DE102008000513A1

DE102008000513A1 - Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung zum Kompensieren Individueller Schwankungen der Regeldruckkennlinie

Info

Publication number: DE102008000513A1
Application number: DE200810000513
Authority: DE
Inventors: Shinichi Kariya Sugiura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2008-10-09
Also published as: JP4525691B2; JP2008215201A

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung (100) arbeitet so, dass sie den Druck von Kraftstoff, der durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (20) einzusprühen ist, regelt. Die Vorrichtung (100) enthält eine Kraftstoffdurchflussstrecke, die aus einem Hochdruckdurchflussweg (16, 18) und einem Niederdruckdurchflussweg (28) besteht, eine Kraftstoffpumpe (14) und eine Druckregelungseinrichtung (30). Die Druckregelungseinrichtung (30) arbeitet so, dass sie den Betrieb der Kraftstoffpumpe (14) als Funktion eines Ausgangssignals eines PID-Algorithmus regelt, um den Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (20) einzusprühenden Kraftstoffs mit einem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen. Wenn der Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (20) einzusprühenden Kraftstoffs stabil ist, korrigiert die Druckregelungseinrichtung (30) einen Proportionalterm, einen Integralterm und einen Differenzialterm des PID-Algorithmus, beruhend auf der Tatsache, dass die in die Kraftstoffpumpe (14) gesaugte Kraftstoffmenge gleich der Summe der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (20) eingesprühten Kraftstoffmenge und der von dem Hochdruckdurchflussweg (16, 18) zum Niederdruckdurchflussweg (28) leckenden Kraftstoffmenge ist, um individuelle Schwankungen der Kraftstoffdruckregelkennlinie der Vorrichtung (100) zu beseitigen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Kraftstoffeinspritzregelungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, den Druck von Kraftstoff zu regeln, der von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in beispielsweise einen Zylinder, ein Ansaugrohr oder ein Auspuffrohr einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine einzusprühen ist, und insbesondere auf eine Kraftstoffeinspritzregelungsvorrichtung, die ihre eigene Regeldruckkennlinie lernt, um ihre Druckregelbarkeit zu verbessern.
2. Stand der Technik
Brennkraftmaschinen, die als Kraftquellen für Kraftfahrzeuge verwendet werden, zünden und verbrennen üblicherweise Kraftstoff, der unter Druck von einem Kraftstoffzufuhrsystem eingespeist wird, um die Kraft oder das Drehmoment zu erzeugen. Die Leistungsfähigkeit oder das Verhalten des Kraftstoffzufuhrsystems ist somit einer der Faktoren, die für das Leistungsabgabeverhalten der Maschine wesentlich sind. In den letzten Jahren sind in dieselgetriebenen Kraftfahrzeugen Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme eingebaut worden, die als das Kraftstoffzufuhrsystem arbeiten, um den Kraftstoff bei 1400 Atmosphären (1,4 × 10⁸ Pa) in einem Common-Rail zu speichern und diesen Hochdruckkraftstoff unter Druck in die Maschine einzuspeisen. Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem ist außerdem typischerweise mit einem Kraftstoffdrucksensor, einer Kraftstoffpumpe, einem Ansaugregelventil und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen ausgestattet. Der Kraftstoffdrucksensor arbeitet so, dass er den Kraftstoffdruck in dem Common-Rail misst. Die Kraftstoffpumpe saugt den Kraftstoff von einem Kraftstofftank an, setzt ihn unter Druck und fördert ihn zum Common-Rail. Das Ansaugregelventil arbeitet so, dass es die in die Kraftstoffpumpe eingesaugte Kraftstoffmenge regelt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen arbeiten so, dass sie den Kraftstoff, der vom Common-Rail zugeführt wird, in die Maschine einsprühen.
Die Regelung des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail ist wesentlich für das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem. Und zwar ist der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail ein Parameter, der geregelt werden muss, um den Druck des von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen eingesprühten Kraftstoffs zu erzeugen. So arbeitet zum Beispiel die in der JP 2005-147005 A offenbarte Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung so, dass sie in einem Rückführungsmodus, wie er von einer Proportional-Integral-Differenzial-Regelung (PID-Regelung) aufgebaut wird, einen gegenwärtigen Druck des Kraftstoffs in dem Common-Rail mit einem Zielwert in Übereinstimmung bringt. Und zwar arbeitet die Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung so, dass sie unter Verwendung eines experimentell hergeleiteten Regelungskennfelds einen Ansteuerungsstrom regelt, der abgegeben wird, um das Ansaugregelventil anzusteuern, um die von der Kraftstoffpumpe abgegebene Kraftstoffmenge in Übereinstimmung mit einem Zielwert zu bringen, wodurch der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail in Übereinstimmung mit dem Zielwert gebracht wird, damit die Stabilität des Drucks vom Kraftstoff gewährleistet wird, der von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einzusprühen ist.
Die obige Art von Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung hat jedoch Schwierigkeiten, die geforderte Genauigkeit bei der Regelung des Kraftstoffdrucks im Common-Rail, das heißt des Drucks des Kraftstoffs, der von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einzusprühen ist, zu gewährleisten. Dies führt beispielsweise in dem Fall, dass in Kraftfahrzeugen Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtungen eingebaut werden, die aus in Masse produzierten Teilen hergestellt wurden, bei den Kraftfahrzeugen üblicherweise zu individuellen Schwankungen der Leistungseigenschaften von Teilen wie der Kraftstoffpumpe, des Ansaugregelventils, einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) oder einer Speicherbatterie. So können insbesondere Kraftstoffeinspritzsysteme wie Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme, in denen der Kraftstoff auf hohen Druckniveaus in die Maschine eingespritzt wird, einem Leckagevolumen des Kraftstoffs unterliegen, das üblicherweise von den individuellen Schwankungen abhängt.
So sind typische Kraftstoffzufuhrsysteme für Brennkraftmaschinen wie die in der obigen Druckschrift insbesondere so gestaltet, dass sie den Kraftstoff über eine Kraftstoffpumpe unter Druck setzen und zu einem hermetisch geschlossenen Kraftstoffweg fördern, um den Kraftstoff den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zuzuführen. Die Kraftstoffpumpe und die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen sind zu einem hohen Grad hermetisch abgedichtet, doch unterliegen sie zwangsläufig der Kraftstoffleckage. Zum Beispiel unterliegen die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, wie später ausführlich beschrieben wird, abhängig von ihrer Bauart einer statischen und dynamischen Kraftstoffleckage, während der Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe zu ihrer Einlassseite leckt. Solche Arten an Kraftstoffleckage nehmen insbesondere in einem Kraftstoffzufuhrsystem, das den auf ein hohes Niveau unter Druck gesetzten Kraftstoff verwendet, zu, so dass die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzvorrichtungen einem großen, von der Kraftstoffleckage ausgehenden Einfluss ausgesetzt ist.
Die Kraftstoffleckage führt auch dann, wenn der Kraftstoff unter Druck gesetzt und einem Common-Rail zugeführt wird, zu einem Druckabfall des von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen eingesprühten Kraftstoffs. Dies schafft die Notwendigkeit für die Kraftstoffpumpe, den Kraftstoff so unter Druck zu setzen, dass sie einen solchen Druckabfall kompensiert, um den Kraftstoffdruck in dem Common-Rail exakt mit dem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen. Falls jedoch die Menge der Kraftstoffleckage unter den Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen unterschiedlich ist, ist es schwierig, sie für jedes der Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme im Voraus zu wissen. Die Erstellung eines Druckregelungskennfelds oder eines Druckregelungsalgorithmus, das/der zum Beispiel eine Beziehung zwischen dem Ansteuerungsstrom, der an das Ansaugregelventil auszugeben ist, und der Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffpumpe abzugeben ist, darstellt und für jedes einzelne der in Masse produzierten Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme geeignet ist, ist aber recht lästig und unpraktisch, nachdem die Systeme in die Kraftfahrzeuge eingebaut wurden. Wie in 13 dargestellt ist, führt zum Beispiel in Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen A, B und C, in denen der Kraftstoffdruck im Common-Rail, wie durch die durchgezogene Linie angegeben ist, in einem Rückführungsmodus auf einen Zielregeldruck L50 gebracht wird, eine Änderung des Zielregeldrucks L50 zu einem Unterschied beim Druckfolgevermögen, wie etwa der Regelungskonvergenz oder der Ansprechgeschwindigkeit auf eine solche Änderung zwischen den Systemen A, B und C. Wenn die Systeme A, B und C verschiedene Kraftstoffleckagemengen haben, wie durch die Strichellinien L51a, L51b und L51c dargestellt ist, kann dies insbesondere dazu führen, dass der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail über den Zielregeldruck L50 hinausschießt (siehe die Linie L51a) oder dass die Ansprechgeschwindigkeit auf die Änderung des Zielregeldrucks L50 ungewünscht absinkt (siehe die Linie L15c). Ein solcher Unterschied beim Druckregelverhalten kann zu einer Qualitätsabnahme beim Verbrennen von Kraftstoff in der Maschine, einer Erhöhung der Verbrennungsgeräusche oder einer Verschlechterung der Emissionssteuerung führen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die so gestaltet ist, dass sie zur Verbesserung der Konvergenz und der Ansprechgeschwindigkeit der Kraftstoffdruckregelung ihre Druckregelungskennlinie lernt, um eine Druckregelvariable zu korrigieren, um in einem Rückkopplungsmodus den Druck von Kraftstoff zu regeln, der von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühen ist.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung vorgesehen, die bei einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Kraftfahrzeugdieselmotoren verwendet werden kann. Die Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung umfasst: (a) eine Kraftstoffdurchflussstrecke, die aus einem Hochdruckdurchflussweg und einem Niederdruckdurchflussweg besteht; (b) einen Kraftstofffördermechanismus, der so arbeitet, dass er Kraftstoff ansaugt, unter Druck setzt und über den Hochdruckdurchflussweg der Kraftstoffdurchflussstrecke zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung fördert; und (c) eine Druckregelungseinrichtung, die so arbeitet, dass sie den Betrieb des Kraftstofffördermechanismus als Funktion eines Ausgangssignals eines Proportional-Integral-Differenzial-Algorithmus (PID-Algorithmus) regelt, um einen Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem Rückführungsmodus mit einem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen. Wenn einer vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird, die angibt, dass sich der Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem vorbestimmten stabilen Zustand befindet, korrigiert die Druckregelungseinrichtung einen Proportionalterm, einen Integralterm und einen Differenzialterm des PID-Algorithmus beruhend auf der Tatsache, dass eine Menge des Kraftstoffs, der in den Kraftstofffördermechanismus gesaugt wird und unter Druck zu setzen ist, gleich der Summe einer Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs und einer Menge des aus dem Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs ist.
Wenn sich der Druck des aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs im stabilen Zustand befindet, arbeitet seine Regelung in dem Rückführungsmodus so, dass die Menge des in den Kraftstofffördermechanismus eingesaugten Kraftstoffs mit der in der Kraftstoffdurchflussstrecke verbrauchten Kraftstoffmenge in Übereinstimmung gebracht wird, wodurch ein Druckabfall des unter Druck gesetzten Kraftstoffs kompensiert wird. Der Erfinder hat diese Situation analysiert und ist auf die Tatsache gestoßen, dass die Menge des Kraftstoffs, der in den Kraftstofffördermechanismus gesaugt wird und unter Druck zu setzen ist, gleich der Summe der Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs und der Menge des aus dem Hochdruckdurchflussweg in den Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs ist. Insbesondere dann, wenn der Druck des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoff zunimmt, kann die Druckregelungseinrichtung die gegenwärtige zum Niederdruckdurchflussweg leckende Kraftstoffmenge auffinden und das Ausgangssignal der PID-Regelung (d. h. den Proportional-, den Integral- und den Differenzialterm im PID-Algorithmus) korrigieren, um die gegenwärtige Menge des Leckagekraftstoffs zu kompensieren. Mit anderen Worten kann die Druckregelungseinrichtung eine gegenwärtiges Druckregelungskennlinie der Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung herleiten, um in dem Rückführungsmodus die Genauigkeit bei der Regelung des Drucks des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs zu gewährleisten.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeitet der Kraftstofffördermechanismus so, dass er den Kraftstoff vom Niederdruckdurchflussweg ansaugt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist mit dem Niederdruckdurchflussweg verbunden. Die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Niederdruckdurchflussweg abgeflossene Kraftstoffmenge (d. h. die dynamische Kraftstoffleckage, wie später ausführlich beschrieben wird) ist ein Teil der Menge des von dem Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs.
Die Druckregelungseinrichtung ermittelt eine Abweichung der Menge des vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs von einer vorgegebenen Bezugsleckagemenge des Kraftstoffs und korrigiert den Proportionalterm, den Integralterm und den Differenzialterm des PID-Algorithmus.
