DE102013101905B4

DE102013101905B4 - Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013101905B4
Application number: DE102013101905.6A
Authority: DE
Inventors: Yuusuke Kawasaki; Chusong Yun; Yoshimitsu Takashima; Yoshiyasu Ito; Takeshi Miyaura
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: JP5813531B2; JP2013177824A; DE102013101905A1; BR102013004739A2; DE102013101905A8; BR102013004739B1

Abstract

Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem, das mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Kraftstoffinjektor ausgestattet ist, von denen jeder eine Einsprühöffnung aufweist, aus der Kraftstoff, der aus einem Kraftstoffsammelbehälter zugeführt wird, eingesprüht wird, aufweisend:
einen ersten und einen zweiten Kraftstoffdrucksensor, die Ausgaben bereitstellen, die Kraftstoffdrücke in einem ersten und einem zweiten Kraftstoffweg angeben, die sich jeweils von dem Kraftstoffsammelbehälter zu den Einsprühöffnungen des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors erstrecken; und
einen Fehlererfasser, der dazu eingerichtet ist, die Ausgaben von dem ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor zu analysieren, um einen Abfall des Kraftstoffdrucks in dem ersten und zweiten Kraftstoffweg zu erfassen, wobei der Fehlererfasser dazu eingerichtet ist zu bestimmen, dass einer von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist, wenn bestimmt wird, dass der Kraftstoffdruck in dem ersten Kraftstoffweg früher abgefallen ist als derjenige in dem zweiten Kraftstoffweg.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem, das dazu dient, einen Fehler eines Kraftstoffinjektors beim Stoppen eines Einspritzens von Kraftstoff zu erfassen.
Hintergrund der Erfindung
Die japanische Offenlegungsschrift JP H09- 177 586 A beschreibt eine Kraftstoffleckageüberwachung, die dazu ausgelegt ist, eine ungewünschte Leckage von Kraftstoff in einem Sammelleitungs- bzw. Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Dieselmaschinen von automobilen Fahrzeugen zu überwachen. Die Kraftstoffleckageüberwachung berechnet eine Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffpumpe ausgestoßen wird (nachstehend ebenso als Ausstoßmenge QT bezeichnet), eine Kraftstoffmenge, die innerhalb eines Kraftstoffinjektors leckt (nachstehend ebenso als interne Injektorleckage QI bezeichnet), eine Kraftstoffmenge, die von einer Druckkammer zu einem Ablaufweg des Kraftstoffinjektors fließt, wenn der Kraftstoffinjektor eingeschaltet ist, um eine Düse desselben zu öffnen (nachstehend ebenso als Schaltleckage QS bezeichnet), eine Kraftstoffmenge, die einer Druckänderung in einer Sammelleitung bzw. Common-Rail entspricht (nachstehend ebenso als Kraftstoffmenge QP bezeichnet), und eine Zielkraftstoffmenge, welche in die Maschine eingespritzt werden soll (nachstehend ebenso als Zieleinspritzmenge QF bezeichnet). Danach bestimmt die Kraftstoffleckageüberwachung eine Kraftstoffleckagemenge QL gemäß einem Verhältnis von QL=QT-(QI+QS+QP+QF) und diagnostiziert, dass eine ungewöhnliche Kraftstoffleckage auftritt, wenn die Kraftstoffleckagemenge QL größer als ein gegebener zulässiger Wert ist.
Die Kraftstoffleckageüberwachung kann irrtümlich bestimmen, dass eine Kraftstoffleckage auftritt, wenn der Kraftstoffinjektor tatsächlich bei einem ordentlichen Schließen fehlerhaft gewesen ist, wodurch der Kraftstoff fortlaufend in die Maschine eingesprüht wird. Wenn bestimmt wird, dass eine Kraftstoffleckage auftritt, tritt das Kraftstoffeinspritzsystem üblicherweise in einen Fehlfunktionssicherheitsmodus ein.
Gelegentlich ist ein Schließen des Kraftstoffinjektors fehlerhaft, was dazu führt, dass der Kraftstoff zu lange eingesprüht wird, doch danach wird er wieder vollständig hergestellt. Für die oben genannte Kraftstoffleckageüberwachung ist es jedoch unmöglich zu unterscheiden, ob der Kraftstoffinjektor beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist, oder ob die Kraftstoffleckage beispielsweise aufgrund eines Risses in einer Kraftstoffleitung aufgetreten ist, so dass das Kraftstoffeinspritzsystem nicht wieder hergestellt werden kann. Dies kann dazu führen, dass das Kraftstoffeinspritzsystem den Fail-Safe-Betrieb unnötig durchführt.
Gemäß der DE 197 33 897 A1 wird ein System zur Steuerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes für einen Verbrennungsmotor geschaffen, welcher einen Drucksensor und eine Einspritzsteuerungseinheit enthält. Der Drucksensor mißt den Druck des Kraftstoffes, der in einer gemeinsamen Druckleitung zur mechanisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung gespeichert ist, welcher mit dem Kraftstoffeinspritzer in den Motor mit einem für jeden Zylinder verbunden ist. Die Steuerungseinheit gibt ein Anschaltsignal auf jeden der Kraftstoffeinspritzer aus, um den Beginn der Einspritzung auf einen Zieleinspritzzeitpunkt zeitlich festzulegen. Die Steuerungseinheit bestimmt ebenso eine Druckvariationszeit falls eine Druckvariation innerhalb der gemeinsamen Druckleitung zur mechanisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung vorliegt, welche durch die Kraftstoffeinspritzung eines der Kraftstoffeinspritzer verursacht wird, welche auf eine Ausgabe des Drucksensors basiert; bestimmt einen Einspritzzeitpunkt für einen der Kraftstoffeinspritzer, welcher tatsächlich den Kraftstoff in den entsprechenden Zylinder des Motors tatsächlich eingespritzt hat, auf der Grundlage sowohl der Druckveränderungszeit und einer Fortpflanzungszeit, welche eine Druckwelle benötigt, um von einem der Kraftstoffeinspritzer zu der gemeinsamen Druckleitung zur mechanisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung zu gelangen; und korrigiert den Zieleinspritzzeitpunkt basierend auf einer Differenz zwischen dem Einspritzzeitpunkt und dem Zieleinspritzzeitpunkt.
Die DE 10 2011 053 426 A1 beschreibt eine Kraftstoffeinspritzkurvenlauf-Berechnungsvorrichtung, die einen einzelnen Nichteinspritzsensor aus einer Mehrzahl von Nichteinspritzsensoren auswählt. Die Vorrichtung erfasst gleichzeitig einen Nichteinspritzsensor-Kurvenverlauf (Wb), welcher von dem ausgewählten Nichteinspritzsensor ausgegeben wird und einen Einspritzsensor-Kurvenverlauf (Wa), welcher von einem Einspritzsensor ausgegeben wird. Der erfasste Nichteinspritzsensor-Kurvenverlauf (Wb) wird korrigiert, um vorgeschoben zu werden. Dieser Nichteinspritzsensor-Kurvenverlauf (Wb) wird von dem Einspritzsensor-Kurvenverlauf (Wa) subtrahiert, um einen Einspritz-Kurvenverlauf (W) zu extrahieren, welcher eine Änderung im Kraftstoffdruck anzeigt, welche durch eine Kraftstoffeinspritzung in einen Einspritzzylinder verursacht wird. Der Nichteinspritzzylinder wird in einer derartigen Art und Weise ausgewählt, dass die Kraftstoffweglänge (La, Lb) von dem ausgewählten Nichteinspritzzylinder zu dem Einspritzzylinder immer konstant ist, wann immer irgendeiner der Zylinder der Einspritzzylinder ist.
Die DE 10 2012 100 735 A1 offenbart einen Detektor für einen defekten Abschnitt, der einen Erfassungsabschnitt hat, welcher eine Variation im Kraftstoffdruck als einen Kraftstoffdruckkurvenverlauf basierend auf einem Erfassungswert eines Kraftstoffdrucksensors erfasst, und einen Berechnungsabschnitt, welcher basierend auf dem Kraftstoffdruckkurvenverlauf eine Mehrzahl von Einspritzratenparametern (td, te, Rα, Rß, Rmax) berechnet, welche zum Identifizieren eines Einspritzratenkurvenverlaufs benötigt werden, welcher dem Kraftstoffdruckkurvenverlauf entspricht. Weiterhin hat der Detektor einen Bestimmungsabschnitt, welcher bestimmt, ob jeder Lernwert des Einspritzratenparameters ein anomaler Wert ist, und einen Identifizierabschnitt, welcher einen defekten Abschnitt in dem Kraftstoffeinspritzsystem basierend auf einer Kombination von anomalen Lernwerten identifiziert, welche der Bestimmungsabschnitt bestimmt hat.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung zu schaffen, die dazu ausgestaltet ist, einen Fehler des Kraftstoffinjektors beim Stoppen einer Kraftstoffeinspritzung von einer anderen Art einer ungewünschten Kraftstoffleckage zu unterscheiden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung vorgesehen, die mit einem Kraftstoffeinspritzsystem verwendet wird, das mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Kraftstoffinjektor ausgestattet ist, von denen jeder eine Einsprühöffnung aufweist, aus der Kraftstoff, der aus einem Kraftstoffsammelbehälter zugeführt wird, eingesprüht wird. Die Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung umfasst: (a) einen ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor, die Ausgaben bereitstellen, die Kraftstoffdrücke in einem ersten und zweiten Kraftstoffweg angeben, die sich jeweils von einem Kraftstoffsammelbehälter zu den Einsprühöffnungen des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors erstrecken; und (b) einen Fehlererfasser, der dazu eingerichtet ist, die Ausgaben von dem ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor zu analysieren, um ein Abfallen des Kraftstoffdrucks in dem ersten und zweiten Kraftstoffweg zu erfassen. Der Fehlererfasser ist ferner dazu eingerichtet zu bestimmen, dass einer von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist, wenn bestimmt wird, dass der Kraftstoffdruck in dem ersten Kraftstoffweg früher abgefallen ist als derjenige in dem zweiten Kraftstoffweg.
Wie obenstehend beschrieben ist, dient jeder von dem ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor dazu, den Kraftstoffdruck in einem entsprechenden von dem ersten und zweiten Kraftstoffweg, die sich von dem Kraftstoffsammelbehälter zu den Sprühöffnungen des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors erstrecken, zu messen. Dies ermöglicht dem Fehlererfasser, eine Druckänderung des Kraftstoffs an der oder um die Sprühöffnung von jedem des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors genau zu erlangen, bevor das Pulsieren des Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffsammelbehälter gedämpft wird, wodurch die Genauigkeit beim Bestimmen des Pegels des Kraftstoffdrucks an der oder um die Sprühöffnung verbessert wird.
