DE19809001A1 - Kraftstoffeinspritzsteuerungsverfahren und -system - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur Steuerung einer Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor und insbesondere ein Kraftstoffeinspritzsteuerverfahren sowie ein System hierfür, welches eine Voreinspritzung vor einer Haupteinspritzung ausführt.

Ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem für einen Dieselmotor verwendet ein "common rail"-Kraftstoffeinspritzsystem z. B. und führt eine Voreinspritzung aus, um Geräusche des Dieselmotors, Abgasemissionen usw. zu verringern.

Die Voreinspritzung wird ausgeführt durch Einspritzen eines geringen Betrages an Kraftstoff vor einer Haupteinspritzung, um eine explosionsartige Verbrennung zu unterdrücken durch Reduzieren einer Zündverzögerung der Haupteinspritzung (eine Zeitdauer von dem Punkt, an welchem Kraftstoff eingespritzt wird, bis zu dem Punkt, an dem er gefeuert wird) durch die Verbrennungswärme der kleinen Menge an Kraftstoff und um die hierdurch entstehenden Geräusche des Motors, den NOx-Gehalt in dem Abgas usw. zu unterdrücken.

Jedoch wurde festgestellt, daß die explosionsartige Verbrennung der Haupteinspritzung nicht unterdrückt werden kann und folglich ein NOx-Gehalt im Abgas nicht vollständig reduziert werden kann, selbst wenn die konventionelle Voreinspritzung ausgeführt wird, für den Fall, daß der Betriebszustand des Verbrennungsmotors sich in dem Schnellrotations- und Hochbelastungsbereich befindet, oder in dem Fall, daß die Zündverzögerung ursprünglich kurz ist ähnlich eines Motors mit einem Verstärkungsluftlademechanismus, welcher einen sogenannten Superlader oder einen Turbolader umfaßt.

In solch einem Fall hat der Grad der anfänglichen Verbrennungsrate einen signifikanten Einfluß auf die Erzeugung von NOx, wobei NOx leicht erzeugt wird unter dem Zustand einer Kraftstoffeinspritzung unter hohem Druck insbesondere deshalb, weil die Anfangseinspritzrate (Änderungsrate der Kraftstoffzufuhr mit Bezug zur Zeit) hoch ist.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzsteuerverfahren sowie ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem zu schaffen, welches NOx im Abgas eines Verbrennungsmotors unterdrückt.

Entsprechend einem Kraftstoffeinspritzsteuerverfahren und einem System gemäß der vorliegenden Erfindung wird, während eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung aufeinander folgend ausgeführt werden, um Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor einzuspritzen durch Öffnen eines Kraftstoffeinspritzventils für das Einspritzen des Kraftstoffes in den Verbrennungsmotor, eine Überlappungs-Treibersteuerung ausgeführt durch Schalten bzw. Verschieben des Kraftstoffeinspritzventils in die Richtung, in welche es geöffnet wird, durch Starten eines Treibers für das Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils für die Haupteinspritzung, bevor das Kraftstoffeinspritzventil vollständig geschlossen ist nach dem Beendigen bzw. Stoppen eines Treibers für das Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils für die Voreinspritzung.

Folglich wird die Haupteinspritzung gestartet auf dem Weg der Verringerung eines Betrags bzw. einer Menge an Kraftstoff, welche durch die Voreinspritzung eingespritzt wird. Als ein Ergebnis hiervon ist die Voreinspritzung nicht getrennt von der Haupteinspritzung, so daß beide Einspritzungen sich überlappen, wenn die Einspritzrate von der Voreinspritzung zur Haupteinspritzung geschaltet wird. D.h., daß die Voreinspritzung die Haupteinspritzung quasi streift, als ob der Kraftstoff in einer Zeit eingespritzt wird, während die Anfangseinspritzrate der Haupteinspritzung reduziert wird.

Folglich erlaubt dieses Kraftstoffeinspritzsteuerverfahren und -system, daß der Anfangsverbrennungsbetrag der Haupteinspritzung reduziert wird und die explosionsartige Verbrennung unterdrückt wird, selbst wenn die Kraftstoffzündverzögerung ursprünglich kurz ist, wie beispielsweise dann, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors sich in dem Hochrotation und/oder Hochlastbereichs- befindet oder im Falle eines Verbrennungsmotors mit einem Verstärkungslademechanismus. Als ein Ergebnis hiervon kann NOx im Abgas zuverlässig unterdrückt werden.

Dieses Kraftstoffeinspritzsteuerverfahren kann in einfacher Weise ausgeführt werden ohne Änderungen einer Hardware-Struktur solange ein System ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem hat, welches die Vorsteuerung ausführt. Dieses Verfahren kann ausgeführt werden gerade eben durch Verkürzen des Einspritzintervalls zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung und insbesondere durch Verkürzen des Zeitintervalls von dem Zeitpunkt an, in welchem der Betrieb für ein Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils für die Voreinspritzung beendet wird bis zu dem Zeitpunkt an in welchem ein Betrieb für ein Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils für die Haupteinspritzung gestartet wird.