Wenn der vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird, ermittelt die Druckregelungseinrichtung ein Verhältnis des Werts des Integralterms zu der vorgegebenen Bezugsleckagemenge des Kraftstoffs und definiert das Verhältnis als die Abweichung. Und zwar hat der Erfinder festgestellt, dass es erforderlich ist, den Kraftstofffördermechanismus so zu regeln, dass er den Kraftstoff so zuführt, dass die Summe der Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs und der Menge des zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs kompensiert wird, um den Druck des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in den stabilen Zustand zu bringen. Eine solche Regelung des Kraftstofffördermechanismus wird in der PID-Regelung (d. h. dem Proportionalregelungsvorgang, dem Integralregelungsvorgang und dem Differenzialregelungsvorgang) erreicht. Der Erfinder hat experimentell herausgefunden, dass, wenn sich der Druck des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs, das heißt der Druck des Kraftstoffs, der von dem Kraftstofffördermechanismus abgegeben worden ist, in dem stabilen Zustand befindet, die PID-Regelung nur mit dem Integralvorgang bewerkstelligt wird und dass sich die Menge des zu dem Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs unter Verwendung des Werts des Integralterms in dem PID-Algorithmus ermittelt lässt. Dies erleichtert es, die Menge des Kraftstoffs, der in den Kraftstofffördermechanismus gesaugt wird und unter Druck zu setzen ist, zu ermitteln, indem der Wert des Integralterms ermittelt wird.
Die Druckregelungseinrichtung ermittelt die Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs beruhend auf einem Steuerungssignal, das den Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung steuert. Die Druckregelungseinrichtung legt den Wert des Integralterms als die von dem Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckende Kraftstoffmenge fest und korrigiert den Proportionalterm, den Integralterm und den Differenzialterm des PID-Algorithmus beruhend auf der Menge des von der Kraftstoffeinspritzmenge eingesprühten Kraftstoffs und der Menge des vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs.
Die Druckregelungseinrichtung arbeitet außerdem so, dass sie den Kraftstofffördermechanismus so regelt, dass er in einem zweiten Regelmodus, etwa einen offenen Regelmodus, eine Menge des Kraftstoffs kompensiert, der beim Einsprühen des Kraftstoffs aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verbraucht wird, wodurch der Druck des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in dem stabilen Zustand gehalten wird. Dies erlaubt es der Druckregelungseinrichtung daher, den Proportionalterm, den Integralterm und den Differenzialterm des PID-Algorithmus beruhend auf der Tatsache zu korrigieren, das die Menge des vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs zumindest während des zweiten Regelmodus gleich einem Wert des Integralterms ist.
Der Fördermechanismus ist mit einer Kraftstoffpumpe ausgestattet. Die Druckregelungseinrichtung arbeitet so, dass sie eine Menge des von der Kraftstoffpumpe abzugeben den Kraftstoffs als Funktion des Ausgangssignals des PID-Algorithmus regelt.
Der Kraftstofffördermechanismus ist außerdem mit einem Ansaugregelventil ausgestattet, das eine Menge des in die Kraftstoffpumpe einzusaugenden Kraftstoffs regelt. Die Druckregelungseinrichtung regelt den Betrieb des Ansaugregelventils als Funktion des Ausgangssignals des PID-Algorithmus, um die Menge des von der Kraftstoffpumpe abgegebenen Kraftstoffs zu regeln. Dies verbessert die Regelbarkeit des Drucks des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs.
Die Drucksteuereinrichtung kann so gestaltet sein, dass sie ein Kraftstoffförderregelungssignal als Funktion des Ausgangssignals des PID-Algorithmus erstellt, indem sie eine Bezugsbetriebskennlinie der Kraftstoffpumpe nachschlägt und das Regelungssignal zum Kraftstofffördermechanismus ausgibt, um die Menge des von der Kraftstoffpumpe abzugebenden Kraftstoffs zu regeln. Die Druckregelungseinrichtung lernt eine gegenwärtige Betriebskennlinie der Kraftstoffpumpe, um die Bezugspumpenbetriebskennlinie zu korrigieren, wodurch der Proportional-, der Integral- und der Differenzialterm aktualisiert werden können.
Die Druckregelungseinrichtung kann eine Abweichung einer gegenwärtigen Menge des in den Kraftstofffördermechanismus eingesaugten Kraftstoffs von einer Bezugsmenge des in den Kraftstofffördermechanismus eingesaugten Kraftstoffs lernen und beruhend auf der Abweichung einen Proportional-, einen Integral- und einen Differenzialverstärkungsfaktor des PID-Algorithmus korrigieren.
Die Druckregelungseinrichtung kann beruhend auf der Abweichung der gegenwärtigen Menge des in den Kraftstofffördermechanismus eingesaugten Kraftstoffs von der Bezugsmenge des in den Kraftstofffördermechanismus eingesaugten Kraftstoffs Korrekturfaktoren ermitteln, die zum Korrigieren des Proportional-, des Integral- und des Differenzialterms verwendet werden. Die Druckregelungseinrichtung speichert die Korrekturfaktoren in einem Speicher als Funktion eines Zeitpunkts, wann die Korrekturfaktoren ermittelt werden, und/oder einer vorgegebenen Kraftstoffzufuhrbedingung, wann die Korrekturfaktoren ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung vorgesehen, die so arbeitet, dass sie einen Druck von Kraftstoff, der durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühen ist, regelt. Die Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung umfasst: (a) eine Kraftstoffdurchflussstrecke, die aus einem Hochdruckdurchflussweg und einem Niederdruckdurchflussweg besteht; (b) einen Kraftstofffördermechanismus, der so arbeitet, dass er Kraftstoff ansaugt, unter Druck setzt und über den Hochdruckdurchflussweg der Kraftstoffdurchflussstrecke zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung fördert; und (c) eine Druckregelungseinrichtung, die so arbeitet, dass sie den Betrieb des Kraftstofffördermechanismus als Funktion eines Ausgangssignals eines Proportional-Integral-Differenzial-Algorithmus (PID-Algorithmus) regelt, um einen Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem Rückführungsmodus mit einem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen. Wenn einer vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird, die angibt, dass sich der Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem vorbestimmten stabilen Zustand befindet, berechnet die Druckregelungseinrichtung eine gegenwärtige Kraftstoffleckage, die eine Menge des gegenwärtig vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs ist, beruhend auf der Tatsache, dass eine Menge des Kraftstoffs, der in den Kraftstofffördermechanismus eingesaugt wird und unter Druck zu setzen ist, gleich der Summe einer Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs und einer Menge des von dem Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs ist.
Die Menge des Kraftstoffs, die in den Kraftstofffördermechanismus gesaugt wird und unter Druck zu setzen ist, kann insbesondere beruhend auf einer Druckänderung des vom Kraftstofffördermechanismus ausgegebenen Kraftstoffs ermittelt werden. Die Druckregelungseinrichtung kann die gegenwärtige Kraftstoffleckage daher beruhend auf einer Differenz zwischen der Menge des Kraftstoffs, der in den Kraftstofffördermechanismus gesaugt wird und unter Druck zu setzen ist, und der Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs oder beruhend auf einem Wert ermitteln, der durch Subtrahieren der Kraftstoffmenge, die zum Kompensieren der nach der Abgabe der vom Kraftstofffördermechanismus verbrauchten Kraftstoffmenge verwendet wurde, von dieser Differenz hergeleitet wurde.
Die Druckregelungseinrichtung korrigiert beruhend auf der gegenwärtigen Kraftstoffleckage einen Proportionalterm, einen Integralterm und einen Differenzialterm des PID-Algorithmus.
Die Druckregelungseinrichtung erhöht mit zunehmender gegenwärtiger Kraftstoffleckage jeweils einen Wert des Proportional-, Integral- und Differenzialterms.
Insbesondere dann, wenn die gegenwärtige Kraftstoffleckage zunimmt, besteht, um diese zu kompensieren, die Notwendigkeit, die Menge des vom Kraftstofffördermechanismus abzugebenden Kraftstoffs zu erhöhen. Dies führt auch zu einem Absinken der Ansprechgeschwindigkeit auf die Kompensierung. Um diesen Nachteil zu vermeiden, erhöht die Druckregelungseinrichtung vorzugsweise die Werte des Proportional-, des Integral- und des Differenzialterms. Beispielsweise kann die Druckregelungseinrichtung mit zunehmender gegenwärtiger Kraftstoffleckage jeweils den Wert des Proportional-, Integral- und Differenzialterms erhöhen, wenn die gegenwärtige Kraftstoffleckage größer als ein vorgegebener Bezugswert ist.
Die Druckregelungseinrichtung kann einen Wert der gegenwärtigen Kraftstoffleckage in einem Speicher als Funktion eines Zeitpunkts, wann die gegenwärtige Kraftstoffleckage ermittelt wird, und/oder einer vorgegebenen Kraftstoffzufuhrbedingung, wann die gegenwärtige Kraftstoffleckage ermittelt wird, speichern. Dies erleichtert es, einen Druckregelkennlinie zum Erhöhen der Genauigkeit beim Korrigieren des Ausgangssignals der PID-Regelung oder für die Verwendung bei der Diagnose der Vorrichtung (d. h. eines Kraftstoffzufuhrsystems) in Erfahrung zu bringen.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung vorgesehen, die so arbeitet, dass sie einen Druck von Kraftstoff, der durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühen ist, regelt, und Folgendes umfasst: (a) eine Kraftstoffdurchflussstrecke, die aus einem Hochdruckdurchflussweg und einem Niederdruckdurchflussweg besteht; (b) einen Kraftstofffördermechanismus, der so arbeitet, dass er Kraftstoff ansaugt, unter Druck setzt und durch den Hochdruckdurchflussweg der Kraftstoffdurchflussstrecke zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung fördert; und (c) eine Druckregelungseinrichtung, die so arbeitet, dass sie den Betrieb des Kraftstofffördermechanismus als Funktion eines Ausgangssignals eines Proportional-Integral-Differenzial-Algorithmus (PID-Algorithmus) regelt, um einen Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem Rückführungsmodus mit einem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen. Wenn einer vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird, die angibt, dass sich der Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem vorbestimmten stabilen Zustand befindet, berechnet die Druckregelungseinrichtung beruhend auf einem Integralterm des PID-Algorithmus eine gegenwärtige Kraftstoffleckage, die eine Menge des gegenwärtig vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt die Druckregelungseinrichtung fest, dass der vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird, wenn eine Änderung mindestens eines der Parameter, die den Druck des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs, einen Wert des Integralterms des PID-Algorithmus, eine Temperatur des unter Druck gesetzten Kraftstoffs und eine Betriebsbedingung des Kraftstofffördermechanismus zum unter Druck setzen und Fördern des Kraftstoffs darstellen, für eine vorgegebene Zeitdauer unter einem vorgegebenen Wert gehalten wird.
Wenn eine Abweichung eines Drucks des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs von einem Bezugswert für eine vorgegebene Zeitdauer unter einem vorgegebenen Wert gehalten wird, stellt die Druckregelungseinrichtung fest, dass der vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird.
Der Kraftstofffördermechanismus ist so gestaltet, dass er den Kraftstoff zu einem Common-Rail eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems fördert, in dem der Kraftstoff bei einem vorgegebenen Druckniveau gespeichert wird. Die Druckregelungseinrichtung arbeitet so, dass sie das vorgegebene Druckniveau regelt, bei dem der Kraftstoff durch den Kraftstofffördermechanismus in dem Common-Rail gespeichert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und anhand der beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, die jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung auf bestimmte Ausführungsbeispiele verstanden werden sollten, sondern lediglich der Erläuterung und dem Verständnis dienen.
Die Zeichnungen zeigen Folgendes:
1 ist eine schematische Ansicht, die eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung zeigt;
2 ist eine Schnittansicht, die einen Innenaufbau einer Kraftstoffpumpe zeigt, die in der Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung von 1 verwendet wird;
3 ist eine Längsschnittansicht, die einen Innenaufbau einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zeigt, die mit der Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung von 1 verwendet wird;
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Programms, das von einer ECU der Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung von 1 auszuführen ist, um einen Ansteuerungsstrom zum Betätigen einer Kraftstoffpumpe zu ermitteln;
5 ist eine Ansicht, die ein Kennfeld zeigt, das eine Beziehung zwischen einem Proportionalverstärkungsfaktor, der bei einer PID-Regelung verwendet wird, und einer Druckabweichung zwischen einem gegenwärtigen Kraftstoffdruck in einem Common-Rail und einem Zielkraftstoffdruck aufzeigt;
6 ist eine Ansicht, die ein Kennfeld zeigt, das eine Beziehung zwischen einem Ansteuerungsstrom, der an eine Kraftstoffpumpe auszugeben ist, und einer Zielkraftstoffmenge, die von der Kraftstoffpumpe abzugeben ist, aufzeigt;
7 ist ein Ablaufdiagramm eines Programms, das von einer ECU der Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung von 1 auszuführen ist, um eine Ansteuerungsstrom-Kraftstoffabgabemenge-Kennlinie einer Kraftstoffpumpe zu lernen;
8 ist ein Ablaufdiagramm eines Programms, das von einer ECU der Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung von 1 auszuführen ist, um festzustellen, ob sich der Druck des von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem stabilen Zustand befindet oder nicht;
9 ist ein Ablaufdiagramm eines Programms, das von einer ECU der Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung von 1 auszuführen ist, um eine gegenwärtige Gesamtmenge des in der Vorrichtung leckenden Kraftstoffs zu lernen und Korrekturfaktoren zur Verwendung in einem PID-Algorithmus zu ermitteln;
10 ist eine Ansicht, die ein Kennfeld zeigt, das eine Beziehung zwischen der Kraftstoffleckagemenge und einer Motordrehzahl aufzeigt;
11 ist eine Ansicht, die ein Kennfeld zeigt, das eine Beziehung zwischen einer Bezugskraftstoffleckage und einem Korrekturfaktor, der zum Korrigieren eines Verstärkungsfaktors in einem PID-Algorithmus verwendet wird, aufzeigt;
12 ist eine Abbildung, die eine Beziehung zwischen einer gegenwärtigen Gesamtkraftstoffleckage in der Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung von 1 und dem Wert eines Integralterms in einem PID-Algorithmus darstellt; und
13 ist eine Ansicht, die eine Kraftstoffdruckschwankung in Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen während einer Kraftstoffdruckregelung darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen, ist insbesondere in 1 eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung gezeigt, die beispielhaft in einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 (d. h. einem Hochdruckkraftstoffzufuhrsystem) eingebaut ist, das so arbeitet, dass es die Kraftstoffeinspritzung in Dieselmotoren für Kraftfahrzeuge regelt. Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 arbeitet wie das System, das bereits im einleitenden Teil dieser Anmeldung diskutiert wurde, also so, dass es den Kraftstoff (d. h. Leichtöl) mit hohen 1000 Atmosphären (1,0 × 10⁸ Pascal) oder mehr direkt in eine Brennkammer jedes Zylinders des Dieselmotors einspritzt und ein gegenwärtiges Druckniveau des Kraftstoffs in einem Rückführungsmodus wie einem PID-Regelmodus (Proportional-Integral-Differenzial-Regelungsmodus) regelt, um es mit einem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen.
Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 ist, wie in 1 dargestellt ist, für einen Kraftfahrzeug-Mehrzylinder-Viertakt-Dieselmotor ausgelegt. Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 arbeitet insbesondere so, dass es ein Ausgangssignal eines Zylinderidentifikationssensors (auch als Zylinderpositionssensor bezeichnet) überwacht, der aus einem auf einer Nockenwelle für (nicht gezeigte) Einlass- und Auslassventile des Motors montierten elektromagnetischen Aufnehmer besteht, um der Reihe nach einen von vier Zylindern #1, #2, #3 und #4 festzulegen, in dem der Kraftstoff anschließend einzuspritzen ist. Jeder Zylinder #1 bis #4 erfährt einen Krafterzeugungszyklus (d. h. einen Viertaktzyklus), der über 720° KW (Kurbelwinkel) ein Einlassen oder Ansaugen, eine Verdichtung, eine Verbrennung und ein Auslassen umfasst. Die Zylinder #1 bis #4 arbeiten in dem Krafterzeugungszyklus nacheinander in der Reihenfolge #1, #3, #4 und #2. Das Intervall im Krafterzeugungszyklus zwischen zwei der zeitlich benachbarten Zylinder #1 bis #4 beträgt 180° KW.
Das Common-Rail-Einspritzsystem enthält eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 30, die Ausgangssignale einer Vielzahl von Sensoren überwacht, um Stellglieder eines Kraftstoffzufuhrmechanismus zu regeln. Die ECU 30 arbeitet als eine Druckregelungseinrichtung, die, wie später ausführlich beschrieben wird, die Höhe eines elektrischen Stroms regelt, der einem Ansaugregelventil zugeführt wird, um die von einer Kraftstoffpumpe 14 abzugebende Kraftstoffmenge auf einen Zielwert einzustellen, wodurch der Kraftstoffdruck in einem Common-Rail 16 (d. h. ein momentaner Kraftstoffdruckwert, wie er von einem Kraftstoffdrucksensor 22 gemessen wird) in dem Rückführungsmodus unter Verwendung eines PID-Algorithmus in Übereinstimmung mit einem Zielwert gebracht wird, und die außerdem beruhend auf dem Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 16 die in jeden der Zylinder #1 bis #4 einzuspritzende Kraftstoffmenge (d. h. die Ausgangsleistung des Motors) regelt.
Der Kraftstoffzufuhrmechanismus umfasst einen Kraftstofftank 10, einen Kraftstofffilter 12, die Kraftstoffpumpe 14 und den Common-Rail 16. Die Kraftstoffpumpe 14 arbeitet so, dass sie den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10 herauspumpt und ihn zum Common-Rail 16 fördert. Der Common-Rail 16 arbeitet so, dass er den Kraftstoff bei einem geregelten hohen Druck speichert und ihn durch Hochdruckkraftstoffstrecken 18 mit gesteuerter Zeitgebung der Reihe nach Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 zuführt.
2 zeigt den Innenaufbau der Kraftstoffpumpe 14. Die Kraftstoffpumpe 14 arbeitet so, dass sie den Kraftstoff über eine Förderpumpe 40 aus dem Kraftstofftank 10 ansaugt und ihn über eine Hochdruckpumpe 50 unter Druck setzt. Die Kraftstoffmenge, die unter Druck in die Hochdruckpumpe 50 einzuspeisen ist, wird durch ein Ansaugregelventil (SCV) 60 eingestellt, das sich auf der Kraftstoffeinlassseite der Kraftstoffpumpe 14 (d. h. auf der stromaufwärtigen Seite der Hochdruckpumpe 50) befindet.
Die Förderpumpe 40 wird durch eine Trochoidpumpe realisiert, in der sich das durch einen Außenrotor und einen Innenrotor definierte Volumen mit der Drehung des Außen- und Innenrotors erhöht oder verringert, um den Kraftstoff anzusaugen oder abzugeben. Die Förderpumpe 40 arbeitet als eine Niederdruckpumpe und wird durch das Drehmoment einer Antriebswelle 41 angetrieben, um den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10 über einen Einlass 42 anzusaugen und zur Hochdruckpumpe 50 zu fördern. Die Antriebswelle 41 dreht sich, indem sie der Drehung der Kurbelwelle 24 des Dieselmotors folgt. Die Antriebswelle 41 dreht sich zum Beispiel mit einer Geschwindigkeit, die einem Eintel (1/1) oder der Hälfte (1/2) einer Umdrehung der Kurbelwelle 24 entspricht.
Der Kraftstoff, so wie er durch die Förderpumpe 40 angesaugt wird, wird durch einen Kraftstofffilter 42a zum Ansaugregelventil 60 gefördert. Der Druck, mit dem der Kraftstoff von der Förderpumpe 40 abgegeben wird (der unten auch als Ausgabedruck bezeichnet wird), wird durch ein Reglerventil 43 unterhalb eines vorgegebenen Niveaus gehalten. Das Reglerventil 43 ist so gestaltet, dass es für eine Fluidverbindung zwischen einem Einlass und einem Auslass der Förderpumpe 40 sorgt, wenn der Ausgabedruck der Förderpumpe das vorgegebene Niveau überschreitet. Die Temperatur des zu dem Ansaugregelventil 60 geförderten Kraftstoffs wird durch den Kraftstofftemperatursensor 43a gemessen.
Das Ansaugregelventil 60 ist mit einem normalerweise offenen Linearmagnetventil ausgestattet, das offen ist, wenn es in einen abgeschalteten Zustand versetzt wird, und das so arbeitet, dass es die Menge des in die Hochdruckpumpe 50 einzusaugenden Kraftstoffs regelt. Die ECU 30 regelt die Einschaltdauer, für die das Ansaugregelventil 60 einzuschalten ist, das heißt die Höhe des elektrischen Stroms, der dem Ansaugregelventil 60 zuzuführen ist, um die Kraftstoffmenge einzustellen, die durch den Kraftstoffweg 44 von der Förderpumpe 40 zur Hochdruckpumpe 50 zu saugen ist. Und zwar wird der Kraftstoff, so wie er von der Förderpumpe 40 ausgegeben wird, durch das Ansaugregelventil 60 auf eine erforderliche Menge (d. h. eine Zielmenge) eingestellt und dann durch ein Ansaugventil 53 in die Hochdruckpumpe 50 eingegeben.
Die Hochdruckpumpe 50 wird durch eine Kolbenpumpe realisiert, die so gestaltet ist, dass sie den von dem Ansaugregelventil 60 angeforderten Kraftstoff unter Druck setzt und ihn ausgibt. Die Hochdruckpumpe 50 enthält zwei Kolben 51 und zwei Druckkammern 52a. Jede der Druckkammern 52a wird durch eine Innenwand 52b eines Gehäuses 52 und das Kopfende eines entsprechenden Kolbens 51 definiert. Die Kolben 51 werden durch die Antriebswelle 41 hin und her bewegt, um das Volumen jeder Druckkammer 52a zu ändern.
Die Kolben 51 werden durch Federn 57 in konstante Berührung mit einer Ringnocke 56 gedrängt, die auf den Umfang einer exzentrischen Nocke 55 gepasst ist. Die Ringnocke 56 besteht insbesondere aus einem rechteckigen Parallelepipedkörper mit einem (nicht gezeigten) Mittelloch. Die exzentrische Nocke 55 besteht aus einem Zylinderkörper und ist exzentrisch auf die Antriebswelle 41 gepasst. Die Antriebswelle 41 ist in das Mittelloch der Ringnocke 56 eingeführt, so dass die Ringnocke 56 auf der exzentrischen Nocke 55 befestigt ist, um die Ringnocke 56 exzentrisch mit der Antriebswelle 41 zu verbinden. Wenn sich die Antriebswelle 41 dreht, führt dies dazu, dass sich die exzentrische Nocke 55 exzentrisch dreht, so dass sich die Ringnocke 56 der exzentrischen Drehung der exzentrischen Nocke 56 folgend dreht, wodurch sich die Kolben 51 in ihrer Axialrichtung aufeinander folgend zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt hin und her bewegen.
Bei der Hochdruckpumpe 50 befinden sich, wie oben beschrieben wurde, die Ansaugventile 53 an ihren Einlässen, um die Fluidverbindung zwischen den Druckkammern 52a und der Förderpumpe 40 zuzulassen oder zu versperren. Bei der Hochdruckpumpe 50 befinden sich außerdem an ihren Auslässen Abgabeventile 54, die die Fluidverbindung zwischen den Druckkammern 52a und dem Common-Rail 16 zulassen oder versperren. Wenn sich die Kolben 51 jeweils nach unten (d. h. in der Zeichnung nach innen) zum unteren Totpunkt bewegen, so dass der Druck in der Druckkammer 52a sinkt, führt dies insbesondere dazu, dass das Abgabeventil 54 geschlossen wird und das Ansaugventil 53 geöffnet wird. Dies führt dazu, dass der Kraftstoff von der Förderpumpe 40 durch das Ansaugregelventil 60 unter Druck in die Druckkammer 52a eingespeist wird. Wenn sich die Kolben 51 dagegen jeweils nach oben (d. h. in der Zeichnung nach außen) zum oberen Totpunkt bewegen, so dass der Druck in der Druckkammer 52a ansteigt, führt dies dazu, dass das Ansaugventil 53 geschlossen wird. Wenn der Druck in der Druckkammer 52a ein vorgegebenes Niveau erreicht, führt dies dazu, dass sich das Abgabeventil 54 öffnet, so dass der Kraftstoff, so wie er in der Druckkammer 52a unter Druck gesetzt wurde, zu dem Common-Rail 16 gefördert wird. Die Kraftstoffpumpe 14 erfährt üblicherweise während ihres Pumpvorgangs (d. h. des Kraftstoffverdichtungsvorgangs) eine Kraftstoffleckage. Eine kleine Kraftstoffmenge leckt insbesondere aus einem Zwischenraum zwischen jedem der Kolben 51 und der Innenwand 52b des Gehäuses 52, was unter Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen zu individuellen Schwankungen bei der Regelung des Drucks des in den Motor einzuspritzenden Kraftstoffs beiträgt.
Wie in 1 gezeigt ist, wird der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 10 von der Kraftstoffpumpe 14 durch den Kraftstofffilter 12 angesaugt und zum Common-Rail 16 gefördert.
Der Common-Rail 16 ist so gestaltet, dass er den Kraftstoff, so wie er von der Kraftstoffpumpe 14 angefordert wird, bei einem geregelten Hochdruck speichert, um den Kraftstoff über jeweils eine entsprechende Hochdruckkraftstoffstrecke 18 jeder der in den Zylindern #1 bis #4 des Motors eingebauten Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 zuzuführen. In dem Common-Rail 16 ist der Kraftstoffdrucksensor 22 eingebaut, der den Druck des in dem Common-Rail 16 gespeicherten Kraftstoffs (der unten auch als Common-Rail-Druck bezeichnet wird) misst und an die ECU 30 ein dafür stehendes Signal ausgibt, das eine Korrelation zu dem Druck des von jedem der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 einzusprühenden Kraftstoffs darstellt.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 sind so in dem Motor eingebaut, dass sie den Kraftstoff, so wie er vom Common-Rail 16 zugeführt wird, jeweils in die Brennkammern der Zylinder #1 bis #4 einspritzen. Jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 wird durch ein hydraulisch angetriebenes Kraftstoffeinspritzventil realisiert, das unter Verwendung des in dem Kraftstofftank 10 gespeicherten Kraftstoffs betätigt wird und in dem die Einspritzvorrichtungsantriebskraft durch eine hydraulische Druckkammer (auch als Befehlskammer bezeichnet) übertragen wird. 3 stellt den Innenaufbau jeder Kraftstoffeinspritzvorrichtung 20 dar.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 20 ist ein innen offenes Kraftstoffeinspritzventil, das im abgeschalteten Zustand geschlossen ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 20 besteht im Wesentlichen aus einem Elektromagnet 20a, einer Nadel 20b, einer Spiralfeder 20c, einem Hohlzylindergehäuse 20d und Sprühlöchern 20e und hat in sich eine Hydraulik kammer Cd ausgebildet, in die der Kraftstoff von dem Common-Rail 16 hereinströmt.
