DE10220176A1

DE10220176A1 - Brennstoffeinspritzung mit Hauptschuß und variabler Ankerverzögerung

Info

Publication number: DE10220176A1
Application number: DE10220176A
Authority: DE
Inventors: Brian G Mcgee; Jason J Rasmussen; Matthew R Roth
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2003-01-02
Also published as: GB2377508B; GB0210273D0; GB2377508A; US6705278B2; US20020195081A1

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren schaltet die Brennstofflieferung zwischen einer ersten charakteristischen Einspritzform und einer zweiten charakteristischen Einspritzform, basierend auf Motorbetriebsparametern, um. Die Vorrichtung und das Verfahren können geeignet sein, um ein Brennstoffeinspritzsystem zu steuern und in einem geteilten Einspritzbetriebszustand und/oder einem stiefelförmigen Einspritzbetriebszustand arbeiten zu lassen, wobei Schritte oder Mittel vorgesehen sind, um zu bestimmen, ob ein Beschleunigungszustand existiert, und wobei auf der Grundlage einer solchen Bestimmung schnell von einem geteilten Einspritzbetriebszustand in einen stiefelförmigen Einspritzbetriebszustand umgeschaltet wird. Dies kann ein Brennstoffeinspritzsteuersystem und/oder eine Steuervorrichtung aufweisen, die betreibbar ist, um einen Beschleunigungszustand auf der Grundlage von mindestens einem abgefühlten mit der Beschleunigung in Beziehung stehenden Motorbetriebszustand zu identifizieren, und schnell den Brennstoffeinspritzbetriebszustand für mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung vom geteilten Brennstoffeinspritzbetriebszustand zum stiefelförmigen Brennstoffeinspritzbetriebszustand umzuschalten. Das Brennstoffeinspritzsteuersystem und/oder eine Steuervorrichtung können auch betreibbar sein, um einen Rail-Druck zu bestimmen, ob der Rail-Druck innerhalb einer vorbestimmten Grenze ist, und um auf dieser Grundlage den Signalzeitpunkt einer Hauptbrennstoffeinspritzung ...

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzsysteme und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur genauen Lieferung von mehreren getrennten Brennstoffeinspritzungen an den Zylinder eines Verbrennungsmotors während eines Brennstoffeinspritzereignisses basierend auf Motorbetriebszuständen, wenn der Motor eine Beschleunigung erfährt, oder wenn zwei Brennstoffeinspritzereignisse durch eine kurze Zeitperiode getrennt werden.

Hintergrund

Elektronisch gesteuerte direkt einspritzende Brennstoffeinspritzvorrichtungen wie beispielsweise elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen sind in der Technik wohl bekannt, wobei diese sowohl hydraulisch betätigte elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen als auch mechanisch betätigte elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen aufweisen. Elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen spritzen typischerweise Brennstoff in einen speziellen Motorzylinder ansprechend auf ein elektronisches Brennstoffeinspritzsignal ein, welches von einer elektronischen Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung (Controller) oder einem derartigen System aufgenommen wird. Diese Signale definieren Wellenformen, die eine erwünschte Einspritzrate genauso wie die erwünschte Zeitsteuerung und Brennstoffmenge anzeigen, die in die Zylinder einzuspritzen sind.
Emissionsregelungen, die sich auf Motorabgasemissionen beziehen, werden in der ganzen Welt immer restriktiver, wobei diese beispielsweise Einschränkungen bezüglich der Emission von Kohlenwasserstoffen, von Kohlenmonoxid, bezüglich der Abgabe von Partikeln und der Abgabe von Stickoxiden (NOx) aufweisen. Das Zuschneiden der Stromsignalwellenform der elektronischen Brennstoffeinspritzung und die daraus resultierende Anzahl der Einspritzungen und die Einspritzrate des Brennstoffes in eine Brennkammer während eines Verbrennungszyklus des Zylinders genauso wie die Menge und Zeitsteuerung von solchen Brennstoffeinspritzvorrichtungen ist ein Weg zur Verbesserung der Emissionen und zur Erfüllung von strengeren Emissionsstandards. Als eine Folge sind viele unterschiedliche Techniken für mehrere Brennstoffeinspritzungen verwendet worden, um die Verbrennungscharakteristiken des Verbrennungsprozesses zu modifizieren, wobei die Signalwellenform der elektronischen Brennstoffeinspritzung eine Vielzahl von getrennten Brennstoffeinspritzsignalen aufweist, um Emissionen und Geräuschniveaus zu verringern. Einige Techniken sehen die Anwendung von mehreren Brennstoffeinspritzungen in einem einzelnen Zylinder während eines einzigen Motorbetriebszyklus vor, und sehen typischerweise die Aufteilung der gesamten Brennstofflieferung in den Zylinder während eines speziellen Motorbetriebszyklus in getrennten Brennstoffeinspritzungen vor. Solche Einspritzungen können eine Pilot- bzw. Vorsteuereinspritzung, eine Haupteinspritzung und eine Ankereinspritzung aufweisen, wobei drei Einspritzungen von Brennstoff (eine Einspritzung mit drei Schüssen) erwünscht sind, um eine erwünschte Leistung zu erreichen. Jede dieser Brennstoffeinspritzungen kann auch im Allgemeinen als "Schuß" bezeichnet werden. Das "Steuerstromsignal" (Stromsignal der elektronischen Brennstoffeinspritzung) kann auch einfach als "Brennstoffeinspritzsignal" für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung bezeichnet werden, wobei dies eine Einspritzung oder Lieferung von Brennstoff zum Motor anzeigt.
Bei anderen Motorbetriebszuständen kann es nötig sein, unterschiedliche Einspritzstrategien zu verwenden, um sowohl die erwünschte Motorleistung als auch die Emissionssteuerung zu erreichen. Beispielsweise kann irgendeine von einer Vielzahl von Techniken für die mehrfache Brennstoffeinspritzung bei gewissen stetigen Motorbetriebszuständen verwendet werden, wie beispielsweise bei niedriger Motordrehzahl und bei niedriger Motorbelastung, während andere Techniken bei anderen Motorbetriebszuständen verwendet werden können, die eine hohe Drehzahl oder ein hohes Drehmoment erfordern. In der Vergangenheit ist die Steuerbarkeit einer mehrfachen Brennstoffeinspritzung oder eines geteilten Einspritzereignisses in gewisser Weise durch mechanische Einschränkungen und andere Einschränkungen beschränkt worden, die mit der speziellen Bauart der verwendeten Einspritzvorrichtungen assoziiert sind. Auch bei fortschrittlicheren elektronisch gesteuerten Einspritzvorrichtungen ist es manchmal während gewisser Motorbetriebszustände schwierig, genau die Brennstofflieferung zu steuern.
Wie in dieser Offenbarung verwendet, wird ein "Einspritzereignis" als eine Aktivität definiert, die die Einspritzung von einem oder mehreren Schüssen aufweist, die in einem speziellen Zylinder oder einer speziellen Brennkammer während eines Betriebszyklus oder Verbrennungszyklus des Motors (in einem "Zylinderzyklus") auftreten. Beispielsweise weist ein Zyklus eines 4- Takt-Motors für einen speziellen Zylinder einen Einlaßhub, einen Kompressionshub, einen Expansionshub und einen Auslaßhub auf. Daher weist das Einspritzereignis in einem 4-Takt-Motor die Anzahl der Einspritzungen oder Schüsse auf, die in einem Zylinder während der vier Hübe des Kolbens auftreten. Wie in der Technik verwendet und auch in dieser Offenbarung, weist ein "Motorbetriebszyklus" die einzelnen Zylinderzyklen für die darin vorgesehenen Zylinder auf. Beispielsweise wird ein Motorbetriebszyklus für einen 6- Zylinder-Motor sechs einzelne Zylinderzyklen für jeden der Zylinder des Motors aufweisen (wobei jeder Zylinderzyklus vier Hübe für eine Gesamtanzahl von 24 Hüben besitzt). Im Allgemeinen überlappen die Zylinderzyklen, so dass der Beginn des nächsten aufeinanderfolgenden Zylinderzyklus eines speziellen Zylinders vor der Vollendung des Beginns des nächsten Motorbetriebszyklus anfangen kann.
