern lediglich zur Erläuterung und zum Verständnis vorhanden sind.

In den Zeichnungen zeigt bzw. zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild, welches ein System zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzzeitpunkts für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine vertikale Querschnittsansicht, welche einen Aufbau eines Kraftstoffeinspritzventils zeigt;

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Programms, welches von dem System in Fig. 1 durchgeführt wird, um den Zeitpunkt zu bestimmen an dem in der gemeinsamen Verteilerleiste ein Druckabfall nachgewiesen werden sollte.

Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Programms, um einen Kor rekturwert zum Korrigieren des Zielkraftstoffeinspritzzeit punkt zu bestimmen; und

Fig. 5(a) bis 5(e) Zeitdiagramme, welche den berechneten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, den Ausgang bzw. die Ausgabe des Kraftstoffeinspritzsignals, eine Druckerfassungsdauer, eine Einspritzrate, bzw. eine Druckänderung in der ge meinsamen Verteilerleiste zeigen.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, insbesondere auf Fig. 1, wird ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem 100 für Verbrennungsmotoren gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem 100 enthält im we sentlichen elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzventile 1, wobei für jeden Zylinder beispielsweise eines Vierzy linderdieselmotors jeweils eines vorgesehen ist, eine Steuerungseinheit 6, einen Drucksensor 7, einen Kurbelwinkelsensor 8, und einen Motorlastsensor 9.

Die Kraftstoffeinspritzventile 1 sind über entsprechende Hochverteilerleisten 2 mit einer gemeinsamen Verteilerleiste 3 verbunden. Die gemeinsame Verteilerleiste 3 ist mit einer Einspritzpumpe 4 verbunden. Die Einspritzpumpe 4 liefert Kraftstoff welcher in einem Kraftstoffbehälter 5 gespeichert ist, zu einer gemeinsamen Verteilerleiste. In der Einspritzpumpe 4 ist ein bekannter Druckregelmechanismus angeordnet, welcher den Druck des Kraftstoffes innerhalb der gemeinsamen Verteilerleiste auf einem vorgegebenen Druckniveau hält.

Die Steuerungseinheit 6 enthält einen Mikrocomputer, um den Einspritzzeitpunkt jedes Kraftstoffeinspritzventile 1 zu steuern.

Der Drucksensor 7 ist in der gemeinsamen Verteilerleiste 3 eingebaut und überwacht den Druck des Kraftstoffes inner halb der gemeinsamen Verteilerleiste 3, um ein darauf indikatives Signal an die Steuerungseinheit 6 zu liefern. Der Zeitpunkt, der an dem jedes der Kraftstoffeinspritzventile 6 den Kraftstoff tatsächlich einspritzt, wird, wie es später detailliert beschrieben wird, durch Kompensieren anhand der Ausbreitungszeit bestimmt, welche eine Druckwelle benötigt, die aufgrund eines Kraftstoffdruckabfalls innerhalb der gemeinsamen Verteilerleiste 3 hervorgerufene, um über die Hoch druckleitung 2 zu Kraftstoffeinspritzventils 6 zu gelangen.

Der Kurbelwellensensor 8 gibt ein Pulssignal bei 30° und 720° Winkelstellung einer Kurbelwelle eines Motors an die Steuerungseinheit 6 aus. Der Motorlastsensor 9 enthält ei nen Winkelstellungssensor, welcher eine Winkelstellung eines Einspritzsteuerungshebel (nicht gezeigt) der Einspritzpumpe nachweist, oder einen Pedalsensor, welcher den Betätigungsbetrag eines Gaspedals durch einen Kraftfahrzeugfahrer erfaßt, welcher ein entsprechendes Signal an die Steuerungseinheit 6 liefert.

Die Steuerungseinheit 6 empfängt diese Sensorsignale und führt ein vorgegebenes - wie in Fig. 3 und 4 gezeigtes - logisches Programm aus, um Einspritzsteuerungssignale an die Einspritzern 1 zu liefern.

Fig. 2 zeigt den Aufbau eines jeden Einspritzventil 1.