Wenn der erste Kraftstoffinjektor beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist, fällt der Pegel des Kraftstoffdrucks in dem ersten Kraftstoffweg ab, was zu einem Abfall des Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffsammelbehälter führt. Dies führt dazu, dass der Kraftstoffdruck im zweiten Kraftstoffweg, der mit dem zweiten Kraftstoffinjektor verbunden ist, nachfolgend auf den ersten Kraftstoffinjektor abfällt. Mit anderen Worten nimmt der Kraftstoffdruck in dem zweiten Kraftstoffweg mit einer Verzögerung ab, die auf den Abfall des Kraftstoffdrucks in dem ersten Kraftstoffweg folgt. Wenn Kraftstoff aus dem Kraftstoffsammelbehälter oder einer Kraftstoffleitung leckt, die sich zwischen einer Pumpe und dem Kraftstoffsammelbehälter erstreckt, fallen die Kraftstoffdrücke in dem ersten und zweiten Kraftstoffweg, die zu dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor führen, annähernd zeitgleich ab.
Wenn erfasst wird, dass der Sachverhalt vorliegt, dass der Kraftstoffdruck in dem ersten Kraftstoffweg früher als derjenige in dem zweiten Kraftstoffweg abgefallen ist, kann der Fehlererfasser demzufolge bestimmen, dass entweder der erste oder zweite Kraftstoffinjektor beim Stoppen einer Kraftstoffeinspritzung fehlerhaft ist. Hierdurch wird die Fehlfunktion des ersten oder zweiten Kraftstoffinjektors von einer anderen Art einer unerwünschten Kraftstoffleckage in dem Kraftstoffeinspritzsystem unterschieden.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser verständlich, allerdings sollten diese nicht als Beschränkung der Erfindung auf die bestimmten Ausführungsformen, sondern vielmehr zum Zweck der Erklärung und des Verständnisses verstanden werden.
In den Zeichnungen zeigen:

1 ein schematisches Diagramm, das ein Kraftstoffeinspritzsystem darstellt, das mit einer Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung ausgestattet ist;
2 eine Längsschnittansicht, die einen inneren Aufbau eines Kraftstoffinjektors zeigt, der in dem Kraftstoffeinspritzsystem aus 1 verbaut ist;
3 ein Flussdiagramm einer Abfolge von logischen Schritten oder ein Programm, das durch das Kraftstoffeinspritzsystem aus 1 ausgeführt wird, um einen Betrieb eines Kraftstoffinjektor zu steuern;
4 ein Flussdiagramm eines Kraftstoffleckagediagnoseprogramms, das durch das Kraftstoffeinspritzsystem aus 1 ausgeführt werden soll;
5(a) eine Ansicht, die ein Einspritzbefehlssignal darstellt, das von dem Kraftstoffeinspritzsystem aus 1 an einem Kraftstoffinjektor in Form eines Pulses ausgegeben wird;
5(b) eine Ansicht, die eine Wellenform angibt, die eine Änderungsrate darstellt, mit welcher der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor in Reaktion auf das Einspritzbefehlsignal aus 5(a) eingesprüht wird;
5(c) eine Ansicht, die eine Druckänderung darstellt, die von einem Kraftstoffdrucksensor gemessen wird, die durch die Änderung der Einspritzrate aus 5(b) entsteht;
6(a) eine Ansicht, die Einspritzbefehlssignale darstellt, die von dem Kraftstoffeinspritzsystem aus 1 an einem Kraftstoffinjektor ausgegeben werden, um mehrere Kraftstoffeinspritzungen in eine Maschine durchzuführen;
6(b) eine Ansicht, die eine Wellenform angibt, die eine Änderungsrate darstellt, mit welcher der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor in Reaktionen auf jedes Einspritzbefehlssignal aus 6(a) eingesprüht wird; und
6(c) eine Ansicht, die eine Druckänderung darstellt, die durch einen Kraftstoffdrucksensor gemessen wird, die durch die Änderung der Einspritzrate aus 6(b) entsteht.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Ansichten auf gleiche Bauteile beziehen, sind insbesondere in 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem 50 für Verbrennungsmaschinen gezeigt, das als Sammelleitungs- bzw. Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Dieselmaschinen, die in Allradfahrzeugen angebracht sind, ausgelegt ist. Die Dieselmaschine bezieht sich hierbei auf eine Reihen-Viertakt-Kolbendieselmaschine, die vier Zylinder #1, #2, #3 und #4 aufweist, in die Kraftstoff direkt in eine Brennkammer von jedem Zylinder #1 bis #4 bei 1000 u/min oder mehr in einem Maschinenverbrennungszyklus (d.h. einem Viertaktzyklus) eingespritzt wird, der ein Einlassen bzw. Einsaugen, Kompression, Expansion und Ausstoß umfasst. Der Maschinenverbrennungszyklus beträgt 720°CA bzw. Kurbelwinkel und beginnt unter den Zylindern #1 bis #4 in einem Intervall von 180°CA bzw. Kurbelwinkel aufeinanderfolgend.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 50 ist mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 30 ausgestattet, die dazu dient, Ausgaben von einer Mehrzahl von Sensoren zu überwachen, wie später ausführlich beschrieben wird, und den Betrieb der Vorrichtungen, die das Kraftstoffzufuhrsystem bilden, zu steuern. Insbesondere dient die ECU 30 dazu, die Menge der elektrischen Leistung, die an einem Ansaugsteuerventil 11c in einem Rückkopplungssteuermodus (z.B. einem PID-Steuermodus) zugeführt werden soll, zu steuern, um die Menge des Kraftstoffs, die von einer Kraftstoffpumpe 11 ausgestoßen werden soll, auf einen ausgewählten Wert einzustellen, wodurch der Druck in einer Sammelleitung bzw. einem Common-Rail 12 (d.h. einem Kraftstoffsammelbehälter), der durch einen Schienendrucksensor (nicht dargestellt) gemessen wird, mit einem Zielwert in Einklang zu bringen. Die ECU 30 steuert ebenso einen Betrieb von jedem der Injektoren 20, um den Kraftstoff, der in der Sammelleitung 12 auf den Zieldruck ansteigt, in einen der Zylinder #1 bis #4 der Maschine einzusprühen. Insbesondere steuert die ECU 30 die Kraftstoffmenge, die in jedem der Zylinder #1 bis #4 der Maschine eingesprüht werden soll, um die Geschwindigkeit und ein abgegebenes Drehmoment der Maschine zu steuern.
Wie oben beschrieben ist, ist das Kraftstoffeinspritzsystem 50 mit dem Kraftstoffzufuhrsystem ausgestattet, das im Wesentlichen aus einem Kraftstofftank 10, der Kraftstoffpumpe 11, der Sammelleitung 12 und den Kraftstoffinjektoren (d.h. Kraftstoffeinspritzventil) 20 besteht. Der Kraftstofftank 10 und die Kraftstoffpumpe 11 sind durch eine Leitung 10a über einen Kraftstofffilter 10b verbunden.
Die Kraftstoffpumpe 11 ist mit einer Hochdruckpumpe 11a und einer Niedrigdruckpumpe 11b ausgestattet, welche durch eine Antriebswelle 11d, die beispielsweise mit einer Ausgangswelle der Maschine verbunden ist, betätigt werden. Die Niedrigdruckpumpe 11b dient dazu, den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10 zu pumpen. Die Hochdruckpumpe 11a dient dazu, den Kraftstoff, der durch die Niedrigdruckpumpe 11b gepumpt wird, unter Druck zu setzen und auszugeben. Das Ansaugsteuerventil 11c steuert die Kraftstoffmenge, die in die Hochdruckpumpe 11b eingegeben werden soll (d.h. die Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffpumpe 11 ausgegeben werden soll). Insbesondere steuert die ECU 30 die Menge des elektrischen Stroms, der an dem Ansaugsteuerventil 11c zugeführt werden soll, um die Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffpumpe 11 ausgegeben werden soll, an einen ausgewählten Wert anzupassen. Das Ansaugsteuerventil 11c kann beispielsweise aus einem normalen Regelventil bestehen, das offengehalten wird, wenn es nicht erregt ist. Die ECU 30 steuert elektronisch eine Öffnungsposition des Ansaugsteuerventils 11c, um die Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffpumpe 11 an die Sammelleitung 12 ausgestoßen wird, zu regeln.
Die Niedrigdruckpumpe 11b kann durch eine Trochoid-Einspeisepumpe umgesetzt sein. Die Hochdruckpumpe 11a kann durch eine Kolbenpumpe umgesetzt sein, bei der sich ein Kolben durch eine exzentrische Nocke (nicht dargestellt) auf- und abwärts bewegt, um den Kraftstoff, der aufeinanderfolgend in eine Druckkammer eingegeben wird, unter Druck zu setzen und auszustoßen. Die Hochdruckpumpe 11a und die Niedrigdruckpumpe 11b werden durch ein Drehmoment der Antriebswelle 11d betätigt. Die Antriebswelle 11d stellt eine Verbindung zu einer Kurbelwelle 41 (d.h. eine Ausgangswelle) der Maschine her, um ein Ausgangsdrehmoment der Maschine auf die Hochdruckpumpe 11a und die Niedrigdruckpumpe 11b übertragen. Die Antriebswelle 11d wird mit einem Verhältnis von einer Umdrehung pro einer oder zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 41 angetrieben.
Der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 10 wird durch die Kraftstoffpumpe 11 an der Sammelleitung 12 eingespeist und mit einem gesteuerten Hochdruck in dieser gespeichert. Der Kraftstoff in der Sammelleitung 12 wird durch eine Hochdruckleitung 14 auf jeden der Kraftstoffinjektoren 20 verteilt. Ein Überschuss des Kraftstoffs, der in jedem der Kraftstoffinjektoren 20 eingetreten ist, läuft an einem Kraftstoffauslass 21 durch eine Niedrigdruckkraftstoffleitung 18 zu dem Kraftstofftank 10. Zwischen der Sammelleitung 12 und jeder der Hochdruckleitungen 14 ist eine Mündung 12a angeordnet. Die Mündung 12a dient als Druckminderer, um einen pulsierenden Druck, der sich von der Sammelleitung 12 zu den Hochdruckleitungen 14 ausbreitet, zu dämpfen oder zu absorbieren.
2 stellt einen internen Aufbau der Kraftstoffinjektoren 20 dar. Die Kraftstoffinjektoren 20 weisen alle denselben Aufbau auf.
Jeder der Kraftstoffinjektoren 20 besteht aus einem hydraulisch betätigten Ventil, das durch den Kraftstoff, der von dem Kraftstofftank zugeführt wird, geöffnet oder geschlossen wird. Insbesondere weist der Kraftstoffinjektor 20 eine Drucksteuerkammer Cd auf, in welcher der Kraftstoff in die offenen Sprühöffnungen 20f eingegeben wird. Der Kraftstoffinjektor 20 besteht aus einem normalerweise geschlossenen Typ, wie in 2 zu sehen ist.
