DE69212754T2

DE69212754T2 - Kraftstoffeinspritzanlage mit geteilter Kraftstoffeinspritzung für Dieselmotoren

Info

Publication number: DE69212754T2
Application number: DE69212754T
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Ban; Shinnosuke Hayashi; Isao Osuka; Satoru Sasaki
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2012-09-29
Also published as: EP0534491A3; EP0534491A2; EP0534491B1; DE69212754D1; US5231962A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bisher wurden Dieselmotoren durch ein Kraftstoffein spritzsteuersystem gesteuert, welches die in einen Motorzylinder einzuspritzende Kraftstoffmenge und den Zeitpunkt, zu welchem der Kraftstoff in den Motorzylinder einzuspritzen ist, auf der Grundlage von verschiedenen Motorzuständen einschließlich der Drehzahl des Motors und der Öffnung der Beschleunigungsvorrichtung, d.h. der Drosselklappenposition oder Öffnung, bestimmt. Bei der konkreten Steuerung des Kraftstoffeinspritzzeitablaufs beginnt das Kraftstoffeinspritzsteuersystem mit dem Einspritzen des Kraftstoffs zu einer berechneten Zeitperiode nach einer Bezugskurbelwel lenwinkelposition. Wenn beispielsweise zur [Phase A] von Fig. 25 der zugeordneten Zeichnung mit der Kraftstoffeinspritzung zum Zeitpunkt TFIN begonnen wird, erzeugt darauf das Kraftstoffeinspritzsteuersystem unter Berücksichtigung einer Ansprechzeitverzögerung TD eines Kraftstoffeinspritz ventils einen Ansteuerungspuls, um das Kraftstoffeinspritzventil eine Zeitperiode TT nach einem Signal 0 zu aktivieren, welches die Bezugskurbelwellenwinkelposition anzeigt. Die Zeitperiode TT, welche sich mit der Motordrehzahl Ne ändert, wird derart bestimmt, daß sie kürzer ist, wenn die Motordrehzahl Ne größer ist, unter Verwendung der Motordrehzahl Ne, welche zur Kraftstoffeinspritzung in einen vorangehenden Zylinder erfaßt wird. Auf diese Weise beginnt das Kraftstoffeinspritzsteuersystem mit dem Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder genau zu einer gewünschten Kur belwellenwinkelposition. Der Ansteuerungspuls tritt kontinuierlich über eine Zeitperiode TQ auf, welche von der Größe des einzuspritzenden Kraftstoffs abhängt.
Wenn der Motor in der Startphase angeworfen wird, erhöht sich die Motordrehzahl stark und ändert sich daher auf einen großen Betrag. Wenn daher der Motor angeworfen wird, schlägt die Maßnahme bezüglich des Bestimmens der Zeitperiode TT auf der Grundlage der erfaßten Motordrehzahl für die Kraftstoffeinspritzung in einen vorausgehenden Zylinder dahingehend fehl, den Kraftstoff bei einer gewünschten Kurbelwellenwinkelposition auszustoßen. Als Ergebnis kann der Motor nicht schnell gestartet werden.
Figuren 24 und 25 der zugehörigen Zeichnung stellen dar, wie sich die Motordrehzahl Ne auf das Anwerfen ändert, und die Art, wie der Kraftstoffeinspritzzeitablauf gesteuert wird. Entsprechend Fig. 24 wird der Motor bei einer Drehzahl von 150 Umdrehungen pro Minute (rpm) angeworfen. An [Phase A] wird der eingespritzte Kraftstoff für die Explosion erfolgreich gezündet. Danach erhöht sich die Motordrehzahl Ne rasch und an [Phase B] schlägt die zündung des eingespritzten Kraftstoffs fehl, woraus sich Fehlzündungen bzw. Aussetzer ergeben. Die Fehlzündungen werden wie an [Phase B] von Fig. 25 dargestellt dadurch hervorgerufen, daß der konkrete Kraftstoffeinspritzzeitablauf um ID von dem Sollkraftstoffeinspritzzeitablauf TFIN verzögert ist, da eine Zeitperiode TT', nach welcher der Kraftstoff einzuspritzen ist, größer als die Zeitperiode TP infolge einer geringeren Motordrehzahl ist, welche für die Kraftstoffeinspritzung in einen vorausgehenden Zylinder erfaßt wird.
Wenn der eingespritzte Kraftstoff unter bestimmten Bedingungen wie in der Startphase eines kalten Motors nicht leicht gezündet werden kann, treten bei dem oben darstellten Kraftstoffeinspritzzeitablaufsfehler oft Fehlzündungen auf, wodurch es dem Motor erschwert wird, rasch und weich zu starten.
Fig. 26 der zugehörigen Zeichnung stellt Zeitintervalle dar, bei welchen der Kraftstoff bei niedrigen und hoheren Temperaturen gezündet werden kann. Entsprechend Fig. 26 steigt bei niedrigeren Temperaturen die Temperatur in der Verbrennungskammer sogar bei dem Kompressionsschlag nicht hinreichend an, und es ist eine Zündperiode TUPL bei der Startphase eines kalten Motors kürzer als eine Zündperiode TUPH bei einer Startphase eines warmen Motors. Bei der Startphase des kalten Motors ist es daher nötig, Kraftstoff in die Verbrennungskammer genau zu der Zündperiode TUPL einzuspritzen.
Um zu ermöglichen, daß der Dieselmotor rasch und weich startet, ist es wichtig, den Kraftstoff bei einer genauen Kurbelwellenwinkelposition einzuspritzen. Es ist jedoch in der Startphase des Motors schwierig, den Kraftstoff genau zu einem idealen Zeitablauf einzuspritzen, da die Motordrehzahl niedrig ist uiid sich in einem großen Bereich ändert.
Es ist bekannt, daß einige Dieselmotoren einen Steuereinspritzmodus beinhalten, wobei ein kleinerer Kraftstoffbetrag bezüglich einer langsamen Verbrennung zuerst eingespritzt und gezündet wird und danach eine größere Kraftstoffmenge bezüglich einer explosiven Verbrennung eingespritzt und gezündet wird. Es sind bestimmte Versuche unternommen worden, die Motorstartphase mit einem derartigen Steuerkraftstoffeinspritzverfahren zu verbessern. Beispielsweise wird in der japanischen offengelegten Gebrauchsmusterschrift Nr. 61-147371 die Effektivität der Steuerkraftstoffeinspritzung für die Verbesserung der Startphase des Dieselmotors angezeigt. Da jedoch wie in Fig. 3 (B) dieser Veröffentlichung dargestellt das Intervall zwischen den Steuer- und Hauptkraftstoffstrahlen kurz ist, kann der Hauptkraftstoffstrahl, welcher unmittelbar nach dem Steuerkraftstoffstrahl eingespritzt wird, nicht gezündet werden, wenn nicht der Steuerkraftstoffstrahl gezündet worden ist. Unter einigen Bedingungen, bei welchen die Kraftstoffeinspritzung nicht exakt an idealen Zeitpunkten wie auf die Motorstartphase ausgeführt werden kann, kann jedoch der durch den Steuerkraftstoff eingeführte Kraftstoff nicht gezündet werden. Daher versagt die offenbarte Motorstartphasensteuervorrichtung, das Motorstartphasenvermögen zu verbessern.
Entsprechend der japanischen offengelegten Gebrauchsmusterschrft Nr. 61-147371 wird eine Vorkammer und eine Glühkerze zum Erhitzen der Vorkammer für den raschen Motorstart insbesondere bei niedrigen Temperaturen darstellt. Der offenbarte Dieselmotor besitzt jedoch eine relativ komplexe Struktur und sieht im Vergleich mit Dieselmotoren des Direkteinspritztyps keine hohe Ausgangsleistung vor.
Eine andere Lösung bezüglich einer verbesserten Motorstartphase mit einer Steuerkraftstroffeinspritzung, welche dem Steuersystem des Oberbegriffs von Anspruch 1 entspricht, ist in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift JP-A-1-227866 offenbart. Bei dieser bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird Kraftstoff auf eine Zylinderwand zum Umschließen der Verbrennungskammer für eine verbesserte Motorstartphase aufgebracht. Insbesondere wird ein Steuerkraftstoffstrahl eingespritzt, bevor oder nachdem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, so daß der eingespritzte Kraftstoff auf eine Zylinderwand aufgebracht wird Wenn jedoch der Steuerkraftstoffstrahl, welcher eingespritzt wird, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, auf die Zylinderwand aufgebracht wird, trägt der injizierte Steuerkraftstoffstrahl nicht zu einer einleitenden Kraftstoffverbrennung vor der Hauptkraftstoffstrahleinspritzung bei. Des weiteren kann unter bestimmten Bedingungen, bei welchen die Kraftstoffeinspritzung wie auf die Motorstartphase nicht exakt zu idealen Zeitpunkten ausgeführt werden kann, der eingespritzte Hauptkraftstoffstrahl nicht gezündet werden. Diese bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung versagt daher ebenfalls bei der Verbesserung des Motorstartphasenvermögens. Eine ähnliche Vorrichtung wird in der JP-A-63268953 beschrieben, wobei eine Aufspaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart während eines Motorzustands einer niedrigen Geschwindigkeit und einer niedrigen Last durchgeführt wird, um die Geräuschemission zu reduzieren.
Wie oben beschrieben erfahren die herkömmlichen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen Kraftstoffeinspritzzeitfehler bei der Motorstartphase, wenn der Kraftstoffeinspritzzeitablauf auf der Grundlage der Zeit bestimmt wird, welche von der Bezugskurbelwellenwinkelposition verstrichen ist. Von herkömmlichen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen gesteuerte Dieselmotoren können daher unter bestimmten Bedingungen nicht rasch und weich starten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem vorzusehen, bei welchem ein Dieselmotor ohne Fehler rasch und weich starten kann.
Die Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angezeigten Maßnahmen gelöst.
Wenn ein Dieselmotor gestartet wird, spritzt ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem für den Dieselmotor einen Kraftstoffvorstrahl in eine Brennkammer synchron zu einem Signal, welches eine Winkelposition der Kurbelwelle des Dieselmotors anzeigt. Nachdem der Kraftstoffvorstrahl eingespritzt worden ist, spritzt das Kraftstoffeinspritzsteuer system einen Kraftstoffhauptstrahl einer größeren Menge als derjenigen des eingespritzten Kraftstoffvorstrahls ein. Sogar dann, wenn die Drehzahl niedrig ist und wie bei der Motorstartphase Veränderungen unterworfen ist, wird daher der Kraftstoffvorstrahl verläßlich in die Brennkammer zu einem gewünschten Zeitpunkt eingespritzt. Bei der Motorstartphase wird der Kraftstoffvorstrahl vor dem Kraftstoffhauptstrahl eingespritzt und gezündet, um einen leicht zündbaren, auslösenden Zustand in der Verbrennungskammer zu entwickeln. Der darauffolgend eingespritzte Kraftstoffhauptstrahl kann somit durch den Auslösezustand in der Verbrennungskammer leicht gezündet werden. Der Dieselmotor kann daher leicht und weich ohne Versagen gestartet werden.