Der Einspritzventil 1 weist ein Gehäuse 10, einen Nadelkörper 12, ein Distanzstück 14, eine Nadel 16, eine Nadelfeder 18, einen Steuerkolben bzw. Druckbolzen 20, einen Solenoid bzw. Elektromagnet 22, ein Steuerungsventil 24 und eine bzw. Ankerfeder 28.

Der Nadelkörper 12 ist innerhalb eines Endabschnitts des Gehäuses 10 angeordnet. Die Nadel 16 ist innerhalb einer Nadelkammer 12-1 vertikal verschiebbar angeordnet, wie es in der Zeichnung gezeigt ist. Die Nadelfeder 18 ist innerhalb der Nadelkammer 12-1 so angeordnet, daß sie auf die Nadel 16 einen Druck ausübt, wodurch eine Düse oder Spritzloch 34 geschlossen wird. Der Druckkolben 20 ist innerhalb einer im Gehäuse so ausgebildeten Druckbolzenkammer 10-1 vertikal verschiebbar angeordnet, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Der Elektromagnet 22 ist an dem oberen Ende des Gehäuses 10 in elektrischer Verbindung mit der Steuerungseinheit 6 angebracht. Das Steuerungsventil 24 ist innerhalb einer in dem Gehäuse 10 ausgebildeten Ventilkammer 10-2 angeordnet, und weist einen Anker 24′ auf. Die Ankerfeder 28 drückt den Anker 24′ außer einen Eingriff mit dem Elektromagneten 22.

Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist ferner eine Ausgleichstange 26 auf, welche im wesentlichen den gleichen Durchmesser hat wie der Sitzdurchmesser (d. h. der Durchmesser welcher von dem unteren Ende des Steuerungsventils 24 vorsteht, so daß der Fluiddruck, welcher an dem unteren Ende des Ventilkopfes 24′′ anliegt, mit dem an der Ausgleichsstange 26 in entgegengesetzter Richtung anliegenden im Gleichgewicht steht. Eines Ventilkopfes 24′′ eines Abschnitts des Ventilkopfes 24′′, welcher in einem Ventilsitz des Gehäuses 10 sitzt) hat, welche von dem unteren Ende des Steuerungsventils 24 so vorsteht, daß der Fluiddruck, welcher an dem unteren Ende des Ventilkopfes 24′′ angreift bzw. anliegt, mit dem im Gleichgewicht steht.

Im Nadelkörper 12 ist eine Nadelkammer 30 ausgebildet.

In der Nadelkammer 30 ist an ihrer unteren Innenoberfläche ein Düsensitz 32 ausgebildet, auf dem die Nadel 16 sitzt. Die Nadelfeder 18 drückt das untere Ende der Nadel 16 in eine ständige Anlage mit dem Düsensitz 32. Die Nadelkammer 30 definiert in ihrem oberen Abschnitt einen ringförmigen Kraftstoffsammelbereich 40, der eine Verbindung eines Abschnitts mit großem Durchmesser mit einem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser der Nadel 16 umgibt. Der Kraftstoff druck innerhalb des Kraftstoffsammelbereichs 40 wirkt auf die Nadel 16 so, daß sie gegen die Federkraft der Feder 18 nach oben bewegt wird. Die Nadelkammer 30 steht mit einer Hochdruckkraftstoffkanal 42 in Verbindung, welcher sich durch den Nadelkörper 12, das Distanzstück 14 und das Gehäuse 10 erstreckt. Der Hochdruckkraftstoffkanal 42 steht über die Hochdruckleitung 2 mit der gemeinsamen Verteilerleiste 3 in Verbindung.

Eine Steuerungskammer 44 ist innerhalb der Druckstangen kammer 10-1 ausgebildet und dem der Nadel 16 entgegengesetzten oberen Ende der Druckstange 20 ausgesetzt. Die Steuerungskammer 44 über einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser oder einer Drosselstelle 46 mit der Hochdruckleitung 2 in Verbindung. Ein Steuerungsanschluß 48 ist in dem Gehäuse 10 ausgebildet und öffnet am unteren Ende in dem Ventilkopf 24′′ des Steuerungsventils 24. Auf das Steuerungsventil 24 wird über eine Feder 28 ein Druck ausgeübt wodurch der Steuerungsanschluß 48 geschlossen und dadurch die Fluidverbindung zwischen einer Niederdruckkammer 50, welche um den Ventilkopf 24′′ des Steuerungsventils 24 definiert ist, und dem Steuerungsan schluß 48 blockiert wird. Die Niederdruckkammer 50 steht über eine Niederdruckfluidleitung 52 mit dem Kraftstoffbehälter 5 in Verbindung.