Der Kraftstoffinjektor 20 umfasst ein hohles zylindrisches Gehäuse 20e, in dem eine Kraftstoffeinlass 22 ausgebildet ist, mit dem die Hochdruckkraftstoffleitung 14 verbunden ist, um den Kraftstoff einzuspeisen, der von der Sammelleitung 12 zugeführt wird. Ein Teil des Kraftstoffs, der in dem Kraftstoffeinlass 22 eingetreten ist, fließt in die Drucksteuerkammer Cd, die innerhalb des Gehäuses 20e abgegrenzt ist, während der Rest des Kraftstoffs durch einen Kraftstoffweg 25 zu den Einsprühöffnungen 20f fließt. In dem Gehäuse 20e ist ein Abflussloch 24 ausgebildet (nachstehend ebenso als ein Leckageloch bezeichnet), das durch ein Steuerventil 23 geöffnet oder geschlossen wird. Wenn das Abflussloch 24 geöffnet ist, fließt der Kraftstoff in der Drucksteuerkammer Cd durch einen Kraftstoffauslass 21 zu dem Kraftstofftank 10 ab.
Wenn es erforderlich ist, die Einsprühöffnungen 20f zu öffnen, um den Kraftstoff in die Maschine einzuspritzen, erregt die ECU 30 einen Solenoid 20b eines Zweiwege-Solenoid-Ventils. Dies führt dazu, dass das Steuerventil 23 in einer Aufwärtsrichtung magnetisch angezogen wird, wie in 2 gezeigt ist, um das Abflussloch 24 gegen einen Federdruck zu öffnen, so dass der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer Cd (d.h. ein Rückstaudruck, der auf ein Nadelventil 20c wirkt) durch den Kraftstoffauslass 21 abläuft und dann abfällt. Das Nadelventil 21c wird somit angehoben, so dass die Einsprühöffnungen 20f geöffnet werden, wodurch die Einspritzung des Kraftstoffs, der durch den Kraftstoffweg 25 zugeführt wird, beginnt. Wenn es erforderlich ist, die Einsprühöffnungen 20f zu schließen, um die Kraftstoffeinspritzung zu beenden, erregt die ECU 30 den Solenoid 20b nicht mehr, um das Abflussloch 24 zu schließen. Dies führt in der Drucksteuerkammer Cd zu einem Anstieg des Drucks, wodurch das Nadelventil 20c aufsitzt, um die Einsprühöffnungen 20f zu schließen.
Die Bewegung des Nadelventils 20c wird in einem Ein-Aus-Modus des Solenoids 20b gesteuert. Insbesondere gibt die ECU 30 ein Pulssignal an das Zweiwege-Solenoid-Ventil (d.h. den Solenoid 20b) aus, um das Nadelventil 20c nach oben anzuheben, um die Einsprühöffnungen 20f über eine Ein-Dauer zu öffnen, in der das Pulssignal auf einem hohen Pegel ist, und anderenfalls andersherum abwärts zum Schließen der Einsprühöffnungen 20f über eine Aus-Dauer, in der das Pulssignal auf einem niedrigen Pegel ist.
Wie aus dem obenstehenden hervorgeht, wird der Anstieg des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer Cd durch die Zufuhr des hohen Drucks des Kraftstoffs zu der Drucksteuerkammer Cd von dem Kraftstoffeinlass 22 aus erreicht, während der Abfall des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer Cd durch ein erregen des Solenoids 20b erreicht wird, um das Steuerventil 23 zu bewegen, damit der Kraftstoff von der Drucksteuerkammer Cd durch die Niedrigdruckkraftstoffleitung 18, die sich zwischen dem Kraftstoffinjektor 20 und dem Kraftstofftank 10 erstreckt, zurück zu dem Kraftstofftank 10 abläuft, wodurch die Abflussöffnung 24 geöffnet wird. Mit anderen Worten wird der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer Cd durch das Öffnen oder Schließen des Steuerventils 23 reguliert, wodurch die Bewegung des Nadelventils 20c zum Öffnen oder Schließen der Einsprühöffnungen 20f gesteuert wird.
Wenn sich der Kraftstoffinjektor 20 in dem nicht erregten Zustand oder in einer geschlossenen Position befindet, wird das Nadelventil 20c mit dem Druck beaufschlagt, der durch die Ausdehnung der Spiralfeder 20d erzeugt wird, um die Einsprühöffnungen 20f jederzeit zu schließen. Wenn sich der Kraftstoffinjektor in dem erregten Zustand oder in einer geöffneten Position befindet, wird das Nadelventil 20c gegen den Druck angehoben, der durch die Spiralfeder 20c erzeugt wird, um die Einsprühöffnungen 20f zu öffnen. Der Anhebungsbetrag des Nadelventils 20c ändert sich im Wesentlichen symmetrisch, wenn die Einsprühöffnungen 20f in die geschlossene Position gebracht werden und wenn sie in die geöffnete Position gebracht werden.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist jeder Kraftstoffinjektor 20 mit einem Kraftstoffdrucksensor 20a ausgestattet. Der Kraftstoffdrucksensor 20a ist in einem Verbinder 20j angebracht, der die Hochdruckleitung 14 mit dem Kraftstoffeinlass 22 des Gehäuses 20e verbindet und er misst einen unmittelbaren Pegel des Drucks des Kraftstoffs in dem Kraftstoffeinlass 22. Insbesondere überwacht die ECU 30 eine Ausgabe des Kraftstoffdrucksensors 20a, um den Pegel des Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffeinlass 22 und eine unmittelbare Änderung eines solchen Druckpegels zu bestimmen, und sie berechnet ebenfalls einen Einspritzdruck, welcher der Druck des Kraftstoffs ist, der von dem Kraftstoffinjektor 20 eingesprüht wird.
Die Kraftstoffdrucksensoren 20a sind, wie obenstehend beschrieben ist, alle jeweils in einem der Kraftstoffinjektoren 20 der Zylinder #1 bis #4 angebracht. Wie später ausführlich beschrieben wird, dient die ECU 30 dazu, die Ausgabe von jedem der Kraftstoffdrucksensoren 20a zu analysieren, um eine Wellenform abzuleiten, welche die Änderung des Kraftstoffdrucks darstellt, die aus der Einspritzung des Kraftstoffs an dem Kraftstoffdrucksensor 20a entsteht.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 50 weist ebenso einen Kurbelwinkelsensor 42 und einen Gaspedalpositionssensor 44 auf, die in dem Fahrzeug angebracht sind. Der Kurbelwinkelsensor 42 ist in einer äußeren Umgebung der Kurbelwelle 41 der Maschine angeordnet, und dient dazu, eine Winkelposition der Kurbelwelle 41 und die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Maschine zu messen. Der Kurbelwinkelsensor 42 kann beispielsweise durch einen elektromagnetischen Aufnehmer umgesetzt sein, der aufeinanderfolgende Pulssignale in einem Intervall von 30°CA (Kurbelwinkel) an die ECU 30 ausgibt. Der Gaspedalpositionssensor 44 ist an einem Gaspedal des Fahrzeugs angeordnet, um die Position des Gaspedals als Funktion einer Betätigung des Fahrers an dem Gaspedal zu messen und ein Signal an die ECU 30 auszugeben, das hierfür bezeichnend ist.
Die ECU 30 dient als Maschinencontroller und ist mit einem typischen Mikrocomputer ausgestattet. Die ECU 30 analysiert Ausgaben von den oben genannten Sensoren, um einen Betriebszustand der Maschinen und eine Anforderung von einem Fahrzeuganwender oder Fahrer zu erfassen und gegebene Maschinensteueraufgaben auszuführen, um die Betätigungen der Stellglieder, wie beispielsweise das Ansaugsteuerventil 11c und die Kraftstoffinjektoren 20 zu steuern, damit die Maschine in einem Betriebsmodus arbeitet, der eine optimale Bedingung derselben erreicht.
Der Mikrocomputer der ECU 30 umfasst eine CPU, die dazu dient, bestimmte Vorgänge durchzuführen, einen RAM, der als ein Hauptspeicher zum Speichern von Daten über die Vorgänge, die durchgeführt werden, oder Ergebnisse der Vorgänge zeitweise zu speichern, einen ROM, der als ein Programmspeicher dient, einen nichtflüchtigen Speicher, der als Datenspeicher dient, und einen Backup-RAM, der mit der elektrischen Leistung aus einer Speicherbatterie versorgt wird, die in dem Fahrzeug angebracht ist, selbst nachdem die ECU 30 ausgeschaltet ist. Der ROM speichert in sich ein Kraftstoffeinspritzsteuerprogramm, ein Maschinensteuerprogramm und Steuerdatenkennfelder. Der nichtflüchtige Speicher speichert in sich Steuerdaten und Gestaltungsdaten der Maschine, die durch die ECU 30 gesteuert werden soll.
Die ECU 30 analysiert Ausgaben von den oben genannten Sensoren in Echtzeit, um einen Sollwert des Drehmoments, dessen Erzeugung an der Kurbelwelle 41 von der Maschine gefordert wird (nachstehend ebenso als gefordertes Drehmoment bezeichnet) und eine Sollmenge des Kraftstoffs, die von jedem der Kraftstoffinjektoren 20 zum Erzeugen des geforderten Drehmoments eingesprüht werden soll, zu erfassen. Mit anderen Worten überwacht die ECU 30 die Ausgaben von den Sensoren, um die Kraftstoffmenge, die von den Kraftstoffinjektoren 20 eingesprüht werden soll, zu steuern, wodurch ein abgegebenes Drehmoment der Maschine mit dem geforderten Drehmoment in Einklang gebracht wird.
Insbesondere berechnet die ECU 30 eine Sollmenge des Kraftstoffs, der von den Kraftstoffinjektoren 20 eingesprüht werden soll, als Funktion einer tatsächlichen Betriebsbedingung und der Position des Gaspedals, das durch den Fahrer des Fahrzeugs durchgedrückt wird, und sie gibt ein Einspritzbefehlsignal an jeden der Kraftstoffinjektoren 20 aus, um das Nadelventil 20c zu einer gegebenen Einspritzzeit über eine Ein-Dauer (d.h. die Einspritzdauer) zu öffnen, in der die Sollmenge des Kraftstoffs eingesprüht wird, wodurch das abgegebene Drehmoment der Maschine mit einem Sollwert in Einklang gebracht wird.
Bei der Dieselmaschine, die in einem stabilen Zustand betrieben wird, wird ein Drosselventil, das in einer Einlassleitung angebracht ist, üblicherweise vollständig geöffnet gehalten, um die Menge der eingelassenen Luft zu erhöhen oder Pumpenverluste zu minimieren. Wenn die Maschine in dem stabilen Zustand betrieben wird, dient die ECU 30 demzufolge dazu, die Kraftstoffmenge zu regulieren, die von den Kraftstoffinjektoren 20 (d.h. die Einspritzmenge) hauptsächlich von einem Verbrennungssteuermodus zu regeln, insbesondere in einem Drehmomentsteuermodus.
3 ist ein Flussdiagramm einer Abfolge von logischen Schritten oder eines Programms, das durch die ECU 30 in dem Kraftstoffeinspritzsteuermodus ausgeführt wird. Parameter, die in dem Programm aus 3 verwendet werden, werden in dem RAM, dem nichtflüchtigen Speicher oder dem Backup-RAM der ECU 30 gespeichert und nach Bedarf aktualisiert.