Normalerweise kann Kraftstoff in die Verbrennungskammer zu einem Zeitpunkt eingespritzt werden, welcher auf der Grundlage eines Winkelpositionssignals und einer Zeitperi ode bestintmt wird, welch von dem Winkeloositionssignai verstrichen ist. Die ab dem Winkelpositionssignal verstrichene Zeitperiode kann durch die Drehzahl des Dieselmotors korrigiert werden, um eine Sollzeit zur Einspritzung des Kraftstoffs zu erzielen. Der Kraftstoffeinspritzzeitablauf kann daher in einem normalen Kraftstoffeinspritzmodus mit hoher Genauigkeit eingestellt werden.
Das Kraftstoffeinspritzsteuersystem kann eine Mehrzahl von Kraftstoffvorstrahlen in Zeitintervallen einspritzen, bis der Kraftstoffhauptstrahl in die Verbrennungskammer eingespritzt wird. Jede der Zeitintervalle zwischen den Kraftstoffvorstrahlen sollte vorzugsweise kürzer als eine Zeitperiode sein, bei welcher der sich in der Verbrennungskammer entwickelte aktivierte Zustand durch einen vorausgehend eingespritzten Kraftstoffvorstrahl in der Verbrennungskammer gegenwärtig verbleibt. Eine in der Verbrennungskammer durch den vorausgehenden Kraftstoffvorstrahl entwickelte Entflammung wird in der Verbrennungskammer zur Zündung des darauffolgend injizierten Kraftstoffhauptstrahls mit hoher Zuverlässigkeit in der Verbrennungskammer kontinuierlich aufrechterhalten.
Wenn eine Mehrzahl von Kraftstoffvorstrahlen in die Verbrennungskammer injiziert wird, kann die Anzahl von Kraftstoffvorstrahlen in Abhängigkeit der Temperatur des Dieselmotors oder der Drehzahl des Dieselmotors bestimmt werden. Folglich werden die Kraftstoffvorstrahlen in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Dieselmotors zur Verbesserung der Zündbarkeit des darauffolgend injizierüen Kraftstoffhauptstrahls eingespritzt.
Der Kraftstoffvorstrahl kann eingespritzt werden, bevor der Kolben in der Verbrennungskammer den oberen Totpunkt bei einem Kompressionshub in dem Dieselmotor erreicht. Der eingespritzte Kraftstoffvorstrahl wird in der Verbrennungskammer bei dem Kompressionshub mit Luft gemischt, wodurch sich eine langsame Oxidationsreaktion ergibt, welche Reaktion mit kalter Flamme genannt wird. Die Reaktion mit kalter Flamme aktiviert die Atmosphäre in der Verbrennungskammer und erhöht leicht den Druck in der Verbrennungskammer. Der Druck in der Verbrennungskammer erhöht sich sowohl durch den Kolben bei dem Kompressionshub als auch durch die Reaktion mit kalter Flamme. Durch den aktivierten Zustand in der Verbrennungskammer wird der Kraftstoffhauptstrahl leicht gezündet, welcher in die Verbrennungskammer auf den Kraftstoffvorstrahl folgend eingespritzt wird.
Der Kraftstoffhauptstrahl kann synchron zu dem Winkelpositionssignal in die Verbrennungskammer eingespritzt werden. Der Kraftstoffvorstrahl kann in die Verbrennungskammer vor dem Kraftstoffhauptstrahl eingespritzt werden, welcher synchron zu dem Winkelpositionssignal in die Verbrennungskammer eingespritzt wird.
Der Kraftstoffeinspritzzeitablauf wird bezüglich der normalen Kraftstoffeinspritzung und der Vorstrahlkraftstoffeinspritzung in der Motorstartphase unterschiedlich bestimmt. Für die normale Kraftstoffeinspritzung wird der Kraftstoffeinspritzzeitablauf auf der Grundlage eines Winkelpositionssignals und einer Zeitperiode bestimmt, welche ab dem Winkelpositionssignal verstrichen ist. Die ab dem Winkelpositionssignal verstrichene Zeitperiode hängt von der Drehzahl des Dieselmotors ab und wird derart gewählt, daß der Kraftstoff bei einer bestimmten Winkelposition der Kurbelwelle eingespritzt wird. Für die Vorstrahlkraftstoffeinspritzung in der Motorstartphase wird der Kraftstoffeinspritzzeitablauf auf der Grundlage des Winkelpositionssignals unabhängig von der Drehzahl des Dieselmotors bestimmt. Als Folge kann sogar dann, wenn sich die Drehzahl in der Motorstartphase stark ändert, der Kraftstoffvorstrahl zu einem relativ genauen Zeitpunkt eingespritzt werden. Der auf diese Weise mit einem genauen Zeitablauf eingespritzte Kraftstoffvorstrahl ist geeignet, die Zündempfindlichkeit des nachfolgend eingespritzten Kraftstoffhauptstrahls zu verbessern, wodurch das Startvermögen des Motors verbessert wird.
Die Zeit zum Einspritzen des Kraftstoffhauptstrahls in der Motorstartphase kann auf der Grundlage des Winkelpositionssignals unabhängig von der Drehzahl des Dieselmotors bestimmt werden. Sogar wenn sich die Drehzahl wie bei der Motorstartphase stark ändert, kann der Kraftstoffhauptstrahl zu einem relativ genauen Zeitpunkt eingespritzt werden. Der vor dem Kraftstoffhauptstrahl eingespritzte Kraftstoffvorstrahl ermöglicht dem nachfolgend eingespritzten Kraftstoffhauptstrahl, zuverlässig gezündet zu werden, wodurch das Motorstartvermögen verbessert wird.
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm teilweise in Blockform eines Kraftstoffeinspritzsteuersystems entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Hochdruckpumpe mit variabler Entladungsrate;
Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung;
Fig. 4 A zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer normalen Kraftstoffeinspritzbetriebsart eines von dem Kraftstoffeinspritzsteuersystem durchgeführten Kraftstoffeinspritzsteuerverfahrens;
Fig. 4 B zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer normalen Aufspaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart des Kraftstoffeinspritzsteuerverfahrens;
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm eines Hauptprogramms des Kraftstoffeinspritzsteuerverfahrens;
Fig. 6 zeigt ein Diagramm, welches bei dem Hauptprogramm verwendete Karten bzw. Zuordnungen verwendet;
Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Kraftstoffeinspritzbetriebsart;
Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm eines Unterbrechungsbzw. Eingriffsprogramms zur Steuerung einer Kraftstoffeinsprit zvorrichtung;
Fig. 9 zeigt einen Graphen, welcher eine Zuordnung zur Bestimmung einer Sollerregungsperiode darstellt;
Fig. 10 zeigt einen Graphen, welcher eine Zuordnung zur Bestimmung einer Einspritzvorrichtungsoperationszeitverzögerung darstellt;
Fig. 11 zeigt ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Spaltungskraftstoffeinspritzung und dem Druck in einem Zylinder darstellt;
Fig. 12 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Kraftstoffeinspritzbetriebsart entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 zeigt einen Graphen, welcher eine Zuordnung zur Bestimmung des Verhältnisses von einzuspritzenden Kraftstoffstrahlen in einer Spaltungskrafstoffeinspritzbetriebsart entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 14 zeigt ein Flußdiagramm eines Eingriffsprogramms zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung entsprechend der dritten Ausführungsform;
Fig. 15 zeigt einen Graphen, welcher eine Zuordnung zur Bestimmung der Anzahl von einzuspritzenden Kraftstoffstrahlen in einer Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 16 zeigt ein Flußdiagramm eines Eingriffsprogramms zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung entsprechend der vierten Ausführungsform;
Fig. 17 zeigt ein Flußdiagramm eines Eingriffsprogramms zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung entsprechend einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18 A zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer Normalkraftstoffeinspritzbetriebsart eines Kraftstoffeinspritzsteuerverfahrens entsprechend der fünften Ausführungsform;
Fig. 18 B zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer Spaltungskraftstoffbetriebsart des Kraftstoffeinspritzsteuerverfahrens entsprechend einer fünften Ausführungsform;
Fig. 19 zeigt ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Spaltungskraftstoffeinspritzung und dem Druck in einem Zylinder entsprechend der funften Ausführungsform darstellt;
Fig. 20 zeigt einen Graphen, welcher eine Zuordnung zur Bestimmung einer Bezugsmotordrehzahl NEA entsprechend einer Modifizierung darstellt;
Fig. 21 zeigt einen Graphen, welcher eine Zuordnung zur Bestimmung einer Zeitperiode Ts entsprechend einer anderen Modifizierung darstellt;
Fig. 22 zeigt einen Graphen, welcher eine Zuordnung zur Voraussage der Anzahl von Vorstrahien entsprechend einer weiteren Modifizierung darstellt;
Fig. 23 zeigt ein Flußdiagramm eines Eingriffsprogramms zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung entsprechend der weiteren Modifizierung;
Fig. 24 zeigt ein Diagramm, welches Zündungen und Fehlzündungen in einer Motorkaltstartphase darstellt;
Fig. 25 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm eines herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsteuerverfahrens; und
Fig. 26 zeigt ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen Lufteinlaßtemperaturen und Temperaturen der Verbrennungskammer darstellt, wenn sich der Kurbelwellenwinkel ändert.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.
Ähnliche oder sich entsprechende Teile werden mit ähnlichen oder entsprechenden Bezugszeichen im folgenden bezeichnet.