Vorliegend kann ein größerer Effekt erzeugt werden durch Ausführen der Überlappungsantriebssteuerung, wenn der Verbrennungsmotor sich in einem Betriebszustand befindet, in welchem er eine bestimmte Motorgeschwindigkeit und/oder eine bestimmte Belastung überschreitend betrieben wird. D.h., daß NOx reduziert werden kann in nahezu allen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors indem die Steuerung umgeschaltet wird durch Ausführen der Überlappungs-Treibersteuerung, wenn der Verbrennungsmotor sich in dem Betriebszustand befindet, in welchem er die bestimmte Motorgeschwindigkeit und/oder die bestimmte Belastung überschreitend betrieben wird, in welchem die Kraftstoffeinspritzverzögerung ursprünglich kurz ist und keine NOx-Verringerungswirkung erzielbar ist durch die Voreinspritzung und durch Ausführen der normalen Voreinspritzung, wenn sich der Verbrennungsmotor in dem Betriebszustand befindet, in welchem die Kraftstoffeinspritzverzögerung lang ist und die NOx-Re­ duzierungswirkung durch die Voreinspritzung erzielbar ist.

Der spezifische Aufbau der Erfindung sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile von dieser werden besser ersichtlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung anhand der begleitenden Zeichnungen. In den begleitenden Zeichnungen wird folgendes gezeigt:

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Kraftstoffeinspritzsystem der "common rail"-Bauart gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Hochdruckpumpe darstellt, die in dem Ausführungsbeispiels Verwendung findet,

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die einen Einspritzer bei Verwendung in dem Ausführungsbeispiel zeigt,

Fig. 4 ist eine Flußkarte, welche die Prozeßschritte zeigt, welche durch eine ECU ausgeführt werden, die in dem Ausführungsbeispiel verwendet wird,

Fig. 5 ist ein Graph, der ein Betriebsbereich (ineffektiver Bereich), in welchem eine normale Voreinspritzung hinsichtlich der Reduzierung von NOx nicht effektiv ist,

Fig. 6 ist eine Zeitkarte, welche die Stationen oder Zustände einer Steuerung bei Ausführen einer normalen Voreinspritzung zeigt,

Fig. 7 ist eine Zeitkarte, welche Steuerzustände bzw. -stationen bei Ausführen einer Voreinspritzung für den ineffektiven Bereich zeigt,

Fig. 8 ist ein Graph, der eine Wirkung des Ausführungsbeispiels darstellt, und

Fig. 9 ist eine schematische Darstellung, die einen Einspritzer zur Verwendung in einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Ein Kraftstoffeinspritzsystem der "common rail"-Bauart gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Fig. 1 gezeigt und wird durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet. Dieses Kraftstoffeinspritzsystem der "common rail"-Bauart 1 wird für einen Sechszylinder Dieselmotor verwendet und umfaßt sechs Einspritzer (elektromagnetisch angetriebene Kraftstoffeinspritzventile) 3, die in jedem Zylinder vorgesehen sind, eine "common rail" 5 für das Speichern von Hochdruckkraftstoff, der jedem Einspritzer 3 zugeführt werden soll, eine Hochdruckpumpe 9 der verdrängungsvariablen Bauart für das zwangsweise Fördern des Kraftstoffs von einem Kraftstofftank 7 zur common rail 5 sowie eine elektronische Steuereinheit (ECU) 11 für das Steuern der Einspritzer 3 und der Pumpe 9. Es sei darauf hingewiesen, daß, obgleich nicht im einzelnen dargestellt, der Hauptteil der ECU 11 durch einen bekannten Mikrocomputer aufgebaut ist, der eine CPU, ein ROM, ein RAM usw. umfaßt.

Wie in der Fig. 2 dargestellt ist wird der Kraftstoff, welcher in dem Kraftstofftank 7 gespeichert ist, durch eine Förderpumpe 13 gepumpt und zu der Hochdruckpumpe 9 unter niedrigem Druck gefördert. Der unter niedrige Druck geförderte Kraftstoff wird in einer Kraftstoffgalerie 15 gespeichert, die innerhalb der Hochdruckpumpe 9 vorgesehen ist und wird unter einem fixierten Druck durch einen voreingestellten Ventilöffnungsdruck eines Rückschlagventils 17 gehalten. Wenn der Kraftstoffdruck innerhalb der Kraftstoffgalerie 15 über den des voreingestellten Ventilöffnungsdrucks ansteigt, dann wird das Rückschlagventil 17 geöffnet, um den Kraftstoff in den Tank 7 zurückzuführen.

Mittlerweile ist die Kraftstoffgalerie 15 mit einer Kammer 21 der Hochdruckpumpe 9 über ein elektromagnetisch angetriebenes Steuer- oder Regelventil 19 verbunden, um den Kraftstoff weiter Druck zu beaufschlagen. Die Kammer 21 ist mit einem Kolben 23 ausgerüstet. Wenn das Steuerventil 19 geschlossen wird, und wenn der Kolben 23 durch eine Nocke 20 aufwärts bewegt wird, dann wird der Kraftstoff innerhalb der Kammer 21 Druck-beaufschlagt. Wenn der Druck den Ventilöffnungsdruck eines Schlagventils 25 überschreitet, dann wird der Kraftstoff innerhalb der Kammer 21 zwangsweise zu der "common rail" 5 gefördert. Folglich wird die Zeit folge für das Starten der Druckbeaufschlagung und der zwangsweisen Förderung oder Abgabe des Kraftstoffes bestimmt durch Ventilöffnungszeiten des elektromagnetischen Steuerventils 19. Da die Zwangsförderbeendigungszeitfolge festgelegt ist in Übereinstimmung mit dem oberen Totpunkt des Kolbens 23, erhöht sich eine Menge an zwangsweise geförderten Kraftstoff, wenn der Zwangsförderstartzeitpunkt vorverlegt wird oder eine niedrigere Position des Kolbens 23 eingestellt wird. Die ECU 11 steuert die Ventilschließzeiten des elektromagnetischen Steuerventils 19, um einen Ziel-"common rail"-Druck durch Verwendung solch eines Mechanismus zu erhalten.