Das US-Patent 5901682 von McGee et al., welches gemeinsam der Anmelderin dieser Schrift zu eigen ist, beschreibt einen kompressionsgezündeten Motor mit direkter Brennstoffeinspritzung und ein Verfahren zum Übergang zwischen unterschiedlichen Motorbetriebszuständen. Das -682-Patent beschreibt die Berechnung einer Übergangsbrennstoffrate im gewichteten Mittel zum sanften Übergang zwischen den Betriebszuständen. Das -682- Patent beschreibt jedoch keinen Übergang zwischen einem Betriebszustand mit einer ersten charakteristischen Einspritzform, insbesondere einer Konfiguration oder einem Betriebszustand mit geteilter Einspritzung und einem Betriebszustand mit einer zweiten charakteristischen Einspritzform, insbesondere einer Konfiguration oder einem Betriebszustand mit stiefelförmiger Einspritzung.
Die erwünschte Motorleistung wird nicht immer bei allen Motordrehzahlen und Motorlastzuständen unter Verwendung von zuvor bekannten Brennstoffeinspritzstrategien erreicht, wobei basierend auf den Motorbetriebszuständen, der Einspritzzeitsteuerung, der Anzahl und der Dauer der Schüsse, die Brennstoffflußrate und das eingespritzte Brennstoffvolumen bestimmt werden, um Emissionen zu verringern und den Brennstoffverbrauch zu verbessern. Als eine Folge können Probleme, wie beispielsweise das zu schnelle Einspritzen von Brennstoff in einem gegebenen Einspritzereignis und/oder die Tatsache, dass gestattet wird, dass Brennstoff über einen erwünschten Stoppunkt hinaus eingespritzt wird, nachteilig die Stabilität des Systems, die Emissionsausgabe und den Brennstoffwirkungsgrad beeinflussen.
Bei einem Brennstoffsteuersystem für einen Verbrennungsmotor, in dem einer oder mehrere Schüsse bei einem gegebenen Einspritzereignis verwendet werden können, und bei dem unterschiedliche Wellenformen für das Einspritzsignal verfügbar sind, ist es wünschenswert, irgendeine Anzahl von getrennten Brennstoffeinspritzschüssen in einen speziellen Zylinder zu steuern und zu liefern, um die Emissionen und den Brennstoffverbrauch basierend auf den Motorbetriebszuständen des Motors an einem bestimmten Zeitpunkt zu minimieren, beispielsweise bei Veränderungen der Drehzahl, der Belastung oder der Umgebungszustände. Solche Strategien können die Aufteilung der Brennstoffeinspritzung in zwei oder mehr getrennte Brennstoffschüsse während eines speziellen Einspritzereignisses aufweisen, das Vorstellen des Vorsteuerschusses während des Einspritzereignisses und die Einstellung der Zeitsperrung zwischen den verschiedenen mehrfachen Brennstoffeinspritzschüssen, um erwünschte Emissionen und einen erwünschten Brennstoffverbrauch zu erreichen. In manchen Situationen ist es auch wünschenswert, dass vordere Ende der Brennstofflieferung in den Zylinder bezüglich der Rate zu formen, um die Verbrennungscharakteristiken des speziellen verwendeten Brennstoffes zu steuern. Jedoch ist in manchen Situationen die spezielle Schußdauer oder die Brennstoffmenge für einen gegebenen Schuß evtl. so klein, dass es nicht praktisch möglich ist, den speziellen Schuß einzuspritzen.
Beispielsweise wird während gewisser Beschleunigungsereignisse nicht der gesamte Brennstoff verbrannt, der zum Motor in den getrennten Brennstoffschüssen eines Brennstoffeinspritzereignisses mit mehreren Schüssen geliefert wird, und zwar aus einer Vielzahl von Gründen. In einem solchen Fall wo ein Turbolader verwendet wird, ist während eines Beschleunigungsereignisses die zum Motor gelieferte Luftmasse geringer, da die mit dem Motor assoziierte Turboladervorrichtung beschleunigen muß, um eine größere Luftmenge entsprechend der Zunahme beim Brennstoff zu liefern. Wenn eine fette Brennstoffmischung in den Zylinder eingeleitet wird, ist es wahrscheinlicher, dass Brennstoff die Zylinderwände berührt als bei einer vergleichsweise magereren Brennstoffmischung. Da die Zylinderwände typischerweise im Vergleich zum Inneren des Zylinders kühler sind, verbrennt der Brennstoff nicht sondern vermischt sich statt dessen mit dem Schmieröl von der Zylinderwand. Dieser Brennstoff verschlechtert die Schmiereigenschaften des Motoröls und beeinflußt nachteilig den Brennstoffwirkungsgrad des Motors. Weiterhin kann solcher unverbrauchter Brennstoff in Form von Kohlenwasserstoffen ausgestoßen werden, die Verschmutzungen verursachen, und daher eine unerwünschte Komponente des Abgases des Motors sind.
Weiterhin kann nach einem Beschleunigungsereignis das Zeitfenster verringert werden, das für Brennstoffeinspritzereignisse verwendet wird. Somit wird es schwieriger, mehrere Schüsse in ein abnehmendes Zeitfenster für einen Zylinder einzuspritzen, wenn die Motordrehzahl ansteigt. Die schnelle Veränderung der Motordrehzahl kann Zeitsteuerungsfehler für alle Schüsse verursachen, und insbesondere für Schüsse, die an einer speziellen Kolbenposition (Kurbelwinkel) angeordnet sind. Jedoch ist dies insbesondere für den Ankerschuß zutreffend, da er mit einer Zeitverzögerung nach dem Hauptschuß auftritt. Als eine Folge verringert sich das Zeitintervall zwischen den Schüssen oder die Zeitdifferenz zwischen dem Ende von einem Brennstoffschuß in einem speziellen Brennstoffeinspritzereignis und dem Beginn eines folgenden Brennstoffschusses in dem gleichen Brennstoffeinspritzereignis. Es wird daher immer wichtiger, die einzelnen Brennstoffschüsse genau zu liefern, wenn die Zeit zwischen den Brennstoffschüssen kürzer wird.
Da weiterhin die Einspritzvorrichtungen in einem gegebenen Motor stark variierende Leistungscharakteristiken haben können, und da die eingespritzte Brennstoffmenge trotz Befehlen von gleicher Zeitdauer variieren kann, besteht die Notwendigkeit, eine Stabilität für den Betrieb der Einspritzvorrichtungen vorzusehen, insbesondere während Perioden, wo der Betriebszustand der Einspritzvorrichtung von einem Betriebszustand zum anderen übergehen muß.
Zusätzliche Probleme können beobachtet werden, wo der Übergang von einem Betriebszustand, der für Betriebszustände mit geringer Drehzahl verwendet wird, zum anderen Betriebszustand auftritt, der für Betriebszustände mit höherer Drehzahl verwendet wird. Beispielsweise kann eine "Gaseinleitung" durch die Brennstoffeinspritzvorrichtung auftreten, wenn der Druck im Zylinder oder in der Brennkammer größer ist als der Druck in der Spitze der Brennstoffeinspritzvorrichtung, beispielsweise während der Verbrennung des Hauptschusses, wenn die Einspritzvorrichtung versucht, Brennstoff in den Zylinder einzuspritzen. Wenn eine Einspritzvorrichtung versucht, Brennstoff in diesen Zuständen einzuspritzen, werden heiße Gase vom Zylinder in die Einspritzvorrichtung geblasen, was einen Leerraum im Brennstofffluß durch die Einspritzvorrichtung verursacht. Wenn dann die Einspritzvorrichtung versucht, Brennstoff aus der Einspritzvorrichtungsdüse herauszudrücken (Brennstoff einzuspritzen) wird die Einspritzvorrichtungsspitze in das Rückschlagelement der Einspritzvorrichtungsspitze gedrückt, was die Einspritzvorrichtung beschädigt. Der Übergang zwischen den Betriebszuständen kann eine Gaseinleitung zur Folge haben.