Der Elektromagnet 20a dient als Stellglied für ein Zwei-Wege-Magnetventil, das durch die ECU 30 eingeschaltet oder ausgeschaltet wird, um eine Fluidverbindung zwischen der Hydraulikdruckkammer Cd und dem Kraftstofftank 10 zuzulassen oder zu versperren, um den Kraftstoffdruck in der Druckkammer Cd (d. h. einen auf das Ende der Nadel 20b wirkenden Gegendruck) zu steuern, wodurch sich die Nadel 20b in dem Gehäuse 20d gegen den Druck der Feder 20c oder mit dessen Hilfe vertikal bewegt. Die Nadel 20b hat, wie in der Zeichnung zu sehen ist, einen Kopf 20f, der auf einem an einer inneren Endwand des Gehäuses 20d ausgebildeten Sitz platziert oder von diesem abgehoben wird, um die Sprühlöcher 20e zu schließen oder zu öffnen. Die auf die Nadel 20b wirkende Antriebskraft wird durch die ECU 30 in einem PBM-Steuerungsmodus (Pulsbreitenmodulationssteuerungsmodus) gesteuert. Und zwar gibt die ECU 30, wenn die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 20 betätigt werden muss, ein Impulssignal aus, um den Elektromagnet 20a einzuschalten, damit die Nadel 20b nach oben angehoben wird, um das Sprühloch 20b zu öffnen. Der Hubbetrag der Nadel 20b hängt von der Breite des in den Elektromagneten 20a eingegebenen Impulssignals (d. h. einer Einschaltzeit, während der Elektromagnet 20a eingeschaltet ist) ab. Der Hubbetrag der Nadel 20b nimmt insbesondere mit Zunahme der Einschaltzeit des Elektromagnets 20a zu, was zu einer Erhöhung der Einspritzrate führt, die die Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 20 pro Zeiteinheit eingesprühten Kraftstoffs darstellt. Der Druckanstieg in der Hydraulikkammer Cd wird durch Ausschalten des Elektromagneten 20a erreicht, um den vom Common-Rail 16 zugeführten Kraftstoff in die Hydraulikkammer Cd einzugeben. Umgekehrt wird der Druckabfall in der Hydraulikkammer Cd durch Einschalten des Elektromagneten 20a erreicht, um das Zwei-Wege-Magnetventil zu öffnen, damit der Kraftstoff von der Hydraulikkammer Cd über ein Entlastungsrohr 28 zum Kraftstofftank 10 abläuft. Bei dem Aufbau jeder Kraftstoffeinspritzvorrichtung 20 leckt der Kraftstoff üblicherweise von Kontaktbereichen zwischen der Nadel 20b und der Innenwand des Gehäuses 20d zum Kraftstofftank 10, wenn sich der Elektromagnet 20a im ausgeschalteten Zustand befindet (was unten auch als statische Kraftstoffleckage bezeichnet wird). Außerdem läuft der Kraftstoff, wie oben beschrieben wurde, von der Hydraulikkammer Cd zum Kraftstofftank 10 ab, wenn der Elektromagnet 20a eingeschaltet ist (was unten auch als dynamische Kraftstoffleckage bezeichnet wird). Diese beiden Arten an Kraftstoffleckage tragen unter den Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen zu individuellen Schwankungen bei der Regelung des Drucks des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 in den Motor einzuspritzenden Kraftstoffs bei.
Wie wiederum in 1 gezeigt ist, enthält das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 außerdem einen Kurbelwinkelsensor 24a und einen Gaspedalstellungssensor 26. Der Kurbelwinkelsensor 24a arbeitet so, dass er die Winkelposition der Kurbelwelle 24 des Dieselmotors misst und an die ECU 30 ein dafür stehendes Signal ausgibt. Der Kurbelwinkelsensor 24a ist zum Beispiel so gestaltet, dass er auf eine 30°-Drehung der Kurbelwelle 24 anspricht, um das Signal in einem Takt von 30° KW auszugeben. Die ECU 30 überwacht eine Abfolge von Ausgangssignalen von dem Kurbelwinkelsensor 24a, um die Winkelposition der Kurbelwelle 24 und die Motordrehzahl zu ermitteln. Der Gaspedalstellungssensor 26 arbeitet so, dass er die Wirkung des Fahrers auf ein Gaspedal des Motors oder dessen Stellung misst, die die Forderung des Fahrers darstellt, den Motor zu beschleunigen, und gibt an die ECU 30 ein dafür stehendes Signal aus.
Die ECU 30 dient als eine Kraftstoffeinspritzdruckregelungseinrichtung, um den Druck des von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 eingesprühten Kraftstoffs zu regeln, und als eine Motorsteuerungseinrichtung, um den Betrieb des Motors zu steuern. Die ECU 30 ist mit einem typischen Mikrocomputer ausgestattet, der den Betriebszustand des Motors und eine Forderung des Fahrers, vorgegebene Steuerungsaufgaben auszuführen, überwacht, um Stellglieder wie die Kraftstoffpumpe 14 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 zu betätigen, damit der Motor in geeignete Betriebsbedingungen versetzt wird. Der Mikrocomputer in der ECU 30 umfasst eine CPU, einen RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff), in dem Daten zu Operationen der ECU 30 und Ergebnisse der Operationen gespeichert werden, einen ROM (Festwertspeicher), in dem die Steuerungsaufgaben oder Programme gespeichert sind, einen EEPROM (elektrisch löschbarer und programmierbarer Festwertspeicher), in dem Daten gespeichert werden, einen Sicherungs-RAM, der stets mit Energie von einer Sicherungsenergiequelle wie einer in dem Fahrzeug eingebauten Speicherbatterie versorgt wird, A/D-Wandler, einen Taktgeber usw. und Ein-Ausgabe-Bausteine zum Herbeiführen einer Signalübertragung zwischen der ECU 30 und externen Vorrichtungen. Der ROM speichert Motorsteuerungsprogramme einschließlich Krafteinspritzdruckregelungsprogrammen und Steuerungs- bzw. Regelungskennfeldern. Der EEPROM speichert vorab Auslegungsdaten über den Motor und verschiedene Steuerungs- bzw. Regelungsdaten.
Unten wird nun der Betrieb des Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems 100 beschrieben.
Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 arbeitet so, dass es den Betrieb der Kraftstoffpumpe 15 regelt, um den Druck des von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 einzusprühenden Kraftstoffs zu regeln. Die ECU 30 führt insbesondere zu einem vorgegebenen Drehwinkelintervall der Kurbelwelle 24 oder einem vorgegebenen Zeitintervall ein Pumpenregelungsprogramm durch, wie es in 4 dargestellt ist. Die in diesem Programm verwendeten Parameter sind in dem RAM, dem EEPROM oder dem Sicherungs-RAM, die in der ECU 30 installiert sind, gespeichert oder werden bei Bedarf aktualisiert.
Nach Eintritt in das Programm fährt die Routine mit Schritt 101 fort, in dem das Ausgangssignal von dem Kurbelwinkelsensor 24a abgetastet wird, um die Drehzahl des Dieselmotors (die unten auch als Motordrehzahl NE bezeichnet wird) zu ermitteln, und in dem auch das Ausgangssignal von dem Gaspedalstellungssensor 26 abgetastet wird, um die Stellung des Gaspedals zu ermitteln.
Die Routine fährt mit Schritt 102 fort, in dem beruhend auf der Motordrehzahl NE und der Stellung des Gaspedals, wie sie im Schritt 101 hergeleitet wurden, ein Zielkraftstoffdruck in dem Common-Rail 16 (der unten auch als ein Common-Rail-Zieldruck PP bezeichnet wird) ermittelt wird, der im Wesentlichen dem Druck des Kraftstoffs entspricht, der von jeder der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 einzusprühen ist. Die ECU 30 ermittelt den Common-Rail-Zieldruck PP zum Beispiel durch Nachschlagen in einem Kennfeld, wie es in dem ROM gespeichert ist, das Beziehungen zwischen dem Wert des Common-Rail-Zieldrucks PP, der Motordrehzahl NE und der Stellung des Gaspedals aufzeigt, die experimentell hergeleitet wurden, oder alternativ unter Verwendung eines vorgegebenen mathematischen Algorithmus.
Die Routine fährt mit Schritt 103 fort, in dem das Ausgangssignal von dem Kraftstoffdrucksensor 22 abgetastet wird, um einen gegenwärtigen Wert des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail (der unten auch als Common-Rail-Druck NP bezeichnet wird) zu ermitteln. Die Routine fährt mit Schritt 104 fort, in dem eine Druckabweichung DP ermittelt wird, die eine Differenz zwischen dem Common-Rail-Zieldruck PP und dem Common-Rail-Druck NP (d. h. PP – NP) ist.
Die Routine fährt mit Schritt 105 fort, in dem durch Nachschlagen in einem Kennfeld, wie es in 5 dargestellt ist, beruhend auf der Druckabweichung DP und der Motordrehzahl NE, wie sie im Schritt 104 und 101 hergeleitet wurden, PID-Regelungsverstärkungsfaktoren, das heißt ein Proportionalverstärkungsfaktor GP0, ein Integralverstärkungsfaktor GI0 und ein Differenzialverstärkungsfaktor GD0, ermittelt werden, die in der PID-Regelung verwendet werden, die in diesem Programm den Betrieb der Kraftstoffpumpe 14 regelt.
Wird als Beispiel der Proportionalverstärkungsfaktor GP0 genommen, wählt die ECU 30, wie in 5 dargestellt ist, als Funktion der Druckabweichung DP einen der Verstärkungsfaktoren G11 bis G14 als den Proportionalverstärkungsfaktor GP0. Die Werte der Verstärkungsfaktoren G11 bis G14 sind insbesondere so festgelegt, dass sie, wie später ausführlich beschrieben wird, bei zunehmender Druckabweichung DP (d. h. Intensität des Kraftstoffdruckregelungsvorgangs) Druckregelvariablen (d. h. einen Proportional-, Integral- und Differenzialterm des PID-Algorithmus) erhöhen.
Die Verstärkungsfaktoren G11 bis G14 haben eine unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber der Druckabweichung DP (d. h. eine Linienneigung, die die Verstärkungsfaktoren G11 bis G14 darstellt). Wenn die Druckabweichung DP größer als ein Schwellwert TH1 ist, wählt die ECU 30 den Verstärkungsfaktor G12 als Proportionalverstärkungsfaktor GP0. Wenn die Druckabweichung DP kleiner als ein Schwellwert TH2 ist, wählt die ECU 30 den Verstärkungsfaktor G13 als den Proportionalverstärkungsfaktor GP0. Wenn sich die Druckabweichung DP zwischen den Schwellwerten TH1 und TH2 befindet (d. h. TH2 ≤ DP ≤ TH1), wählt die ECU 30 den Verstärkungsfaktor G14 als den Proportionalverstärkungsfaktor GP0. Wenn sich der Motor in einem Leerlaufbetriebsmodus befindet, wählt die ECU 30 den Verstärkungsfaktor G11, der die geringste Empfindlichkeit gegenüber der Druckabweichung DP hat, als Proportionalverstärkungsfaktor GP0. Die ECU 30 ermittelt den Integralverstärkungsfaktor GI0 und den Differenzialverstärkungsfaktor GD0 unter Verwendung von ähnlichen Kennfeldern wie das in 5 auf ähnliche Weise wie den Proportionalverstärkungsfaktor GP0. Das Kennfeld in 5 kann auch dreidimensional ausgestaltet sein, um den Proportionalverstärkungsfaktor GP0, den Integralverstärkungsfaktor GI0 und den Differenzialverstärkungsfaktor GD0 jeweils zusätzlich zur Druckabweichung DP als Funktion der Motordrehzahl NE auszuwählen.
Die Routine fährt mit Schritt 106 fort, in dem aus dem EEPROM in der ECU 30 Korrekturfaktoren K1 (d. h. KP1, K11 und KD1) ausgelesen werden, die in einem anderen Lernprogramm, wie es später ausführlich beschrieben wird, aktualisiert werden. Die Verstärkungsfaktoren GP0, GI0 und GD0 werden durch die Verstärkungsfaktoren KP1, KI1 und KD1 gemäß den Beziehungen GP = GP0 × KP1, GI = GI0 × KI1 und GD = GD0 × KD1 korrigiert.
Die Routine fährt mit Schritt 107 fort, in dem, wie unten diskutiert wird, beruhend auf den Verstärkungsfaktoren GP, GI und GD, die die im Schritt 106 korrigierten Verstärkungsfaktoren GP0, GI0 und GD0 sind, die Druckregelvariablen, das heißt der Proportional-, Integral- und Differenzialterm QP, QI und QD des PID-Algorithmus, ermittelt werden. Die Routine fährt mit Schritt 108 fort, in dem eine Gesamtdruckregelvariable QPID (d. h. ein Ausgangssignal der PID-Regelung), das heißt die Summe der Druckregelvariablen QP, QI und QD ermittelt wird.