Da die detaillierte Beschreibung des vorstehend beschriebenen Hochdruckpumpensystems sich nicht unmittelbar auf die vorliegende Erfindung bezieht, wird vorliegend auf eine weitere Erläuterung verzichtet.

Der Kraftstoff wird Druck-beaufschlagt und zwangsgefördert durch die Hochdruckpumpe 9 und wird in der "common rail" 5 wie vorstehend beschrieben zwischengespeichert. Der Druck des Kraftstoffs in solch einem Zeitpunkt wird durch einen "common rail"-Drucksensor 27 gemessen bzw. erfaßt, der an der "common rail" 5 vorgesehen ist, wobei dieser Druck in Form eines elektrischen Signals an die ECU 11 gesandt wird. Die ECU 11 steuert die Ventilschließzeiten des elektromagnetischen Steuerventils 19 derart, daß der "common rail"-Druck einem Zielwert wie vorstehend beschrieben angeglichen wird. Es sei darauf hingewiesen, daß ein Druckbegrenzer 29 ebenfalls an dem "common rail" 5 vorgesehen ist, um den Kraftstoff innerhalb der "common rail" 5 in den Kraftstofftank 7 zu entspannen, so daß der innere Druck nicht zu hoch wird.

Der hoch komprimierte Kraftstoff, der folglich in der "common rail" gespeichert ist, wird zu dem Einspritzer 3 geleitet, der in jedem Zylinder eines Motors 33 vorgesehen ist und zwar über einen Strömungsbegrenzer 31 (Stromregler), wie in der Fig. 3 gezeigt ist. Der Kraftstoff wird innerhalb des Einspritzers 3 in zwei Richtungen abgezweigt. Ein Strahl des aufgezweigten Kraftstoffs strömt in eine Steuerkammer 38, die an der Rückseite (Kopf) eines Steuerkolbens 37 vorgesehen ist und zwar über die Anschlüsse α und β eines Dreiwegeventils 35. Der andere abgezweigte Kraftstoffstrahl strömt in ein Kraftstoffreservoir 39a an dem unteren Ende einer Düsennadel 39, welche mit dem Steuerkolben 37 verbunden ist.

D.h., daß der Kraftstoff, welcher innerhalb des Einspritzers 3 verzweigt wird, wird in jene Strahlen unterteilt, welche Kräfte ausüben, welche die Düsennadel 39 aufwärts und abwärts drücken. Da zu diesem Zeitpunkt ein Bereich oberhalb des Steuerkolbens 37 größer ist als ein Bereich der Düsennadel 39, erhält er die abwärts gerichtete Kraft gemäß der Fig. 3 ein Übergewicht. Dementsprechend wird das untere Ende der Düsennadel 39 auf einen Sitz 39b abwärts gedrückt, wobei der Einspritzer 3 geschlossen wird. Demzufolge wird kein Kraftstoff eingespritzt, wenn das Dreiwegeventil 35 Eluid-verbunden ist, wie dies in der Fig. 3 gezeigt wird (der Anschluß α ist mit dem Anschluß β verbunden).

Beim Einspritzen des Kraftstoffs gibt die ECU 11 einen Hochniveau-Treiberimpuls von einem Ausgangsanschluß 41 der CPU 41 für eine vorbestimmte Zeitperiode an vorbestimmten Zeitpunkten basierend auf einem Berechnungsergebnis gemäß nachfolgender Beschreibung aus. Wenn der Treiberimpuls von dem Ausgangsanschluß 43 der CPU 41 ausgegeben wird, dann wird ein Transistor 45 eingeschaltet und eine elektromagnetische Spule 47, die an das Dreiwegeventil 35 befestigt ist, erregt. Hierauf wird das Dreiwegeventil 35 derart geschaltet, daß der Anschluß β mit einem Anschluß γ verbunden wird. Kein Kraftstoffdruck wird von der "common rail" 5 zu der Rückseite des Steuerkolbens 37 hinzugefügt, wobei der hoch komprimierte Kraftstoff, der in die Steuerkammer 38 geströmt ist, zum Kraftstofftank 7 fließt. Als ein Ergebnis hiervon fällt der rückseitige Druck des Steuerkolbens 37 ab, wobei die Kraft, welche die Düsennadel 39 aufwärts drückt, folglich überwiegt. Hierauf hebt sich die Düsennadel 39 an, wobei deren unteres Ende von dem Sitz 39b beabstandet wird, wobei der Einspritzer 3 geöffnet und der Kraftstoff durch eine Einspritzbohrung 40 eingespritzt wird.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Düsennadel 39 durch eine Feder S abwärts vorgespannt ist und daß eigentlich das Ventil geöffnet und damit begonnen wird, den Kraftstoff einzuspritzen, wenn die Kraft für das aufwärts Drücken der Düsennadel 39, welche bestimmt wird durch die Kraft, welche an die Düsennadel 39 und den Steuerkolben 37 angelegt wird, die eingestellte Last der Feder übersteigt.