Darüber hinaus entspricht die Veränderung der Motordrehzahl während der Beschleunigungszustände einer Veränderung des Kurbelwinkels (Zeitpunkt) zur Einspritzung eines speziellen Brennstoffschusses. Daher kann der erwünschte zuvor für die Einspritzung von jedem Brennstoffschuß in jedem Brennstoffeinspritzereignis bestimmte Winkel (vor den Beschleunigungszuständen) geringfügig von dem erwünschten Einspritzwinkel nach den Beschleunigungszuständen versetzt sein. Eine solche Situation ist nicht wünschenswert, da versetzte Brennstoffeinspritzschüsse in nachteiliger Weise die Motorleistung, den Wirkungsgrad und die Emissionen beeinflussen können.
Es ist daher wünschenswert, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, um die Lieferung von Brennstoff zu einem Motor zu steuern, um Emissionen während der Beschleunigung und der Abbremsung zu steuern. Entsprechend ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung und ein Verfahren offenbart, um ein Brennstoffeinspritzsystem zu steuern, welches geeignet ist, um mindestens in einem geteilten Einspritzbetriebszustand und in einem stiefelförmigen Einspritzbetriebszustand zu arbeiten, und welches Schritte oder Mittel aufweist, um zu bestimmen, ob ein Beschleunigungszustand existiert, und um auf der Grundlage einer derartigen Bestimmung schnell von einem geteilten Einspritzbetriebszustand zu einem stiefelförmigen Einspritzbetriebszustand umzuschalten.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung arbeitet ein Brennstoffeinspritzsteuersystem und/oder eine Steuervorrichtung dahingehend, dass sie einen Beschleunigungszustand auf der Grundlage von mindestens einem abgefühlten auf einer Beschleunigung basierenden Motorbetriebszustand identifiziert, und schnell den Brennstoffeinspritzbetriebszustand für mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung vom geteilten Brennstoffeinspritzbetriebszustand zum stiefelförmigen Brennstoffeinspritzbetriebszustand umschaltet. Das Brennstoffeinspritzsteuersystem und/oder eine Steuervorrichtung ist auch dahingehend wirksam, dass sie einen Rail- bzw. Druckleitungsdruck bestimmen, weiter ob der Druckleitungsdruck innerhalb einer vorbestimmten Grenze ist, und um auf dieser Grundlage die Signalzeitsteuerung für die Hauptbrennstoffeinspritzung und die Signalzeitsteuerung und/oder die Signalzeitsteuerung für eine Ankerbrennstoffeinspritzung zu modifizieren, so dass eine daraus resultierende mehrfache Brennstoffeinspritzung eine stiefelförmige Einspritzform hat.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Brennstoffeinspritzsystems zur Aufteilung einer Brennstoffausgabelieferung in eine Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen aufzuteilen, welches die Brennstofflieferung zwischen einer erwünschten ersten charakteristischen Einspritzform und einer erwünschten zweiten charakteristischen Einspritzform basierend auf Motorbetriebsparametern überleitet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung kann Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen werden, in denen die Figuren folgendes darstellen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein schematisches Profit eines Brennstoffeinspritzereignisses mit drei Schüssen;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Stromwellenform für das Brennstoffeinspritzereignis mit drei Schüssen;
Fig. 4A eine schematische Darstellung einer repräsentativen Stromwellenform für ein Einspritzereignis mit mindestens einem Hauptschuß und einem Ankerschuß in einem geteilten Betriebszustand;
Fig. 4B eine schematische Darstellung eines Brennstoffeinspritzprofils für den geteilten Betriebszustand für ein Einspritzereignis mit mindestens einem Hauptschuß und einem Ankerschuß gemäß Fig. 4A;
Fig. 5A eine schematische Darstellung einer repräsentativen Stromwellenform für ein Einspritzereignis mit mindestens einem Hauptschuß und einem Ankerschuß in einem stiefelförmigen Betriebszustand;
Fig. 5B eine schematische Darstellung eines Brennstoffeinspritzprofils für einen stiefelförmigen Betriebszustand für ein Brennstoffeinspritzereignis mit mindestens einem Hauptschuß und einem Ankerschuß nach Fig. 5A;
Fig. 6A ein Flußdiagramm, das einen Prozeß veranschaulicht, der mit der vorliegenden Erfindung in Bezug steht; und
Fig. 6B ein Flußdiagramm, das einen weiteren Prozeß veranschaulicht, der mit der vorliegenden Erfindung in Bezug steht.
Fig. 6C noch ein weiteres Flußdiagramm, das einen weiteren Prozeß zeigt, der mit der vorliegenden Erfindung in Bezug steht.

Detaillierte Beschreibung

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzsystems 10 in einer beispielhaften Konfiguration gezeigt, wie sie geeignet ist für einen direkt einspritzenden kompressionsgezündeten Motor 12. Das Brennstoffsystem 10 weist eine oder mehrere elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen auf, wie beispielsweise eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 14, die geeignet sind, um in einer jeweiligen Zylinderkopfbohrung des Motors 12 positioniert zu werden. Während das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 auf einen Reihen-6-Zylinder-Motor angewandt wird, sei bemerkt und vorhergesagt, und sei klar ausgedrückt, dass die vorliegende Erfindung gleichfalls auf andere Arten von Motoren anwendbar ist, wie beispielsweise V-Motoren und Drehkolbenmotoren, und dass der Motor irgendeine Anzahl von Zylindern oder (nicht gezeigten) Brennkammern enthalten kann. Während zusätzlich das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 auch ein hydraulisch betätigtes, elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem veranschaulicht, sei genauso bemerkt und vorhergesagt, dass die vorliegende Erfindung gleichfalls auf andere Arten von Brennstoffeinspritzvorrichtungen anwendbar ist, wobei diese auf elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen, mechanisch betätigte, elektronisch gesteuerte Einspritzeinheiten, strömungsmittelaktivierte Common-Rail-Brennstoffeinspritzsysteme bzw. Brennstoffeinspritzsysteme mit gemeinsamer Druckleitung mit digital gesteuerten Brennstoffventilen anwendbar ist, und auf ähnliches. Das Brennstoffsystem 10 der Fig. 1 weist eine Vorrichtung oder vergleichbare Mittel 16 auf, um Betätigungsströmungsmittel zu jeder Einspritzvorrichtung 14 zu liefern, weiter eine Vorrichtung oder vergleichbare Mittel 18 zum Liefern von Brennstoff zu jeder Einspritzvorrichtung, elektronische Steuermittel 20 zur Steuerung des Brennstoffeinspritzsystems, wobei diese die Art und Weise und die Frequenz aufweisen, mit der Brennstoff durch die Einspritzvorrichtungen 14 eingespritzt wird, beispielsweise sind dies Charakteristiken wie beispielsweise der Zeitpunkt, die Anzahl der Einspritzungen pro Einspritzereignis, die Brennstoffmenge pro Einspritzung, die Zeitverzögerung zwischen jeder Einspritzung und das Einspritzprofil. Das Brennstoffeinspritzsystem 10 kann auch eine Vorrichtung 22 oder andere Mittel aufweisen, um Betätigungsströmungsmittel zurück zu zirkulieren und/oder Hydraulikenergie aus dem Betätigungsströmungsmittel wieder zu gewinnen, welches jede Einspritzvorrichtung 14 verläßt.