Fig. 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem eines Typs mit gemeinsamer Schiene (common-rail-type), welches eine Hochdruckkraftstoffpumpe mit variabler Durchflußleistung aufweist. Das Kraftstoffeinspritzsteuersystem, welches im allgemeinen mit der Bezugszahl 1 bezeichnet wird, ist zur Verwendung mit einem Sechs-Zylinder-Dieselmotor bestimmt. Das Kraftstoffeinspritzsteuersystem 1 enthält üblicherweise sechs Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 3, welche in den jeweiligen Zylindern eines Dieselmotors angebracht sind, eine gemeinsame Schiene bzw. Riegel (rail) 5 zum Speichern von Kraftstoff unter Druck, welcher den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 3 zuzuführen ist, eine Hochdruckkraftstoffpumpe 9 mit variabler Durchflußleistung zum Einspeisen von Kraftstoff unter Druck von einem Kraftstofftank 7 einer gemeinsamen Schiene 5 und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 11 zum Steuern der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 3 und der Hochdruckkraftstoffpumpe 9.
Der in dem Kraftstofftank 7 gespeicherte Kraftstoff wird durch eine Zuführungspumpe 13 gefördert und unter geringem Druck der Hochdruckpumpe 9 eingespeist. Der der Hochdruckpumpe 9 eingespeiste Kraftstoff wird in einem Kraftstoffgang 15 wie in Fig. 2 dargestellt gespeichert. In dem Kraftstoffgang 15 wird der Kraftstoff unter konstantem Druck durch ein Prüfventil 17 gehalten. Wenn der Druck des Kraftstoffs einen vorbestimmten Druck des Prüfventils 17 überschreitet, wird das Prüfventil 17 geöffnet und überschüssiger Kraftstoff kehrt zu dem Kraftstofftank 7 zurück.
Wie in Fig. 2 dargestellt wird der Kraftstoffgang 15 selektiv mit einer Kraftstoffdruckkammer 21 durch ein von einem solenoidbetriebenen Ein/Aus-Ventil 19 verbunden bzw. getrennt. Ein federgespannter Tauchkolben 23 wird gleitend in die Kammer 21 eingesetzt. Die Kanuner 21 ist über ein Prüfventil 25 mit der gemeinsamen Schiene 5 verbunden. Wenn das solenoidbetriebene Ein/Aus-Ventil 19 zu der Zeit geschlossen wird, zu welcher sich der Tauchkolben 23 in die Kammer 21 bewegt, wird der Kraftstoff in der Kammer 21 unter Druck gesetzt. Wenn der aufgebaute Kraftstoffdruck einen vorbestimmten Druck des Prüfventils 25 überschreitet, wird der Kraftstoff unter Druck von der Kammer 21 über das Prüfventil 25 der gemeinsamen Schiene 5 zugeführt. Daher hängt der Zeitpunkt, zu welchem der Kraftstoff unter Druck von der Kammer 21 der gemeinsamen Schiene 5 zugeführt wird, von dem Zeitpunkt ab, zu welchem das solenoidbetriebene Ein/Aus-Ventil 19 geschlossen wird. Wenn die Zufuhr des Kraftstoffs unter Druck von der Kammer 21 zu der gemeinsamen Schiene 5 stets dann gestoppt wird, wenn der Tauchkolben 25 den oberen Totpunkt in der Kammer 21 erreicht, dann ist die Menge des von der Kammer 21 der gemeinsamen Schiene zugeführten Kraftstoffs größer, da der Kraftstoff früher zugeführt wird. Die ECU 11 steuert den Zeitpunkt zum Schließen des solenoidbetriebenen Ein/Aus-Ventils 19, um einen Kraftstoffsolldruck in der gemeinsame Schiene 5 zu erzielen.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe 9 und ihre zugeordneten Komponenten werden nicht detailliert bezüglich ihres Betriebs beschrieben, da sie nicht direkt zu der vorliegenden Erfindung beitragen. Bezüglich weiterer Details wird auf die japanische Patentveröffentlichungsschrift Nr. 2-146256 (US-Patent Nr. 5,058,553) verwiesen.
Wie oben beschrieben wird der Kraftstoff unter Druck der gemeinsamen Schiene 5 durch die Hochdruckpumpe 5 zugeführt und in der gemeinsamen Schiene 5 gespeichert. Wie in Fig. 1 dargestellt wird der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Schiene 5 durch einen Drucksensor 27 der gemeinsamen Schiene erfaßt, welcher an der gemeinsamen Schiene 5 befestigt ist, und es wird ein elektrisches Signal von dem Drucksensor 27 der gemeinsamen Schiene erzeugt, wodurch der ECU 11 der erfaßte Druck angezeigt wird. Die ECU 11 steuert den Zeitpunkt zum Schließen des solenoidbetriebenen Ein/Aus-Ventils 19, um den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Schiene 5 auf den Kraftstoffsolldruck in der gemeinsamen Schiene 5 auszugleichen. Ein Druckbegrenzer 29 ist auf der gemeinsamen Schiene 5 angebracht, um den Kraftstoff von der gemeinsamen Schiene 5 in den Kraftstofftank 7 freizusetzen, wenn der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Schiene 5 übermäßig hoch wird.
Wie in Fig. 3 dargestellt wird der in der gemeinsamen Schiene 5 gespeicherte Hochdruckkraftstoff dann über einen Fließbegrenzer 31 jeder der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 3 übertragen, welche in den jeweiligen Zylindern des Dieselmotors angebracht sind, die mit Bezugszeichen 33 bezeichnet sind. Der auf die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 übertragene Kraftstoff zweigt sich in einen Fluß in zwei Richtungen auf. Insbesondere fließt der Kraftstoff durch Öffnungen bzw. Ports α, β eines Dreiwegeventils 35 auf die Rückseite eines Führungskolbens 37 zu, welcher mit einer Nadel 39 verbunden ist, und fließt ebenfalls in ein Kraftstoffreservoir 41 an dem unteren spitzen Ende der Nadel 39 in einer Überbrückungsbeziehung zu dem Dreiwegeventil 35 und dem Führungskolben 37. Dementsprechend übt der unter Druck der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 zugeführte und darin abgezweigte Kraftstoff eine Kraft aus, welche dazu neigt, die Nadel 39 auf den Zylinder herabzusetzen, und eine Kraft, die dazu neigt, die Nadel 39 von dem Zylinder abzuheben. Da die Rückseite des Führungskolbens 37 einen größeren Druckaussetzoberflächenbereich als das Spitzenende der Nadel 39 besitzt, ist die auf die Nadel 39 durch den übertragenen Kraftstoff aufgebrachte reine Kraft nach unten gerichtet, wodurch die Nadel 39 geschlossen gehalten wird. Wenn das Dreiwegeventil 35 sich in der dargestellten Position befindet, wodurch eine Übertragung von der Öffnung α zu der Öffnung β ermöglicht wird, spritzt folglich die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 keinen Kraftstoff in den Zylinder.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 wird von der ECU 11 zur Kraftstoffeinspritzung wie folgt gesteuert: die ECU 11 enthält eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 41, welche ein Signal EIN einem Ausgangsport 43 davon zu einer vorbestimmten Zeitperiode zu einem Zeitpunkt überträgt, welcher auf eine später beschrhebeiie Art bestimmt wird.. Wenn das Signal EIN dem Ausgangsport 43 angelegt wird, wird ein Transistor 45 der ECU 11 leitend gemacht und eine Solenoidspule 45 des Drei-Wege-Ventils 35 erregt. Das Drei- Wege-Ventil 35 wird nun derart eingestellt, daß der Port β von dem Port α getrennt wird und mit dem Port γ verbunden wird, welcher mit dem Kraftstofftank 7 verbunden ist. Es wird kein Kraftstoffdruck von der gemeinsamen Schiene 5 an die Rückseite des Führungskolbens 37 aufgebracht, und der Hochdruckkraftstoff, welcher der Rückseite des Führungskolbens 37 übertragen worden ist, wird über die Ports β, γ zum dem Kraftstofftank 7 freigesetzt. Der Rückseitendruck auf den Führungskolben 37 verringert sich. Die auf die Nadel 39 aufgebrachte reine Kraft ist nach oben gerichtet, wodurch die Nadel 39 angehoben wird. Die Düse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 ist nun geöffnet und beginnt Kraftstoff in den Zylinder einzuspritzen.
Um die obige Kraftstoffeinspritzung und verschiedene andere Steuerbetriebsarten durchzuführen, werden der ECU 11 erfaßte Signale von verschiedenen Motorzustandssensoren wie einem Zylindersensor 51, einem Kurbelwellenwinkelsensor 53, einem Drosselklappenöffnungssensor 55, einem Leerlaufschalter 57, einem Starterschalter 59, einem Kühltemperatursen sor 61 ebenso wie dem Drucksensor 27 für die gemeinsame Schiene entsprechend Fig. 1 zugeführt. Der Zylindersensor 51 erzeugt ein Pulssignal, wenn die Kurbelwelle des Dieselmotors 33 eine vorbestimmte Winkelposition erreicht, wodurch erfaßt wird, wenn der Kolben in einem bestimmten Motorzylinder sich an einer vorbestimmten Position seines Hubs befindet. Der Kurbelwellenwinkelsensor 53 erzeugt jedes Mal ein Pulssignal, wenn sich die Kurbelwelle um einen vorbestimmten Winkel dreht. Bei dieser Ausführungsform erzeugt der Kurbelwellenwinkelsensor 53 jedes Mal dann ein Pulssignal, wenn sich die Kurbelwelle um einen Winkel von Grad gedreht hat. Der Drosselklappenöffnunossensor 55 erfaßt, ob das Drosselklappenventil des Dieselmotors 3 geöffnet ist. Der Leerlaufschalter 57 erfaßt, ob sich der Dieselmotor 3 im Leerlauf befindet. Der Starterschalter 59 erfaßtr ob der Motorstarter zum Starten des Dieselmotors 3 eingeschaltet ist. Der Kühltemperatursensor 61 erfaßt die Kühltemperatur des Dieselmotors 3.
Wie in Fig. 3 dargestellt enthält die ECU 11 eineit Kondensator 63 und ist an eine Batterie +B und an die Solenoidspule 47 angeschlossen. Unmittelbar nachdem der Transistor 45 eingeschaltet worden ist, fließt ein Spitzenstrom Ip (vgl. Fig. 4 A) infolge der in dem Kondensator 63 gespeicherten elektrischen Ladungen durch die Solenoidspule 47. Danach fließt ein konstanter Strom Ih von der Batterie +B durch die Solenoidspule 47. Der Kondensator 63 dient daher dazu, die Solenoidspule 47 rasch mit Energie zu versorgen bzw. sie zu erregen, wenn der Transistor 45 eingeschaltet wird.
Nach dem Verstreichen einer Sollerregungszeit TQ (wird später beschrieben) wird die Solenoidspule 47 abgeschaltet, wodurch die Ports α, β miteinander verbunden werden. Unter einem hohen Rückdruck verschiebt nun der Führungskolben 37 die Nadel 39 nach unten, um die Kraftstoffeinspritzdüse zu schließen, wodurch die Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
Ein von dem Kraftstoffeinspritzsteuersystem durchgeführtes Kraftstoffeinspritzsteuerverfahren wird unten beschrieben.