Wenn das Erregen der elektromagnetischen Spule 47 durch die CPU 41 der ECU 11 gestoppt wird, dann kehrt das Dreiwegeventil 35 erneut in den Zustand zurück, in welchem der Anschluß α mit dem Anschluß β verbunden wird und die Einspritzung an Kraftstoff beendet wird durch Bewegen der Düsennadel 39 in die Ventilschließrichtung durch Anlegen eines hohen rückseitigen Drucks an den Steuerkolben 37.

Um zwischenzeitlich die Kraftstoffeinspritzung und weitere Funktionen zu steuern, werden Signale unterschiedlicher Sensoren wie beispielsweise ein Zylinder-Diskriminationssensor 51, ein Kurbelwinkelsensor 53, ein Gaspedalpositionssensor 55, ein Leerlaufschalter 57, ein Startschalter 59 sowie ein Kühlmitteltemperatursensor 61 neben dem "common rail"-Drucksensor 27 der ECU 11 eingegeben, wie dies in der Fig. 1 gezeigt ist.

Desweiteren ist, wie in der Fig. 3 gezeigt wird, ein Kondensator 63 für das Abgeben einer Hochspannung für das schnelle Betreiben der elektromagnetischen Spule 47 in den Schaltkreis von einer Batterie +B zu der elektromagnetischen Spule 47 zwischengeschaltet. D.h., daß dieser derart angeordnet ist, daß ein Spitzenstrom Ip von dem Kondensator 63 zu der elektromagnetischen Spule 47 unmittelbar nach dem Zeitpunkt geführt wird, wen der Transistor 45 eingeschaltet wird, wobei dann ein konstanter Strom Ih basierend auf der Batteriespannung geführt wird ("Treiberimpuls" und "Spulenstrom" in der Fig. 6).

Als nächstes wird die Steuerung der Erregung der elektromagnetischen Spule 47 des Einspritzers 3 gemäß vorstehender Beschreibung durch Verwendung einer Flußkarte näher erläutert, wie diese in der Fig. 4 abgebildet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß der Prozeß gemäß der Fig. 4 abgearbeitet wird in jedem vorbestimmten Zeitintervall oder durch Unterbrechung synchronisiert zur Kurbelwellenrotation des Motors 33.

Wie in der Fig. 4 gezeigt ist, liest die CPU 41 in der ECU 11 Informationen wie beispielsweise eine Motorgeschwindigkeit Ne, die einen Betriebszustand des Motors 33 anzeigt, eine Beschleunigerposition Acc sowie den "common rail"-Druck Pc basierend auf den Signalen der einzelnen vorstehend beschriebenen Sensoren in Schritt S100 ein, und bestimmt daraufhin in Schritt S110 ob eine Voreinspritzung ausgeführt werden soll oder nicht durch bekannte Entscheidungsbedingungen basierend auf den Informationen, die wie vorstehend beschrieben eingelesen worden sind. Wenn bestimmt wird, die Voreinspritzung auszuführen, dann schreitet der Vorgang zu Schritt S120 fort, um zu bestimmen, ob oder nicht der Betriebszustand des Motors 33 sich in dem Bereich befindet, in welchem NOx in effektiverer Weise reduziert werden kann und zwar ausgehend von der Motorgeschwindigkeit Ne und der Gaspedalposition Acc, welche in Schritt S110 eingelesen worden sind.

Auf der Basis von Experimenten wurde herausgefunden, daß obgleich der NOx-Verringerungseffekt durch die normale Voreinspritzung gemäß der Fig. 6 erkennbar ist (d. h., eine Einspritzung, bei welcher eine Einspritzrate verursacht durch die Voreinspritzung vollständig getrennt von der Einspritzrate ist, welche durch die Haupteinspritzung verursacht ist, die darauf folgt) und zwar in einem Betriebsbereich RE, in welchem die Zündverzögerung lang ist nicht jedoch in dem spezifischen Hochumdrehungs- und Hochbelastungsbereich auf einer Motorgeschwindigkeits- und Drehmomentskarte, welche eine Beziehung zwischen der Motorgeschwindigkeit und dem Drehmoment (Belastung) gemäß der Fig. 5 zeigt, so kann jedoch der NOx-Reduktionseffekt nicht erhalten werden durch die normale Voreinspritzung in einem Betriebsbereich RN, welcher der Hochumdrehungs- und Hochbelastungsbereich ist und in welchem die Zündverzögerung anfänglich kurz ist.