Wenn der Elektromagnet 22 ausgeschaltet ist, wird das Steuerungsventil 24 mit Hilfe der Tätigkeit der Feder 28 so nach unten bewegt, daß der Ventilkopf 24′′ den Steuerungsan schluß 48 schließt. Der Hochdruckkraftstoff innerhalb der Hochverteilerleiste 2 wird über den Hochdruckkraftstoffkanal 42 zu dem Kraftstoffsammelbereich 40 geliefert, wodurch die Nadel 16 in eine Ventilöffnungsrichtung gedrängt wird und tritt über die Drosselstelle 46 ebenso in die Steuerungskammer 44 ein, wodurch die Nadel 16 über die Druckstange 20 in eine Ventilschließrichtung gedrückt wird. Der Druck des von der gemeinsamen Verteilerleiste 3 zugeführten Kraftstoffs, der die Nadel 16 nach oben drückt (d. h. der Ventilöffnungsdruck) steht im besonderen mit dem Druck des die Nadel 16 nach unten drückenden Kraftstoffs (d. h. dem Ventilschließdruck) im Gleichgewicht.

Wenn der Elektromagnet 22 eingeschaltet wird, wird der Anker 24′ von dem Elektromagneten 22 gegen die Federkraft der Feder 28 angezogen, so daß der Ventilkopf 24′′ des Steuerungsventils 24 außer eine Anlage mit dem Steuerungsanschluß 48 nach oben angehoben wird, was dazu führt, daß der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerungs kammer 44 aus der Niederdruckfluidleitung 52 abgegeben wird. Dies vermindert den Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerungskammer 44, welcher die Nadel 16 nach unten drückt, so daß der Kraftstoffdruck innerhalb des Kraftstoffsammelbereichs 40 die Nadel 16 von dem Ventilsitz 32 weg anhebt, was zur Folge hat, daß der Kraftstoff aus dem Spritzloch 34 gespritzt wird.

Der Kraftstoffdruck innerhalb der gemeinsamen Verteilerleiste 3 wird bei der Kraftstoffeinspritzung eines jeden Einspritzventils 1 (siehe Fig. 5 (e)) vermindert. Die Erfassung dieses Druckabfalls durch den Drucksensor 7 unterliegt einer Verzögerung, welche durch die Ausbreitung einer Druckwelle von dem Ventilsitz 32 zu der gemeinsamen Verteilerleiste 3 (d. h. Drucksensor 7) nach dem Öffnen eines der Einspritzventile 1 geöffnet wird (d. h. nach dem Beginn des Anhebens des Nadelventils 16) verursacht wird. Diese Zeitverzögerung Δt_D wird gewöhnlich durch die Elastizitätscharakteristiken eines Leitungssystems (d. h. des Hochdruckkraftstoffkanals 42, der Hochdruckleitung 2 und der gemeinsamen Verteilerleiste 3) und den Kraftstoffcharakteristiken bestimmt und kann aus der folgenden Gleichung erhalten werden:

wobei D der Durchmesser der Leitung ist, L die Länge der Leitung ist, E das Modul der longitudinalen Elastizität der Leitung ist, C eine durch den Typ der Halterung der Leitung festgelegte Konstante ist, n die Anzahl der Segmente der Leitung ist, die jeweils eine Wanddicke aufweisen, welche sich von der jeweils benachbarten unterscheiden, γ ist die Kraftstoffdichte, k ist der Koeffizient der Volumenausdeh nung und g ist die Gravitationskonstante.

Die Zeitverzögerung Δt_D kann alternativ auch experimentell bestimmt werden.

Der Zeitpunkt, an dem Kraftstoffeinspritzung tatsächlich stattgefunden hat, kann im besonderen bestimmt werden, in dem der Zeitpunkt, an dem der Druckabfall in der gemeinsamen Verteilerleiste 3 durch den Drucksensor 7 erfaßt wird, um die Zeitverzögerung Δt_D vorgerückt wird.