Zunächst werden bei Schritt S11 solche Parameter wie eine unmittelbare Drehzahl der Maschine, die durch den Kurbelwinkelsensor 42 gemessen wird, der Kraftstoffdruck, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird, und die Position des Gaspedals, die durch den Gaspedalpositionssensor 44 gemessen wird, bestimmt.
Der Ablauf setz bei Schritt S12 fort, bei dem die Parameter, die in Schritt S11 abgelegt wurden, analysiert werden, um ein Einspritzmuster zu bestimmen, welches das Muster ist, mit dem der Kraftstoff von jedem der Kraftstoffinjektoren 20 eingesprüht werden soll. Insbesondere in dem Fall, bei dem jeder der Kraftstoffinjektoren 20 dazu gesteuert wird, einen einzelnen Schuss des Kraftstoffs in jeden der Verbrennungszyklen (d.h. im Viertaktzyklus) der Maschine einzusprühen (nachstehend ebenso als Einfacheinspritzungsmodus bezeichnet), wird eine Sollmenge Q des Kraftstoffs, die in die Maschine eingespritzt werden soll (d.h. eine Zieleinspritzdauer), berechnet. Anderenfalls wird in dem Fall, dass jeder der Kraftstoffinjektoren 20 mehrere Schüsse des Kraftstoffs in jedem der Verbrennungszyklen in die Maschine einsprühen soll (nachstehend ebenso als Mehrfacheinspritzmodus bezeichnet), eine Gasamtsollmenge Q des Kraftstoffs, die in jedem Verbrennungszyklus in die Maschine eingespritzt werden soll, berechnet. Die Sollmenge Q oder die Gesamtsollmenge Q des Kraftstoffs wird derart bestimmt, dass basierend auf einem geforderten Drehmoment oder einer erforderlichen Last an der Maschine, die als Funktion der Position des Gaspedals abgeleitet wird, ein Solldrehmoment an der Kurbelwelle 41 geschaffen wird. Die nachfolgende Diskussion bezieht sich auf den Mehrfacheinspritzmodus.
Das Einspritzmuster wird durch ein Auslesen unter Verwendung eines Einspritzsteuerkennfelds und Korrekturfaktoren, die in dem ROM gespeichert sind, bestimmt. Anderenfalls kann das Einspritzmuster mathematisch berechnet werden. Insbesondere können mehrere optimale Einspritzmuster innerhalb eines Bereichs von Parametern, deren Ableitung bei Schritt S11 zu erwarten ist, experimentell vorbestimmt werden und sie können in das Einspritzsteuerkennfeld eingeschrieben werden.
Das Einspritzmuster wird ebenso in Bezug zu Parametern, wie beispielsweise der Anzahl von Wiederholungen, mit denen der Kraftstoff in einem der entsprechenden Kraftstoffinjektoren 20 eingesprüht wird, den jeweiligen Einspritzzeiten und den jeweiligen Einspritzdauern in jedem der Verbrennungszyklen der Maschine bestimmt. Das Einspritzkennfeld listet Verhältnisse zwischen solchen Parametern auf, die erforderlich sind, um unter den Einspritzmustern ein optimales für jeden der Kraftstoffinjektoren 20, die in den Zylindern #1 bis #7 der Maschine angebracht sind, zu erlangen. Das bestimmte Einspritzmuster wird ebenso durch Korrekturfaktoren modifiziert, die beispielsweise in dem nicht flüchtigen Speicher der ECU 30 getrennt aktualisiert und gespeichert werden. Zum Beispiel teilt die ECU 30 Sollwerte der Parameter, die in dem Einspritzsteuerkennfeld aufgelistet sind, durch Korrekturfaktoren, um finale Sollwerte herzuleiten, und sie stellt das Einspritzbefehlsignal bereit, welches den finalen Sollwert für einen entsprechenden der Kraftstoffinjektoren 20 erlangt. Die Korrekturfaktoren werden in einem anderen Programm nacheinander aktualisiert während die Maschine läuft.
Das Einspritzsteuerkennfeld kann für jede der mehreren Einspritzungen (z.B. Piloteinspritzungen, Voreinspritzung, Haupteinspritzung, Nacheinspritzung und Posteinspritzung des Kraftstoffs in die Maschine) vorbereitet sein, oder anderenfalls derart definiert sein, dass die Sollwerte für alle der mehreren Einspritzungen aufgelistet sind.
Schließlich setzt der Ablauf bei Schritt S13 fort, bei dem die ECU 30 das Einspritzbefehlsignal, das in Schritt S12 bestimmt wird, an einen entsprechenden der Kraftstoffinjektoren 20 zum Öffnen desselben ausgibt, um die Einspritzung des Kraftstoffs in die Maschine in dem Einspritzmuster, das in der oben genannten Weise definiert ist, zu beginnen.
4 zeigt ein Kraftstoffleckagediagnoseprogramm, das von der ECU 30 ausgeführt werden soll, um eine ungewünschte Leckage des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 zu diagnostizieren (d.h. ein Kraftstoffweg, der sich von der Sammelleitung 12 zu den Einsprühöffnungen 20f von jedem der Kraftstoffinjektoren 20 erstreckt). Dieses Programm soll für jeden der Kraftstoffinjektoren 20 in einem Intervall eines gegebenen CA bzw. Kurbelwinkel (d.h. 180°-Winkel der Kurbelwinkel 41) ausgeführt werden.
Nach dem Eintritt des Programms setzt der Ablauf bei Schritt S21 fort, bei dem die Ausgabe des Kraftstoffdrucksensors 20a von jedem der Kraftstoffinjektoren 20 für 180°CA abgelegt wird. Ein solches Ablegen wird nachstehend mit Bezug auf die 5(a), 5(b) und 5(c) beschrieben.
5(a) stellt das Einspritzbefehlsignal dar, das an jedem der Kraftstoffinjektoren 20 in der Form eines Pulses bei Schritt S13 aus 3 ausgegeben wird. Wenn das Einspritzbefehlsignal auf einem hohen Pegel ist (d.h. Ein-Pegel) wird der Solenoid 20b erregt, um die Einsprühöffnungen 20f zu öffnen. Insbesondere wenn das Einspritzbefehlsignal zu einer Ein-Zeit t1 auftritt, beginnt der Kraftstoffinjektor 20 damit, den Kraftstoff einzuspritzen. An einer Aus-Zeit t2, bei der das Einspritzbefehlsignal abfällt, beendet der Kraftstoffinjektor 20 das Einspritzen des Kraftstoffs. Die ECU 30 bestimmt eine Ein-Dauer des Einspritzbefehlsignals (d.h. eine geöffnete Dauer Tq, in der die Einsprühöffnungen 20f offen gehalten werden), um die Einspritzmenge Q zu steuern. 5(b) gibt eine Wellenform an, die eine Änderung der Einspritzrate darstellt, welche die Rate ist, mit welcher der Kraftstoff in Reaktion auf das Einspritzbefehlsignal von dem Kraftstoffinjektor 20 eingesprüht wird. Eine durchgezogene Linie in 5(c) zeigt eine Änderung des Drucks an, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird, die aus der Änderung der Einspritzrate aus 5(b) entsteht.
Die ECU 30 führt einen Unterablauf unabhängig von demjenigen in 4 durch, um die Ausgabe von jedem der Kraftstoffdrucksensoren 20a aufeinanderfolgend zu überwachen. Insbesondere legt die ECU 30 die Ausgabe von jedem der Kraftstoffdrucksensoren 20a zu jedem Zeitintervall ab, welches kleiner als der Zyklus zum Ausführen des Programms aus 4 ist, und kurz genug ist, um einen Übergang des Kraftstoffdrucks, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird, zu definieren, und zu analysieren. Das Zeitintervall ist kleiner als 50µsec und vorzugsweise kleiner als 20µsec. Die ECU 30 speichert die Ausgaben von einem der Kraftstoffdrucksensoren 20a, die über eine gegebene Zeitdauer, die länger oder gleich 180°CA ist, aufeinanderfolgend abgelegt worden sind, in dem RAM.
Die Änderung des Kraftstoffdrucks, die durch den Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird, weist, wie obenstehend beschrieben ist, eine Korrelation mit der Änderung der Einspritzrate auf. Die Wellenform, welche die Änderung der Einspritzrate darstellt, wird daher aus der Wellenform abgeleitet, welche die Änderung des Kraftstoffdrucks darstellt, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird. In dem Beispiel der 5(b) beginnt die Einspritzrate zu der Zeit R1 nach der Ein-Zeit t1 anzusteigen, so dass ein Einsprühen des Kraftstoffs von dem Kraftstoffinjektor 20 beginnt. Der Druck des Kraftstoffs, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird, beginnt nachfolgend auf den Start des Ansteigens der Einspritzrate zu der Zeit R1 von einem Pegel P1 abzufallen, wie in 5(c) dargestellt ist. Darauffolgend erreicht die Einspritzrate einen maximalen Wert zu einer Zeit R2. Bei einem Pegel P2 endet ein Abfallen des Kraftstoffdrucks. Nach der Zeit R2 beginnt die Einspritzrate abzunehmen, so dass der Kraftstoffdruck beginnt, von dem Pegel P2 anzusteigen. Danach reicht die Einspritzrate zu einer Zeit R3 Null, was bedeutet, dass die Einspritzung des Kraftstoffs tatsächlich beendet ist. Dies bewirkt, dass der Kraftstoffdruck bei einem Pegel P3 aufhört anzusteigen.
Die Anstiegsstartzeit R1, bei der die Einspritzrate beginnt anzusteigen, d.h. wenn tatsächlich begonnen wird, den Kraftstoff einzusprühen, und die Abfallendzeit R3 zu der tatsächlich ein Einsprühen des Kraftstoffs beendet wird, können demzufolge hergeleitet werden, indem aus der Wellenform der Ausgabe des Kraftstoffdrucksensors 20a Zeiten aufgefunden werden, zu denen der Kraftstoffdruck, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird, jeweils die Pegel P1 und P3 erreicht. Die Änderung der Einspritzrate kann ebenso unter Verwendung der Korrelation derselben mit der Änderung des Kraftstoffdrucks, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird, berechnet werden, wie nachstehend diskutiert wird.
Die Rate Pa, zu welcher der Kraftstoffdruck zwischen den Pegeln P1 und P2 abfällt, wird in Korrelation gesetzt mit der Rate Ra, zu der die Einspritzrate zwischen der Zeit R1 und R2 zunimmt (d.h. der Anfangswert und der maximale Wert der Einspritzrate). In ähnlicher Weise wird dir Rate Pγ, zu welcher der Kraftstoffdruck zwischen den Pegeln P2 und P3 ansteigt, in Korrelation gesetzt mit der Rate Pγ, mit der die Einspritzrate zwischen der Zeit R2 und R3 abnimmt (d.h. der maximale Wert und der letzte Wert der Einspritzrate). Zudem wird ein Abfall Pß (d.h. ein maximaler Betrag des Druckabfalls) des Kraftstoffdrucks zwischen dem Pegel P1 und P2 in Korrelation gesetzt mit einem Anstieg Rβ der Einspritzrate zwischen der Zeit R1 und R2 (d.h. der Anfangswert und der maximale Wert der Einspritzrate). Die Einspritzraten-Zunahmerate Ra, die Einspritzraten-Abnahmerate Pγ, und der Einspritzratenanstieg Rβ werden demzufolge durch Analysieren der Wellenform der Änderung des Kraftstoffdrucks, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird, eingeschätzt, um die Druckabfallrate Pa, die Druckanstiegsrate Pγ und den Druckabfall Pß zu bestimmen.