Der Grund hierfür besteht darin, daß die Wirkung bezüglich der Reduktion NOx durch das Unterdrücken der vorgemischten Verbrennung klein ist und die explosionsartige Verbrennung der Haupteinspritzung, welche nach der Voreinspritzung ausgeführt wird, nicht unterdrückbar ist durch Reduzieren der Zündverzögerung, da man sich in dem Bereich befindet, in welchem die Zündverzögerung bereits ursprünglich kurz ist. In solch einem Fall wird daraufhin die anfängliche Einspritzmenge erhöht, wobei NOx mehr erzeugt wird unter der Bedingung der Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck, da der Grad der anfänglichen Verbrennungsrate einen großen Einfluß auf die Erzeugung von NOx hat. Es ist spürbar besonders in einem Motor, der mit einem Verstärkungsluftlademechanismus betrieben wird, wie beispielsweise ein Superlader oder ein Turbolader, daß die Zündverzögerung in dem Bereich verkürzt wird, in welchem die Motorgeschwindigkeit und die Belastung niedriger ist aufgrund der Tatsache, daß ein Innenzylinderdruck und eine Temperatur, welche die Zündverzögerung bestimmen, im Vergleich zu jenen eines konventionellen Saugmotors hoch sind.

Aus diesem Grunde wird in Schritt S120 bestimmt, ob sich der Betriebszustand des Motors 33 in dem Bereich befindet, in welchem die Zündverzögerung lang ist und die normale Voreinspritzung hinsichtlich der Reduktion von NOx effektiv ist, beispielsweise der Betriebsbereich RE, welcher in der Fig. 5 gezeigt wird. Dieser wird als ein "effektiver Bereich" nachfolgend bezeichnet bzw. der Bereich, in welchem die Zündverzögerung ursprünglich kurz ist und die normale Voreinspritzung hinsichtlich der Reduktion von NOx nicht effektiv ist, beispielsweise der Betriebsbereich RN, welcher in der Fig. 5 dargestellt ist. Dieser wird nachfolgend als ein "ineffektiver Bereich" bezeichnet, wobei der Weg bzw. die Art, wie der Kraftstoff eingespritzt wird, entsprechend dem Bestimmungsergebnis geschaltet wird.

Wenn in Schritt S120 bestimmt wird, daß sich der Betriebszustand des Motors 33 in dem effektiven Bereich RE gemäß der Fig. 5 befindet, dann schreitet der Vorgang zu Schritt S130 fort. Anschließend berechnet die CPU 41 basierend auf den in Schritt S100 eingelesenen Informationen eine Förderstartperiode TP1 und eine Förderperiode TP2 für die Voreinspritzung und eine Förderstartperiode TM1 und eine Förderperiode TM2 für die Haupteinspritzung, welcher auf einem Impulssignal (Ne-Impuls) basiert, welches bei einer vorbestimmten Zahl unter Impulssignalen ausgegeben wird, die wiederum von dem Kurbelwinkelsensor 53 ausgegeben werden, wie dies in der Fig. 6 gezeigt ist, um die normale Voreinspritzung und Haupteinspritzung auszuführen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Förderstartperiode TP1 für die Voreinspritzung eine Zeitperiode ist, von wo aus der Ne-Impuls durch den Kurbelwinkelsensor 53 ausgegeben wird bis zu dem Punkt, an welchem der Treiberimpuls Pp für das Ausführen der Vorsteuerung an den Transistor 45 ausgegeben wird, wobei die Förderperiode TP2 für die Voreinspritzung eine Zeitperiode des Treiberimpulses Pp für die Vorsteuerung ist. In ähnlicher Weise ist die Förderstartperiode TM1 für die Haupteinspritzung eine Zeitperiode von dem Zeitpunkt an, von welchem der Ne-Impuls von dem Kurbelwinkelsensor 53 ausgegeben wird, bis zu dem Zeitpunkt, an welchem ein Treiberimpuls Pm für das Ausführen der Haupteinspritzung an den Transistor 45 ausgegeben wird, wobei die Förderperiode TM2 für die Haupteinspritzung eine Zeitperiode des Treiberimpulses Pm für die Haupteinspritzung ist. Die Förderperiode TP2 der Voreinspritzung wird kürzer eingestellt als die Förderperiode TM2 der Haupteinspritzung, wobei die Förderstartperiode TM1 der Haupteinspritzung länger eingestellt wird als die Förderstartperiode TP1 der Voreinspritzung plus der Förderperiode TP2 der Voreinspritzung.

Anschließend werden die Förderstartperioden TP1 und TM1 sowie die Förderperioden TP2 und TM2, welche in Schritt S130 berechnet wurden, in einem vorbestimmten Speicherbereich abgespeichert als Daten zur Ausgabe der Treiberimpulse im Schritt S140, wobei der Vorgang hier unmittelbar beendet wird.

Ein weiterer Betriebsausführungs- oder Timerkreis, der nicht weiter gezeigt wird, bezieht sich auf die Förderstartperioden TP1 und TM1 sowie die Förderperioden TP2 und TM2, welche in Schritt S140 abgespeichert sind, und gibt das Treiberimpuls Pp für die Voreinspritzung sowie das Treiberimpuls Pm für die nachfolgende Haupteinspritzung von dem Ausgangsanschluß 43 zu dem Transistor 45 aus, entsprechend jeden der Förderstartperioden TP1 und TM1 sowie der Förderperioden TP2 und TM2.