Das Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem 100 dieser Ausführungsform kann den Betrieb jedes Einspritzventils 6 in der Weise steuern, daß der tatsächliche Kraftstoffein spritzzeitpunkt, welcher in der oben beschriebenen Art und Weise bestimmt wird, in Übereinstimmung mit dem Zielkraft stoffeinspritzzeitpunkt für eine optimale Verbrennung gebracht wird.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms, welches von der Steuerungseinheit 7 im Ansprechen auf die Eingabe eines Pulssignals von dem Kurbelwinkelsensor 8 bei jedem Kurbel winkel von beispielsweise 30° durchgeführt wird, um den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem ein Druckabfall in der gemeinsamen Verteilerleiste erfaßt werden sollte.

Nach dem Einstieg in das Programm, schreitet die Routine zu Schritt 100 vor, in dem bestimmt wird, ob der für einen ersten Zylinder #1 berechnete Kraftstoffeinspritzzeitpunkt erreicht wurde oder nicht. Gewöhnlicherweise erfolgt die Einspritzung bei Dieselmotoren unmittelbar bevor ein Kolben jedes Zylinders in einem Kompressionsvorgang den oberen Totpunkt erreicht. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt wird somit, wie es in Fig. 5(a) durch t_C gezeigt ist, so berechnet, daß er um eine bestimmte Zeitverzögerung dem entsprechenden Zeitpunkt, an dem eines der Einspritzventile 1 tatsächlich geöffnet ist, vorangehen kann.

Falls im Schritt 100 eine "Nein"-Antwort erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt 102 voran, in dem bestimmt wird, ob der für einen zweiten Zylinder #2 berechnete Kraftstoffeinspritzzeitpunkt erreicht wurde oder nicht.

Falls im Schritt 102 eine "Nein"-Antwort erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt 104 weiter, in dem bestimmt wird, ob der für einen dritten Zylinder #3 berech nete Kraftstoffeinspritzzeitpunkt erreicht wurde oder nicht. Falls eine "Nein"-Antwort bei Schritt 104 erzielt wird, schreitet dann die Routine zu Schritt 106 weiter, bei dem festgestellt wird, ob der für einen vierten Zylinder #4 berechnete Kraftstoffeinspritzzeitpunkt erreicht wurde oder nicht.

Falls im Schritt 100 eine "Ja" Antwort in Schritt 100 erreicht wird, was bedeutet, daß der für den ersten Zylinder #1 berechnete Kraftstoffeinspritzzeitpunkt erreicht wurde, schreitet die Routine dann zum Schritt 108 weiter, in dem die Kraftstoffeinspritzmenge Q bestimmt wird. Wie es im allgemeinen bekannt ist, wird für die Kraftstoffeinspritzsteuerung ein Einspritzmengenverzeichnis verwendet, in dem gewünschte Werte der Kraft stoffeinspritzmenge Q für eine Vielzahl von Kombinationen der Motordrehzahl und Motorlast gespeichert sind. Im Schritt 108 wird die Kraftstoffeinspritzmenge Q durch ein Interpolationsverfahren unter Bezugnahme auf ein derartiges Verzeichnis bestimmt, welches auf der Motordrehzahl und Motorlast basiert, welche durch die Ausgaben des Kur belwinkelsensors 8 und der Motorlastsensors 9 bestimmt werden.

Die Routine schreitet dann zum Schritt 110 voran, wobei der Zielkraftstoffeinspritzzeitpunkt t₀ (d. h. der Ventilöff nungszeitpunkt der Nadel 16 des Einspritzventils 1) auf der Basis der Motordrehzahl und Motorlast, welche von dem Kurbelwinkelsensor 8 und dem Motorlastsensor 9 überwacht werden, unter Verwendung eines allgemein bekannten Einspritzzeitpunktverzeichnisses bestimmt wird, in dem die gewünschten Werte der besten Kraftstoffeinspritzzeitpunkte für eine Vielzahl von Kombinationen von Motordrehzahl und Motorlasten gespeichert sind.