Die CPU 41 der ECU 11 führt ein Hauptprogramm des Kraftstoffeinspritzsteuerverfahrens wie in Fig. 5 dargestellt aus. Zuerst berechnet die CPU 41 eine Drosselklappenöffnung Accp auf der Grundlage des von dem Drosselklappenöffnungssensor 55 erfaßten Signals in einem Schritt 510. Danach berechnet die CPU 41 in einem Schritt 520 eine 140tordrehzahl Ne auf der Grundlage eines Pulssignals, welches von dem Kurbelwellenwinkelsensor 53 jedesmal zugeführt wird, wenn sich die Kurbelwelle um 15 Grad gedreht hat (15 Grad CA Kurbelwellenwinkel von 15 Grad). Die Motordrehzahl Ne kann entsprechend einem bekannten Verfahren durch Messen der Zeit berechnet werden, welche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen von dem Kurbelwellenwinkelsensor 53 verstrichen ist. Danach bestimmt die CPU 41 in einem Schritt S30 eine Sollkraftstoffmenge QFIN von einer Fliehkraftreglerstrukturzuordnung 101 wie in Fig. 1 dargestellt unter Verwendung der Drosselklappenöffnung Accp und der Motordrehzahl Ne als Parameter. Dem Schritt S30 folgt ein Schritt S40, bei welchem die CPU 41 einen Sollkraftstoffeinspritzzeitablauf TFIN von einer Zeitablaufszuordnung 102 wie in Fig. 6 dargestellt unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und der Sollkraftstoffmenge QFIN als Parameter bestimmt. Danach bestimmt die CPU 41 in einem Schritt S50 einen Solldruck PFIn der gemeinsamen Schiene von einer Druckzuordnung 103 wie in FIG. 6 dargestellt unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und der Sollkraftstoffmenge QFIN als Parameter. Danach begibt sich die Steuerung zu einem Schritt S60, bei welchem eine Kraftstoffeinspritzbetriebsart bestimmt wird.
Der Schritt S60 zur Bestimmung einer Kraftstoffeinspritzbetriebsart wird entsprechend einem in Fig. 7 dargestellten Verfahren durchgeführt. Bei dem in Fig. 7 dargestellten Verfahren überprüft die CPU 41, ob eine Normalkraftstoffeinspritzbetriebsart oder eine Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart durchzuführen ist. Bei der Normalkraftstoffeinspritzbetriebsart wird Kraftstoff kontinulerlich in den Zylinder durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 eingespritzt. Bei der Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart werden 2 getrennte Kraftstoffstrahlen, d.h. ein Vorstrahl und ein Hauptstrahl, in den Zylinder durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 eingespritzt.
Entsprechend dem in Fig. 7 dargestellten Verfahren bestimmt die CPU 41 in einem Schritt S110, ob die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart eingeschaltet (EIN) oder abgeschaltet (AUS) ist. Wenn sich die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart im Zustand AUS befindet, bestimmt dann die CPU 41 in einem Schritt S115 auf der Grundlage des Signals von dem Starterschalter 59, ob der Motorstarter eingeschaltet ist oder nicht. Wenn der Motorstarter nicht eingeschaltet ist, hält die CPU 41 in einem Schritt S120 die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart im Zustand AUS. Wenn der Motorstarter in dem Schritt S115 eingeschaltet ist, dann bestimmt die CPU 41 in einem Schritt S125, ob die Kühltemperatur THW einer vorbestimmten Bedingung genügt oder nicht.
Die In dem Schritt S125 verwendete Bedingung besitzt ein Hystereseverhalten, um das in Fig. 7 dargestellte Verfahren stabil zu halten. Insbesondere erzeugt die CPU 41 bei einer ersten Ausführung des Schritts S125 ein Ergebnis wenn die Kühltemperatur THW 0ºC oder weniger beträgt, und ein Ergebnis "1", wenn die Kühltemperatur THW über 0ºC beträgt. Das Ergebnis "0" oder "1" wird bis zu einer nächsten Ausführung des Schritts S125 gespeichert. Wenn bei einer zweiten und folgenden Ausführungen des Schritts S125 das bei der vorangegangenen Ausführung gespeicherte Ergebnis "1" beträgt, erzeugt die CPU 41 das Ergebnis "C" wenn die Kühltemperatur THW -10ºC oder weniger beträgt, und wenn das von der vorangegangenen Ausführung gespeicherte Ergebnis "0" beträgt, erzeugt die CPU 41 das Ergebnis "0", wenn die Kühltemperatur THW größer als 0ºC ist. Wenn die CPU in dem Schritt S125 das Ergebnis "1" erzeugt, dann begibt sich die Steuerung von dem Schritt S125 zu dem Schritt S120, bei welchem die Spaltungskraftstoffbetriebsart im Zustand AUS verbleibt. Wenn demgegenüber die CPU 41 in dem Schritt S125 das Ergebnis "0" erzeugt, begibt sich die Steuerung von dem Schritt S125 zu einem Schritt S130.
In dem Schritt S130 bestimmt die CPU 41, ob die Motordrehzahl Ne einer vorbestimmten Bedingung genügt bzw. einen vorbestimmten Zustand erfüllt oder nicht. Der in dem Schritt S130 verwendete Zustand besitzt ebenfalls ein Hystereseverhalten, um das Verfahren stabil zu machen. Insbesondere erzeugt die CPU 41 bei einer ersten Ausführung des Schritts S130 ein Ergebnis "0", wenn die Motordrehzahl Ne 600 Umdrehungen pro Minute oder weniger beträgt; und ein Ergebnis "1", wenn die Motordrehzahl Ne mehr als 600 Umdrehungen pro Minute beträgt. Das Ergebnis "0" oder "1" wird bis zu einer nächsten Ausführung des Schritts S130 gespeichert. Wenn bei einer zweiten und folgenden Ausführungen des Schritts S130 das in der vorangegangenen Ausführung gespeicherte Ergebnis "1" beträgt, erzeugt die CPU 41 das Ergebnis "0", wenn die Motordrehzahl Ne 400 Umdrehungen pro Minute oder weniger beträgt, und wenn das in der vorangegangenen Ausführung gespeicherte Ergebnis "0" beträgt, erzeugt die CPU 41 das Ergebnis "1", wenn die Motordrehzahl Ne mehr als 600 Umdrehungen pro Minute beträgt. Wenn die CPU 41 in dem Schritt S130 das Ergebnis "1" erzeugt, begibt sich die Steuerung von dem Schritt S130 zu dem Schritt S120, bei welchem die Spaltungskraftstoffbetriebsart in dem Zustand AUS verbleibt. Wenn andererseits die CPU 41 in dem Schritt S130 das Ergebnis "0" erzeugt, begibt sich die Steuerung von dem Schritt S130 zu einem Schritt S135. In dem Schritt S135 schaltet nun die CPU 41 die Spaltungs kraftstoffeinspritzbetriebsart in den Zustand EIN.
Wenn sich die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart im Zustand EIN in dem Schritt S110 befindet, führt die CPU 41 die Schritte S140, S145, S150, S155, S160 durch, welche identisch zu den Schritten S115, S125, S130, S120 bzw. S135 sind. Wenn der Motorstarter in dem Schritt S140 abgeschaltet worden ist, bestimmt die CPU 41 in einein Schritl S165, ob, nachdem der Motorstarter abgeschaltet worden ist, eine Sekunde verstrichen ist oder nicht Lediglich wenn eine Sekunde verstrichen ist, begibt sich die Steuerung von dem Schritt S165 zu dem Schritt S160. Da die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart nicht unmittelbar in den Zustand AUS versetzt worden ist, nachdem der Motorstarter abgeschaltet worden ist, wird daher das in Fig. 7 dargestellte Verfahren stabil gemacht.
Entsprechend dem in Fig. 7 dargestellten Verfahren wird daher dann, wenn der Dieselmotor gestartet worden ist oder eine Sekunde unmittelbar auf den Start des Dieselmotors, die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart in den Zustand EIN geschaltet, wenn die Kühltemperatur THW niedriger als ein vorherbestimmter Wert ist und ebenfalls die Motordrehzahl niedriger als ein vorherbestimmter Wert ist. Andernfalls wird die Normalkraftstoffeinspritzbetriebsart eingeschaltet (EIN).
Ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 zum Einspritzen van Kraftstoff in den Zylinder wird im folgenden beschrieben. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 wird entsprechend einem in Fig. 8 dargestellten Eingriffsprogramm gesteuert.
Das in Fig. 8 dargestellte Eingriffsprogramm wird periodisch synchron zu der Rotation der Kurbelwelle ausgeführt. Bei dem Eingriffsprogramm berechnet die CPU 41 in einem Schritt S210 einen aktuellen Kraftstoffdruck NPC in der gemeinsamen Schiene 5 auf der Grundlage des erfaßten Signals von dem Drucksensor 27 der gemeinsamen Schiene. Danach bestimmt die CPU 41 in einem Schritt S220 eine Sollerregungsperiode TQ aus einer in Fig. 9 dargestellten Erregungsperiodenzuordnung 104 unter Verwendung der Sollkraftstoffaröße QFIN und des aktuellen Kraftstoffdrucks NPC als Parameter. Die CPU bestimmt darauffolgend in einem Schritt S230, ob sich die Spaltungskraftstoff-einspritzbetriebsart im Zustand EIN oder AUS befindet. Wenn sich die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart im Zustand AUS befindet, bestimmt die CPU 41 in einem Schritt S240 eine Einspritzvorrichtungsoperationszeitverzögerung TD aus einer in Fig. 10 dargestellten Zeitverzögerungszuordnung 105. Die Einspritzvorrichtungsoperationszeitverzögerung TD ist ein Zeitintervall von dem Zeitpunkt an, zu welchem ein Ansteuerungspuls von der ECU 11 an die Solenoidspule 47 angelegt wird, bis daß die Düse der Kraftstoff-einspritzvorrichtung 3 tatsächlich geöffnet wird. Danach berechnet die CPU 41 wie in Fig. 4 A dargestellt eine Sollzeitperiode TT, nach welcher der Steuerpuls anzulegen ist, um die Erregung der Solenoidspule 47 zu starten, aus einem Bezugs-Ne-Puls Nr. 0, welcher von dem Kurbelwellenwinkelsensor 53 gebildet wird, entsprechend der folgenden Gleichung:
Die obige Gleichung begründet ein Erzielen des Sollkraftstoffeinspritzzeitablaufs TFIN bezüglich eines Kurbelwellenwinkels unabhängig davon, ob die Motordrehzahl Ne hoch oder niedrig ist. Danach erzeugt die CPU 41 in einem Schritt S260 einen Ansteuerungspuls unter Verwendung der Sollzeitperiode TT und der Sollerregungsperiode TQ.
Wenn sich die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart in dem Schritt S230 von Fig. 8 in dem Zustand EIN befindet, berechnet die CPU 41 eine Zeitperiode Tqp in einem Schritt S270, bei welcher der Vorstrahl eingespritzt wird. Es hat sich gezeigt, daß das optimale Verhältnis der Zeitperioden des Vorstrahls zu dem Hauptstrahl 1:3 beträgt. Bei dieser Ausführungsform ist die Zeitperiode TQp (ebenfalls als "-Vorstrahlzeitperiode TQp" bezeichnet) auf ¼ der Sollerregungsperiode TQ gewählt, welche in dem Schritt S220 bestimmt ist.