Hierauf fließt ein Strom durch die elektromagnetische Spule 47 des Dreiwegeventils 35 durch das Treiberimpuls Pp, wie dies in der Fig. 6 gezeigt wird, wobei entsprechend diesem die Düsennadel 39 angehoben wird und der Kraftstoff in Form der Voreinspritzung durch die Einspritzbohrung 40 des Einspritzers 3 eingespritzt wird, wie dies vorstehend beschrieben worden ist. Wenn die Ausgabe des Treiberimpulses Pp endet, dann sinkt die Düsennadel 39 ab und wird auf den Sitz 39b aufgesetzt (der Hub der Düsennadel 39 kehrt auf Null zurück), wodurch die Voreinspritzung in diesen Zeitpunkt vervollständigt ist.

Wenn die Förderstartperiode TM1 der Haupteinspritzung hierauf erfüllt ist, dann wird das Treiberimpuls Pm für die Haupteinspritzung zu dem Transistor 45 ausgegeben. Hierauf wird der Kraftstoff als die Haupteinspritzung durch die Einspritzbohrung 40 des Einspritzers 3 eingespritzt ähnlich zur Voreinspritzung gemäß vorstehender Beschreibung durch das Treiberimpuls Pm.

D.h., jede der Förderstartperioden TP1 und TM1 sowie Förderperioden TP2 und TM2 wird eingestellt, so daß das Treiberimpuls Pm für die Haupteinspritzung ausgegeben wird, nachdem der Treiberimpuls Pp für die Voreinspritzung ein niedriges Niveau annimmt und die Düsennadel 39 auf den Sitz 39b aufsitzt, wenn der Betriebszustand des Motors 33 so bestimmt ist, daß er in dem effektiven Bereich RE in Schritt S120 liegt und die normale Voreinspritzung entsprechend ausgeführt wird. Infolge solch einer Einstellung werden daraufhin eine Einspritzrate der Voreinspritzung und eine Einspritzrate der Haupteinspritzung vollständig getrennt, wie dies in der Fig. 6 gezeigt ist.

Wenn der Betriebszustand des Motors 33 in Schritt S120 andererseits so bestimmt ist, daß er in dem ineffektiven Bereich gemäß der Fig. 5 sich befindet, dann schreitet der Vorgang zu Schritt S150 fort. Um die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung für den ineffektiven Bereich daraufhin auszuführen, welche unterschiedlich zu den normalen sind, berechnet die CPU 41 die Förderstartperiode TP1 und die Förderperiode TP2 für die Voreinspritzung sowie die Förderstartperiode TM1 und die Förderperiode TM2 für die Haupteinspritzung gemäß der Fig. 7 basierend auf den Informationen, welche in Schritt S100 eingelesen wurden.

D.h., daß beim Ausführen der Voreinspritzung für den ineffektiven Bereich die Förderstartperioden TP1 und TM1 sowie die Förderperioden TP2 und TM2 jeweils eingestellt sind derart, daß der Treiberimpuls Pm für die Haupteinspritzung ansteigt und die Düsennadel 39 damit beginnt, sich anzuheben, bereits bevor die Düsennadel 39 auf dem Sitz 39b aufsitzt, wobei ein Hub von dieser permanent auf ΔL verbleibt nach dem Abfall des Treiberimpulses Pp durch im wesentlichen Verlängern der Förderstartperiode TP1 der Voreinspritzung und Verkürzen des Zeitintervalls zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung (oder insbesondere einem Zeitintervall von dem Zeitpunkt aus, von welchem der Treiberimpuls Pp für die Voreinspritzung abfällt bis zu dem Zeitpunkt, in welchem der Treiberimpuls Pm für die Haupteinspritzung ansteigt) gegenüber jenen der normalen Voreinspritzung.

Nach Ausführen der Berechnung in Schritt S150 schreitet folgend der Vorgang zu Schritt S140 fort, um die Förderstartperioden TP1 und TM1 sowie die Förderperioden TP2 und TM2 für den ineffektiven Bereich einzustellen, welche berechnet worden sind in Schritt S150 in einem vorbestimmten Speicherbereich als Informationen zur Ausgabe der Treiberimpulse. Anschließend wird dieser Vorgang unmittelbar beendet.

Wenn dementsprechend der Betriebszustand des Motors 33 sich in dem ineffektiven Bereich RN in Fig. 5 befindet, dann wird die Haupteinspritzung auf dem Wege des Abfalls des Treiberimpulses Pp für die Voreinspritzung und der Erhöhung der Menge an Kraftstoff, die während der Voreinspritzung gemäß der Fig. 7 eingespritzt worden ist, gestartet. Als ein Ergebnis hiervon überlappt die Einspritzrate der Voreinspritzung die Einspritzrate der Haupteinspritzung, wodurch Kraftstoff in einem Zeitpunkt eingespritzt wird, als wenn die ursprüngliche Einspritzrate der Haupteinspritzung sichtlich reduziert wird. D.h., ein Teil der Einspritzrate, welche durch den schraffierten Bereich r in der Fig. 7 dargestellt ist, wird reduziert.