Die Routine schreitet dann zum Schritt 112 vor, in dem ein Korrekturwert Δt₀ von dem im Schritt 110 bestimmten Ziel kraftstoffeinspritzzeitpunkt t₀ subtrahiert wird, um den Zielkraftstoffeinspritzzeitpunkt t₀ zu korrigieren. Der Korrekturwert Δt₀ ist, wie es später im Detail erläutert wird, eine Differenz zwischen einem tatsächlichen Einspritzzeitpunkt t_om, an dem Kraftstoff in den ersten Zylinder #1 vor einem Kurbelwinkel von 720° in einen vorangehenden Verbrennungszyklus, welcher auf der Basis eines Druckabfalls innerhalb der gemeinsamen Verteilerleiste 3 gemessen wurde, eingespritzt wird, und dem Zielkraftstoffeinspritzzeitpunkt t₀.

Die Routine schreitet zum Schritt 114 voran, in dem der Einschaltsignalausgabezeitpunkt t_i bestimmt wird, d. h. der Zeitpunkt, an dem ein Einschaltsignal an das Einspritzventil 1 des ersten Zylinders #1 ausgegeben werden sollte, um den Beginn der Einspritzung auf den Zielkraft stoffeinspritzzeitpunkt t₀, welcher in Schritt 112 herge leitet wurde, zu steuern. Zwischen der Ausgabe des Einschaltsignals an das Einspritzventil 1 und einem Zeitpunkt, an dem die Nadel 16 nach oben angehoben wird, da das Anheben der Nadel 16 der Bewegung des Steuerungsventils 24 und der Druckstange 20 folgt, tritt im besonderen eine Zeitverzögerung ein. Der Einschaltsignalausgabezeitpunkt t_i wird somit bestimmt, in dem eine derartige Zeitverzögerung Δt_F, wie es in Fig. 5(e) gezeigt ist, von dem Zielkraft stoffeinspritzzeitpunkt t₀ abgezogen wird. Die Zeitverzögerung Δt_F kann auf der Basis von Testergebnissen bestimmt werden.

Die Routine schreitet zu Schritt 116 voran, in dem ein Aus schaltsignalausgabezeitpunkt t_e, d. h. der Zeitpunkt, an dem ein Ausschaltsignal an das Einspritzventil 1 des ersten Zylinders #1 ausgegeben werden sollte, bestimmt wird, indem zu dem Einschaltsignalausgabezeitpunkt t_i die Zeit addiert wird, welche das Einspritzventil 1 benötigt, um Kraftstoff in den Zylinder mit der Kraftstoffeinspritzmenge Q einzu spritzen.

Die Routine schreitet zu Schritt 118 voran, in dem der Ein schaltsignalausgabezeitpunkt t_i und der Ausschaltsignalausgabezeitpunkt t_e in einem in der Steuereinheit 6 eingerichteten Zeitkoinzidenzregister. Das Zeitkoizidenzregister ist so ausgestaltet, daß es ein Einschaltsignal an das Einspritzventil 1 liefert, wenn der Einschaltsignalausgabezeitpunkt t_i erreicht ist, und ein Ausschaltsignal, wenn der Ausschaltsignalausgabezeitpunkt t_e erreicht ist, wie in Fig. 5(b) gezeigt ist.

Die Routine schreitet zu Schritt 120 voran, in dem der Druckerfassungszeitpunkt t_A, wie es in Fig. 5(c) gezeigt ist, bestimmt wird, d. h. der Beginn der Druckerfassungsdauer T während welcher eine durch die Kraftstoffeinspritzung in den ersten Zylinder #1 verursachte Druckänderung in der gemeinsamen Verteilerleiste 3 durch den Drucksensor 7 bestimmt wird.

Die Routine schreitet zu Schritt 122 voran, in dem der Druckerfassungsbeendigungszeitpunkt t_B, wie in Fig. 5(c) gezeigt ist, bestimmt wird, d. h. das Ende der Druckerfassungsdauer T. Wie oben erläutert ist, tritt in der gemeinsamen Verteilerleiste 3, wie es in Fig. 5(e) gezeigt ist, am Zeitpunkt t_oc mit der Zeitverzögerung Δt_D, welche durch die oben beschriebene Gleichung (1) bestimmt wird, dann vor, nach dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung ein Druckabfall ein. Die Schritte 120 und 122 legen die Druckerfassungszeitpunkt t_A und die Druckerfassungsbeendigungszeitpunkt t_B fest, um eine Druckerfassungsdauer T (d. h. ein Zeitinterval zwischen t_A und t_B) zu definieren, während dem der Druckabfall innerhalb der gemeinsamen Verteilerleiste 3 eintreten würde.