Danach berechnet die QPU 41 in einem Schritt S280 eine Zeitperiode TQm, in welcher der Hauptstrahl einzuspritzen ist. Da die Zeitperiode TQm (ebenfalls als "Hauptstrahlzeitperiode TQm" bezeichnet) vorzugsweise 3 mal so groß wie die Vorstrahlzeitperiode TQp sein sollte, kann die Hauptzeitstrahlperiode TQm durch TQm = 3 x TQp ausgedrückt werden. Jedoch wird die von dem Kondensator 63 geladene Hochspannung (vgl. Fig. 3) entladen, wenn der Vorstrahl von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 eingespritzt wird, wobei der Spitzenstrom Ip nicht zum Einspritzen des Hauptstrahls verfügbar ist. Angesichts dieser Begrenzung wird eine Korrekturzeitperiode "C" hinzugefügt, um die Hauptstrahlzeitperiode TQm zu berechnen. Daher werden die Vorstrahlzeitperiode TQp und die Hauptstrahlzeitperiode TQm wie folgt berechnet:
TQp = (1/4)* TQ (2)
TQm = (3/4)* TQ + C (3)
Auf der Grundlage der auf diese Weise berechneten Vorstrahl- und Hauptstrahlzeitperiode TQp, TQm erzeugt die CPU 41 in einem Schritt S260 Ansteuerungspulse jeweils synchron zu einem Ne-Puls Nr. 1 (BTDC), welcher 15º CA vor TDC (oberer Totpunkt) auftritt, und einem Ne-Puls Nr. 2 am TDC wie in Fig. 4 B dargestellt.
Wie oben beschrieben ist die Normalkraftstoffeinspritzbetriebsart in Fig. 4 A und die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart in Fig. 4 13 dargestellt. Jede der Figuren 4 A und 4 B stellt ein von dem Kurbelwellenwinkelsensor 53 erzeugtes Pulssignal (Ne-Pulse), einen von dem Ausgangsport der ECU 11 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 angelegten Ansteuerungspuls, einen Ansteuerungspuls, welcher durch die Selenoidspule 47 fließt, wenn der Ansteuerungspuls an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 angelegt wird; und ein Düsenanheben, d.h. das Anheben der Düse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3, dar.
Entsprechend Fig. 4 A wird der Kraftstoff-einspritzzeitablauf in der Normalkraftstoffeinspritz-betriebsart durch das Ne-Puls-Signal Nr. 0 und die Sollzeitperiode TT bestimmt. Entsprechend Fig. 4 13 beginnt die Vorstrahizeitperiode TQp bei der Spaltungskraftstoff-einspritzbetriebsart synchron zu dem Ne-Puls Nr. 1, welcher 15º CA vor TDC auftritt, und die Hauptstrahlzeitperiode TQm der Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart beginnt synchron zu dem Ne- Puls Nr. 2, welcher bei TDC auftritt. Bei der Normalkraftstoffeinspritzbetriebsart ist der Kraftstoffeinspritzzeitablauf in Beziehung zu der Sollzeitperiode TT um die Motordrehzahl Ne korrigiert festgesetzt, und der Kraftstoff wird in den Zylinder von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 zum Sollkraft-stoffeinspritzzeitablauf TFIN unabhängig von der Motordrehzahl eingespritzt. Bei der Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart sind der Vorstrahlein-spritz zeitablauf und der Hauptstrahlzeitablauf synchron zu den Ne-Pulsen Nr. 1 und 2 festgesetzt. Daher werden sogar auf die Motorstartphase, wobei sich die Motordrehzahl stark ändert, der Kraftstoffvorstrahl und der Kraftstoff-hauptstrahl in den Zylinder zuverlässig an gewünschten Kurbelwellenwinkelpositionen eingespritzt, welche durch die Ne- Pulse Nr. 1 und 2 angezeigt sind.
Die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart wird gewählt, wenn der Dieselmotor bei niedrigen Temperaturen gestartet wird. Ein kleiner Betrag des in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffvorstrahls verringert nicht die Lufttemperatur in dem Zylinder mit der Hitze der Verdampfung.
Der injizierte Vorstrahlkraftstoff wird gezündet, wodurch eine "Entflammung" zur Zündung des Hauptstrahlkraftstoffs erzeugt wird, welcher darauffolgend in den Zylinder eingespritzt wird. Der darauffolgend eingespritzte Hauptstrahl kraftstoff wird danach zuverlässig gezündet und auf den Kontakt mit der durch die Zündung des Vorstrahlkraftstoffs erzeugten Entflammung verbrannt. Obwohl sich die Motordrehzahl darauffolgend rasch erhöht, kann somit der in den Zylinder eingespritzte Kraftstoff stabil und ohne Fehlzündungen verbrannt werden. Als Ergebnis kann der Dieselmotor rasch und weich gestartet werden.
Fig. 11 stellt ein erfaßtes Signal von dem Zylindersensor 51, ein von dem Kurbelwellenwinkelsensor 53 erzeugtes Pulssignal (Ne-Pulse), einen von dem Ausgangsport der ECU 11 an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 angelegten Steuerungspuls, einen Ansteuerungsstrom, welcher durch die Solenoidspule 47 fließt, wenn der Ansteuerungspuls an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 angelegt wird, ein Düsenheben, ein Verhältnis des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 eingespritzten Kraftstoffs und den Druck in dem Zylinder dar. Der Kompressionsdruck in dem Zylinder, der sich durch die reziproke Bewegung des Kolbens in dem Zylinder entwickelt, ist durch die gestrichelte Linie in Fig. 11 dargestellt. Der Verbrennungsdruck in dem Zylinder, der sich durch die Verbrennung des Kraftstoffs darin entwikkelt, ist in Fig. 11 schraffiert dargestellt. Wie in Fig. 11 dargestellt ist der Gesamtdruck in dem Zylinder etwas höher als der Kompressionsdruck, wenn der Kraftstoffvorstrahl in dem Zylinder verbrannt wird. Die Verbrennung des Kraftstoffvorstrahls findet langsam fortschreitend statt, da der Betrag an Vorstrahlkraftstoff klein ist und der Kompressionsdruck in dem Zylinder nicht hoch ist. Die langsam fortschreitende Verbrennung wird Reaktion mit kalter Flamme genannt, welche als langsame Oxidationsreaktion definiert werden kann. Die Reaktion mit kalter Flamme ist wirksam, einen leicht zündbaren, aktivierten Zustand in dem Zylinder zu entwickeln, welcher als Entflammung bzw. Reaktion mit kalter Flamme zum Zünden eines darauffolgend eingespritzten Kraftstoffhauptstrahls bezeichnet werden kann. Bei dieser Ausführungsform sind der Vorstrahl und der Hauptstrahl voneinander um 15º CA voneinander getrennt. Ein derartiges Intervall sollte vorzugsweise größer als eine Zeitperiode sein, in welcher sich die durch die Verbrennung des Vorstrahls hervorgerufene Reaktion mit kalter Flamme hinreichend entwickelt hat, und sollte gleichzeitig kürzer als eine Zeitperiode sein, in welcher der leicht zündbare, aktivierte Zustand in dem Zylinder gegenwärtig verbleibt, wenn der Hauptstrahl eingespritzt wird, da sich die Reaktion mit kalter Flamme rasch nach ihrer vollen Entwicklung vermindert.
Bei der herkömmlichen gesteuerten Kraftstoffeinspritzung wird ein Kraftstoffvorstrahl unmittelbar vor einem Kraftstoffhauptstrahl eingespritzt und explosionsartig verbrannt, und danach wird der Kraftstoffhauptstrahl eingespritzt und explosionsartig verbrannt, um den Druck in dem Zylinder allmählich von der explosionsartigen Verbrennung des Kraftstoffvorstrahls zu erhöhen. Bei der Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart entsprechend der vorliegenden Erfindung ist jedoch das Intervall zwischen dem Kraftstoffvorstrahl und dem Kraftstoffhauptstrahl relativ groß, und der eingespritzte Kraftstoffvorstrahl wird langsam fortschreitend verbrannt, wodurch der injizierte Kraftstoffhauptstrahl explosionsartig verbrannt wird. Daher erhöht sich der Druck in dem Zylinder rasch durch die Verbrennung des Kraftstoffhauptstrahls. Insoweit wie die langsam fortschreitende Verbrennung des Kraftstoffvorstrahls hinreichend wirksam ist, den Kraftstoffhauptstrahl darauffolgend mit hoher Zuverlässigkeit zu zünden, ist es nicht nötig, den Kraftstoffeinspritzzeitablauf so genau wie in dem Fall der herkömmlich gesteuerten Kraftstoffeinspritzung einzustellen. Als Folge kann der Motor leicht bei niedrigen Temperaturen sogar dann gestartet werden, wenn der Kraftstoffvorstrahl und der Kraftstoffhauptstrahl mit einer Auflösung von 15º CA eingespritzt werden. Wenn der Kraftstoffeinspritzzeitablauf lediglich auf der Grundlage eines die Kurbelwellenwinkeiposition anzeigenden Signals gesteuert wird, würde eine Auflösung von etwa 0,5º CA erfordert werden, um eine notwendige Kraftstoffeinspritzzeitablaufsgenauigkeit zu erzielen. Ein Kurbelwellenwinkelsensor einer derartig hohen Auflösung könnte nicht leicht herzustellen sein, da ein Pulsgeber von über 720 Zähnen nötig wäre. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird jedoch bei der Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart die Motorkaltstartphase unter Verwendung eines Kurbelwellenwinkelsensors einer relativ niedrigen Auflösung verbessert.
Die obigen Vorteile können erzielt werden, da nicht nur die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart bei der Motorkaltstartphase durchgeführt wird, sondern ebenso der Kraftstoffvorstrahl zuerst vor dem TDC eingespritzt wird. Da die Vorstrahlkraftstoffeinspritzung synchron zu der Rotation der Kurbelwelle durchgeführt wird, kann die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart stabil mit einem genauen Zeitablauf sogar dann ausgeführt werden, wenn sich die Motordrehzahl stark wie bei dem Anwerfen des Motors ändert. Dementsprechend ist die Motorstartphasencharakteristik zu allen Zeitpunkten stabil.
Die Motorstartphasencharakteristik kann durch ein schnelles Durchdrehen nach dem Anwerfen des Motors beeinträchtigt werden. Dementsprechend wird im folgenden eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei die Motorkaltstartphasencharakteristik auf das Andrehen des Motors und auf das Andrehen des Motors folgend verbessert wird.
Die zweite Ausführungsform entspricht der ersten Ausführungsform bezüglich der Hardware des Kraftstoffein- spritzsteuersysterns, des Hauptprogramms und des Eingriffsprogramms, sie unterscheidet sich jedoch von der ersten Ausführungsform bezüglich des Verfahrens zur Bestimmung einer Kraftstoffeinspritzbetriebsart.