Und zwar ist die Druckregelvariable QP, die der Proportionalterm (P) ist, gemäß einem bekannten PID-Regelungsalgorithmus durch QP = KP1 × DP gegeben. Die Druckregelvariable QI, die der Integralterm (I) ist, ist durch QI = KI1 × ∫(DP)dt gegeben. Die Druckregelvariable QD, die der Differenzialterm (D) ist, ist durch QD = KD1 × (der im gegenwärtigen Regelungsarbeitsablauf hergeleitete Wert von DP minus dem im vorherigen Regelungsarbeitsablauf hergeleiteten Wert von DP)/Δt gegeben. Die Gesamtdruckregelvariable QPID ist durch QPID = QP + QI + QD gegeben.
Die Routine fährt mit Schritt 109 fort, in dem als Funktion der Kraftstofftemperatur, wie sie durch den Kraftstofftemperatursensor 43a gemessen wird, und des Kraftstoffdrucks, wie er durch den Kraftstoffdrucksensor 22 gemessen wird, ein Volumenelastizitätsmodul K2 (auch Kompressionsmodul genannt) ermittelt wird. Und zwar ist das Volumenelastizitätsmodul K2 ein Modul, das die Beziehung ΔPFL = K2·ΔV/V erfüllt, die eine Fluiddruckänderung darstellt, wobei ΔPFL eine Druckänderung eines Fluids ist, die durch eine Volumenänderung von ihm bedingt ist, V das Volumen des Fluids ist und ΔV eine Volumenänderung des Fluids ist. Der Kehrwert von K2 ist die Kompressibilität. Der Volumenelastizitätsmodul K2 ist ein Parameter, der für die Pumpenregelung wesentlich ist. So ist für die Regelung der Kraftstoffpumpe 14 insbesondere der Volumenelastizitätsmodul von Kraftstoff auf der Hochdruckseite des Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems 100 wesentlich. Dabei ist zu beachten, dass der Volumenelastizitätsmodul von den Kraftstoffeigenschaften, der Kraftstofftemperatur und dem Kraftstoffdruck abhängt.
Die Routine fährt mit Schritt 110 fort, in dem beruhend auf dem Volumenelastizitätsmodul K2 eine Zielmenge PQ an Kraftstoff ermittelt wird, der von der Kraftstoffpumpe 14 abgegeben werden muss. Und zwar wird die Kraftstoffzielmenge PQ berechnet, indem die Gesamtdruckregelvariable QPID mit dem Verhältnis (K2/KV) des Volumenelastizitätsmoduls K2 und eines Volumens KV eines Hochdruckteils des Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems 100 multipliziert wird, durch das der Kraftstoff mit einem höheren Druck fließt (d. h. den Common-Rail 16, die Einspritzvorrichtungen 20 usw., die sich stromabwärts von der Hochdruckpumpe 50 befinden). Das Volumen KV ist eine Konstante, die beruhend auf den Auslegungsdaten des Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems vorausberechnet wird.
Die Routine fährt mit Schritt 111 fort, in dem ein Ansteuerungsstrom PI ermittelt wird, der zum Einschalten des Ansaugregelventils 60 benötigt wird, um die Kraftstoffzielmenge PQ von der Kraftstoffpumpe 14 abzugeben. Die ECU 30 ermittelt den Ansteuerungsstrom PI insbesondere als Funktion der Kraftstoffzielmenge PQ durch Nachschlagen der durchgehenden Linie Q0 in dem I-Q-Kennfeld von 6, das in dem ROM gespeichert ist und eine Beziehung zwischen der Kraftstoffzielmenge PQ und dem Ansteuerungsstrom PI aufzeigt, wie sie experimentell hergeleitet wurde. Der Ansteuerungsstrom PI kann alternativ mathematisch berechnet werden, ohne das I-Q-Kennfeld zu verwenden.
Die Routine fährt mit Schritt 112 fort, in dem der Ansteuerungsstrom PI ausgegeben wird, um das Ansaugregelventil 60 einzuschalten, damit von der Kraftstoffpumpe 14 die Zielmenge PQ abgegeben wird.
Wie oben beschrieben wurde, arbeitet die ECU 30 so, dass sie in einem Arbeitsablauf das Kraftstoffpumpenregelungsprogramm von 4 ausführt, um in dem Rückführungsmodus (d. h. den PID-Regelungsmodus) einen gegenwärtigen Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 16 (d. h. das Ausgangssignal von dem Kraftstoffdrucksensor 22) mit dem Common-Rail-Zieldruck PP in Übereinstimmung zu bringen. Mit zunehmender Druckabweichung DP ändert die ECU 30 die PID-Regelungsverstärkungsfaktoren (d. h. den Proportionalverstärkungsfaktor GP0, den Integralverstärkungsfaktor GI0 und den Differenzialverstärkungsfaktor GD0), um die Intensität des PID-Regelungsvorgangs zu erhöhen, wodurch die Konvergenz des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail 60 zum Common-Rail-Zieldruck PP verbessert wird.
Die ECU 30 führt außerdem eine Einspritzsteuerung durch, um den Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 20 so zu steuern, dass der in dem Common-Rail 16 gespeicherte Kraftstoff mit einem geregelten hohen Druck in die Zylinder #1 bis #4 des Motors eingespritzt wird. Diese Einspritzsteuerung wird auf bekannte Weise erreicht, weswegen an dieser Stelle auf eine ausführliche Erläuterung verzichtet wird.
In einem Kraftstoffeinspritzmodus zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Motor analysiert die ECU 30 ein Steuerungssignal, das ausgegeben wurde, um jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 zu betätigen oder zu öffnen, und berechnet die von den Einspritzvorrichtungen 20 eingesprühte oder verbrauchte Kraftstoffmenge und fördert den Kraftstoff zum Common-Rail 16, um diese verbrauchte Kraftstoffmenge zu kompensieren. Diese Kraftstoffkompensation wird erreicht, indem in einem offenen Regelmodus, der sich von dem Rückführungsmodus unterscheidet, der bereits unter Bezugnahme auf 4 diskutiert wurde, der Ansteuerungsstrom PI an das Ansaugregelventil 60 der Kraftstoffpumpe 14 ausgegeben wird.
Während der Druck des von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 eingesprühten Kraftstoffs unter der Regelung der Kraftstoffpumpe 14 stabil gehalten wird, arbeitet die ECU 30 außerdem so, dass sie beruhend auf der Tatsache, dass die Gesamtkraftstoffmenge, die von dem gesamten Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 (d. h. die Kraftstoffmenge, die in die Kraftstoffpumpe 14 gesaugt wird und unter Druck zu setzen ist) verbraucht wird, gleich der von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 eingesprühten Kraftstoffmenge plus der Kraftstoffmenge ist, die, ohne von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 20 eingesprüht zu werden, in dem Kraftstoffzufuhrmechanismus leckt (d. h. die Kraftstoffmenge, die von einem Hochdruckdurchflussweg (d. h. einer Kraftstoffdurchflussstrecke von der Kraftstoffpumpe 14 zu den Einspritzvorrichtungen 20) zu einem Niederdruckdurchflussweg (d. h. einer Kraftstoffdurchflussstrecke von der Einspritzvorrichtung 20 zum Einlass der Kraftstoffpumpe 14) leckt), die Korrekturfaktoren K1, die im Schritt 106 von 4 zu verwenden sind, als Funktion der Kraftstoffleckage in dem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 auswählt, die, wie oben beschrieben wurde, üblicherweise unter Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen zu individuellen Schwankungen bei der Regelung des Drucks des in den Motor einzuspritzenden Kraftstoffs beiträgt. Diese Kraftstoffeinspritzdruckregelung, das heißt die Korrektur der Druckregelvariablen (d. h. der in der PID-Regelung verwendeten Verstärkungs faktoren GP0, EI0 und GD0), die bei der Regelung der Kraftstoffpumpe 14 verwendet werden, wird unten unter Bezugnahme auf die 7 bis 12 beschrieben. In dem ROM der ECU 30 ist eine Abfolge von logischen Schritten oder Programmen gespeichert, die in jeder der 7 bis 9 dargestellt ist und zu einem vorgegebenen Zeitintervall ausgeführt wird. Die in den Programmen der 7 bis 9 verwendeten Parameter sind in dem RAM oder EIPROM gespeichert oder werden bei Bedarf aktualisiert.
Die Korrektur der bei der Regelung der Kraftstoffpumpe 14 verwendeten Druckregelvariablen wird im Wesentlichen durch die drei unten stehenden Schritte erreicht.

1) Es wird festgestellt, ob Lernbedingungen erfüllt worden sind oder nicht (7 und 8). Und zwar werden Feststellungen getroffen, ob eine Kennlinienkorrektur der Kraftstoffpumpe 14 beendet worden ist oder nicht und ob sich der Druck des in dem Motor einzuspritzenden Kraftstoffs in einem stabilen Zustand befindet oder nicht. Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, lässt die ECU 30 zu, dass die Ausgangskennlinien der Kraftstoffpumpe 14 gelernt werden.
2) Die Korrekturfaktoren K1 werden als Funktion der Kraftstoffleckage in dem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 gelernt, wenn festgestellt wird, dass die Lernbedingungen erfüllt worden sind (9).
3) Die PID-Regelungsverstärkungsfaktoren (d. h. der Proportionalverstärkungsfaktor GP0, der Integralverstärkungsfaktor GI0 und der Differenzialverstärkungsfaktor GD0) werden korrigiert. Dies ist bereits im Schritt 106 von 4 diskutiert worden.

Die 7 und 8 zeigen Programme, die von der ECU 30 auszuführen sind, um festzustellen, ob die Lernbedingungen erfüllt sind oder nicht.
Zunächst wird im Schritt 21 von 7 festgestellt, ob eine I-Q-Kennlinie, die das in 6 dargestellt I-Q-Kennfeld ist, das die Beziehung zwischen der Kraftstoffzielmenge PQ, die von der Kraftstoffpumpe 14 abzugeben ist, und dem Ansteuerungsstrom PI darstellt, der an die Kraftstoffpumpe 14 auszugeben ist, bereits gelernt worden ist oder nicht.
Falls im Schritt 21 die Antwort NEIN erhalten wird, was bedeutet, dass die I-Q-Kennlinie noch nicht gelernt worden ist, dann fährt die Routine mit Schritt 22 fort, in dem ein Lernabschlussflag auf "aus" gesetzt wird, was bedeutet, dass die I-Q-Kennlinie noch nicht gelernt worden ist. Die Routine fährt dann mit Schritt 23 fort, in dem damit begonnen wird, die I-Q-Kennlinie der Kraftstoffpumpe 14 zu lernen. Dieses Lernen erfolgt auf eine Weise, wie sie in 6 dargestellt ist. Die durchgezogene Linie Q0 in 6 stellt die experimentell hergeleitete Beziehung (d. h. die I-Q-Kennlinie) zwischen dem Ansteuerungsstrom PI für das Ansaugregelventil 60 und der Kraftstoffzielmenge PQ dar, die von der Kraftstoffpumpe 14 abzugeben ist. Die Strichellinien Q1 und Q2 stellen Beispiele dar, bei denen die I-Q-Kennlinie der Kraftstoffpumpe 14 jeweils parallel zur Abszissenachse um Fehler ΔP1 und ΔP2 verschoben ist.
Das Lernen der I-Q-Kennlinie der Kraftstoffpumpe 14 erfolgt, indem das Intervall zwischen der durchgezogenen Linie Q0 und der Strichellinie Q1 oder Q2, das heißt die Verschiebung beim Ansteuerungsstrom PI, berechnet wird und dieses als gelernter Wert gespeichert wird. Und zwar ändert die ECU 30 der Reihe nach den Ansteuerungsstrom PI, um in dem PID-Regelungsmodus, etwa dem in 4, eine gegenwärtig von der Kraftstoffpumpe 14 abgegebene Kraftstoffmenge, wie sie zum Beispiel beruhend auf dem Druck in dem Common-Rail 16 berechnet wird, mit der Zielmenge PQ in Übereinstimmung zu bringen, wie sie durch die durchgezogene Linie Q0 angegeben ist, sie berechnet eine Änderung des Ansteuerungsstroms PI, die erforderlich ist, bis die gegenwärtige Kraftstoffmenge die Zielmenge PQ erreicht, und sie definiert diese als den gelernten Wert. Eine solche Änderung kann als der gelernte Wert integriert werden. Für den Fall, dass der zum Ansaugregelventil 60 ausgegebene Ansteuerungsstrom IP beispielsweise einen Wert P1 oder P2 zeigt, wenn die von der Kraftstoffpumpe 14 abgegebene Kraftstoffmenge in dem Rückführungsmodus eine Zielmenge PQ0 erreicht, definiert die ECU 30 eine Abweichung ΔP1 oder ΔP2 als den gelernten Wert und speichert ihn in dem EEPROM oder dem Sicherungs-RAM. Der gelernte Wert wird so gelassen, wie er ist, wenn der Motor angehalten wird und die ECU 30 ausgeschaltet wird. Der gelernte Wert wird im Schritt 112 von 4 verwendet, in dem die durchgezogene Linie Q0 um die Abweichung ΔP1 oder ΔP2 verschoben wird, um den Ansteuerungsstrom PI zu ermitteln.