Der Wert des Integrals der Einspritzrate zwischen dem Beginn und dem Ende der tatsächlichen Einspritzung des Kraftstoffs (d.h. eine schraffierte Fläche, die mit S in 5(b) angezeigt ist), ist mit einer Kraftstoffmenge, die von dem Kraftstoffinjektor 20 eingesprüht wird, äquivalent. Der Wert des Integrals, des Kraftstoffdrucks zwischen dem Pegel P1 und dem Pegel P3, der dem Beginn und dem Ende der tatsächlichen Einspritzung entspricht, wird durch den Integralwert S der Einspritzrate korrigiert. Daher wird der Integralwert S der Einspritzrate, der zu der Einspritzmenge Q äquivalent ist, durch Ableiten eines Integrals des Kraftstoffdrucks aus der Wellenform einer Ausgabe des Kraftstoffdrucksensors 20a berechnet.
In Rückbezug auf 4 verwenden die Schritte, die auf Schritt S21 folgen, Wellenformen der Ausgaben von den Kraftstoffdrucksensoren 20a von zwei der Kraftstoffinjektoren 20: einer ist in einem der Zylinder #1 bis #4 angebracht, in dem der Kraftstoff eingesprüht worden ist, und der zweite ist in einem der Zylinder #1 bis #4 angebracht, in dem der Kraftstoff nachfolgend eingesprüht worden ist. Wie obenstehend beschrieben ist, wird der Kraftstoff in Zeitabfolgen in die Zylinder #1 bis #4 eingesprüht. Einer der Zylinder #1 bis #4, in denen der Kraftstoff eingesprüht worden ist, wird nachstehend ebenso als ein erster Zylinder bezeichnet. Einer der Zylinder #1 bis #4, in denen der Kraftstoff nachfolgend eingesprüht worden ist, wird nachstehend als zweiter Zylinder bezeichnet. Der zweite Zylinder muss nicht notwendigerweise ein Zylinder sein, in dem der Kraftstoff unmittelbar nach dem ersten Zylinder eingesprüht wurde, allerdings ein Zylinder, der sich hinsichtlich der Einspritzzeit von dem ersten Zylinder unterscheidet. In ähnlicher Weise wird der Kraftstoffinjektor 20, der in dem ersten Zylinder angebracht ist, ebenso als ein erster Kraftstoffinjektor bezeichnet. Der Kraftstoffinjektor 20, der in dem zweiten Zylinder angebracht ist, wird ebenso als ein zweiter Kraftstoffinjektor bezeichnet. Der Kraftstoffdrucksensor 20a des ersten Kraftstoffinjektors 20 wird ebenso als ein erster Kraftstoffdruck bezeichnet. Der Kraftstoffdrucksensor 20a des zweiten Kraftstoffinjektors 20 wird ebenso als zweiter Kraftstoffdruck bezeichnet.
Wenn der Kraftstoff von der Hochdruckpumpe 11a in die Sammelleitung 12 eingespeist wird, umfasst die Ausgabe von dem Kraftstoffdrucksensor 20a eine Komponente, welche einen Anstieg des Drucks des Kraftstoffs darstellt, der aus der Einspeisung des Kraftstoffs resultiert. Eine Abfolge von Vorgängen in 4 bleiben von dem Einspeisen des Kraftstoffs unberührt. Die nachfolgende Diskussion bezieht sich daher nicht auf die Auswirkung der Einspeisung des Kraftstoffs auf die Diagnose der Leckage des Kraftstoffs.
Nach Schritt S21 setzt der Ablauf bei Schritt S22 fort, wobei die ECU 30 Wellenformen der Ausgaben von dem ersten und zweiten Kraftstoffsensor 20a analysiert, um einen Unterschied zwischen einem Kraftstoffdruck, der durch die Ausgabe des ersten Drucksensors 20a angegeben wird, und einem Kraftstoffdruck, der durch die Ausgabe des zweiten Drucksensors 20b angegeben wird, in einer Zeitdauer zu berechnen, in der kein Kraftstoff von den Kraftstoffinjektoren 20 eingesprüht worden ist und wenn bestimmt wird, dass in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 keine ungewünschte Leckage des Kraftstoffs auftritt. Die ECU 30 bestimmt, ob ein solcher Druckunterschied kleiner als ein gegebener Schwellwert ist, oder nicht. Die Bestimmung, ob keine Leckage des Kraftstoffs in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 auftritt oder nicht, kann in bekannter Art und Weise vorgenommen werden, und ausführliche Erklärungen hierzu werden ausgelassen. Falls eine NEIN-Antwort erlangt wird, was bedeutet, dass der Druckunterschied nicht kleiner als der gegebene Schwellwert ist, setzt der Ablauf bei Schritt S23 fort.
Bei Schritt S23 erlangt die ECU 30 einen Abfall des Kraftstoffdrucks, der durch jeden von dem ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor 20a angegeben wird, wie er bereits in Schritt S21 abgelegt wurde, und die eine Nicht-Einspritzdauer ist, in der von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor 20 kein Kraftstoff eingesprüht worden ist, und sie berechnet eine Rate eines solchen Druckabfalls in einer gegebenen Zeitdauer. Beispielsweise kann die Rate des Druckabfalls durch einen Wert ausgedrückt werden, der durch Dividieren einer Änderung des Kraftstoffdrucks, der über eine gegebene Zeitdauer abgelegt wurde, durch eine gegebene Zeitdauer erlangt wird. Die ECU 30 bestimmt, ob die Rate des Druckabfalls größer als eine gegebene Bezugsrate ist oder nicht. Die Bezugsrate wird auf einen Wert eingestellt, der die Diagnose einer ungewünschten Leckage des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 ermöglicht. Falls eine NEIN-Antwort erlangt wird, was bedeutet, dass wenigstens eine der Raten des Druckabfalls, die von dem ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor 20a erhalten werden, kleiner oder gleich der Bezugsrate ist, wird der Ablauf beendet. Wenn anderenfalls die Raten des Druckabfalls, die von dem ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor 20a erhalten werden, beide größer als die Bezugsrate sind, setzt der Ablauf bei Schritt S24 fort, wobei bestimmt wird, dass die Leckage des Kraftstoffs in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 auftritt, ohne die Ursache oder die Art einer solchen Kraftstoffleckage zu bestimmen.
Der Ablauf setzt danach bei Schritt S25 fort, bei dem an den Fahrer des Fahrzeugs eine Warnung erteilt wird. Beispielsweise wird eine Warnleuchte eingeschaltet. Danach wird der Ablauf beendet.
Falls eine JA-Antwort bei Schritt S22 erlangt wird, was bedeutet, dass der Druckunterschied, der erhalten wird, wenn bestimmt wird, dass die ungewünschte Leckage des Kraftstoffs nicht auftritt, kleiner als der gegebene Schwellwert ist, setzt der Ablauf bei Schritt S26 fort.
Ein Verhältnis zwischen der Wellenform des Kraftstoffdrucks, der durch die Kraftstoffdrucksensoren 20a gemessen wird, und der Einspritzrate in einem Mehrfacheinspritzmodus wird nachstehend mit Bezug auf die 6(a) bis 6(c) beschrieben.
In dem abgebildeten Beispiel führt die ECU 30 die Mehrfacheinspritzung durch: Piloteinspritzung, Voreinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung in jedem Verbrennungszyklus (d.h. jedem Viertaktzyklus) der Maschine. „P11“, „P21“, „P31“ und „P41“ in 6(c) zeigen Druckänderungspunkte an, die in der Wellenform des Kraftstoffdrucks, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird, jeweils auf Einleitungen der Mehrfacheinspritzungen hin erscheinen und ebenso jeweils einen Pegel des Kraftstoffdrucks darstellen. „P13“, „P23“, „P33“ und „P43“ in 6(c) zeigen Druckänderungspunkte in der Wellenform des Kraftstoffdrucks an, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird, die auf jeweilige Beendungen der Mehrfacheinspritzungen auftreten und die ebenso jeweils einen Pegel des Kraftstoffdrucks darstellen. Eine durchgezogene Linie in 6(c) stellt den Fall dar, bei dem sicher der Kraftstoffdruck ordentlich ändert. Eine Kettenlinie L1 stellt den Kraftstoffdruck dar, der durch die Ausgabe des Kraftstoffdrucksensors 20a des ersten Kraftstoffinjektors 20, der beim Schließen fehlerhaft ist, angegeben wird, was somit bewirkt, dass der Kraftstoff weiterhin eingesprüht wird. Eine Zweipunkt-Kettenlinie L2 stellt den Kraftstoffdruck dar, der durch die Ausgabe des Kraftstoffdrucksensors 20a des zweiten Kraftstoffinjektors angezeigt wird, der den Kraftstoff nach dem ersten Kraftstoffinjektor 20 eingesprüht hat. Die schraffierten Flächen S1, S2, S3 und S4 in 6(b) sind zu den Mengen Q1, Q2, Q3 und Q4 des Kraftstoffs, der in den jeweiligen Vorgängen der Mehrfacheinspritzungen eingesprüht wird, äquivalent.
Wenn der erste Kraftstoffinjektor 20 beim Schließen fehlerhaft ist, so dass der Kraftstoff weiterhin eingesprüht wird, fällt der Kraftstoffdruck an dem Kraftstoffeinlass 22 (d.h. in dem Kraftstoffweg, der sich von der Sammelleitung 12 zu den Einsprühöffnungen 20f erstreckt), der in der Linie L1 entnommen werden kann, erheblich ab, wodurch ein Abfall des Drucks des Kraftstoffs in der Sammelleitung 12 resultiert. Wie der Linie L2 entnommen werden kann, bewirkt dies, dass der Kraftstoffdruck an dem Kraftstoffeinlass 22 des zweiten Kraftstoffinjektors 20 nachfolgend auf den ersten Kraftstoffinjektor 20 abfällt. Mit anderen Worten, nimmt der Kraftstoffdruck in dem zweiten Kraftstoffinjektor 20 nachfolgend auf den Abfall des Kraftstoffdrucks in dem ersten Kraftstoffinjektor 20 mit einer Verzögerung ab. Wenn der Kraftstoff aus der Sammelleitung 12 oder einer Kraftstoffleitung, die sich zwischen der Pumpe 11 und der Sammelleitung 12 erstreckt, leckt, fällt der Kraftstoffdruck in den Kraftstoffeinlässen 22 von allen Kraftstoffinjektoren 20 annähernd zeitgleich ab.