Die Routine schreitet zu Schritt 124 voran, in dem bei dem ein in der Steuerungseinheit 6 eingerichtetes Vergleichsregister (nicht gezeigt) ein Druckerfassungsflag, wie in Fig. 5(c) gezeigt ist, auf Eins (1) setzt, wenn der Druckerfassungszeitpunkt erreicht ist, und setzt dieses Flag zurück, wenn der Druckerfassungsbeendigungszeitpunkt t_B erreicht wird. Die Bestimmung, ob die Druckerfassungszeitpunkt t_A erreicht wurde oder nicht, kann somit durch Überprüfung des Status des Drucknachweismarkers F erreicht werden.

Falls in Schritten 102, 104 oder 106 eine "JA"-Antwort erreicht wird, werden die gleichen Schritte wie die Schritte von 108 bis 124 ausgeführt, so daß eine detaillierte Erläuterung davon ausgelassen werden kann.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm eines Programms, um den Korrekturwert Δt zur Korrektur des Zielkraftstoffein spritzzeitpunktes t₀ zu bestimmen, wie es in dem Flußdiagramm von Fig. 3 beschrieben ist. Dieses Programm wird mit zeitlichen Unterbrechungen in vorgegebenen Zeitintervallen, beispielsweise von 0,1 ms, durchgeführt.

Nach dem Eintritt in das Programm, schreitet die Routine zum Schritt 140 voran, in dem das Druckerfassungsflag, welches im Schritt 124 von Fig. 3 gesetzt wird, Eins(1) zeigt oder nicht, um zu bestimmen, ob die Druckerfassungsdauer T begonnen wurde oder nicht. Falls eine "Ja"-Antwort erhalten wird (F=1), schreitet die Routine zu Schritt 142 voran, in dem ein Druckabfall in der gemeinsamen Verteilerleiste 3 bereits vom Drucksensor 7 erfaßt wurde oder nicht. Falls andererseits eine "Nein"-Antwort erhalten wird, schreitet die Routine zum Schritt 143 voran, in dem der Druck P des Kraftstoffs innerhalb der gemeinsamen Verteilerleiste 3, welcher vom Drucksensor 7 überwacht wird, als ein Druck P_i in der gemeinsamen Verteilerleiste bestimmt wird.

Die Routine schreitet zu Schritt 144 voran, in dem bestimmt wird, ob der Druck P_i in der gemeinsamen Verteilerleiste, welcher in diesem Programmzyklus bestimmt wird, kleiner ist als der im vorherigen Programmzyklus bestimmte Druck P_i-1 in der gemeinsamen Verteilerleiste oder nicht (P_i<P_P-1). Falls eine "Nein"-Antwort erhalten wird, kann daraus ge schlossen werden, daß in der gemeinsamen Verteilerleiste 3 ein durch die Kraftstoffeinspritzung des Einspritzventils 1 für den ersten Zylinder #1 verursachter Druckabfall noch nicht eingetreten ist, und die Routine geht zum Schritt 145, in dem der Druck P_i-1 in der gemeinsamen Verteilerleiste, durch den in diesem Programmzyklus zur Verwendung in einem der folgenden Programmzyklen bestimmten Druck P_i in der gemeinsamen Verteilerleiste aktualisiert wird.

Falls eine "Ja" Antwort in Schritt 144 erreicht wird, was bedeutet, daß innerhalb der gemeinsamen Verteilerleiste 3 ein Druckabfall zwischen dem Schritt 144 in dem vorangehenden Programmzyklus und dem Schritt 144 in diesem Programmzyklus eingetreten ist, schreitet dann die Routine zu Schritt 146 voran, in dem ein Zählwert t eines Zeitgebers (nicht gezeigt), beispielsweise eines frei laufenden Zeitgebers, welcher in der Steuerungseinheit 6 eingerichtet ist, auf einen Wert t_oc gesetzt wird, welcher gleich dem Zeitpunkt t_oc ist, der in Fig. 5(e) gezeigt ist, an dem der Druck in der gemeinsamen Verteilerleiste 3 von einem konstanten Pegel aus vermindert wird.