Fig. 12 stellt ein Verfahren zur Bestimmung einer Kraftstoffeinspritzbetriebsart entsprechend der zweiten Ausführungsform dar. Die Schritte von Fig. 12, welche identisch zu den in Fig. 7 dargestellten Schritten sind, sind mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Wenn wie in Fig. 12 dargestellt die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart sich in dem Schritt S110 im Zustand AUS befindet und wenn ebenfalls in dem Schritt S115 der Motorstarter eingeschaltet ist, bestimmt die CPU 41 in einem Schritt S180, ob sich die Motordrehzahl Ne rasch erhöht oder nicht. Wenn sich die Motordrehzahl Ne nicht rasch erhöht, wird in dem Schritt die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart auf AUS gehalten. Wenn in dem Schritt S180 die Motordrehzahl sich rasch erhöht, bestimmt die CPU 41 in einem Schritt S185 den Zustand der Kühltemperatur THW wie bei dem Schritt S125. Wenn die CPU 41 in dem Schritt S185 das Ergebnis "0" erzeugt, schaltet sie in einem Schritt S190 die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart in den Zustand EIN. Wenn das Durchdrehen des Dieselmotors bei einer Motorkaltstartphase auftritt, bevor der Motorleerlauf sich stabilisiert hat, wird die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart durchgeführt, um das Auftreten von Fehlzündungen zu verhindern, wenn sich die Motordrehzahl stark ändert.
Bei den obigen Ausführungsformen wird die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart auf der Grundlage des Motorstartersignals, der Motordrehzahl und der Kühltemperatur gesteuert. Es können jedoch ebenfalls eine Einlaßlufttemperatur und ein Einlaßluftdruck als Parameter zur Steuerung der Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart hinzugefügt werden.
Bei der obigen Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart werden zwei Kraftstoffstrahlen getrennt voneinander in den Zylinder eingespritzt. Es können jedoch drei oder mehr Kraftstoffstrahlen voneinander getrennt in den Zylinder eingespritzt werden. Das Verhältnis von jeweiligen Zeitperioden für den Kraftstoffvorstrahl und den Kraftstoffhauptstrahl kann in Abhängigkeit der Verstellung oder anderer Parameter des Dieselmotors anders als 1:3 sein.
Entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis von Größen des Kraftstoffvorstrahls und des Kraftstoffhauptstrahls variabel gestaltet. Insbesondere ändert sich wie in Fig. 13 dargestellt das Verhältnis α (= Qp/Qm) einer Größe Qp eines Kraftstoffvorstrahls zu einer Größe Qm eines Kraftstoffhauptstrahls in Abhängigkeit eines Motorparameters, beispielsweise der Kühltemperatur. Das Verhältnis α wird entsprechend einem Eingriffsprogramm zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung wie in Fig. 14 dargestellt gesteuert. Das in Fig. 14 dargestellte Eingriffsprogramm unterscheidet sich von dem in Fig. 8 dargestellten Eingriffsprogramm dahingehend, daß ein Schritt S300 zur Berechnung des Verhältnisses α hinzugefügt ist und die Vorstrahlzeitperiode TQp und die Hauptstrahlzeitperiode TQm entsprechend dem Verhältnis α berechnet werden. Bei der dritten Ausführungsform wird die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart in Abhängigkeit der Kühltemperatur in der Motorkaltstartphase ausgeführt.
Entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl von in einer Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart einzuspritzenden Kraftstoffstrahlen variabel vorgesehen. Insbesondere ändert sich wie in Fig. 15 dargestellt die Anzahl n von in einer Spal tungskraftstoffeinspritzbetriebsart einzuspritzenden Kraftstoffstrahlen in einem Bereich von n = 1 bis n = 4 in Abhängigkeit eines Motorparameters, beispielsweise der Kühltemperatur. Die Anzahl n wird entsprechend einem Eingriffsprogramm zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung wie in Fig. 15 dargestellt gesteuert. Das in Fig. dargestellte Eingriffsprogramm ändert sich von dem in Fig. 8 dargestellten Eingriffsprogramm dahingehend, daß ein Schritt S400 zur Berechnung der Anzahl n hinzugefügt ist und die Vorstrahlzeitperiode TQp und die Hauptstrahlzeitperiode TQm entsprechend einem Verhältnis berechnet werden, welches bezüglich der Anzahl n = 2, 3, 4 experimentell be stimmt worden ist. Je niedriger die Kühltemperatur ist, desto größer ist die Anzahl n von Kraftstoffstrahlen mit einem in dem Zylinder sich entwickelten stärker aktivierten Zustand.
Die vierte Ausführungsform kann mit der dritten Ausführungsform derart kombiniert werden, daß sowohl die Anzahl n als auch das Verhältnis α variabel sein können und in Abhängigkeit von einem bestimmten Motorparameter, typischerweise der Kühltemperatur, berechnet werden können.
Das Verhältnis α und die Anzahl n können nicht nur lediglich durch die Kühltemperatur sondern ebenso durch die Einlaßlufttemperatur, die Motordrehzahl, den Druck in der Verbrennungskammer, die Temperatur in der Verbrennungskammer oder die Temperatur des Abgases bestimmt werden.
Bei der dritten und vierten Ausführungsform kann die ECU eine Mehrzahl von Kondensatoren zum Entladen von hohen Spannungen enthalten, um die Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von jeweiligen Kraftstoffstrahlen in den Zylinder auszulösen.
Bei den obigen Ausführungsformen werden sowohl der Kraftstoffvorstrahl als auch der Kraftstoffhauptstrahl synchron zu Ne-Pulsen eingespritzt, welche von dem Kurbelwellenwinkelsensor 53 erzeugt werden. Jedoch kann lediglich einer von dem Kraftstoffvorstrahl und dem Kraftstoffhauptstrahl synchron zu Ne-Pulsen eingespritzt werden, welche von dem Kurbelwellenwinkelsensor 53 erzeugt werden. Insbesondere muß der Kraftstoffhauptstrahl nicht notwendigerweise synchron zu Ne-Pulsen eingespritzt werden, da sich ein leicht zündbarer, aktivierter Zustand bereits in dem Zylinder durch den eingespritzten Kraftstoffvorstrahl entwickelt hat, wodurch ein breiter zündbarer Bereich in dem Zylinder für einen optimalen Hauptstrahlkraftstoffeinspritzzeitablauf vorgesehen ist.
Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind nicht auf das Kraftstoffeinspritzsteuersystem eines Typs mit gemeinsamer Schiene begrenzt, sondern sind ebenfalls auf elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzsteuersysteme und mechanisch betriebene Kraftstoffeinspritzsteuersysteme anwendbar.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Figuren 17 bis 19 eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Entsprechend der fünften Ausführungsform wird eine Mehrzahl von Kraftstoffvorstrahlen zu gegebenen Zeitintervallen von dem Ne-Puls Nr. 1, welche von dem Kurbelwellenwinkelsensor 53 gebildet werden, zur Erzeugung einer Entflammung injiziert, welche zuverlässig verfügbar ist, um einen darauffolgend eingespritzten Kraftstoffhauptstrahl zu zünden.
Fig. 17 zeigt ein Eingriffsprogramm zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3. Das in Fig. 17 dargestellte Eingriffsprogramm wird periodisch synchron zu der Rotation der Kurbelwelle ausgeführt. Das Eingriffsprogramm enthält Schritte S210, S220, S230, S240, S250, S260, welche identisch zu den in Fig. 8 dargestellten Schritten sind. In dem Schritt S270 bestimmt die CPU 41 eine erste Vorstrahlzeitperiode TQP1 und eine zweite und folgende Vorstrahlzeitperioden TQpn. Die erste Vorstrahlperiode wird auf ¼ der Sollerregungsperiode TQ gewählt, welche in dem Schritt S220 wie bei der ersten Ausführungsform bestimmt wird. Da die in dem Kondensator 63 gespeicherte Hochspannung bereits entladen worden ist und der Spitzenstrom Ip nicht verfügbar ist, wird eine Korrekturzeitperiode "Cp" hinzugefügt, um die zweite und die folgende Vorstrahlzeitperiode TQpn zu berechnen. Aus demselben Grund wird die Hauptstrahlzeitperiode TQm durch Hinzufügen einer Korrekturzeitperiode "Cm" in dem Schritt S280 berechnet. Die Vorstrahlzeitperioden TQP1, TQpn und die Hauptstrahlzeitperiode TQm werden wie folgt berechnet:
TQP1 = (1/4)*TQ,
TQpn = (1/4)*TQ + Cp (n = 2, 3...) (4)
TQm = (3/4)*TQ + Cm (5)
Auf der Grundlage der auf diese Weise berechneten Vorstrahlzeitperiode TQpl erzeugt die CPU 41 in einem Schritt S285 einen Ansteuerungspuls synchron zu dem Ne-Puls Nr. 1 (BTDC) wie in Fig. 18 B dargestellt.
Danach berechnet die CPU 41 in einem Schritt S290 eine durchschnittliche Motordrehzahl (hiernach als "momentane Motordrehzahl" bezeichnet) NE120P in einem Kompressionshub über einen Kurbelwellenwinkel von 120º CA unmittelbar vor dem BTDC aus Ne-Pulsen, welche bei 15º CA-Intervallen von dem Kurbelwellenwinkelsensor 53 zugeführt werden. Die CPU 41 vergleicht die momentane Motordrehzahl NE120P mit der vorbestimmten Bezugsmotordrehzahl NEA in einem Schritt S300. Die Bezugsmotordrehzahl NEA wird durch eine Zeitperiode Th bestimmt, während der ein von dem vorangehenden Kraftstoffvorstrahl erzeugtes Entflammen weiterhin für die Zündung wirksam ist. Es wurde experimentell festgestellt, daß die Zeitperiode Th 40 ms und die Bezugsmotordrehzahl NEA entsprechend 100 Umdrehungen pro Minute betragen.
Wenn in dem Schritt S300 NE120P > NEA gilt, d.h. wenn die Motordrehzahl auf das Anwerfen hinreichend hoch ist, beginnt die CPU 41 damit, einen Ansteuerungspuls für die Hauptstrahlzeitperiode TQm synchron zu dem Ne-Puls Nr. 2, welcher dem TDC entspricht, in einem Schritt S310 zu erzeugen. Da die Zeitperlode zwischen den Ne-Pulsen Nr. 1 und 2 kürzer ist als die Zeitperiode Th, wird der Kraftstoffhauptstrahl in den Zylinder innerhalb der Zeitperiode Th eingespritzt, in welcher die durch den vorangehenden Kraftstoffvorstrahl entwickelte Entflammung weiterhin für die Zündung wirksam ist. Daher wird der eingespritzte Kraftstoffhauptstrahl ohne Versagen gezündet.
Wenn in dem Schritt S300 NE120P < NEA gilt, d.h. wenn die Hotordrehzahl auf das Andrehen kleiner als die Bezugsmotordrehzahl NEA ist, bestimmt die CPU 41 in einem Schritt S320, ob eine vorbestimmte Zeitperiode Ts von der Einspritzung des vorausgehenden Kraftstoffvorstrahls verstrichen ist. Im negativen Fall bestimmt die CPU 41 in einem Schritt S330, ob der Ne-Puls Nr. 2 von dem Kurbelwellenwinkelsensor 53 empfangen worden ist, d.h. ob der Kolben den TDC erreicht hat, bevor die Zeitperiode Ts verstrichen ist.