In Rückbezug auf 4, werden bei Schritt S26 Raten des Abfalls des Kraftstoffdrucks berechnet, der durch den ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor 20 der Kraftstoffinjektoren 20 gemessen wird, die in dem ersten und dem zweiten Zylinder, in dem der Kraftstoff nachfolgend auf den ersten Zylinder eingesprüht worden ist, angebracht sind. Insbesondere nähert die ECU 30 die Wellenform der Ausgabe des Kraftstoffdrucksensors 20a über eine erste Zeitdauer von 180°CA bzw. Kurbelwinkel, wie in 6(c) dargestellt ist, in dem letzten quadratischen Verfahren an eine gerade Linie an, wie durch eine lineare Funktion ausgedrückt ist, und bestimmt eine Steigung der geraden Linie als die Rate des Abfalls des Kraftstoffdrucks. Wenn beispielsweise der Kraftstoffinjektor 20 ordentlich betrieben wird, nähert die ECU 30 die Wellenformen der Ausgabe von dem Kraftstoffdrucksensor 20a, die durch die durchgezogene Linie in 6(c) angezeigt ist, an eine gerade unterbrochene Linie L3 an und definiert eine Steigung der Linie L3 als die Rate des Abfalls des Kraftstoffdrucks. Wenn einer der Kraftstoffinjektoren 20 beim Schließen fehlerhaft ist, so dass der Kraftstoff ungewünscht weiter eingesprüht wird, nähert die ECU 30 in ähnlicher Weise die Wellenform der Ausgabe von einem der entsprechenden Kraftstoffdrucksensoren 20a an eine gerade Linie an und definiert eine Steigung oder einen Gradienten einer solchen Linie als die Rate des Abfalls des Kraftstoffdrucks an. In dem Beispiels aus 6(c) stimmt eine gerade Linie, bei der die Wellenformen der Ausgabe von dem Kraftstoffdrucksensor 20 von einem der Kraftstoffinjektoren 20 (d.h. den ersten Kraftstoffinjektor 20), der beim Schließen fehlerhaft ist, angenähert im Wesentlichen mit der Linie L1 überein. In der nachfolgenden Diskussion wird somit die Linie L1 verwendet, um die oben beschriebene angenäherte Linie darzustellen. In ähnlicher Weise wird bei der nachfolgenden Diskussion die Linie L2 verwendet, um eine gerade Linie darzustellen, an welche die Wellenform der Ausgabe von dem Kraftstoffdrucksensor 20a des zweiten Kraftstoffinjektors 20, der den Kraftstoff nachfolgend auf den ersten Kraftstoffinjektor 20, der beim Schließen fehlerhaft ist, eingesprüht hat, angenähert wird.
Nachdem die Raten des Abfalls des Kraftstoffdrucks, der durch den ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor 20a gemessen wird, in Schritt S26 berechnet sind, setzt der Ablauf bei Schritt S37 fort, bei dem ein Kraftstoffdruck Pt berechnet wird. Der Kraftstoffdruck Pt ist ein Wert in der Mitte der angenäherten Linie L1 in einem Bereich von 180°CA, der in Schritt S26 aus der Wellenform der Ausgabe von dem ersten Kraftstoffdrucksensor 20a hergeleitet wird. Beispielsweise wird ein Wert der angenäherten Linie L1 an dem TDC (oberer Totpunkt) in einem Bereich von 90° vor dem TDC bis 90° nach dem TDC, der in 6(c) dargestellt ist, als der Kraftstoffdruck Pt bestimmt.
Der Ablauf setzt bei Schritt S28 fort, bei dem die Linien L1 und L2 analysiert werden, um eine Zeitverzögerung Tr zu berechnen. Die Zeitverzögerung Tr, die der 6(c) zu entnehmen ist, ist äquivalent zu einem Zeitintervall zwischen dem Auftreten des Kraftstoffdrucks Pt (d.h. TDC) auf der Linie L1, d.h., wenn der Pegel des Kraftstoffdrucks, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a des ersten Kraftstoffinjektors 20 gemessen wird, den Kraftstoffdruck Pt erreicht hat, und dem Auftreten des Kraftstoffdrucks Pt auf der Linie L2, d.h., wenn der Pegel des Kraftstoffdrucks, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a des zweiten Kraftstoffinjektors 20 gemessen wird, der den Kraftstoff nachfolgend auf den ersten Kraftstoffinjektor 20 eingesprüht hat, den Kraftstoffdruck Pt erreicht hat. Wenn anders, als bei dem Beispiel in 6(c) der zweite Kraftstoffinjektor 20 beim Schließen fehlerhaft ist, so dass der Kraftstoff ungewünscht weiterhin eingesprüht wird, während der erste Kraftstoffinjektor 20 den Kraftstoff ordentlich eingesprüht hat, weist die Zeitverzögerung Tr ein negatives Vorzeichen auf. Wenn anderenfalls der erste und zweite Kraftstoffinjektor 20 beide ordentlich betrieben werden, weist die Zeitverzögerung Tr einen kleinen absoluten Wert auf.
Der Ablauf setzt bei Schritt S29 fort, wobei bestimmt wird, ob jede der Raten des Abfalls des Kraftstoffdrucks, der durch den ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor 20a bei Schritt S26 gemessen wird, größer als eine gegebene Bezugsrate ist, oder nicht. Die Bezugsrate ist auf einen Wert eingestellt, der die Diagnose einer ungewünschten Leckage des Kraftstoffs von dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 ermöglicht. Falls eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass zumindest eine der Raten des Druckabfalls nicht größer als die Referenzrate ist, setzt der Ablauf bei Schritt S41 fort, wobei ein erster und ein zweiter Zähler zurückgesetzt wird. Danach wird der Ablauf beendet. Insbesondere wird bei Schritt S29 schlussgefolgert, dass in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 keine ungewöhnliche Leckage des Kraftstoffs vorhanden ist, oder dass das Kraftstoffeinspritzsystem 50 einer Kraftstoffleckage unterlegen war, jedoch nun wiederhergestellt ist. Der erste und zweite Zähler werden beide zurückgesetzt, um dies anzuzeigen. Wenn anderenfalls eine JA-Antwort bei Schritt S29 erhalten wird, was bedeutet, dass die Raten des Druckabfalls beide größer als die Bezugsrate sind, setzt der Ablauf bei Schritt S30 fort.
Bei Schritt S30 wird bestimmt, ob ein absoluter Wert der Zeitverzögerung Tr, der in Schritt S28 hergeleitet wird, länger als eine gegebene Zeitdauer ist oder nicht. Die gegebene Zeitdauer ist lange genug eingestellt, um der ECU 30 zu ermöglichen, den Sachverhalt zu erfassen, dass einer der Kraftstoffinjektoren 20 beim Schließen fehlerhaft ist, so dass der Kraftstoff ungewünscht weiterhin eingesprüht wird. Falls eine JA-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass die Zeitverzögerung Tr länger als die gegebene Zeitdauer ist, setzt der Ablauf bei Schritt S31 fort.
Bei Schritt S31 wird bestimmt, dass einer von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor beim Schließen fehlerhaft ist, d.h., dass er unsachgemäß geöffnet bleibt. Wenn die Zeitverzögerung Tr ein positives Vorzeichen aufweist, d.h., wenn der Kraftstoffdruck, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a des ersten Kraftstoffinjektors 20 gemessen wird, früher als derjenige abfällt, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20a des zweiten Kraftstoffinjektors gemessen wird, kann bestimmt werden, dass der erste Kraftstoffinjektor 20 nun beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist.
Der Ablauf setzt bei Schritt S32 fort, wobei der Zählerwert des ersten Zählers um Eins erhöht wird. Der Zählerwert zeigt die Anzahl der Wiederholungen der oben genannten Fehlfunktion des Kraftstoffinjektors 20 an, die erfasst worden sind.
Der Ablauf setzt bei Schritt S33 fort, bei dem bestimmt wird, ob der Zählerwert des ersten Zählers größer als ein gegebener Bezugswert ist oder nicht. Wenn der Zählerwert größer als der Bezugswert ist (z.B. vier), schlussfolgert die ECU 30 daraus, dass die Erfassung der Fehlfunktion von entweder dem ersten oder zweiten Kraftstoffinjektor 20 über eine gegebene Schwell-Zeitdauer anhält. Falls in Schritt S33 eine JA-Antwort erhalten wird, setzt der Ablauf bei Schritt S34 fort, wobei die ECU 30 in einen ersten Fehlersicherheitsmodus eintritt, um ein Problem zu beheben, das durch die Fehlfunktionen von entweder dem ersten oder zweiten Kraftstoffinjektor 20 entsteht. Beispielsweise deaktiviert die ECU 30 einen der Kraftstoffinjektoren 20, bei dem bestimmt wurde, dass er beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist, oder alle der Kraftstoffinjektoren 20, oder sie steuert ein Schließen eines Drosselventils, um die abgegebene Leistung der Maschine zu verringern. Wenn anderenfalls in Schritt S33 oder nach Schritt S34 eine NEIN-Antwort erhalten wird, setzt der Ablauf bei Schritt S35 fort.
Bei Schritt S35 wird der Zählerwert des zweiten Zählers zurückgesetzt. Der Zählerwert zeigt die Anzahl der Wiederholungen der ungewünschten Leckage des Kraftstoffs an, die sich von dem Fehler des Kraftstoffinjektors 20 beim Stoppen des Kraftstoffinjektors 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs, die erfasst worden ist, unterscheidet. Wenn insbesondere die ungewünschte Leckage des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 erfasst worden ist, wird in Schritt S29 eine JA-Antwort erhalten. Wenn zudem bestimmt wird, dass einer von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist, wird eine JA-Antwort in Schritt S30 erhalten. Die ECU 30 schlussfolgert somit, dass keine beliebige Art von Leckage des Kraftstoffs, die durch etwas anderes als die Fehlfunktion von einem des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors 20 verursacht wird, vorliegt und setzt den Zählerwert des zweiten Zählers zurück. Danach wir der Ablauf beendet.
Falls in Schritt S30 eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass der absolute Wert der Zeitverzögerung Tr, der in Schritt S28 hergeleitet wird, kürzer oder gleich der gegebenen Zeitdauer ist, setzt der Ablauf bei Schritt S36 fort, wobei bestimmt wird, dass in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 eine Art von Leckage des Kraftstoffs auftritt, die durch etwas anderes verursacht wird als der Fehler von einem des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs.
Der Ablauf setzt bei Schritt S37 fort, wobei der Zählerwert des zweiten Fehlers um Eins erhöht wird. Der Fehlerwert zeigt die Anzahl der Wiederholungen der Leckage des Kraftstoffs an, die sich von dem Fehler von einem des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs, die erfasst worden ist, unterscheidet.