Die Routine schreitet zu Schritt 148 voran, bei dem ein Un terschied zwischen dem Zeitpunkt t_oc des Druckabfalls in der gemeinsamen Verteilerleiste und der Zeitverzögerung Δt (d. h. t_oc -Δt) als der tatsächliche Einspritzzeitpunkt t_om bestimmt wird, an dem die Kraftstoffeinspritzung, welche einen Druckabfall innerhalb der gemeinsamen Verteilerleiste 3 hervorruft, tatsächlich beginnt. Insbesondere wird ein Zeitpunkt, der hergeleitet wird, in dem der Zeitpunkt t_oc des Druckabfalls in der gemeinsamen Verteilerleiste um einen der Zeitverzögerung Δt äquivalenten Betrag vorgerückt wird, als der tatsächliche Einspritzzeitpunkt t_om bestimmt wird.

Die Routine schreitet zu Schritt 150 voran, in dem der Sollkraftstoffeinspritzzeitpunkt t₀, welcher im Schritt 110 von Fig. 3 bestimmt wird, von dem tatsächlichen Einspritz zeitpunkt t_om subtrahiert wird, um den Korrekturwert zu bestimmen, welcher zur Korrektur des Sollkraftstoffeinspritzzeitpunkts t₀ in Schritt 112 der Fig. 3 in einem nachfolgenden Programmzyklus verwendet wird.

Falls eine "Ja"-Antwort im Schritt 152, 154, oder 156 er reicht wird, werden die gleichen Schritte wie die Schritte 142 bis 150 für einen des zweiten bis vierten Zylinders #2 bis #4 durchgeführt, so daß eine detaillierte Erläuterung davon an dieser Stelle ausgelassen werden kann.

In. Fig. 5(d) stellt die durchgezogene Linie eine Änderung der Einspritzrate dar, welche von einem der Ein spritzventile tatsächlich durchgeführt wird, während die unterbrochene Linie eine Änderung der Solleinspritzrate darstellt. Die Steuerung gemäß den Programmen in den Fig. 3 und 4 bringt den tatsächlichen Einspritzzeitpunkt t_om in Übereinstimmung mit dem Sollkraftstoffein spritzzeitpunkt t₀, wenn die tatsächliche Einspritzrate von der Solleinspritzrate abweicht.

Während die vorliegende Erfindung hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen beschrieben wurde, sollte um der Einfach heit halber eines besseren Verständnisses hervorgehoben werden, daß die Erfindung in verschiedenen Arten ohne Ver lassen des Erfindungsgegenstandes ausgestaltet werden kann. Deshalb sollte die Erfindung zu verstanden werden, alle möglichen Ausgestaltungen und Modifikationen zu den gezeig ten Ausgestaltungen einzuschließen, welche ausgeführt wer den, ohne den Erfindungsgedanken, wie in den abhängigen An sprüchen vorhanden, zu verlassen.