Wie wiederum in 7 gezeigt ist, fährt die Routine mit Schritt 24 fort, in dem das Lernabschlussflag auf "ein" gesetzt wird, wenn die I-Q-Kennlinie der Kraftstoffpumpe 14 im Schritt 23 auf die obige Weise gelernt worden ist und im Schritt 21 festgestellt worden ist, dass dieses Lernen beendet worden ist.
Wann immer erforderlich, kann das Lernen der I-Q-Kennlinie der Kraftstoffpumpe 14 eingeleitet werden, indem das Lernabschlussflag auf "aus" gesetzt wird. Es kann beispielsweise zu einem vorgegebenen Zeitintervall, bei jedem Start des Motors oder bei jedem Austausch der Kraftstoffpumpe 14 erfolgen, indem das Lernabschlussflag auf "aus" gesetzt wird.
Die ECU 30 führt auch das Programm von 8 aus, um festzustellen, ob sich der Druck des von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 einzusprühenden Kraftstoffs in einem stabilen Zustand befindet oder nicht.
Zunächst wird im Schritt 31 festgestellt, ob der Absolutwert einer Differenz zwischen dem Common-Rail-Zielkraftstoffdruck PP und dem gegenwärtigen Kraftstoffdruck NP in dem Common-Rail 16 (wird unten auch als gegenwärtiger Common-Rail-Kraftstoffdruck bezeichnet) kleiner als ein vorgegebener Bezugswert Rref1 ist oder nicht.
Wenn die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, dass |PP – NP| < Rref1 gilt, dann fährt die Routine mit Schritt 32 fort, in dem festgestellt wird, ob eine zeitliche Änderung des gegenwärtigen Common-Rail-Kraftstoffdrucks NP klein ist oder nicht, das heißt ob der Absolutwert des gegenwärtigen Common-Rail-Kraftstoffdrucks NP, wie er in dem gegenwärtigen Programmausführungsablauf hergeleitet wurde, und der, wie er von einem vorherigen Programmausführungsablauf hergeleitet wurde, kleiner als ein Bezugswert Rref2 ist oder nicht.
Wenn die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, dass |NP(n) – NP(n – 1)| < Rref2 gilt, wobei n die Anzahl ist, wie oft die Programme ausgeführt worden sind, dann fährt die Routine mit Schritt 33 fort, in dem festgestellt wird, ob eine zeitliche Änderung der Kraftstofftemperatur NT, wie sie durch den Kraftstofftemperatursensor 43a gemessen wird, klein ist oder nicht, das heißt ob der Absolutwert der Kraftstofftemperatur NP, wie er in dem gegenwärtigen Programmausführungsablauf gemessen wurde, und der, wie er einen Programmausführungsablauf vorher gemessen wurde, kleiner als ein Bezugswert Rref3 ist oder nicht.
Falls die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, dass |NT(n) – NT(n – 1)| < Rref3 gilt, dann fährt die Routine mit Schritt 34 fort, in dem festgestellt wird, ob eine zeitliche Änderung der Drehzahl NE des Motors, wie sie durch den Kurbelwinkelsensor 24a gemessen wird, klein ist oder nicht, das heißt ob der Absolutwert der Motordrehzahl NE, wie er in dem gegenwärtigen Programmausführungsablauf gemessen wurde, und der, wie er einen Programmausführungsablauf vorher gemessen wurde, kleiner als ein Bezugswert Rref4 ist oder nicht. Mit anderen Worten wird festgestellt, ob Betriebsbedingungen der Kraftstoffpumpe 14 im Wesentlichen unverändert bleiben oder nicht.
Falls die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, dass |NE(n) – NE(n – 1)| < Rref4 gilt, dann fährt die Routine mit Schritt 35 fort, in dem auf die gleiche Weise, wie in den Schritten 105 bis 107 von 4 beschrieben wurde, eine Druckregelvariable QI0 berechnet wird, die der Integralterm (I) in dem PID-Algorithmus ist.
Die Routine fährt mit Schritt 36 fort, in dem festgestellt wird, ob eine zeitliche Änderung der Druckregelvariable QI0 klein ist oder nicht, das heißt ob der Absolutwert der Druckregelvariable QI0, wie er in dem gegenwärtigen Programmausführungsablauf hergeleitet wurde, und der, wie er einen Programmausführungsablauf vorher hergeleitet wurde, kleiner als ein Bezugswert Rref5 ist oder nicht.
Falls die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, dass |QI0(n) – QI0(n – 1)) < Rref5 gilt, dann fährt die Routine mit Schritt 37 fort, in dem festgestellt wird, ob die fünf Bedingungen in den Schritten 31, 32, 33, 34 und 36 für eine vorgegebene Zeitdauer beibehalten werden oder nicht.
Falls im Schritt 37 die Antwort JA erhalten wird, dann fährt die Routine mit Schritt 381 fort, in dem ein Druckstabilitätsflag auf "ein" gesetzt wird, was bedeutet, dass sich der Druck des von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 eingesprühten Kraftstoffs im stabilen Zustand befindet. Die Routine endet dann.
Falls dagegen in einem der Schritte 31 bis 37 die Antwort NEIN erhalten wird, das heißt falls mindestens eine der Bedingungen in den Schritten 31, 32, 33, 34, 36 und 37 nicht erfüllt ist, dann fährt die Routine mit Schritt 382 fort, in dem das Druckstabilitätsflag auf "aus" gesetzt wird. Die Routine endet dann.
9 zeigt das Lernprogramm, um die Korrekturfaktoren K1 (d. h. KP1, KI1 und KD1) zu lernen. Dieses Programm wird von der ECU 30 ausgeführt, während die Lernbedingung, wie sie oben beschrieben wurde, erfüllt ist.
Nach Eintritt in das Programm fährt die Routine mit Schritt 41 fort, in dem festgestellt wird, ob das Lernabschlussflag "ein" ist oder nicht. Falls die Antwort JA erhalten wird, dann fährt die Routine mit Schritt 42 fort, in dem festgestellt wird, ob das Druckstabilitätsflag "ein" ist oder nicht. Falls die Antwort JA erhalten wird, dann fährt die Routine mit Schritt 43 fort. Falls in einem der Schritte 41 oder 42 die Antwort NEIN erhalten wird, dann wiederholt die Routine den Schritt 41 oder 42 zu einem vorgegebenen Zeitintervall.
Im Schritt 43 werden beruhend auf vorgegebenen Kraftstoffzufuhrbedingungen wie der Drehzahl des Motors (d. h. der Betriebsbedingung der Kraftstoffpumpe 14), der Kraftstofftemperatur und dem Kraftstoffdruck im Common-Rail 16 die Menge der statischen Kraftstoffleckage in den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20, die bereits oben beschrieben worden ist und unten als statische Kraftstoffleckage LK1 bezeichnet wird, und die Menge der dynamischen Kraftstoffleckage in den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20, die ebenfalls bereits oben beschrieben worden ist und unten als dynamische Kraftstoffleckage LK2 bezeichnet wird, ermittelt. Die Routine fährt mit Schritt 44 fort, in dem beruhend auf mindestens einer vorgegebenen Kraftstoffzufuhrbedingung wie der Drehzahl des Motors, der Kraftstofftemperatur und dem Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 16 die Kraftstoffleckage in der Kraftstoffpumpe 14 ermittelt wird, die die Kraftstoffmenge ist, die angesaugt worden ist, aber in den Einlass der Kraftstoffpumpe 14 (d. h. den Kraftstofftank 10 geleckt ist, ohne unter Druck gesetzt zu werden, und die unten als Kraftstoffleckage LK3 bezeichnet wird. Die ECU 30 kann in dem ROM für die Verwendung bei der Ermittlung der Kraftstoffleckagen LK1, LK2, LK3 beispielsweise experimentell hergeleitete Kennfelder, wie zum Beispiel das in 10 dargestellte Kennfeld, speichern. Jedes dieser Kennfelder zeigt eine Beziehung zwischen einer der Kraftstoffleckagen LK1, LK2 und LK3 und der Motordrehzahl NE, der Kraftstofftemperatur und/oder dem Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 16 auf. Die Kennfelder können wahlweise auch mehrdimensional für jeweils die Kraftstoffleckagen K1, K2 und K3 aufgebaut sein, von denen jedes genau eine der Kraftstoffleckagen K1, K2 und K3 als Funktion einer Kombination der Motordrehzahl NE, der Kraftstofftemperatur und des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail 16 darstellt.
Die Routine fährt mit Schritt 45 fort, in dem eine Abweichung LKD1 einer gegenwärtigen Gesamtkraftstoffleckage in dem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 (d. h. eine Gesamtmenge an Kraftstoff, der in den Niederdruckdurchflussweg bzw. den Kraftstofftank 10 zurückkehrt, ohne verbraucht zu werden) von der Bezugskraftstoffleckage L11 in dem Kennfeld von 10, die die Summe der Kraftstoffleckagen LK1, LK2 und LK3 ist, ermittelt wird. Die Abweichung LKD1 stellt eine Differenz der gegenwärtigen Gesamtkraftstoffleckage zwischen dem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 und einem typischen oder entworfenen Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem (d. h. individuelle Schwankungen der Gesamtkraftstoffleckage in dem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100) dar.
Die gegenwärtige Gesamtkraftstoffleckage entspricht dem, was in 10 mit P11 angegeben ist und beruhend auf der Druckregelvariable QI0 berechnet wird, die der Integralterm (I) in dem PID-Algorithmus ist, der im Schritt 35 von 8 hergeleitet wurde. Wenn der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 16 stabil gehalten wird, das heißt wenn das Druckstabilitätsflag "ein" ist, und die ECU 30 so arbeitet, dass sie in dem Rückführungsmodus, wie er in dem Programm von 4 spezifiziert ist, die von der Kraftstoffpumpe 14 abzugebende Kraftstoffmenge regelt, um den gegenwärtigen Common-Rail-Kraftstoffdruck NP mit dem Common-Rail-Zielkraftstoffdruck PP in Übereinstimmung zu bringen, kompensiert dies insbesondere eine verbrauchte Menge Kraftstoff, die einer Änderung oder einem Absinken des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail 16 entspricht, der durch den Kraftstoffdrucksensor 22 gemessen wird. Wenn der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 16 stabil gehalten wird, ist daher die Kraftstoffmenge, die in dem gesamten Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 verbraucht wird, gleich der Summe der von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 eingesprühten Kraftstoffmenge und der Kraftstoffmenge, die aus dem Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg des Kraftstoffzufuhrkreises, der sich vom Kraftstofftank 10 zur Kraftstoffpumpe 14, zum Common-Rail 16, zu den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen und zurück zum Kraftstofftank 10 erstreckt, leckt oder zurückkehrt. Abgesehen von der Kraftstoffdruckregelung in 4 arbeitet die ECU 30, wie oben beschrieben wurde, auch in dem offenen Regelmodus, um die Kraftstoffmenge zu berechnen, die von den Einspritzvorrichtungen 20 verbraucht worden ist, und den Kraftstoff zum Common-Rail 16 zu fördern, um diese verbrauchte Kraftstoffmenge zu kompensieren. Wenn sich der Kraftstoffdruck im stabilen Zustand befindet, wird die Kraftstoffdruckregelung (d. h. die PID-Regelung im Wesentlichen nur durch den Integralregelungsvorgang erreicht. Die gegenwärtige Gesamtkraftstoffleckage kann demnach genau unter Ausnutzung der Tatsache berechnet werden, dass die gegenwärtige Gesamtkraftstoffleckage gleich der Druckregelvariable QI0 ist. Die ECU 30 speichert in dem EEPROM oder dem Sicherungs-RAM ein Kennfeld, das Werte der gegenwärtigen Gesamtkraftstoffleckage als Funktion des Zeitpunkts, wann die gegenwärtige Gesamtkraftstoffleckage ermittelt wird, und Kraftstoffzufuhrbedingungen wie Betriebsbedingungen der Kraftstoffpumpe 14, dem Kraftstoffdruck und der Kraftstofftemperatur aufzeigt. Diese Daten werden gespeichert, ohne automatisch gelöscht zu werden, wenn die ECU 30 ausgeschaltet wird, so dass die letzten Daten in den nachfolgenden Schritten analysiert werden können.
Im Schritt 45 ist die Abweichung LKD1 der gegenwärtigen Gesamtkraftstoffleckage in dem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 von der Bezugskraftstoffleckage L11 durch das Verhältnis der Druckregelvariable QI0 zur Summe der Kraftstoffleckagen LK1, LK2 und LK3 (d. h. LKD1 = QI0/(LK1 + LK2 + LK3) definiert.