Der Ablauf setzt bei Schritt S38 fort, wobei bestimmt wird, ob der Zählerwert des zweiten Zählers größer als ein gegebener Bezugswert ist oder nicht. Der Bezugswert wird so gewählt, dass er beispielsweise acht beträgt, was im Vergleich größer als der Zählerwert des ersten Zählers in Schritt S33 ist. Wenn der Zählerwert des zweiten Zählers größer als der Bezugswert ist, schlussfolgert die ECU 30 daraus, dass die Erfassung der Leckage des Kraftstoffs, die aus etwas anderem entsteht, als dem Fehler von einem des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs, über eine gegebene Schwellwert-Zeitdauer hinaus auftritt. Falls in Schritt S38 eine JA-Antwort erhalten wird, setzt der Ablauf bei Schritt S39 fort, wobei die ECU 30 in einem zweiten Fail-Safe-Modus eintritt, um ein Problem zu beheben, das aus der Leckage des Kraftstoffs entsteht, die aus etwas anderem resultiert als dem Fehler von einem des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs. Beispielsweise verringert die ECU 30 den Druck des Kraftstoffs in der Sammelleitung 12, um die Kraftstoffmenge, die aus dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 leckt, zu senken. Wenn anderenfalls eine NEIN-Antwort in Schritt S38 oder nach Schritt S39 erhalten wird, setzt die Routine bei Schritt S40 fort.
In Schritt S40 wird der Zählerwert des ersten Zählers zurückgesetzt. Der Zählerwert zeigt die Anzahl der Wiederholungen des Fehlers der Kraftstoffinjektoren 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs an, die erfasst worden sind. Wenn insbesondere die ungewünschte Leckage des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 erfasst worden ist, wird eine JA-Antwort in Schritt S29 erhalten. Wenn zudem bestimmt wird, dass die Leckage des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 auftritt, die aus etwas anderem resultiert, als dem Fehler von einem des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs, wird in Schritt S30 eine NEIN-Antwort erhalten. Die ECU 30 schlussfolgert somit, dass der Fehler von einem des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs nicht auftritt und setzt den Zählerwert des ersten Zählers zurück. Danach wird der Ablauf beendet.
Eine Kombination der Kraftstoffdrucksensoren 20a und die ECU 30 dienen als eine Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung. Die ECU 30 dient ebenso als Fehlererfassung.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 50 dieser Ausführungsform bietet die nachfolgenden vorteilhaften Wirkungen.
Wie obenstehend beschrieben ist, ist jeder der Kraftstoffinjektoren 20 mit dem Kraftstoffdrucksensor 20a ausgestattet, der dazu dient, den Druck des Kraftstoffs in einem Kraftstoffweg, der sich von der Sammelleitung 12 zu den Einsprühöffnungen 20f erstreckt, d.h. der Kraftstoffeinlass 22, aufeinanderfolgend zu messen und der ECU 30 ein Signal bereitzustellen, das hierfür bezeichnend ist. Dies ermöglicht der ECU 30 eine Abweichung des Kraftstoffdrucks an oder um die Einsprühöffnungen 20f genau zu erlangen, bevor der pulsierende Druck in der Sammelleitung 12 gedämpft wird.
Wenn der Druck des Kraftstoffs in den Kraftstoffwegen (z.B. den Kraftstoffeinlässen 22 von wenigstens einem der zwei Kraftstoffdrucksensoren 20a) abgenommen hat, und der Kraftstoffdruck in einem der beiden Kraftstoffwege (die nachstehend ebenso als ein erster Kraftstoffweg bezeichnet werden) früher abgefallen ist, als derjenige in einem anderen der Kraftstoffwege (nachstehend ebenso als ein zweiter Kraftstoffweg bezeichnet), schlussfolgert die ECU 30, dass einer von den Kraftstoffinjektoren 20, die mit dem ersten und dem zweiten Kraftstoffweg verbunden sind, beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist. Mit anderen Worten unterscheidet die ECU 30 die Fehler der Kraftstoffinjektoren 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs von einer anderen Art der Leckage des Kraftstoffs, die in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 auftreten könnte.
Wenn der Druck des Kraftstoffs in dem ersten Kraftstoffweg, wie oben stehend beschrieben ist, früher abgefallen ist als derjenige in dem zweiten Kraftstoffweg, kann die ECU 30 bestimmen, dass einer der Kraftstoffinjektoren 20, der mit dem ersten Kraftstoffweg verbunden ist, beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist. Wie in Schritt S31 beschrieben ist, kann diese Bestimmung durch Analysieren des Werts der Zeitverzögerung Tr vorgenommen werden.
Wenn Raten des Abfalls des Kraftstoffdrucks in dem ersten und zweiten Kraftstoffweg beide größer als die Bezugsrate sind (siehe Schritt S29), und ein absoluter Wert eines Zeitintervalls (d.h. die Zeitverzögerung Tr) zwischen dem Zeitpunkt, wenn der Pegel des Kraftstoffdrucks in dem ersten Kraftstoffweg einen gegebenen Druckpegel erreicht hat (d.h. der Kraftstoffdruck Pt), und dem Zeitpunkt, wenn der Pegel des Kraftstoffdrucks in dem zweiten Kraftstoffweg den gegebenen Druckpegel erreicht hat, länger als eine gegebene Zeitdauer ist (siehe Schritt S30), bestimmt die ECU 30, dass einer der Kraftstoffinjektoren 20, die mit dem ersten und zweiten Kraftstoffweg verbunden sind, beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist. Mit anderen Worten, erfasst die ECU 30 den Sachverhalt, dass der Kraftstoffdruck im ersten Kraftstoffweg früher abgefallen ist als derjenige in dem zweiten Kraftstoffweg und sie schlussfolgert, dass einer der Kraftstoffinjektoren 20 beim Schließen fehlerhaft ist, so dass ein Einsprühen des Kraftstoffs anhält.
Wenn bestimmt wird, dass die ungewünschte Leckage des Kraftstoffs, die nicht aus der Fehlfunktion des ersten oder zweiten Kraftstoffinjektors resultiert, in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 nicht auftritt, und bestimmt wird, dass ein Unterschied des Kraftstoffdrucks zwischen dem ersten Kraftstoffweg und dem zweiten Kraftstoffweg in der Nicht-Einspritzdauer kleiner als der gegebene Schwellwert ist (siehe Schritt S22), ist es der ECU 30 gestattet, den Sachverhalt zu diagnostizieren, dass einer von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist. Mit anderen Worten, wenn bestimmt wird, dass die ungewünschte Leckage des Kraftstoffs in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 nicht auftritt, und bestimmt wird, dass der Unterschied des Kraftstoffdrucks zwischen dem ersten Kraftstoffweg und dem zweiten Kraftstoffweg in der Nicht-Einspritzdauer größer als der gegebene Schwellwert ist, wird die ECU 30 davon abgehalten, den Sachverhalt zu erfassen, dass einer von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist. Dies minimiert die Wahrscheinlichkeit von Fehlern bei einer Diagnose des Fehlers der Kraftstoffinjektoren 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs.
Wenn die Erfassung des Fehlers von einem des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs für die gegebene Schwellwert-Zeitdauer anhält, tritt die ECU 30 in den ersten Fail-Safe-Modus ein. Wenn die Erfassung des Fehlers von einem des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs hingegen nicht über die gegebene Schwellwert-Zeitdauer anhält, führt die ECU 30 den ersten Fail-Safe-Vorgang nicht durch. Wenn einer der Kraftstoffinjektoren 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft war, jedoch nun innerhalb der gegebenen Schwellwert-Zeitdauer wiederhergestellt ist, wird die ECU 30 demzufolge davon abgehalten, den ersten Fail-Safe-Vorgang durchzuführen, wodurch die unnötige Ausführung des ersten Fail-Safe-Vorgangs vermieden wird.
Wenn jede der Raten des Abfalls des Kraftstoffdrucks, der durch die Kraftstoffdrucksensoren 20a gemessen wird, größer als die gegebene Bezugsrate ist (siehe Schritt S29), besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 die ungewünschte Leckage des Kraftstoffs auftritt. Wenn ein absoluter Wert der Zeitverzögerung Tr zwischen dem Zeitpunkt, wenn der Pegel des Kraftstoffdrucks, der durch einen der Kraftstoffdrucksensoren 20a gemessen wird, den Kraftstoffdruck Pt erreicht, und den Zeitpunkt, wenn der Pegel des Kraftstoffdrucks, der durch den anderen der Kraftstoffdrucksensoren 20a gemessen wird, den Kraftstoffdruck Pt erreicht, kürzer als die gegebene Zeitdauer ist (siehe Schritt S30), entscheidet die ECU 30, dass eine Art von Leckage des Kraftstoffs vorliegt, die durch etwas anderes verursacht wird als den Fehler der Kraftstoffinjektoren 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs. Mit anderen Worten unterscheidet die ECU 30 eine solche Art der Leckage des Kraftstoffs von dem Fehler der Kraftstoffinjektoren 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs.
Wenn die Erfassung der Leckage des Kraftstoffs, die aus etwas anderem resultiert, als dem Fehler der Kraftstoffinjektoren 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs über die gegebene Schwellwert-Zeitdauer anhält (siehe Schritt S38), tritt die ECU 30 in den zweiten Fail-Safe-Modus ein. Wenn die Erfassung einer solchen Leckage des Kraftstoffs hingegen nicht über die gegebene Schwellwert-Zeitdauer anhält, führt die ECU 30 den zweiten Fail-Safe-Vorgang nicht durch. Mit anderen Worten tritt die ECU 30 nicht in den zweiten Fail-Safe-Modus ein, bis die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass die Leckage des Kraftstoffs, die aus etwas anderem entsteht als dem Fehler der Kraftstoffinjektoren 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs, nun auftritt. Hierdurch wird die unnötige Ausführung des zweiten Fail-Safe-Vorgangs vermieden.
Wie aus der obenstehenden Diskussion ersichtlich ist, tritt die ECU 30 in den ersten Fail-Safe-Modus ein, wenn bestimmt wird, dass einer der Kraftstoffinjektoren 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist, wohingegen die ECU 30 in den zweiten Fail-Safe-Modus eintritt, wenn die Leckage des Kraftstoffs aus etwas anderem resultiert als einem solchen Fehler der Kraftstoffinjektoren 20. Hierdurch wird der Betrieb der Maschine effektiv sichergestellt.
Jeder der Kraftstoffdrucksensoren 20a ist in einem der Kraftstoffinjektoren 20 angebracht, mit anderen Worten sind sie näher an den Einsprühöffnungen 20f angeordnet, als wenn der Kraftstoffdrucksensor 20a in der Hochdruckleitung 14 positioniert ist, welche die Sammelleitung 12 und die Kraftstoffinjektoren 20 miteinander verbindet, wodurch die Genauigkeit beim Erfassen des Pulsierens des Kraftstoffdrucks, das durch die Einspritzung des Kraftstoffs von den Kraftstoffinjektoren 20 erzeugt wird, im Vergleich dazu, wenn ein solches Pulsieren des Drucks überwacht wird nachdem es die Hochdruckleitung 14 erreicht, verbessert wird.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 50 der oben genannten Ausführungsform kann, wie nachstehend diskutiert modifiziert werden.