Die Betätigungsströmungsmittelversorgungsvorrichtung oder vergleichbare Mittel 16 weisen vorzugsweise einen Betätigungsströmungsmittelsumpf oder ein Reservoir 24 auf, eine Betätigungsströmungsmitteltransferpumpe 26 mit relativ niedrigem Druck, einen Betätigungsströmungsmittelkühler 28, einen oder mehrere Betätigungsströmungsmittelfilter 30, eine Betätigungsströmungsmittelpumpe 32 mit hohem Druck zur Erzeugung eines relativ hohen Druckes in dem Betätigungsströmungsmittel und eine Betätigungsströmungsmittelsammelleitung (Rail) 36 mit relativ hohem Druck. Ein Common- Rail-Durchlaß bzw. eine gemeinsame Druckleitung 38 ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Auslaß aus der Betätigungsströmungsmittelpumpe 32 mit relativ hohem Druck angeordnet. Ein Rail- bzw. Druckleitungsverzweigungsdurchlaß 40 verbindet den Betätigungsströmungmsitteleinlaß von jeder Einspritzvorrichtung 14 mit dem Common-Rail-Durchlaß 38 mit relativ hohem Druck. Im Fall einer mechanisch betätigten elektronisch gesteuerten Einspritzvorrichtung würden die Sammelleitung 36, der Common-Rail-Durchlaß 38 und die Verzweigungsdurchlässe 40 typischerweise durch eine gewisse Art einer Nockenbetätigungsanordnung oder durch andere mechanische Mittel zur Betätigung von solchen Einspritzvorrichtungen ersetzt werden. Beispiele einer mechanisch betätigten, elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzeinheit sind offenbart in den US-Patenten 5947380 und 5407131.
Die Vorrichtung 22 kann ein Ablaufströmungsmittelsammelsteuerventil 50 für jede Einspritzvorrichtung aufweisen (wobei nur eine beispielhaft gezeigt ist) eine gemeinsame Rückzirkulationsleitung 52 und einen Hydraulikmotor 54, der zwischen der Betätigungsströmungsmittelpumpe 32 und der Rückzirkulationsleitung 52 angeschlossen ist. Betätigungsströmungsmittel, das einen Betätigungsströmungsmittelablauf von jeder Einspritzvorrichtung 14 verläßt, würde in die Rückzirkulationsleitung 52 eintreten, die solches Strömungsmittel zu der Vorrichtung 22 zur Rückzirkulation oder Wiedergewinnung von Hydraulikenergie leitet. Ein Teil des rückzirkulierten Betätigungsströmungsmittels wird zu der Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe 32 geleitet, und ein weiterer Teil wird zu dem Betätigungsströmungsmittelsumpf 24 über die Rückzirkulationsleitung 34 zurückgeleitet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungsströmungsmittel Schmieröl, und der Betätigungsströmungsmittelsumpf 24 ist ein Motorschmierölsumpf. Dies gestattet, dass das Brennstoffeinspritzsystem als ein parasitäres Untersystem mit dem Schmierölzirkulationssystem des Motors verbunden ist. Alternativ könnte das Betätigungsströmungsmittel Brennstoff oder irgendeine andere Art einer geeigneten Flüssigkeit sein.
Die Brennstoffversorgungsvorrichtung 18 oder vergleichbare Mittel weisen vorzugsweise einen Brennstofftank 42 auf, weiter einen Brennstoffversorgungsdurchlaß 44, der in Strömungsmittelverbindung zwischen dem Brennstofftank 42 und dem Einlaß von jeder Einspritzvorrichtung 14 angeordnet ist, eine Brennstofftransferpumpe 46 mit relativ niedrigem Druck, einen oder mehrere Brennstofffilter 48, ein Brennstoffversorgungsregulierungsventil 49 und einen Brennstoffzirkulations- und -rückleitungsdurchlaß 47 auf, der in Strömungsmittelverbindung zwischen jeder Einspritzvorrichtung 14 und dem Brennstofftank 42 angeordnet ist.
Die elektronischen Steuermittel 20 weisen vorzugsweise ein elektronisches Steuermodul (ECM) 56 auf, welches auch als Steuervorrichtung bzw. Controller bezeichnet wird, deren Anwendung in der Technik bekannt ist. Obwohl dies in Fig. 1 nicht gezeigt ist, weist das elektronische Steuermodul 56 typischerweise Verarbeitungsmittel auf, wie beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor, eine Regelungsvorrichtung wie beispielsweise eine Proprotional-Integral-Derivativ-Steuervorrichtung (PID- Steuervorrichtung) zur Regelung der Motordrehzahl und der Schaltung einschließlich der Eingabe/Ausgabe-Schaltung, der Leistungsversorgungsschaltung, der Signalkonditionierungsschaltung, der Elektromagnettreiberschaltung, von Analogschaltungen und/oder programmierten Logikanordnungen (Logikarrays) genauso wie dem assoziierten Speicher. Der Speicher, der ein RAM oder ein ROM sein kann oder irgendeine andere Art eines in der Technik bekannten Datenspeichers, ist mit dem Mikrocontroller oder Mikroprozessor verbunden und speichert Anweisungssätze, Karten, Nachschautabellen, Variablen usw. Die Karten und/oder Tabellen, die im Speicher gespeichert sind, sind insbesondere bei der wirkungsvollen Steuerung von Brennstoffeinspritzereignissen nützlich, da man auf die erwünschten Steuerinformationen schnell zugreifen kann oder diese durch das elektronische Steuermodul erzeugen kann, um die Zeitsteuerung, die Dauer und Brennstoffmenge für jedes Einspritzereignis zu steuern.
Egal ob der Betrieb auf Tabellen oder Berechnungen basiert, kann das elektronische Steuermodul 56 verwendet werden, um viele Aspekte der Brennstoffeinspritzung zu steuern, wie beispielsweise (1) den Brennstoffeinspritzzeitpunkt, (2) die gesamte Brennstoffeinspritzmenge während eines Einspritzereignisses, (3) den Brennstoffeinspritzdruck, (4) die Anzahl der getrennten Einspritzungen oder Brennstoffschüsse während jedes Einspritzereignisses, (5) die Zeitintervalle zwischen den getrennten Einspritzungen oder Brennstoffschüssen, (6) die Zeitdauer von jeder Einspritzung oder jedem Brennstoffschuß, (7) die Brennstoffmenge, die mit jeder Einspritzung oder jedem Brennstoffschuß assoziiert ist, (8) den Betätigungsströmungsmitteldruck, (9) das elektrische Stromniveau der Einspritzvorrichtungswellenform, und (10) irgendeine Kombination der obigen Parameter. Daher wird das elektronische Steuermodul 56 oder ein Teil davon auch als "elektronische Brennstoffeinspritzsteuervorrichtung" oder als "elektronisches Brennstoffeinspritzsteuersystem" bezeichnet.
Das elektronische Steuermodul 56 nimmt eine Vielzahl von Sensoreingangssignalen S₁ bis S₈ auf, die bekannten Sensoreingängen entsprechen, insbesondere jenen, die Motorbetriebszuständen entsprechen, die folgende einschließen jedoch nicht auf diese eingeschränkt sind: die Motortemperatur S₁, den Rail- bzw. Druckleitungsdruck S₂, die Abgastemperatur S₃, die Motordrehzahl S₄, die Zylinder-Kolben-Position S₅, den Druck des Betätigungsströmungsmittels S₆, die Drosselbetätigung oder Druckposition 37 usw., die verwendet werden, um die erwünschte Kombination der Einspritzparameter für ein darauf folgendes Einspritzereignis zu bestimmen. Das elektronische Steuermodul 56 kann auch eine erwünschte Kombination von Einspritzparametern für ein darauf folgendes Einspritzereignis basierend auf der Motorbelastung bestimmen. Die Motorbelastung ist die Arbeitsmenge bzw. Leistungsgröße, die von dem Motor zu einem speziellen Zeitpunkt ausgeführt wird, und wird im Allgemeinen bezüglich der Nenn-Motorbelastung oder Arbeitskapazität definiert. Die Motorbelastung kann durch eine große Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren gemessen werden, die in der Technik bekannt sind, wie beispielsweise durch Verwendung der gesamten Brennstoffmenge, die an den Motor für eine spezielle Aufgabe oder einen speziellen Arbeitsvorgang geliefert wird, und zwar als Anzeige der Motorbelastung.