Folglich erlaubt das Kraftstoffeinspritzsystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, daß der anfängliche Verbrennungsbetrag der Haupteinspritzung reduzierbar ist und die explosionsartige Verbrennung unterdrückt wird, selbst wenn der Betriebszustand des Motors 33 sich in dem ineffektiven Bereich RN gemäß der Fig. 5 befindet (beispielsweise der Betriebsbereich der Hochrotation und Hochbelastungsbereich, in welchem die Zündverzögerung ursprünglich kurz ist und NOx durch die normale Voreinspritzung nicht reduzierbar ist). Als ein Ergebnis hiervon kann NOx im Abgas zuverlässig unterdrückt werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß wenn bestimmt wird, daß die Voreinspritzung in Schritt S110 nicht ausgeführt wird, dann schreitet der Vorgang zu Schritt S 160 fort um lediglich die Förderstartperiode TM1 und die Förderperiode TM2 der Haupteinspritzung zu berechnen. Anschließend schreitet der Vorgang zu Schritt S140 fort, um die Förderstartperiode TM1 und die Förderperiode TM2 einzustellen, welche in Schritt S160 als Informationen für die Ausgabe des Treiberimpulses gefunden wurden. Hierauf wird der Vorgang unmittelbar beendet. Dementsprechend wird keine Voreinspritzung ausgeführt und lediglich die Haupteinspritzung ausgeführt.

Die Fig. 8 zeigt ein Ergebnis aus Experimenten, die für den Vergleich einer Differenz ausgeführt wurden, wenn die normale Voreinspritzung ausgeführt wurde und wenn die Voreinspritzung für den ineffektiven Bereich besonders gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgeführt wird unter maximalen Rotations- und Hochbelastungsbedingungen (um ca. 3000 Umdrehungen pro Minute und 100% der Belastung = Gaspedal wird vollständig nieder gedrückt). Es sei darauf hingewiesen, daß die Fig. 8 die Beziehung zwischen dem NOx im Abgas und dem Kraftstoffverbrauch darstellt. Eine strichpunktierte Linie "a" repräsentiert den Fall, wonach die normale Voreinspritzung ausgeführt wird, wobei eine durchgezogene Linie "b" den Fall repräsentiert, wonach die Voreinspritzung für den ineffektiven Bereich ausgeführt wird.

Wie aus der Fig. 8 ersichtlich ist werden NOx sowie der Kraftstoffverbrauch jeweils reduziert, wenn die Voreinspritzung für den ineffektiven Bereich besonders gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß obgleich nicht näher dargestellt, die Rauchentwicklung bzw. der Rauchwert der Emission gleich blieben.

Gemäß vorstehender Beschreibung kann entsprechend dem Kraftstoffeinspritzsystem 1 der vorliegenden Erfindung NOx reduziert werden in nahezu allen Betriebsbereichen, da die Einspritzung derart gesteuert wird, daß die formale Voreinspritzung ausgeführt wird in dem effektiven Bereich RE gemäß Fig. 5 und daß die Einspritzrate der Voreinspritzung die Einspritzrate der Haupteinspritzung überlappt durch Starten des Treibers für das Öffnen des Einspritzventils für die Haupteinspritzung bevor der Einspritzer 3 vollständig geschlossen wurde nach Beendigung des Treibers für das Öffnen des Einspritzventils für die Voreinspritzung und zwar in dem ineffektiven Bereich RN gemäß der Fig. 5.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Vorgang in Schritt S150 gemäß der Fig. 4 einer Überlappungsantriebssteuerung entspricht, wobei der Vorgang in Schritt S120 der Betriebszustands Diskrimination entspricht.

Obgleich der Einspritzer 3 des Dreiwegeventilsystems vorliegend verwendet worden ist gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, ist es auch möglich, einen Einspritzer 69 eines Zweiwegesystems zu verwenden, wie dies in der Fig. 9 gezeigt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß in der Fig. 9 die Bauteile mit den gleichen Funktionen wie jene in dem Einspritzer 3 gemäß der Fig. 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Wenn in diesem Ausführungsbeispiel kein Strom zu der elektromagnetischen Spule 47 geführt wird, dann wird das Ventil des Zweiwegeventils 71 in dem Einspritzer 69 geschlossen, so daß das untere Ende der Düsennadel 39 abwärts auf den Sitz 39b gedrückt wird und der Einspritzer 69 vollständig geschlossen wird in der gleichen Weise, wie in dem Zustand, in welchem der Anschluß α mit dem Anschluß β in dem Einspritzer 3 des Dreiwegeventilsystems Fluid-verbunden ist.

Wenn die elektromagnetische Spule 47 erregt wird, dann wird das Zweiwegeventil 71 gemäß der Fig. 9 angehoben. Hierauf wird hoch komprimierter Kraftstoff in der Steuerkammer 38 in den Kraftstofftank 7 über eine Drossel 73 entspannt, so daß der Druck der Steuerkammer 38 abfällt. Es sei darauf hingewiesen, daß aufgrund dessen, daß der hoch komprimierte Kraftstoff von der "common rail" 5 zu der Steuerkammer 38 über eine Drossel 75 zu diesem Zeitpunkt gefördert wird, die Abfallrate des Drucks der Steuerkammer 38 willkürlich eingestellt werden kann durch Auswählen der Drossel 73 und 75. Wenn daraufhin der Druck der Steuerkammer 38 abfällt, dann wird der rückseitige Druck des Steuerkolbens 37 abgesenkt, wobei sich die Düsennadel 39 anhebt und von dem Sitz 39b beabstandet wird, wodurch Kraftstoff durch die Einspritzbohrung 40 eingespritzt wird in der gleichen Weise wie in dem Zustand, wonach der Anschluß α mit dem Anschluß γ in dem Einspritzer 3 des Dreiwegeventilsystems verbunden ist.