Die Routine fährt mit Schritt 46 fort, in dem festgestellt wird, ob der Absolutwert einer Differenz zwischen dem Wert der Abweichung LKD1, der in diesem Programmausführungsablauf ermittelt wurde, und dem, der einen Programmablauf vorher ermittelt wurde und der unten als Abweichung LKD0 bezeichnet wird, größer als ein vorgegebener Bezugswert Rref ist oder nicht. Mit anderen Worten wird festgestellt, ob eine Änderung der Kraftstoffleckagemenge in dem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 pro Zeiteinheit größer als der vorgegebene Bezugswert Rref ist oder nicht. Dabei ist zu beachten, dass die Abweichung LKD0 auf einen vorgegebenen Bemessungswert gesetzt wird, wenn dieser Programmausführungsablauf der erste Ablauf ist. Die Feststellung im Schritt 46 kann wahlweise auch unter Verwendung des Verhältnisses von LKD1 zu LKD0 erfolgen.
Wenn dieser Programmausführungsablauf der erste Ablauf ist oder eine lange Zeit verstrichen ist, seitdem das Programm das letzte Mal ausgeführt wurde, kann festgestellt werden, dass die Änderung der Kraftstoffleckagemenge größer als der Bezugswert Rref ist. In diesem Fall fährt die Routine mit Schritt 47 fort. Wenn dagegen festgestellt wird, dass die Änderung der Kraftstoffleckagemenge kleiner als der Bezugswert Rref ist, lässt sich daraus schließen, dass die Korrekturfaktoren K1 nicht korrigiert werden müssen. Die Routine endet dann.
Im Schritt 47 wird ein Parameter, der zum Ermitteln der Korrekturfaktoren K1, das heißt des Werts der Abweichung LKD0, verwendet wird, auf den Wert der Abweichung LKD1 aktualisiert, wie er in diesem Programmausführungsablauf im Schritt 45 ermittelt wurde, und in dem EEPROM gespeichert.
Die Routine fährt dann mit Schritt 48 fort, in dem die Korrekturfaktoren K1 (d. h. KP1, KI1 und KD1) beruhend auf der Abweichung LKD0 ermittelt werden, damit sie zu der Kraftstoffmenge passen, die gegenwärtig vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckt. Jeder der Korrekturfaktoren K1 wird beispielsweise durch Nachschlagen in einem Kennfeld, wie es in 11 dargestellt ist, ermittelt, das den Wert des Korrekturfaktors K1 als Funktion der Abweichung LKD0 aufzeigt. Das Kennfeld wird experimentell hergeleitet und in dem ROM der ECU 30 gespeichert. Das Kennfeld wird für jeden der Korrekturfaktoren KP1, KI1 und KD1 erstellt. 11 zeigt als ein Beispiel das Kennfeld für einen der Korrekturfaktoren KP1, KI1 und KD1. Die Werte der Korrekturfaktoren K1 können wahlweise auch mathematisch ermittelt werden.
Das Kennfeld in 11 zeigt, dass mit zunehmender Abweichung LKD0, das heißt mit zunehmender gegenwärtiger Gesamtkraftstoffleckage, der Wert jedes der Korrekturfaktoren K1 auf einen größeren Wert eingestellt wird. Wenn die gegenwärtige Gesamtkraftstoffleckage L22a, wie in 12 dargestellt ist, beispielsweise über die Bezugskraftstoffleckage L21 steigt, so dass es zu einer Zeitverzögerung ΔT (d. h. einem Absinken der Ansprechgeschwindigkeit der Kraftstoffdruckregelung) beim Konvergieren der gegenwärtigen Gesamtkraftstoffleckage L22a kommt, wird der Wert des Korrekturfaktors K1 so gewählt, dass er größer ist, als wenn die gegenwärtige Gesamtkraftstoffleckage gleich der Bezugskraftstoffleckage (d. h. LKD0 = 1) ist. Daher werden die Korrekturfaktoren K1 im Schritt 106 von 4 auf die größeren Werte aktualisiert, die durch die durchgezogene Linie L22 in 12 angegeben sind, wodurch die Zeitverzögerung ΔT kompensiert wird. 12 stellt zur Verkürzung der Darstellung lediglich als ein Beispiel die Druckregelvariable QI dar, die der Integralterm (I) ist. Auf diese Weise dient die Kraftstoffeinspritzdruckregelung, wie sie in 4 diskutiert wurde, unter Verwendung des Kennfelds von 11 dazu, eine hohe Ansprechgeschwindigkeit auf eine Änderung des Common-Rail-Zielkraftstoffdrucks PP zu gewährleisten.
Außerdem werden in Schritt 48 die Korrekturfaktoren K1, die auf die obige Weise ermittelt wurden, in dem EEPROM oder dem Sicherungs-RAM der ECU 30 gespeichert, um in Schritt 106 von 4 verwendet zu werden. Die ECU 30 speichert die Korrekturfaktoren K1 insbesondere als Funktion von zum Beispiel dem Zeitpunkt, wann die Korrekturfaktoren K1 ermittelt werden, und von Kraftstoffzufuhrbedingungen wie den Betriebsbedingungen der Kraftstoffpumpe 14, dem Kraftstoffdruck und/oder der Kraftstofftemperatur. Diese Daten werden gespeichert, ohne automatisch gelöscht zu werden, wenn die ECU 30 ausgeschaltet wird, so dass im Schritt 106 die letzten Daten analysiert werden können. Nach Schritt 48 endet die Routine.
Wie aus der obigen Diskussion hervorgeht, führt die ECU 30 das Lernprogramm von 9 durch, um die Abweichung LKD0 zu überwachen, die eine Verschiebung der gegenwärtigen Gesamtkraftstoffleckage in dem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 von der Bezugskraftstoffleckage (d. h. der Kraftstoffleckagemenge, wie sie beim Entwurf des Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems 100 ermittelt wurde) ist, die üblicherweise durch individuelle Schwankungen unter den Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen oder das Altern des Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems 100 bedingt ist, und um die Korrekturfaktoren K1 zu lernen oder zu aktualisieren. Die ECU 30 korrigiert dann die in der PID-Regelung verwendeten Verstärkungsfaktoren, um durch das Programm von 4 unter Verwendung der Korrekturfaktoren K1 die von der Kraftstoffpumpe 14 abzugebende Kraftstoffmenge zu regeln. Mit anderen Worten passt die ECU 30 die Werte der in der Rückführungsregelung verwendeten Verstärkungsfaktoren an die gegenwärtig aus der Hochdruckseite des Kraftstoffzufuhrmechanismus leckende Kraftstoffmenge an, wodurch die Konvergenz des Kraftstoffdrucks im Common-Rail 16 auf den Zielwert verbessert wird und die Genauigkeit beim Einspritzen des Kraftstoffs durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 in den Motor gewährleistet wird.
Die Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung (d. h. das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100) ist, wie aus der obigen Diskussion hervorgeht, so gestaltet, dass sie den Druck von Kraftstoff regelt, der von jeder der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 einzusprühen ist. Der Kraftstoff wird den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 über eine Kraftstoffdurchflussstrecke zugeführt, die aus dem Hochdruckdurchflussweg, der sich von der Kraftstoffpumpe 14 zu den Einspritzvorrichtungen 20 erstreckt, und den Niederdruckdurchflussweg besteht, der sich von der Einspritzvorrichtung 20 über den Kraftstofftank 10 zum Einlass der Kraftstoffpumpe 14 erstreckt. Die Kraftstoffpumpe 14 arbeitet als ein Kraftstofffördermechanismus, der den Kraftstoff ansaugt, unter Druck setzt und über den Hochdruckdurchflussweg zu den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 fördert. Die ECU 30 arbeitet als eine Druckregelungseinrichtung, die den Betrieb der Kraftstoffpumpe 14 als Funktion eines Ausgangssignals des PID-Algorithmus (d. h. der Gesamtdruckregelvariable QPID, wie sie in Schritt 108 von 4 hergeleitet wurde) regelt, um den Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 einzusprühenden Kraftstoffs in dem Rückführungsmodus mit einem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen. Wenn einer vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird, die angibt, dass sich der Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem vorbestimmten stabilen Zustand befindet (d. h. die Bedingungen in den Schritten 31 bis 34 und 36 in 8 sind alle erfüllt), korrigiert die ECU 30 den Proportional, Integral- und Differenzialterm QP, QI und QD beruhend auf der Tatsache, dass die Menge des Kraftstoffs, der in die Kraftstoffpumpe 14 eingesaugt wird und unter Druck zu setzen ist, gleich der Summe des von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 eingesprühten Kraftstoffs und der Menge des vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs ist. Wenn sich die Menge des gegenwärtig zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs von einem Bezugswert unterscheidet, kann die ECU 30 folglich das Ausgangssignal der PID-Regelung so erstellen, dass diese Differenz kompensiert wird, wodurch die Konvergenz und die Ansprechgeschwindigkeit der Kraftstoffdruckregelung verbessert werden.
Die Erfindung wurde zwar anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen offenbart, um ihr Verständnis zu erleichtern, doch sollte verstanden werden, dass die Erfindung auf verschiedene andere Weise ausgeführt werden kann, ohne vom Erfindungsprinzip abzuweichen. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie sämtliche mögliche Ausführungsbeispiele und Abwandlungen der gezeigten Ausführungsbeispiele einschließt, in die sie ausgeführt werden kann, ohne von dem in dem beigefügten Ansprüchen dargelegten Erfindungsprinzip abzuweichen. Zum Beispiel kann die Erfindung mit einem Speicherkraftstoffeinspritzsystem für diese Motoren oder für benzingetriebene Kraftfahrzeugmotoren wie Direkteinspritzer verwendet werden.
Die ECU 30 erhöht mit zunehmender gegenwärtiger Gesamtkraftstoffleckage in dem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 die Korrekturfaktoren K1 (siehe 11), doch kann sie auch so gestaltet sein, dass die den Proportional , den Integral- und den Differenzialverstärkungsfaktor GP0, GI0 und GD0 nur dann mit einem Anstieg der gegenwärtigen Gesamtkraftstoffleckage erhöht, wenn die gegenwärtige Gesamtkraftstoffleckage größer als eine Bezugskraftstoffleckage (LKD0 = 1 in 11) ist. Und zwar kann die ECU 30, wenn die Kraftstoffleckageabweichung LKD0 kleiner als oder gleich eins ist, die Korrekturfaktoren K1 auf eins festsetzen, wodurch die Verstärkungsfaktoren GP0, GI0 und GD0 nur dann ermittelt werden, wenn das Absinken der Ansprechgeschwindigkeit auf eine Änderung des Kraftstoffdrucks im Common-Rail 16 groß ist.
Die ECU 30 muss die Regelung des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail 16 nicht in dem offenen Regelmodus durchführen. In diesem Fall können die gegenwärtige Gesamtkraftstoffleckage und die Verstärkungsfaktoren GP0, GI0 und GD0 beruhend auf der Tatsache ermittelt werden, dass die Gesamtkraftstoffmenge, die von dem gesamten Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 verbraucht wird (d. h. die Menge des Kraftstoffs, die in die Kraftstoffpumpe 14 gesaugt wird und unter Druck zu setzen ist), gleich der Summe der von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 eingesprühten Kraftstoffmenge und der Kraftstoffmenge ist, die, ohne von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 eingesprüht zu werden, in dem Kraftstoffzufuhrmechanismus leckt (d. h. die Menge des Kraftstoffs, die vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckt), indem die von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 eingesprühte Kraftstoffmenge unter Verwendung von Ausgangssignalen des Kraftstoffdrucksensors 22 oder eines Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeitssensors oder des Steuerungssignals, das ausgegeben wird, um jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 zu betätigen oder zu öffnen, berechnet wird oder indem die verbrauchte Kraftstoffmenge unter Verwendung des Integralterms QI0 des PID-Algorithmus berechnet wird. Die Kraftstoffmenge, die dem Common-Rail 16 zuzuführen ist, kann ermittelt werden, indem die Durchflussgeschwindigkeit des von der Kraftstoffpumpe 14 abgegebenen Kraftstoffs überwacht wird. Die Kraftstoffmenge, die verbraucht wird, kann insbesondere ermittelt werden, indem ein Ausgangssignal eines Durchflussgeschwindigkeitssensors verwendet wird, der im Einlass der Kraftstoffpumpe 14 eingebaut ist.
Die gegenwärtige Gesamtkraftstoffleckage oder die Verstärkungsfaktoren GP0, GI0 und GD0 müssen in der ECU 30 nicht als Funktion der Kraftstoffzufuhrbedingung gespeichert werden. Beispielsweise können sie in der ECU 30 unabhängig von der Kraftstoffzufuhrbedingung gespeichert werden. Die ECU 30 kann die gegenwärtige Gesamtkraftstoffleckage oder die Verstärkungsfaktoren GP0, GI0 und GD0, wie sie in dem vorherigen Programmausführungsablauf ermittelt wurden, löschen und die letzten Daten darüber speichern.
Die ECU 30 kann die gegenwärtige Gesamtkraftstoffleckage oder die Verstärkungsfaktoren GP0, GI0 und GD0, wie sie in dem Programm von 9 hergeleitet wurden, nur für eine Datenanalyse oder eine Diagnose des Kraftstoffzufuhrsystems speichern.
Anstelle der Korrekturfaktoren K1 für die Verstärkungsfaktoren GP0, GI0 und GD0 kann die ECU 30 Korrekturfaktoren für den Proportional-, den Integral- und den Differenzialterm QP, QI und QD berechnen.