Die Schritte S32 und S33 können aus dem Flussdiagramm aus 4 ausgelassen werden, allerdings kann die ECU 30 den Fehler der Injektoren 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs von einer anderen Art einer ungewünschten Leckage des Kraftstoffs, die in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 auftreten könnte, unterscheiden und ebenso einen erforderlichen von dem ersten und zweiten Fail-Safe-Vorgang durchführen.
In ähnlicher Weise können die Schritte S37 und S38 aus dem Flussdiagramm aus 4 ausgelassen werden, allerdings ist es der ECU 30 möglich, den Fehler der Kraftstoffinjektoren 20 beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs von einer anderen Art einer ungewünschten Leckage des Kraftstoffs, die in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 auftreten könnte, zu unterscheiden und ebenso einen erforderlichen von den ersten und zweiten Fail-Safe-Vorgang durchzuführen.
Die Schritte S22 bis S25 können ebenso ausgelassen werden.
Die ECU 30 der oben stehenden Ausführungsform dient dazu, wie aus 6 ersichtlich ist, den Sachverhalt zu erfassen, dass der Pegel des Kraftstoffdrucks in einem aus einer Mehrzahl von Kraftstoffwegen, die jeweils mit den Kraftstoffinjektoren 20 verbunden sind, früher abgefallen ist als derjenige in einem anderen der Kraftstoffwege, wenn bestimmt wird, dass der absolute Wert der Zeitverzögerung Tr zwischen der Zeit, wenn der Pegel des Kraftstoffdrucks in dem einen Kraftstoffweg den Kraftstoffdruck Pt erreicht hat, und derzeit, wenn der Pegel des Kraftstoffdrucks in dem anderen der Kraftstoffwege den Kraftstoffdruck Pt erreicht hat, länger als die gegebene Zeitdauer ist, allerdings kann sie dazu ausgestaltet sein, einen solchen Sachverhalt basierend auf einem Druckunterschied Pr zwischen dem Pegel des Kraftstoffdrucks in dem einen der Kraftstoffwege und demjenigen in dem anderen der Kraftstoffwege zu dem TDC (oberer Totpunkt) aufzufinden.
Wenn in Schritt S29 aus 4 bestimmt wird, dass die zwei Raten des Abfalls des Kraftstoffdrucks, der durch einen der Kraftstoffdrucksensoren 20a gemessen wird, der in dem Kraftstoffinjektor 20 angebracht ist, der den Kraftstoff eingesprüht hat, und einem anderen der Kraftstoffdrucksensoren 20a, der in dem Kraftstoffinjektor 20 angebracht ist, der den Kraftstoff nachfolgend eingesprüht hat, beide größer als die gegebene Bezugsrate sind, schlussfolgert die ECU 30, dass in dem Kraftstoffeinspritzsystem 50 die ungewünschte Leckage des Kraftstoffs vorliegt, allerdings kann eine solche Bestimmung anderenfalls auf andere bekannte Weise vorgenommen werden.
Anstelle des Kraftstoffdrucksensors 20a, der in dem Kraftstoffeinlass 22 von jedem der Kraftstoffinjektoren 20 angebracht ist, kann ein Kraftstoffdrucksensor 200a verwendet werden, der durch eine unterbrochene Linie in 2 bezeichnet ist, der in einer Seitenwand des Gehäuses 20e angeordnet ist, um den Kraftstoffdruck in einem internen Kraftstoffweg 25 zu messen, der sich von dem Kraftstoffeinlass 22 zu den Einsprühöffnungen 22f erstreckt. Das Anbringen des Kraftstoffdrucksensors 20a in dem Kraftstoffeinlass 22 ist einfacher als ein Anbringen des Kraftstoffdrucksensors 200a in der Seitenwand des Gehäuses 20e, wohingegen letzterer den Vorteil aufweist, dass der Kraftstoffdrucksensor 200a näher an den Einsprühöffnungen 20f liegt als der Kraftstoffdrucksensor 20a, was zu einer verbesserten Genauigkeit beim Einschätzen einer Änderung des Kraftstoffdrucks an den Einsprühöffnungen 20f führt.
Anderenfalls kann jeder der Kraftstoffdrucksensoren 20a in einer der Hochdruckleitungen 14 angebracht sein. In diesem Fall wird es bevorzugt, dass der Kraftstoffdrucksensor 20a soweit wie möglich von der Sammelleitung 12 entfernt ist.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 50 kann mit zwei oder mehr Kraftstoffdrucksensoren ausgestattet sein, die in einem Kraftstoffweg angebracht sind, der sich von der Sammelleitung 12 zu den Zylindern #1 bis #4 der Maschine erstreckt. Das Kraftstoffeinspritzsystem 50 kann anderenfalls einen Schienendrucksensor umfassen, der zusätzlich zu den Kraftstoffdrucksensoren 20a den Kraftstoffdruck in der Sammelschiene 12 misst.
Jeder der Kraftstoffinjektoren 20 kann anderenfalls dazu ausgelegt sein, anstelle des Solenoids 20b ein piezoelektrisches Stellglied aufzuweisen, wie in 2 dargestellt ist. Jeder der Kraftstoffinjektoren 20 kann dazu ausgestaltet sein einen Aufbau aufzuweisen, bei dem der Kraftstoff nicht aus dem Abflussloch 24 abläuft, wie z.B. ein direkt wirkender Typ, bei dem ein Piezostellglied dazu dient, einen Takt des Nadelventils 20c ohne Verwendung der Drucksteuerkammer Cd zu erzeugen.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 50 kann ebenso mit funkengezündetem Benzin befeuerten Maschinen verwendet werden, insbesondere Direkteinspritzungsmaschinen. Typische Kraftstoffeinspritzsysteme für die direkten Benzineinspritzungsmaschinen sind mit einer Zulieferleitung ausgestattet, in welcher der Kraftstoff mit einem hohen Druck gespeichert ist. Die Zulieferleitung dient als Kraftstoffsammelbehälter, wie beispielsweise die Sammelschiene 12, in die der Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe eingespeist wird. Der Kraftstoff wird von der Zulieferpumpe an eine Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren zugeführt und anschließend in Verbrennungskammern der Maschine eingesprüht. Das Kraftstoffeinspritzsystem 50 kann ebenso mit Einzylindermaschinen verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Rahmen der bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein Verständnis derselben zu erleichtern, sollte verständlich sein, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen ausgeführt werden kann ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher sollte davon ausgegangen werden, dass die Erfindung alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen der gezeigten Ausführungsformen umfasst, die ohne ein Abweichen von dem Prinzip der Erfindung ausgeführt werden können, wie es in den angehängten Ansprüchen festgesetzt ist.

Claims

Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung zur Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem, das mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Kraftstoffinjektor ausgestattet ist, von denen jeder eine Einsprühöffnung aufweist, aus der Kraftstoff, der aus einem Kraftstoffsammelbehälter zugeführt wird, eingesprüht wird, aufweisend: einen ersten und einen zweiten Kraftstoffdrucksensor, die Ausgaben bereitstellen, die Kraftstoffdrücke in einem ersten und einem zweiten Kraftstoffweg angeben, die sich jeweils von dem Kraftstoffsammelbehälter zu den Einsprühöffnungen des ersten und zweiten Kraftstoffinjektors erstrecken; und einen Fehlererfasser, der dazu eingerichtet ist, die Ausgaben von dem ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor zu analysieren, um einen Abfall des Kraftstoffdrucks in dem ersten und zweiten Kraftstoffweg zu erfassen, wobei der Fehlererfasser dazu eingerichtet ist zu bestimmen, dass einer von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist, wenn bestimmt wird, dass der Kraftstoffdruck in dem ersten Kraftstoffweg früher abgefallen ist als derjenige in dem zweiten Kraftstoffweg.
Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Fehlererfasser dazu eingerichtet ist zu bestimmen, dass der erste Kraftstoffinjektor beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist, wenn bestimmt wird, dass der Kraftstoffdruck in dem ersten Kraftstoffweg früher abgefallen ist als derjenige in dem zweiten Kraftstoffweg.
Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fehlererfasser dazu eingerichtet ist zu bestimmen, dass einer von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist, wenn beide Abfallraten des Kraftstoffdrucks in dem ersten und zweiten Kraftstoffweg größer als eine Bezugsrate sind, und ein Zeitintervall zwischen einem Zeitpunkt, zu dem ein Pegel des Kraftstoffdrucks in dem ersten Kraftstoffweg einen gegebenen Druckpegel erreicht hat, und einem Zeitpunkt, zu dem ein Pegel des Kraftstoffdrucks in dem zweiten Kraftstoffweg den gegebenen Druckpegel erreicht hat, länger als eine gegebene Zeitdauer ist.
Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Fehlererfasser dazu eingerichtet ist zu bestimmen, dass es zulässig ist, dass einer von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs fehlerhaft ist, wenn bestimmt wird, dass keine ungewünschte Leckage des Kraftstoffs in dem Kraftstoffeinspritzsystem auftritt, und wenn bestimmt wird, dass ein Unterschied des Kraftstoffdrucks zwischen dem ersten Kraftstoffweg und den zweiten Kraftstoffweg, der basierend auf den Ausgaben von dem ersten und zweiten Kraftstoffdrucksensor in einer Nicht-Einspritzdauer, in der kein Kraftstoff eingesprüht worden ist, bestimmt wird, kleiner als ein gegebener Schwellwert ist.
Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Fehlererfasser dazu eingerichtet ist, in einen ersten Fail-Safe-Betrieb einzutreten, wenn der Fehler von einem von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs über eine gegebene Schwellwert-Zeitdauer fortlaufend erfasst wird.
Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Fehlererfasser dazu eingerichtet ist zu bestimmen, dass in dem Kraftstoffeinspritzsystem eine ungewünschte Leckage des Kraftstoffs auftritt, die aus etwas anderem resultiert als aus dem Fehler von einem von dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor beim Stoppen eines Einspritzens des Kraftstoffs, wenn beide Abfallraten des Kraftstoffdrucks in dem ersten und zweiten Kraftstoffweg größer als eine Bezugsrate sind, und ein Zeitintervall zwischen einem Zeitpunkt, zu dem ein Pegel des Kraftstoffdrucks in dem ersten Kraftstoffweg einen gegebenen Druckpegel erreicht hat, und einem Zeitpunkt, zu dem ein Pegel des Kraftstoffdrucks in dem zweiten Kraftstoffweg den gegebenen Druckpegel erreicht hat, kürzer als eine gegebene Zeitdauer ist.
Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Fehlererfasser dazu eingerichtet ist, in einen zweiten Fail-Safe-Betrieb einzutreten, wenn die ungewünschte Leckage des Kraftstoffs über eine gegebene Schwellwert-Zeitdauer fortlaufend erfasst wird.
Kraftstoffeinspritzfehlererfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste und zweite Kraftstoffdrucksensor jeweils in dem ersten und zweiten Kraftstoffinjektor angebracht sind.