Folglich kann mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die gleiche Wirkung erhalten werden, selbst wenn der Einspritzer 69 des Zweiwegeventilsystems verwendet wird.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß für den Motor, der mit dem Superlader oder dem Turbolader betrieben wird, der ineffektive Bereich RN, welcher in Schritt S120 gemäß der Fig. 4 bestimmt ist, im Voraus großzügig eingestellt sein kann, so daß der Vorgang in Schritt S150 gemäß der Fig. 4 in dem Bereich ausgeführt wird, in welchem die Motorgeschwindigkeit und die Belastung niedriger sind.

Während die bevorzugten Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben worden sind, können für einen Durchschnittsfachmann Variationen von diesen möglich sein, ohne daß dieser vom Umfang der erfindungsgemäß vorliegenden Konzepte abgewichen wird, welche durch die nachfolgenden Ansprüche definiert sind.

In einem Kraftstoffeinspritzsteuersystem 1, welches eine Voreinspritzung Pp und nachfolgend eine Haupteinspritzung Pm ausführt, um Kraftstoff in den Dieselmotor 33 einzuspritzen durch einen elektromagnetisch betriebenen Einspritzer 3, wird ein Zeitintervall zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung verkürzt, so daß die Haupteinspritzung gestartet wird, bevor der Einspritzer vollständig geschlossen ist nach der Voreinspritzung. Folglich überlappen sich sowohl die Voreinspritzung als auch die Haupteinspritzung, wenn sich der Motor bei hoher Rotation und hoher Belastung in einem entsprechenden Betriebszustand befindet, in welchem die Kraftstoffzündverzögerung ursprünglich kurz ist und somit kein NOx-Reduziereffekt eben durch die normale Voreinspritzung erhalten werden kann. Folglich wird der Kraftstoff in einer solchen Weise eingespritzt, wie wenn die anfängliche Einspritzrate der Haupteinspritzung verringert ist, wodurch die explosionsartige Verbrennung der Haupteinspritzung unterdrückt und somit ein NOx-Ausstoß von dem Motor verhindert wird.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzsteuerverfahren für das aufeinander folgende Ausführen einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung, um Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor (33) einzuspritzen durch Öffnen eines Kraftstoffeinspritzventils (3) für das Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor, wobei das Steuerverfahren gekennzeichnet ist durch eine Überlappungsbetriebssteuerung (S150) durch Verschieben des Kraftstoffeinspritzventils in die Richtung für dessen Öffnung durch Starten eines Betriebes bezüglich eines Öffnens des Kraftstoffeinspritzventils für die Haupteinspritzung bevor das Kraftstoffeinspritzventil vollständig geschlossen ist nach der Beendigung eines Betriebes bezüglich eines Öffnens des Kraftstoffeinspritzventils für die Voreinspritzung.

2. Kraftstoffeinspritzsteuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Überlappungsbetriebssteuerung ausgeführt lediglich dann, wenn bestimmt wird (S120), daß der Verbrennungsmotor sich in einen Betriebszustand befindet, in welchem dessen Betrieb eine bestimmte Motorgeschwindigkeit (Ne) und/oder eine bestimmte Last (Acc) überschreitet.

3. Kraftstoffeinspritzsteuersystem für einen Verbrennungsmotor mit folgenden Bauteilen:
ein Kraftstoffeinspritzventil (3) für das Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor und
eine Steuereinheit (11) für das aufeinander folgende Ausführen einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung, um den Kraftstoff in den Verbrennungsmotor einzuspritzen durch Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine Überlappungsbetriebssteuereinrichtung (S150) hat für das Schalten des Kraftstoffeinspritzventils in dessen Öffnungsrichtung durch Starten eines Betriebs bezüglich eines Öffnens des Kraftstoffeinspritzventils für die Haupteinspritzung bevor das Kraftstoffventil vollständig geschlossen ist nach Beendigung eines Betriebs bezüglich eines Öffnens des Kraftstoffeinspritzventils für die Voreinspritzung.

4. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit desweiteren eine Betriebszustandsdiskriminierungseinrichtung (S110) hat, für das Diskriminieren, ob der Verbrennungsmotor sich in einem Betriebszustand befindet, in welchem er unter Überschreiten einer bestimmten Motorgeschwindigkeit (Ne) und/oder einer bestimmten Belastung (Acc) betrieben ist, wobei die Überlappungsbetriebssteuereinrichtung deren Überlappungseinspritzung ausführt, wenn die Betriebszustandsdiskriminiereinrichtung diesen Betriebszustand diskriminiert.

5. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 3 oder 4 gekennzeichnet durch ein "common rail" (5), an das das Kraftstoffeinspritzventil an einer Mehrzahl von Plätzen angeschlossen ist.

6. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffeinspritzventil eine elektromagnetische Spule (47) hat, welche durch die Steuereinheit für jede der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung betrieben wird.