Anstelle der Ermittlung der Korrekturfaktoren K1 kann die ECU 30 direkt Werte der Verstärkungsfaktoren GP0, GI0 und GD0 oder Werte des Proportional-, des Integral- und des Differenzialterms QP, QI und QD berechnen, die zu der gegenwärtigen Gesamtkraftstoffleckage passen.
Die ECU 30 kann so gestaltet sein, dass sie als von dem PID-Algorithmus geregeltes Ziel anstelle des Ansteuerungsstroms PI für das Ansaugregelventil 60 den Kraftstoffdruck im Common-Rail 16 oder einen anderen Parameter wie den Grad, mit dem die Kraftstoffpumpe 14 anzutreiben ist, oder eine Öffnungsstellung eines in dem Common-Rail 16 eingebauten Druckminderungsventils ermittelt.
Anstatt in dem Programm von 8 festzustellen, ob sich der Druck des von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 einzusprühenden Kraftstoffs im stabilen Zustand befindet oder nicht, kann die ECU 30 auch einen anderen Parameter verwenden, der die Stabilität des Kraftstoffdrucks im Common-Rail 16 darstellt. Anstelle des Dieselmotors kann die Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung auch bei auf Funkenzündung basierenden Benzinmotoren oder bei Wankelmotoren verwendet werden. Die Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung kann so gestaltet sein, dass sie den Druck des in eine Einlassöffnung des Motors eingespritzten Kraftstoffs regelt, oder sie kann bei einem mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) ausgestatten Nachbehandlungssystem verwendet werden, um den Kraftstoff durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung in ein Auspuffrohr der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine einzusprühen, um durch das Auspuffrohr strömendes Abgas zu reinigen.
Die Steuerung des Kraftstoffdrucks in dem Common-Rail 16 (d. h. der Druck des von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 20 einzusprühenden Kraftstoffs) kann durch Hardware anstelle der Software realisiert werden.
Eine Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung arbeitet so, dass sie den Druck von Kraftstoff, der durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühen ist, regelt.
Die Vorrichtung enthält eine Kraftstoffdurchflussstrecke, die aus einem Hochdruckdurchflussweg und einem Niederdruckdurchflussweg besteht, eine Kraftstoffpumpe und eine Druckregelungseinrichtung. Die Druckregelungseinrichtung arbeitet so, dass sie den Betrieb der Kraftstoffpumpe als Funktion eines Ausgangssignals eines PID-Algorithmus regelt, um den Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs mit einem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen. Wenn der Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs stabil ist, korrigiert die Druckregelungseinrichtung einen Proportionalterm, einen Integralterm und einen Differenzialterm des PID-Algorithmus beruhend auf der Tatsache, dass die in die Kraftstoffpumpe gesaugte Kraftstoffmenge gleich der Summe der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffmenge und der von dem Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffmenge ist, um individuelle Schwankungen der Kraftstoffdruckregelkennlinie der Vorrichtung zu beseitigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2005-147005 A [0003]

Claims

Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung, die so arbeitet, dass sie einen Druck von Kraftstoff, der durch eine Krafteinspritzvorrichtung einzusprühen ist, regelt, mit: einer Kraftstoffdurchflussstrecke, die aus einem Hochdruckdurchflussweg und einem Niederdruckdurchflussweg besteht; einem Kraftstofffördermechanismus, der so arbeitet, dass er Kraftstoff ansaugt, unter Druck setzt und durch den Hochdruckdurchflussweg der Kraftstoffdurchflussstrecke zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung fördert; und einer Druckregelungseinrichtung, die so arbeitet, dass sie den Betrieb des Kraftstofffördermechanismus als Funktion eines Ausgangssignals eines Proportional-Integral-Differenzial-Algorithmus (PID-Algorithmus) regelt, um einen Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem Rückführungsmodus mit einem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen, wobei die Druckregelungseinrichtung, wenn einer vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird, die angibt, dass sich der Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem vorbestimmten stabilen Zustand befindet, einen Proportionalterm, einen Integralterm und einen Differenzialterm des PID-Algorithmus beruhend auf der Tatsache korrigiert, dass eine Menge des Kraftstoffs, der in den Kraftstofffördermechanismus gesaugt wird und unter Druck zu setzen ist, gleich der Summe einer Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs und einer Menge des vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs ist.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kraftstofffördermechanismus so arbeitet, dass er den Kraftstoff vom Niederdruckdurchflussweg ansaugt, und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit dem Niederdruckdurchflussweg verbunden ist und wobei eine Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Niederdruckdurchflussweg abgeflossenen Kraftstoffs ein Teil der Menge des vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs ist.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckregelungseinrichtung eine Abweichung der Menge des vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs von einer vorgegebenen Bezugsleckagemenge des Kraftstoffs ermittelt und den Proportionalterm, den Integralterm und den Differenzialterm des PID-Algorithmus korrigiert.
Kraftstoffeinspritzregelungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Druckregelungseinrichtung ein Verhältnis des Werts des Integralterms zu der vorgegebenen Bezugsleckagemenge des Kraftstoffs ermittelt, wenn der vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird, und das Verhältnis als die Abweichung definiert.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckregelungseinrichtung die Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs beruhend auf einem Steuerungssignal ermittelt, das den Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung steuert, wobei die Druckregelungseinrichtung den Wert des Integralterms als die Menge des vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs festlegt und den Proportionalterm, den Integralterm und den Differenzialterm des PID-Algorithmus beruhend auf der Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs und der Menge des vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs korrigiert.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckregelungseinrichtung außerdem so arbeitet, dass sie den Kraftstofffördermechanismus so regelt, dass er in einem zweiten Regelmodus eine Menge des Kraftstoffs kompensiert, der beim Einsprühen des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verbraucht wird, und wobei die Druckregelungseinrichtung den Proportionalterm, den Integralterm und den Differenzialterm des PID-Algorithmus beruhend auf der Tatsache korrigiert, dass die Menge des vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs zumindest während des zweiten Regelmodus gleich einem Wert des Integralterms ist.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kraftstofffördermechanismus mit einer Kraftstoffpumpe ausgestattet ist und wobei die Druckregelungseinrichtung so arbeitet, dass sie eine Menge des von der Kraftstoffpumpe abzugebenden Kraftstoffs als Funktion des Ausgangssignals des PID-Algorithmus regelt.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Kraftstofffördermechanismus außerdem mit einem Ansaugregelventil ausgestattet ist, das eine Menge des in die Kraftstoffpumpe einzusaugenden Kraftstoffs regelt, und wobei die Druckregelungseinrichtung den Betrieb des Ansaugregelventils als Funktion des Ausgangssignals des PID-Algorithmus regelt, um die Menge des von der Kraftstoffpumpe abzugebenden Kraftstoffs zu regeln.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Druckregelungseinrichtung durch Nachschlagen einer Bezugsbetriebskennlinie der Kraftstoffpumpe ein Kraftstoffförderregelungssignal als Funktion des Ausgangssignals des PID-Algorithmus erstellt und das Regelungssignal zum Kraftstofffördermechanismus ausgibt, um die Menge des von der Kraftstoffpumpe abzugebenden Kraftstoffs zu regeln, und wobei die Druckregelungseinrichtung eine gegenwärtige Betriebskennlinie der Kraftstoffpumpe lernt, um die Bezugspumpenbetriebskennlinie zu korrigieren.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckregelungseinrichtung eine Abweichung einer gegenwärtigen Menge des in den Kraftstofffördermechanismus eingesaugten Kraftstoffs von einer Bezugsmenge des in den Kraftstofffördermechanismus eingesaugten Kraftstoffs lernt und beruhend auf der Abweichung einen Proportional-, einen Integral- und einen Differenzialverstärkungsfaktor des PID-Algorithmus korrigiert.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckregelungseinrichtung beruhend auf einer Abweichung einer gegenwärtigen Menge des in den Kraftstoffeinspritzmechanismus eingesaugten Kraftstoffs von einer Bezugsmenge des in den Kraftstofffördermechanismus eingesaugten Kraftstoffs Korrekturfaktoren ermittelt, die zum Korrigieren des Proportional-, des Integral- und des Differenzialterms verwendet werden, und wobei die Druckregelungseinrichtung die Korrekturfaktoren in einem Speicher als Funktion eines Zeitpunkts, wann die Korrekturfaktoren ermittelt werden, und/oder einer vorgegebenen Kraftstoffzufuhrbedingung, wann die Korrekturfaktoren ermittelt werden, speichert.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung, die so arbeitet, dass sie einen Druck von Kraftstoff, der von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühen ist, regelt, mit: einer Kraftstoffdurchflussstrecke, die aus einem Hochdruckdurchflussweg und einem Niederdruckdurchflussweg besteht; einem Kraftstofffördermechanismus, der so arbeitet, dass er Kraftstoff ansaugt, unter Druck setzt und durch den Hochdruckdurchflussweg der Kraftstoffdurchflussstrecke zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung fördert; und einer Druckregelungseinrichtung, die so arbeitet, dass sie den Betrieb des Kraftstofffördermechanismus als Funktion eines Ausgangssignals eines Proportional-Integral-Differenzial-Algorithmus (PID-Algorithmus) regelt, um einen Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem Rückführungsmodus mit einem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen, wobei die Druckregelungseinrichtung, wenn einer vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird, die angibt, dass sich der Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem vorbestimmten stabilen Zustand befindet, eine gegenwärtige Kraftstoffleckage, die eine Menge des gegenwärtig vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs ist, beruhend auf der Tatsache berechnet, dass eine Menge des Kraftstoffs, der in den Kraftstofffördermechanismus eingesaugt wird und unter Druck zu setzen ist, gleich der Summe einer Menge des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs und einer Menge des vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs ist.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Druckregelungseinrichtung beruhend auf der gegenwärtigen Kraftstoffleckage einen Proportionalterm, einen Integralterm und einen Differenzialterm des PID-Algorithmus korrigiert.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Druckregelungseinrichtung mit zunehmender gegenwärtiger Kraftstoffleckage jeweils einen Wert des Proportional-, Integral- und Differenzialterms erhöht.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Druckregelungseinrichtung, wenn die gegenwärtige Kraftstoffleckage größer als ein vorgegebener Bezugswert ist, mit zunehmender gegenwärtiger Kraftstoffleckage jeweils den Wert des Proportional-, Integral- und Differenzialterms erhöht.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Druckregelungseinrichtung einen Wert der gegenwärtigen Kraftstoffleckage in einem Speicher als Funktion eines Zeitpunkts, wann die gegenwärtige Kraftstoffleckage ermittelt wird, und/oder einer vorgegebenen Kraftstoffzufuhrbedingung, wann die gegenwärtige Kraftstoffleckage ermittelt wird, speichert.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung, die so arbeitet, dass sie einen Druck von Kraftstoff, der durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühen ist, regelt, mit: einer Kraftstoffdurchflussstrecke, die aus einem Hochdruckdurchflussweg und einem Niederdruckdurchflussweg besteht; einem Kraftstofffördermechanismus, der so arbeitet, dass er Kraftstoff ansaugt, unter Druck setzt und durch den Hochdruckdurchflussweg der Kraftstoffdurchflussstrecke zur Kraftstoffeinspritzvorrichtung fördert; und eine Druckregelungseinrichtung, die so arbeitet, dass sie den Betrieb des Kraftstofffördermechanismus als Funktion eines Ausgangssignals eines Proportional-Integral-Differenzial-Algorithmus (PID-Algorithmus) regelt, um einen Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem Rückführungsmodus mit einem Zielwert in Übereinstimmung zu bringen, wobei die Druckregelungseinrichtung, wenn einer vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird, die angibt, dass sich der Druck des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs in einem vorbestimmten stabilen Zustand befindet, beruhend auf einem Integralterm des PID-Algorithmus eine gegenwärtige Kraftstoffleckage berechnet, die eine Menge des gegenwärtig vom Hochdruckdurchflussweg zum Niederdruckdurchflussweg leckenden Kraftstoffs ist.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Druckregelungseinrichtung feststellt, dass der vorgegebenen Druck stabilitätsbedingung begegnet wird, wenn eine Änderung mindestens eines der Parameter, die den Druck des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzusprühenden Kraftstoffs, einen Wert des Integralterms des PID-Algorithmus, eine Temperatur des unter Druck gesetzten Kraftstoffs und eine Betriebsbedingung des Kraftstofffördermechanismus zum unter Druck Setzen und Fördern des Kraftstoffs darstellen, für eine vorgegebene Zeitdauer unter einem vorgegebenen Wert gehalten wird.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Druckregelungseinrichtung feststellt, dass der vorgegebenen Druckstabilitätsbedingung begegnet wird, wenn eine Abweichung eines Drucks des von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingesprühten Kraftstoffs von einem Bezugswert für eine vorgegebene Zeitdauer unter einem vorgegebenen Wert gehalten wird.
Kraftstoffeinspritzdruckregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei der Kraftstofffördermechanismus so gestaltet ist, dass er den Kraftstoff zu einem Common-Rail eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems fördert, in dem der Kraftstoff bei einem vorgegebenen Druckniveau gespeichert wird, wobei die Druckregelungseinrichtung so arbeitet, dass sie das vorgegebene Druckniveau regelt, bei dem der Kraftstoff durch den Kraftstofffördermechanismus in dem Common-Rail gespeichert wird.