Beispielsweise wird ein Motortemperatursensor 58 in Fig. 1 mit dem Motor 12 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel weist der Motortemperatursensor einen Motoröltemperatursensor auf. Jedoch kann auch ein Motorkühlmitteltemperatursensor verwendet werden, um die Motortemperatur zu detektieren. Der Motortemperatursensor erzeugt ein Signal, das in Fig. 1 von S₁ bezeichnet wird, welches in das elektronische Steuermodul 56 eingegeben wird. In dem speziellen in Fig. 1 veranschaulichten Beispiel gibt das elektronische Steuermodul 56 das Steuersignal S₉ aus, um den Betätigungsströmungsmitteldruck von der Pumpe 32 zu steuern, und ein Brennstoffeinspritzsignal S₁₀ zur Erregung eines Elektromagneten oder einer anderen elektrischen Betätigungsvorrichtung innerhalb jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 14, wodurch Brennstoffsteuerventile in jeder Einspritzvorrichtung 14 gesteuert werden, und wodurch bewirkt wird, dass Brennstoff in jeden entsprechenden Motorzylinder eingespritzt wird. Jeder der Einspritzparameter ist variabel steuerbar, und zwar unabhängig von der Motordrehzahl und Motorbelastung. Im Falle der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 ist das Steuersignal S₁₀ ein Brennstoffeinspritzsignal, das ein vom elektronischen Steuermodul angewiesener Strom für dem Einspritzvorrichtungselektromagneten oder eine andere elektrische Betätigungsvorrichtung ist.
Es sei auch bemerkt, dass die Art der während eines speziellen Brennstoffeinspritzereignisses erwünschten Brennstoffeinspritzung typischerweise abhängig von verschiedenen Motorbetriebszuständen zu diesem Zeitpunkt variieren wird. Unter einer Anstrengung zur Verbesserung von Emissionen ist herausgefunden worden, dass das Liefern von mehreren Schüssen zu einem speziellen Zylinder während eines einzigen Brennstoffeinspritzereignisses oder eines Zylinderzyklus bei gewissen Motorbetriebszuständen sowohl den erwünschten Motorbetriebszustand als auch die gewünschte Emissionssteuerung erreicht. Fig. 2 veranschaulicht schematisch ein Einspritzereignis mit mehreren Schüssen, die die Abfolge eines Pilot- bzw. Vorsteuerschusses 60, eines Hauptschusses 62 und eines Ankerschusses 64 aufweist. Der Vorsteuerschuß 60 wird in der Brennkammer vor dem Hauptschuß 62 um einen gewissen vorbestimmten Zeitfaktor, Kurbelwinkel oder Ähnliches voreingespritzt, der eine Vorsteuereinstellung 61A bestimmt, und eine Zeitverschiebung zwischen dem Ende der Vorsteuereinspritzung 60 und dem Beginn des Hauptschusses 62 zur Folge hat, was eine Hauptverzögerung 61 definiert. Der Ankerschuß 64 kommt in der Folge nach dem Hauptschuß 62 basierend auf einem vorbestimmten Zeitfaktor, Kurbelwinkel oder Ähnlichem, was eine Ankerverzögerung 63 zur Folge hat.
Die Sequenz, der Zeitpunkt und die Dauer der Schüsse in einem Einspritzereignis werden durch das elektronische Steuermodul 56 bestimmt, und zwar basierend auf einer Programmierung, die in Speicher gespeichert ist, und basierend auf einer Vielzahl von spezialisierten Karten und/oder Nachschautabellen, die in dem Speicher des elektronischen Steuermoduls 56 gespeichert sind. Solche Karten und/oder Tabellen sind wirksam zur Korrelation der Charakteristiken des Vorsteuerschusses, des Hauptschusses, des Ankerschusses und beispielsweise der Ankerschußverzögerung für festgelegte Motorbetriebsparameter, wie beispielsweise die Motordrehzahl, die Motorbelastung, den Druck, der mit dem Rail-Durchlaß 38 assoziiert ist (Rail-Druck), die gesamte erwünschte Brennstoffmenge und andere Parameter, und zwar aufgrund von Daten, die von den Karten oder Tabellen zurückgegeben wurden. Insbesondere unter Verwendung solcher Karten oder Tabellen kann das elektronische Steuermodul 56 auch dynamisch die entsprechende Anzahl von Brennstoffschüssen bestimmen, die für ein gegebenes Einspritzereignis zu verwenden sind (beispielsweise Vorsteuerschuß 60, Hauptschuß 62 und/oder Ankerschuß 64), die Menge des erforderlichen Brennstoffes für jeden Brennstoffschuß, der Zeitpunkt und die Dauer von jedem einzelnen Schuß genauso wie die Ankerverzögerung 63. Das heißt, eine Programmierung, die mit der elektronischen Steuerung 56 assoziiert ist, weist Parameter auf, die von Berechnungen und/oder logischen Vergleichen während der Programmausführung bestimmt werden, beispielsweise mit Referenz auf die Karten und/oder die Nachschautabellen. Somit kann irgendeiner der oben erwähnten Parameter mit Bezug auf die Anordnung der in Fig. 2 veranschaulichten Schüsse oder mit Bezug auf eine Kombination davon selektiv und/oder dynamisch angepaßt oder mit der Zeit verändert werden, und zwar sowohl mit Bezug auf einzelne Zylinderzyklen als auch über einen einzigen oder über mehrere Motorbetriebszyklen.
Während es in dem in Fig. 2 abgebildeten Einspritzereignis drei Schüsse gibt, wobei ein Teil des gesamten zur Brennkammer zu liefernden Brennstoffes durch den Vorschuß 60 eingespritzt werden wird, wird ein Teil dieses gesamten Brennstoffes durch den Hauptschuß 62 eingespritzt, und der restliche und dominante Teil des gesamten Brennstoffes wird durch den Ankerschuß 64 eingespritzt, wobei die Zeitsteuerung und Dauer der Schüsse abhängig von Betriebszuständen variiert werden kann. Unter gewissen Motorbetriebszuständen hat ein mehrfaches Brennstoffeinspritzereignis, welches drei Brennstoffschüsse verwendet, Vorteile bezüglich der Abgasemissionen, was verringerte Partikelemissionen und/oder verringerte NOx-Emissionen zur Folge hat, und bezüglich des Erreichens der erwünschten Motorleistung. Jedoch kann unter gewissen Umständen wünschenswert sein, das Einspritzereignis auf einen einzigen Schuß einzuschränken, und zwar durch eliminieren des Vorschusses und durch Kombination der Haupt- und Ankerschüsse, oder es kann möglich sein, das Ereignis so zu modifizieren, dass es zwei oder mehr Schüsse hat, und zwar durch Kombination der Haupt- und Ankerschüsse. Es kann auch unter gewissen Umständen wünschenswert sein, das Einspritzereignis zu vergrößern, so dass es vier oder mehr Schüsse aufweist, und zwar durch Hinzufügen eines Schusses nach der Einspritzung abhängig von den gegenwärtigen Motorbetriebszuständen.
Eine beispielhafte Stromwellenform oder ein beispielhaftes Brennstoffeinspritzsignal für ein Einspritzereignis mit drei Schüssen ist in Fig. 3 veranschaulicht, wobei diese ein Vorschußsteuersignal oder einfach ein Vorsignal 66 zeigt, weiter ein Hauptschußsteuersignal oder einfach ein Hauptsignal 68, ein Ankerschußsteuersignal oder einfach ein Ankersignal 70, ein Hauptverzögerungssignal 72 zwischen den Vor- und Hauptschußsteuersignalen 66, 68, und eine Ankersignalverzögerung 74 zwischen den Haupt- und Ankerschußsteuersignalen 68, 70. Die Dauer von jedem der Steuersignale 66, 68 und 70 kann durch das elektronische Steuermodul 56 variiert werden, und die Dauer der Verzögerungen 72 und 74 kann genauso durch das elektronische Steuermodul 56 gesteuert werden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung werden der Zeitpunkt und die Dauer des Hauptschusses 62 (wie in Fig. 2 gezeigt) bestimmt und von dem elektronischen Steuermodul 56 eingestellt, und die Zeitsteuerung und Dauer des Vorschusses 60 und des Ankerschusses 64 werden danach basierend auf der Zeitsteuerung des Hauptschusses bestimmt. Wie somit oben dargelegt, kann der Hauptschuß 62 als erster Schuß bezeichnet werden, der Vorschuß 60 kann als zweiter Schuß bezeichnet werden und der Ankerschuß 64 kann als dritter Schuß bezeichnet werden. Entsprechend können die Brennstoffeinspritzsignale für die Haupt-, Vor- und Ankerschüsse ebenfalls als erste bzw. zweite bzw. dritte Brennstoffeinspritzsignale bezeichnet werden. In dieser Hinsicht wird der Beginn des zweiten Schusses oder Vorschusses 60 typischerweise basierend auf bekannten Parametern bestimmt werden, wie beispielsweise dem Zeitpunkt des ersten Schusses oder Hauptschusses und der Vorschußversetzung, und die Zeitsteuerung des dritten oder Ankerschusses wird genau eine Zeitverzögerung basierend auf der Beendigung des Hauptschusses 62 sein. Andere Verfahren zur Bestimmung der verschiedenen Parameter, die mit den drei Brennstoffeinspritzschüssen assoziiert sind, werden genauso erkannt und vorhergesagt.