Es wird somit ein System zur Steuerung des Kraftstoffein spritzzeitpunktes für einen Verbrennungsmotor geschaffen, welcher einen Drucksensor und eine Einspritzsteuerungsein heit enthält. Der Drucksensor mißt den Druck des Kraft stoffes, der in einer gemeinsamen Verteilerleiste gespeichert ist, die mit den Kraftstoffeinspritzventilen im Motor in Verbindung steht, wobei jeweils ein Einspritzventil für jeden Zylinder vorgesehen ist. Die Steuerungseinheit gibt ein Einschaltsignal an jedes der Kraftstoffeinspritzventile aus, um den Beginn der Einspritzung auf einen Solleinspritzzeitpunkt zeitlich festzulegen. Die Steuerungseinheit bestimmt ferner einen Druckänderungszeitpunkt, an dem eine durch die Kraftstoffeinspritzung eines der Kraftstoffeinspritzventile verursachte Druckänderung in der gemeinsamen Verteilerleiste in Abhängigkeit von einer Ausgabe des Drucksensors, einen Einspritzzeitpunkt für eines der Kraftstoffeinspritzventile, welches den Kraftstoff in den entsprechenden Zylinder des Motors tatsächlich eingespritzt hat, auf der Grundlage des Druckänderungszeitpunkts wie auch einer Ausbreitungszeit, welche eine Druckwelle benötigt, um von einem der Kraftstoffeinspritzventile zur gemeinsamen Verteilerleiste zu gelangen, eine Differenz zwischen dem Einspritzzeitpunkt und dem Solleinspritzzeit punkt und korrigiert den Solleinspritzzeitpunkt auf der Grundlage der bestimmten Differenz.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs der Kraftstoffeinspritzung eines Verbrennungsmotors mit ei ner gemeinsamen Verteilerleiste (Common Rail), in der Kraftstoff bei einem vorgegebenem Druckpegel gespei chert ist, elektronisch gesteuerten Einspritzventilen, wobei für jeden Zylinder jeweils ein Einspritzventil vorgesehen ist, einer Hochdruckleitung, die die gemein same Verteilerleiste mit den Zylinder des Motors ver bindet, und einer elektronischen Steuerungseinheit, die den zeitlichen Ablauf der Kraftstoffeinspritzung jedes Einspritzventils in Abhängigkeit von einem Kraftstoff einspritzkorrekturwert zur Kompensation einer Abwei chung zwischen dem Sollkraftstoffeinspritzzeitpunkt und dem tatsächlichen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt steuert, welches die folgenden Schritte aufweist:
Messen eines Druckabfallzeitpunkts, an dem ein durch die Kraftstoffeinspritzung jedes der Einspritzventile verursachter Druckabfall in der gemeinsamen Verteiler leiste eintritt; und
Bestimmen eines Kraftstoffeinspritzkorrekturwerts in Abhängigkeit vom Druckabfallzeitpunkt und einer Aus breitungszeit, die eine durch die Kraftstoffeinsprit zung erzeugte Kraftstoffdruckwelle benötigt, um von je dem der Einspritzventile zur gemeinsamen Verteilerlei ste zu gelangen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausbreitungszeit die Zeit ist, die die Druckwelle benötigt, um von einem Ventilsitz eines der Einspritzventile zur gemeinsamen Verteilerleiste zu gelangen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausbreitungszeit gemäß einer vorgegebenen Gleichung bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausbreitungszeit experimentell bestimmt wird.

5. Vorrichtung zur Steuerung des zeitlichen Ablaufs der Kraftstoffeinspritzung eines Verbrennungsmotors mit:
Kraftstoffeinspritzventilen, wobei für jeden Zylinder des Motors jeweils ein Einspritzventil vorgesehen ist;
einer mit den Kraftstoffeinspritzventilen in Verbindung stehenden gemeinsamen Verteilerleiste (Common Rail), in der Kraftstoff bei einem vorgegebenen Druckpegel ge speichert ist;
einem Drucksensor, der einen Kraftstoffdruck in der ge meinsamen Verteilerleiste mißt, um ein hierzu indikati ves Signal zu liefern; und
einer Steuerungseinheit, die den Einspritzbeginn jedes Kraftstoffeinspritzventils auf einen Solleinspritzzeit punkt steuert, wobei die Steuerungseinheit in Abhängig keit von dem vom Drucksensor aus gegebenen Signal einen Druckänderungszeitpunkt bestimmt, an dem eine durch die Kraftstoffeinspritzung eines der Kraftstoffeinspritz ventile verursachte Druckänderung in der gemeinsamen Verteilerleiste eintritt, in Abhängigkeit vom Druckän derungszeitpunkt und einer Ausbreitungszeit, die eine Druckwelle benötigt, um von einem der Einspritzventile zur gemeinsamen Verteilerleiste zu wandern, einen Ein spritzzeitpunkt bestimmt, an dem eines der Kraftstoff einspritzventile tatsächlich Kraftstoff in den entspre chenden Zylinder des Motors eingespritzt hat, einen Un terschied zwischen dem Einspritzzeitpunkt und dem Soll einspritzzeitpunkt bestimmt und den Solleinspritzzeit punkt in Abhängigkeit von dem bestimmten Unterschied korrigiert.