Wenn der Kolben den TDC In dem Schritt S330 erreicht hat, bevor die Zeitperiode Ts verstrichen ist, begibt sich die Steuerung zu dem Schritt S310, um einen Ansteuerungspuls für die Hauptstrahlzeitperiode TQm zu erzeugen.
Wenn der Kolben den TDC in dem Schritt S330 erreicht hat, bevor die Zeitperiode Ts verstrichen ist, begibt sich die Steuerung zu dem zurückliegenden Schritt S320. Wenn in dem Schritt S320 die Zeitperiode Ts verstrichen ist, begibt sich die Steuerung von dem Schritt S320 zu einem Schritt S340. Zu diesem Zeitpunkt hat der Kolben den TDC sogar nach Verstreichen der Zeitperiode Ts von der Einspritzung des vorhergehenden Kraftstoffstrahls nicht erreicht. In dem Schritt S340 erzeugt die CPU 41 ein Ansteuerungssignal für die Vorstrahlzeitperiode TQpn, um einen dazwischenliegenden Kraftstoffvorstrahl in den Zylinder einzuspritzen. Anders dargestellt, es wird ein anderer Kraftstoffvorstrahl eingespritzt, wenn die Zeitperiode Ts von dem vorangehenden Kraftstoffvorstrahl verstrichen ist, bevor der Ne-Puls Nr. 2 empfangen worden ist. Der andere eingespritzte Kraftstoffvorstrahl ist wirksam, die Entflammung beizubehalten, welche sich durch die Zündung des vorausgehenden Kraftstoffvorstrahls entwickelt hat. Die Zeltperiode Ts wird kürzer als die Zeitperiode Th gewählt. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Zeitperiode Ts 32ms.
Nach dem Schritt S340 kehrt die Steuerung zu dem Schritt S320 zurück. Der Schritt S340 wird wiederholt, bis der Ne-Puls Nr. 2 empfangen wird, bevor die Zeitperiode Ts (= 32ms) von dem vorausgehenden dazwischenliegenden Kraftstoffvorstrahl verstrichen ist. Im Falle, daß die Motordrehzahl sehr klein ist, wenn der Dieselmotor angeworfen wird, können darauffolgende Kraftstoffvorstrahlen möglicherweise in den Zylinder eingespritzt werden.
Wie oben beschrieben wird bei der Motorkaltstartphase die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart gewählt, und es werden einer oder mehrere Kraftstoffvorstrahlen in den Zylinder in Abhängigkeit der Motordrehzahl während des Kompressionshubs eingespritzt. Als Ergebnis wird wie in Fig. 19 dargestellt ein kleiner Betrag eines in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffvorstrahls, welcher die Lufttemperatur in dem Zylinder mit der Hitze der Verdampfung nicht verringert, gezündet, wodurch vor dem TDC eine Entflammung erzeugt wird. Die derart erzeugte Entflammung ist weiterhin in dem Zylinder vorhanden, bis ein Kraftstoffhauptstrahl darauffolgend in den Zylinder eingespritzt wird. Der darauffolgend eingespritzte Kraftstoffhauptstrahl wird dann zuverlässig gezündet und auf den Kontakt mit der Entflammung verbrannt. Der Dieselmotor kann daher sogar dann verläßlich gestartet werden, wenn die Motordrehzahl auf das Anwerfen infolge einer geringen Batterleenergle bei einer Motorkaltstartphase niedrig ist. Entsprechend Fig. 19 arbeitet der Dieselmotor bei einem Kompressionshub mit einer Drehzahl von 90 Umdrehungen pro Minute, wenn der Motor bei einer Temperatur von -15º C angeworfen wird. Während entsprechend der Darstellung von Fig. 19 zwei Kraftstoffvorstrahlen eingespritzt worden sind, können drei oder mehr Kraftstoffvorstrahlen eingespritzt werden, wenn die Motordrehzahl beim Anwerfen niedriger ist.
Die obigen Vorteile der fünften Ausführungsform können erzielt werden, da nicht nur die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart bei einer Motorkaltstartphase durchgeführt wird, sondern es kann ebenfalls die Anzahl von Kraftstoffvorstrahlen bei bestimmten Zuständen erhöht werden, um eine Entflammung aufrechtzuerhalten, bis ein Kraftstoffhauptstrahl darauffolgend eingespritzt wird.
Insoweit wie der erste Vorstrahl synchron zu der Rotation der Kurbelwelle eingespritzt wird, kann die Aufspaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart sogar dann stabil bei einem genauen Zeitablauf ausgeführt werden, sogar wenn die Motordrehzahl wie bei dem Anwerfen des Motors raschen Änderungen unterworfen ist. Daher wird zu allen Zeitpunkten eine stabile Motorstartphasenchrakteristik erzielt.
Bei der fünften Ausführungsform berechnet die CPU 41 die momentane Motordrehzahl NE120P in dem Schritt S290 und bestimmt in dem Schritt S300, ob die momentane Motordrehzahl NE120P niedriger ist als die Bezugsmotordrehzahl NEA bei dem Kompressionshub, und wenn NE120P größer als NEA ist, wird kein zusätzlicher Kraftstoffvorstrahl eingespritzt. Jedoch sind die Schritte S290, S300 aus folgendem Grund entbehrlich. Wenn die momentane Motordrehzahl NE120P hoch ist, wird der Ne-Puls Nr. 2 empfangen, bevor die Zeitperiode Ts von 32 ms von der Einspritzung des ersten Kraftstoffvorstrahls verstrichen ist, und die Steuerung begibt sich nicht zu dem Schritt S340 sondern zu den Schritten S330, S310. Da die in Fig. 17 dargestellte Steuersequenz dahingehend besser ist, daß wenn es offensichtlich ist, daß ein Kraftstoffhauptstrahl vor einer durch einen ersten eingespritzten Kraftstoffvorstrahl entwickelten Entflammung eingespritzt worden ist, dürfen die Schritte S320, S330 nicht ausgeführt werden, und die Last an der ECU 11 ist bzw. wird reduziert.
Bei der obigen fünften Ausführungsform wird die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart auf der Grundlage des Motorstartsignals, der Motordrehzahl und der Kühltemperatur gesteuert. Jedoch können ebenfalls eine Einlaßlufttemperatur oder ein Einlaßluftdruck als Parameter zur Steuerung der Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart hinzugefügt werden. Andere Parameter können ebenfalls verwendet werden, insoweit wie sie zur Bestimmung verwendet werden können, ob der Dieselmotor bei einer niedrigen Temperatur gestartet werden soll, welche die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart erfordert.
Die Bezugsmotordrehzahl NEA von 100 Umdrehungen pro Minute und die Zeitperiode Ts von 32 ms bei der obigen Ausführungsform können in Abhängigkeit von Umgebungszuständen und des Motortyps verändert werden.
Beispielsweise kann die Bezugsmotordrehzahl NEA in Abhängigkeit von der Kühltemperatur THW bestimmt werden, welche einer der Motorparameter entsprechend Fig. 20 ist. Je niedriger entsprechend Fig. 20 die Kühltemperatur ist, desto höher ist die Bezugsmotordrehzahl NEA, wodurch es wahrscheinlicher bzw. angemessener wird, mehr Kraft-stoffvorstrahlen einzuspritzen. Die Bezugsmotor-drehzahl NEA kann entsprechend einer arithmetischen Formel oder einer Zuordnungsinterpolation bestimmt werden.
Die Zeitperiode Ts kann ebenfalls in Abhängigkeit der Kühltemperatur wie in Fig. 21 dargestellt bestimmt werden. Die Zeitperiode Ts kann ebenfalls entsprechend einer arithmetischen Formel oder einer Zuordnungsinterpolation bestimmt werden.
Bei der fünften Ausführungsform ändert sich die Gesamtgröße der eingespritzten Kraftstoffvorstrahlen von der Größe ¼ x TQ in Abhängigkeit der Anzahl der eingespritzten Kraftstoffvorstrahlen. Jedoch kann anstelle einer Änderung der Anzahl von eingespritzten Kraftstoffstrahlen die Anzahl von Kraftstoffvorstrahlen auf der Grundlage der Bezugsmotordrehzahl NEA vorhergesagt werden, und die Größe der Kraftstoffvorstrahlen kann derart geändert werden, so daß die Gesamtgröße des Vorstrahlkraftstoffs konstant bleibt.
Insbesondere wird die Anzahl X von Kraftstoffvorstrahlen auf der Grundlage der Bezugsmotordrehzahl NEA aus einer in Fig. 22 dargestellten Zuordnung vorhergesagt, und die Größe des Kraftstoffs (1/4 x TQ), welche für einen einzigen Vorstrahl eingespritzt werden würde, kann durch die Anzahl X geteilt werden, wodurch die Vorstrahlzeitperioden TQp1, TQp2, TQp3, ... bestimmt werden. Da keine Vorspannung des Kondensators zum Einspritzen eines zweiten Kraftstoffvorstrahls und darauffolgenden Kraftstoffvorstrahlen verfügbar ist, wird eine Korrekturzeit Cp hinzugefügt, um die Vorstrahl-zeitperioden wie folgt zu berechnen:
TQp1 = (1/x)* {(1/4)*TQ},
TQpn = (1/x)* {(1/4)*TQ} + Cp (n = 2, 3...) (6)
Bei dieser Modifizierung wird die Kraftstoffeinspritzvorrichtung entsprechend einem Eingriffsprogramm wie in Fig. 23 dargestellt gesteuert. Das in Fig. 23 dargestellte Eingriffsprogramm enthält Schritte S210, S220, S230, S240, S250, S260, welche dieselben Schritte sind wie die in Fig. 8 dargestellten Schritte. Wenn sich die Spaltungskraftstoffeinspritzbetriebsart in dem Schritt S230 in dem Zustand EIN befindet, berechnet die CPU 41 in einem Schritt S410 eine momentane Motordrehzahl NE120P. Danach bestimmt die CPU 41 die Anzahl X von Kraftstoffverstrahlen von der in Fig. 22 dargestellten Zuordnung in einem Schritt S420. Danach berechnet die CPU 41 die Vorstrahlzeitperioden TQp1, TQpn entsprechend den Gleichungen (6) in einem Schritt S430 und berechnet eine Hauptstrahlzeitperiode TQm entsprechend der Gleichung (5) in einem Schritt S440. Danach erzeugt die CPU 41 in einem Schritt S450 Ansteuerungspulse zum Einspritzen der Kraftstoffvorstrahlen. Intervalle zwischen den einzuspritzenden Kraftstoffvorstrahlen können durch Berechnen der Zeitperiode bestimmt werden, welche für die Kurbelwelle erfordert wird, um sich um 150 CA bei. der momentanen Motordrehzahl NE120P zu drehen, und durch Teilen der berechneten Zeitperiode durch die Anzahl X. Alternativ kann jeder der Kraftstoffvorstrahlen bei einem Intervall von 32 ms wie bei den Schritten S320 bis S340 der fünften Ausführungsform (vgl. Fig. 17) eingespritzt werden.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsteuersystem zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer eines Dieselmotors (33), mit:

[a] einer Startphasenerfassungseinrichtung (59) zum Erfassen eines Startphasenzustand des Dieselmotors (33);

[b] einer Vorstrahleinspritzeinrichtung zum Einspritzen eines Kraftstoffvorstrahls (TQp) in die Verbrennungskammer;

[c] einer Hauptstrahleinspritzeinrichtung zum Einspritzen eines Kraftstoffhauptstrahls (TQm) einer größeren Menge als derjenigen des Kraftstoffvorstrahls (TQp) in die Verbrennungskammer nach dem Einspritzen des Kraftstoffvorstrahls (TQp), wobei die Folge des Vorstrahls und des Hauptstrahls einen geteilten Kraftstoffeinspritzmodus bildet, welcher durchgeführt wird, wenn der Startphasenzustand des Dieselmotors (33) erfaßt wird;

gekennzeichnet durch

[d] eine Winkelerfassungseinrichtung (53) zum Erzeugung eines Winkelsignals zu jeder Zeit, zu welcher sich eine Kurbelwelle des Dieselmotors (33) um einen vorbestimmten Winkel bewegt hat; und

[e] eine Temperaturerfassungseinrichtung (61) zum Erfassung einer Temperatur des Dieselmotors (33);

(f] wobei die Vorstrahleinspritzeinrichtung derart gesteuert wird, daß der Kraftstoffvorstrahl (TQp) in die Verbrennungskammer synchron zu dem Winkelsignal eingespritzt wird, welches von der Winkelerfassungseinrichtung (53) erzeugt wird; und

[g] wobei der geteilte Kraftstoffeinspritzmodus lediglich durchgeführt wird, wenn die von der Temperaturerfassungseinrichtung (61) erfaßte Temperatur eine vorbestimmte niedrige Temperatur ist.

2. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 11 gekennzeichnet durch einen normalen Kraftstoffeinspritzmodus zum Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer zu einer vorbestimmten Zeit, wenn kein Startphasenzustand des Dieselmotors (33) erfaßt wird, wobei die vorbestimmte Zeit von dem Winkelsignal, welches von der Winkelerfassungseinrichtung (53) erzeugt wird, und eine Zeitperiode, die ab dem Winkelsignal verstrichen ist, angezeigt werden.

3. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Drehzahlerfassungseinrichtung (11, 53) zum Erfassen einer Drehzahl (Ne) des Dieselmotors (33), wobei während des normalen Kraftstoffeinspritzmodus die Zeitperiode aus der von der Drehzahlerfassungseinrichtung (11, 53) erfaßten Drehzahl berechnet wird, so daß Kraftstoff bei einem vorbestimmten Winkel der Kurbelwelle eingespritzt wird.

4. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstrahleinspritzeinrichtung Mittel zum intermittierenden Einspritzen einer Mehrzahl von Kraftstoffvorstrahlen (TQp) in die Verbrennungskammer aufweist.

5. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstrahleinspritzeinrichtung Mittel zum Einspritzen der Kraftstoffvorstrahlen in die Verbrennungskammer zu Zeitintervallen von einer Zeit aufweist, welche durch das von der Winkelerfassungseinrichtung (53) erzeugte Winkelsignal dargestellt wird, bis der Kraftstoffhauptstrahl (TQm) von der Hauptrahleinspritzeinrichtung eingespritzt wird.

6. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zeitintervall kürzer als eine Zeitperiode ist, bei welcher ein Aktivierungszustand, der sich in der verbrennungskammer durch einen jeweiligen vorausgehend eingespritzten Kraftstoffvorstrahl (TQp) entwickelt hat, in der Verbrennungskammer gegenwärtig verbleibt.

7. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstrahleinspritzeinrichtung Mittel zum Einspritzen einer großen Anzahl von Kraftstoffvorstrahlen (TQp) in die Verbrennungskammer, wenn die von der Temperaturerfassungseinrichtung (61) erfaßte Temperatur geringer ist, aufweist.

8. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstrahleinspritzeinrichtung Mittel zum Einspritzen einer großen Anzahl von Kraftstoffvorstrahlen (TQp) in die Verbrennungskammer, wenn die von der Drehzahlerfassungselnrichtung (11, 53) erfaßte Drehzahl geringer ist, aufweist.

9. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Startphasenerfassungseinrichtung eine Starterbetriebserfassungseinrichtung (59) zum Erfassen des Betriebs eines Starters zum Starten des Dieselmotors (33) aufweist, wobei die Vorstrahl- und Hauptstrahleinspritzeinrichtung Mittel zum Kraftstoffeinspritzen in die Verbrennungskammer, während der Betrieb des Starters von der Starterbetriebserfassungseinrichtung (59) erfaßt wird, aufweisen.

10. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 91 gekennzeichnet durch eine Zeitgebereinrichtung zum Messen einer vorbestimmten Zeitperiode, wobei die Vorstrahl- und Hauptstrahleinspritzeinrichtung Mittel zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer, während die vorbestimmte Zeitperiode von der Zeitgebereinrichtung gemessen wird, nachdem der Betrieb des Starters von der Starterbetriebserfassungseinrichtung (59) nicht erfaßt worden ist, aufweisen.

11. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 101 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstrahl- und Hauptstrahleinspritzeinrichtung Mittel zum Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer, wenn die von der Temperaturer fassungseinrichtung (61) erfaßte Temperatur die vorbestimmte niedrige Temperatur ist und/oder wenn die von der Drehzahlerfassungseinrichtung (11, 53) erfaßte Drehzahl eine vorbestimmte niedrige Drehzahl ist, aufweisen.

12. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch:

eine Betriebszustandserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Betriebszustands des Dieselmotors (33);

eine Kraftstoffsollmengenbestimmungselnrichtung zum Bestimmen einer einzuspritzenden Kraftstoffsollmenge in Abhängigkeit des von der Betriebszustandserfassungseinrichtung erfaßten Betriebszustands; und

eine Kraftstoffaufteilungseinrichtung zum Aufteilen der von der Kraftstoffsollmengenbestimmungseinrichtung bestimmten Kraftstoffsollmenge in die von der Vorstrahleinspritzeinrichtung einzuspritzende Menge des Kraftstoffvorstrahls (TQp) und in die von der Hauptstrahleinspritzeinrichtung einzuspritzende Menge des Kraftstoffhauptstrahls (TQm) entsprechend einem vorbestimmten Verhältnis, welches anzeigt, daß der Kraftstoffhauptstrahl (TQm) größer als der Kraftstoffvorstrahl (TQp) ist, wodurch die von der Kraftstoffauftellungseinrichtung aufgeteilte Menge des Kraftstoffvorstrahls (TQp) von der Vorstrahleinspritzeinrichtung eingespritzt wird und die von der Kraftstoffaufteilungseinrichtung aufgeteilte Menge des Kraftstoffhauptstrahls (TQm) von der Hauptstrahleinspritzeinrichtung eingespritzt wird.

13. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstrahleinspritzeinrichtung Mittel zum Einspritzen des Kraftstoffvorstrahls (TQp) in die Verbrennungskammer synchron zu dem von der Winkelerfassungseinrichtung (53) erzeugten Winkelsignal, bevor ein Kolben in der Verbrennungskammer den oberen Todpunkt bei einem Kompressionshub des Dieselmotors (33) erreicht, aufweist.

14. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstrahl einspritzeinrichtung Mittel zum Einspritzen des Kraftstoffhauptstrahls (TQm) in die Verbrennungskammer synchron zu dem von der Winkelerfassungselnrichtung (53) erzeugten Winkelsignal, bevor ein Kolben in der Verbrennungskammer den oberen Totpunkt bei einem Kompressionshub des Dieselmotors (33) erreicht, aufweist.

15. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelerfassungseinrichtung (53) Mittel (11) zum Erzeugen des Winkelsignals, wenn die Kurbelwelle den vorbestimmten Winkel erreicht, bevor ein Kolben in der Verbrennungskammer den oberen Totpunkt bei einem Kompressionshub des Dieselmotors (33) erreicht, aufweist.