Fig. 3 veranschaulicht auch einen Einzugsstrompegel 78 und einen Haltestrompegel 79, der mit einer typischen hydraulisch betätigten elektronisch gesteuerten Brennstoffeinspritzvorrichtung oder einer anderen Brennstoffeinspritzvorrichtung assoziiert ist. Wenn man hydraulisch betätigte elektronisch gesteuerte Brennstoffeinspritzvorrichtungen verwendet, weist das Brennstoffeinspritzsignal oder die Wellenform im Allgemeinen eine Form mit zwei Ebenen auf, die den Einzugsstrompegel 78 und den im Allgemeinen niedrigeren Haltestrompegel 79 aufweist. Der höhere Einzugsstrom wird verwendet, um die Brennstoffeinspritzvorrichtung schnell zu öffnen und dadurch die Ansprechzeit zu verringern, d. h. die Zeit zwischen der Einleitung eines Brennstoffeinspritzsignals und der Zeit, zu der der Brennstoff tatsächlich beginnt in den Motorzylinder einzutreten. Sobald eine Brennstoffeinspritzung begonnen hat, kann ein Haltestrom auf niedrigerem Niveau verwendet werden, um die Einspritzvorrichtung 14 für den Rest des Einspritzereignisses offen zu halten. Die Vorschußdauer, die Hauptschußdauer und die Ankereinzugsdauer werden genauso in der repräsentativen Stromwellenform veranschaulicht, die in Fig. 3 abgebildet ist. Basierend auf den Motorbetriebszuständen, der Art des Brennstoffes und den verwendeten Brennstoffeinspritzvorrichtungen und basierend auf anderen Parametern sei bemerkt und vorhergesagt, dass die in Fig. 3 veranschaulichte Wellenform modifiziert und entsprechend verändert werden kann.
Während der normalen Motorbetriebszustände wird nach einer Analyse von verschiedenen mit dem Motor in Beziehung stehenden Zuständen eine elektronische Brennstoffeinspritzstromsignalwellenform, wie in Fig. 3 gezeigt, bestimmt und erzeugt, wobei dieses im Allgemeinen wie in Fig. 2 gezeigt eine Haupteinspritzung oder einen Hauptschuß 62 erzeugen wird, weiter eine Ankereinspritzung oder einen Ankerschuß 64 und möglicherweise eine Voreinspritzung oder einen Vorschuß 60. Karten oder Nachschautabellen werden verwendet, um bei diesen Bestimmungen zu helfen, welche den Zeitpunkt und die Brennstoffmenge für jede Einspritzung anzeigen. Nach einer Vollendung dieser Bestimmungen werden zahlreiche Parameter und Motorbetriebszustände bewertet, um zu bestimmen, ob die Wellenform in einen erwünschten stabilen Satz von Zuständen fällt, oder ob die Motorbetriebszustände so sind, dass die Wellenform instabil sein kann. Beispielsweise kann das anfängliche Brennstoffeinspritzsignal eine unterscheidbar getrennte Haupteinspritzung 68 und eine Ankereinspritzung 70 aufweisen. Das Brennstoffeinspritzsignal, das diese Anfangsstrategie darstellt, kann diese Einspritzungen aufweisen, und zwar mit einer assoziierten Einspritzdauer und Einspritzverzögerungen, wie in Fig. 3 oben gezeigt. Während gewisser Perioden des Motorbetriebes jedoch (beispielsweise während der Motorbeschleunigung) können die Dauer der Haupt- und Ankerschüsse und die Verzögerung dazwischen so sein, dass die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 14 nicht die erwünschte Einspritzung erzeugen können. Daher werden nach dem Zeitpunkt die Dauer und die Verzögerung für jede der Brennstoffeinspritzungen oder jeden Schuß bestimmt, wobei ursprünglich vorhergesehen wurde, dass unterschiedlich getrennte Haupt- und Ankerbrennstoffeinspritzungen erforderlich wären, wobei nun erforderlich sein kann, dass die Haupt- und Ankereinspritzungen eng aneinander liegen.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sagt das Brennstoffeinspritzsteuersystem 10 und insbesondere das elektronische Steuermodul 56 die Veränderungen des Motorbetriebszustandes und entsprechend Veränderungen einer Brennstofflieferung zwischen einer ersten charakteristischen Einspritzform vorher (wobei die Haupt- und Ankerschüsse unterscheidbar getrennt sind) und eine zweite charakteristische Einspritzform (wobei die Haupt- und Ankerschüsse eng aneinander liegen) um instabile oder in anderer Weise nicht wünschenswerte Ergebnisse zu vermeiden. Die geteilte Einspritzung hat überlegene Emissionen und einen besseren Brennstoffverbrauch während einer geringen Motordrehzahl (Leerlauf) zur Folge, während die stiefelförmige Einspritzung bei höheren Drehzahlen bevorzugt wird. Entsprechend wird das elektronische Steuermodul 56 programmiert, um die Brennstofflieferung zwischen den erwünschten Einspritzformcharakteristiken basierend auf den Motorbetriebsparametern überzuleiten.
Fig. 4A und 4B sehen eine Darstellung der mit Brennstoffeinspritzung in Beziehung stehenden Signale jeweils für den elektrischen Strom und den Brennstoff vor. Mit Bezug auf Fig. 4A spricht die Einspritzvorrichtung 14 durch Öffnen und Schließen wie angewiesen an, wenn die elektrischen Brennstoffeinspritzsignale an die Einspritzvorrichtung 14 gesandt werden. Ein repräsentatives Brennstoffeinspritzstromsignal 100 veranschaulicht einen elektrischen Strombefehl zur Einspritzung eines Hauptschusses 102 und eines Ankerschusses 104. Dieses repräsentative Brennstoffeinspritzstromsignal oder die Wellenform 100 stellt einen Einspritzbefehl im "geteilten Betriebszustand" dar, wobei der Hauptschuß 102 eine Dauer hat, die durch die Region A angezeigt wird, und der ein Ankerschuß 104 folgt, und zwar mit einer Dauer, die durch die Region B angezeigt wird. Das Ende des Hauptschusses 102 wird vom Beginn des Ankerschusses 104 durch eine Ankerverzögerung mit einer Dauer getrennt, die von der Region C angezeigt wird.
Ein daraus resultierendes repräsentatives Brennstoffeinspritzprofil 106, entsprechend dem elektrischen Brennstoffeinspritzsignal 100 wird in Fig. 4B veranschaulicht. Das Brennstoffeinspritzsignal wird zwei getrennte Spitzen haben, die die getrennte und beabstandete Einspritzung von Brennstoff in die Kammer darstellt. Dieser geteilte Betriebszustand ist insbesondere bei einem Betrieb des Motors im Leerlauf oder mit geringer Drehzahl attraktiv, und zwar wegen den hohen Brennstoffwirkungsgraden und den charakteristischen niedrigen Emissionen, die er erreichen kann.
Da die Einspritzvorrichtung 14 nicht sofort auf die Brennstoffeinspritzsignale reagiert, bleibt das Einspritzventil kurz offen nachdem ein Stromimpuls beendet wird, und wenn die Ankerverzögerung C ausreichend kurz ist, wie beispielsweise bei höheren Motordrehzahlen oder während eines Beschleunigungsereignisses, wird der Beginn des nächsten Brennstoffeinspritzstromsignals oder -impulses aufgenommen, bevor das Einspritzvorrichtungsventil geschlossen wird. Wenn somit die Dauer C der Ankerverzögerung ausreichend kurz ist, und wenn die Dauer des Hauptschusses von ausreichend kurzer Dauer ist, wie von dem repräsentativen Brennstoffeinspritzstromsignal 200 in Fig. 5A veranschaulicht, wird ein Zustand erzeugt, der als "stiefelförmiger Einspritzbetriebszustand" oder als "Konfiguration mit stiefelförmigen Betriebszustand" bekannt ist. Bei diesen Zuständen liegt der Hauptschuß 202 ausreichend nahe am Ankerschuß 204 und ist von ausreichend kurzer Dauer, so dass er alleine als "Ratenformung" des Ankerbrennstoffschusses dient. Das repräsentative Brennstoffeinspritzprofil 206 wird dann eine "Stiefelform" haben, wie in Fig. 5B abgebildet, und zwar ohne die deutliche "Teilung" zwischen den Haupt- und Ankerschüssen. Während die Stromsignalimpulse in Fig. 5A zwei getrennte Impulse zu zeigen scheinen, die durch eine Dauer getrennt werden, die von der Region C definiert wird, ist die tatsächliche Brennstoffeinspritzung im Wesentlichen über die zwei Schüsse kontinuierlich, was die Konfiguration mit stiefelförmigen Betriebszustand darstellt, wie in dem Brennstoffeinspritzprofil 106 gezeigt, das in Fig. 5B veranschaulicht ist. Der "Stiefelbetriebszustand" wird für Betriebszustände mit höherer Drehzahl bevorzugt, und zwar wegen der besonders effizienten Weise, in der Brennstoff an die Einspritzvorrichtungen geliefert wird. Ein "Stiefelbetriebszustand" liefert eine höhere Brennstoffqualität früher in der Einspritzsequenz im Vergleich zu einem "geteilten" Betriebszustand, da bei einem Stiefelbetriebszustand die Brennstoffeinspritzflußrate nicht zwischen den jeweiligen Schüssen auf Null geht.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden empirische Daten für eine gegebene Motorkonfiguration und gegebene Zustände an einer Speicherstelle innerhalb der Steuervorrichtung der Brennstoffeinspritzvorrichtung oder in dem System gespeichert, die vorzugsweise im elektronischen Steuermodul 56 vorgesehen sein kann. Diese Daten können als Karte oder Nachschautabelle zur Interpolation durch das elektronische Steuermodul 56 gespeichert werden. Aus diesen Daten können beispielsweise eine Voreinspritzbrennstoffmenge und ein Zeitpunkt dafür, eine Haupteinspritzbrennstoffmenge und ein Zeitpunkt dafür und eine Ankereinspritzbrennstoffmenge und ein Zeitpunkt dafür für ein gegebenes System bei einer Vielzahl von Motorbetriebszuständen und Motorbelastungen bestimmt werden. Somit kann das elektronische Steuermodul 56 periodisch die Brennstoffmenge und den Zeitpunkt des Vor-, Haupt- und Ankerschusses einstellen, so dass diese einer bestimmten Einspritzbrennstoffmenge und einem Zeitpunkt dafür entsprechen, und zwar basierend auf Motorbetriebszuständen. Die oben beschriebenen gespeicherten Daten können in Einspritzvorrichtungseinzugs- und -haltezeitschritte umgewandelt werden, und zwar entsprechend jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung für jeden Zylinder beispielsweise durch Programmierung oder Algorithmen des elektronischen Steuermoduls 56 die wiederum unter Verwendung von Programmen und/oder Hardware- bzw. Komponenteneinheiten eingerichtet werden können. Die Öffnungszeit der Brennstoffeinspritzvorrichtung wird aus den Daten bestimmt, beispielsweise durch eine Tabelle, die im Speicher des elektronischen Steuermoduls gespeichert ist. Das elektronische Steuermodul 56 weist dann die entsprechende Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 an, sich zum korrekten Zeitpunkt zu öffnen, und weist die Brennstoffeinspritzvorrichtung an, sich zu schließen, wenn die bestimmte Brennstoffmenge in den Zylinder eingespritzt worden ist. Diese Befehle werden unter Verwendung der Stromwellenformen erreicht, die unten im Detail beschrieben werden. Bei manchen Anwendungen kann es auch wünschenswert sein, die gespeicherten Daten in Kurveneinpassungsgleichungen umzuwandeln, die von dem elektronischen Steuermodul 56 als eine alternative Nachschautabelle verwendet werden, wie zuvor beschrieben. In einem solchen Fall würde die Einspritzvorrichtungseinzugs- und -haltezeit über eine Kurve und eine Einpassungsfunktion berechnet werden, und zwar unter Verwendung der von dem elektronischen Steuermodul abgefühlten Motorbetriebszustände.
Es sei weiterhin bemerkt, dass in einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der hier offenbarten vorliegenden Erfindung jeder getrennte Brennstoffschuß, der mit einem mehrfachen Brennstoffeinspritzereignis assoziiert ist, in die Brennkammer geliefert oder eingespritzt wird, wenn der Zylinderkolben innerhalb eines vorbestimmten Bereiches während der Kompressions- und Leistungshübe gelegen oder angeordnet ist, wie dargelegt. Jedoch sei bemerkt, dass jeder dieser getrennten Brennstoffschüsse außerhalb dieser Bereiche geliefert werden kann, und zwar aufgrund von Faktoren wie beispielsweise der Brennstoffmenge, die mit jedem Brennstoffschuß assoziiert ist, aufgrund des Einspritzdruckes, aufgrund der Motordrehzahl, der Motorbelastung und aufgrund von anderen Parametern. In dieser Hinsicht sei bemerkt, dass der Vorschuß zu irgendeinem Zeitpunkt während des Kompressionshubes eingespritzt werden kann, wie oben dargelegt; weiter dass der Hauptschuß zu irgendeinem Zeitpunkt während des Kompressions- oder Leistungshubes nach der Lieferung des Vorschusses eingespritzt werden kann; und dass der Ankerschuß zu irgendeinem Zeitpunkt während des Kompressions- oder Leistungshubes nach der Lieferung des Hauptschusses eingespritzt werden kann. Obwohl die vorliegenden mehrfachen Brennstoffeinspritzereignisse bezüglich einer beispielhaften elektronischen Brennstoffeinspritzstromwellenform besprochen wurden, wie beispielsweise die in den Fig. 4A und 5A veranschaulichten beispielhaften Wellenformen, wobei ein getrenntes elektronisches Brennstoffeinspritzstromsignal oder ein entsprechender Impuls jeden Brennstoffschuß steuert, sei zusätzlich auch bemerkt, dass andere Arten von Steuersignalen, beispielsweise ein Hydraulikdruck in Verbindung mit anderen Arten von direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen (Brennstoffinjektor) und Brennstoffeinspritzschemata verwendet werden könnte. Beispielsweise verwenden manche Brennstoffeinspritzvorrichtungen einen Hydraulikdruck zur Steuerung des Einspritzzeitpunktes, und in solchen Systemen kann eine getrennte Kompression des Betätigungsströmungsmittels zur Einspritzung von jedem Brennstoffschuß stattfinden.
Das in Fig. 4B veranschaulichte geteilte Brennstoffeinspritzprofil bildet eine Brennstoffeinspritzung ab, die zur Folge hat, dass eine spezielle erwünschte Brennstoffmenge in einem speziellen Zylinder zu einem speziellen erwünschten Zeitpunkt eingespritzt wird, und zwar für eine spezielle erwünschte Dauer und in einer speziellen erwünschten Weise. Ein zweites Beispiel eines solchen daraus resultierenden Brennstoffeinspritzprofils ist die "stiefelförmige" Einspritzung, die in Fig. 5B abgebildet wird. Wie oben dargelegt erzeugt die Konfiguration mit stiefelförmigen Betriebszustand für die Brennstofflieferung eine andere Brennstoffmenge, die zum Zylinder geliefert wird im Vergleich zu einer Brennstofflieferung mit getrennter geteilter Konfiguration, da in einem stiefelförmigen Lieferbetriebszustand die Brennstoffeinspritzflußrate niemals zwischen den jeweiligen Brennstoffschüssen (Haupt- und Ankerschüsse) auf Null geht. Folglich kann in einer geteilten Brennstofflieferung oder in einem geteilten Brennstofflieferung oder in einem geteilten Einspritzbetriebszustand, wie beispielsweise in Fig. 4B gezeigt, die Brennstoffeinspritzflußrate zwischen den jeweiligen Brennstoffschüssen auf Null gehen. Als eine Folge wird mehr Brennstoff im Allgemeinen bei einer Lieferung im stiefelförmigen Betriebszustand geliefert, und zwar im Vergleich zu einer Brennstofflieferung im geteilten Betriebszustand zwischen den Haupt- und Ankerbrennstoffschüssen. Abhängig von den Betriebszuständen des Motors, der erwünschten Motorleistung und der erwünschten Emissionsausgabe und anderen Faktoren und/oder Parametern kann es wünschenswert und in manchen Situationen vorteilhaft sein, die Haupt- und Ankerbrennstoffschüsse in einem geteilten Betriebszustand zu liefern, und in anderen Situationen kann es wünschenswert und vorteilhaft sein, die Haupt- und Ankerbrennstoffschüsse in einem stiefelförmigen Betriebszustand zu liefern. Das vorliegende Steuersystem kann dynamisch die entsprechenden Parameter bestimmen, die mit einem speziellen mehrfachen Brennstoffeinspritzereignis assoziiert sind, um entweder einen geteilten Betriebszustand oder einen stiefelförmigen Betriebszustand für die Brennstofflieferung basierend auf den speziellen Motorbetriebszuständen ergeben.
In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist auch vorgesehen, dass die Einzugsdauer für jeden Schuß, die Dauer des Schusses, die Ankerverzögerung und die Vor- und Hauptschußzeitpunkte mit Bezug auf die Verschiebung des Zylinderkolbens bestimmt, berechnet oder in jeweiligen Karten und/oder Tabellen nachgeschaut werden, und zwar als eine Funktion von irgendeinem oder mehreren der folgenden Parametern, nämlich der Motordrehzahl, der Motorbelastung, dem Rail-Druck, der gesamten erwünschten Brennstoffmenge, der Öl- oder Kühlmitteltemperatur, der Abgastemperatur, des atmosphärischen Druckes und noch weiteren Parametern. Es sei auch bemerkt, dass andere Brennstoffsysteme andere Stromwellenformen verwenden werden. Wie in der Technik verwendet und in dieser Offenbarung verwendet kann der "Zeitpunkt" (Timing) und insbesondere der Ankerschußzeitpunkt oder der Zeitpunkt des Brennstoffeinspritzsignals verwendet werden, um sich auf die relative Position eines einzelnen Schusses oder Stromsignals als eine Funktion der Kolbenposition zu beziehen, und seine absolute Position mit Bezug auf eine gewisse Zeitreferenz genauso wie die Verzögerung mit Bezug auf einen vorhergehenden Schuß oder ein vorhergehendes Brennstoffeinspritzsignal, d. h. die Signalverzögerung der Ankerbrennstoffeinspritzung.
Während der Beschleunigung des Motors steigt die Drehzahl des Motors gemäß der angeforderten Beschleunigungsrate und eine zusätzliche Brennstoffmenge wird zum Motor geliefert, um die Beschleunigung zu erleichtern. Die zum Motor während solcher Beschleunigungsereignisse gelieferte Brennstoffmenge wird typischerweise durch den Brennstoff, das Drehmoment oder eine andere Karte oder Tabelle bestimmt oder begrenzt, die für die elektronischen Steuermittel 20 verfügbar ist, die Karten und Nachschautabellen besitzen, die auf irgendeine von einer Vielzahl von in der Technik bekannten Arten eingerichtet werden. Diese zusätzliche Brennstoffmenge, die zum Motor während eines Beschleunigungsereignisses geliefert wird, erfordert im Allgemeinen eine entsprechende Menge von zusätzlicher Luft, um erwünschte Emissions- und Leistungsstandards zu halten, wobei diese gewöhnlicherweise durch eine Turboladervorrichtung erzeugt und geliefert werden, die mit dem Motor assoziiert ist. Diese turboaufgeladene Luft wird mit dem Brennstoff vermischt, um die vollständige Verbrennung des gesamten Brennstoffes zu erleichtern, der zu den jeweiligen Zylindern im Motor 12 geliefert wird. Während gewisser Beschleunigungszustände jedoch kann die Turboladervorrichtung nicht das erwünschte Ansprechen erreichen, um die Luftmenge proportional zu der zusätzlichen Brennstoffmenge zu steigern, die zum Motor geliefert wird. Als eine Folge kann das Verhältnis von Luft zu Brennstoff beträchtlich während gewisser Beschleunigungsereignisse abnehmen, wobei die Mischung von Luft und Brennstoff zu stark mit Brennstoff angereichert ist. Das gleiche Problem kann auch in Motoren ohne Turbolader auftreten. Die nicht ausreichende Luftmenge rührt gewöhnlicherweise von der Verzögerung der Ansprechzeit der Turboladervorrichtung her, die gewöhnlicherweise eine Anlaufzeit benötigt, um während eines Beschleunigungsereignisses mit der gewünschten Kapazität Leistung zu liefern. Das hohe Verhältnis von Brennstoff zu Luft gestattet, dass mehr Brennstoff die Zylinderwände berührt als bei einer vergleichsweise magereren Brennstoffmischung. Dieser unverbrannte Brennstoff kann die Schmierungseigenschaften des Öls verschlechtern und kann auch aus dem als Kohlenwasserstoffe ausgestoßen werden, wie oben dargelegt. Der Fachmann wird das Auftreten von irgendeinem dieser Ereignisse für nicht wünschenswert halten.
Weiterhin kann abhängig von dem Ansprechen der Brennstoffsteuerstrategie während eines Beschleunigungsereignisses die Zeitdauer von jedem Brennstoffeinspritzereignis abnehmen, wenn die Drehzahl des Motors ansteigt. Zusätzlich kann die Zeitdauer oder der Intervall zwischen dem Ende von einem Brennstoffschuß und dem Beginn von einem darauf folgenden Brennstoffschuß abnehmen, wodurch eine genaue Zeitsteuerung von jedem getrennten Brennstoffschuß das Allerwichtigste wird. In einem Beschleunigungsereignis jedoch kann der Beginn von jedem getrennten Brennstoffschuß zum erwünschten Zeitpunkt nicht auftreten. Der Grund dafür ist, dass der relative Startwinkel von jedem Brennstoffschuß gewöhnlicherweise in einen absoluten Kurbelwinkelwert umgewandelt wird, und zwar entsprechend der Winkelposition der Kurbelwelle, die mit dem Motor während des jeweiligen Brennstoffeinspritzereignisses assoziiert ist. Da jedoch die Drehzahl des Motors sich schnell verändert, kann die tatsächliche Anordnung des Brennstoffschusses zu dem Zeitpunkt ungenauer sein, wenn die Kurbelwelle die berechnete Winkelposition erreicht. Es ist daher schwierig, eine erwünschte Brennstoffmenge zu dem erwünschten Zeitpunkt oder mit der erwünschten Dauer zu erhalten. Wenn beispielsweise bei einem Einspritzzeitpunkt der Beschleunigung Rechnung getragen wird, kann es schwierig sein, den gesamten erwünschten Brennstoff zu bekommen, wenn er erwünscht ist. Diese Versetzungsbrennstoffschußzeitsteuerung kann eine fehlerhafte Leistung des Motors und schlechte Emissionen während eines Beschleunigungsereignisses zur Folge haben. Weiterhin kann aufgrund des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff der Brennstoff, der in den Zylinder geliefert wird, zu unerwünschten Emissionen führen. Daher sieht die vorliegende Erfindung vor, dass während der Beschleunigungsperioden die Einspritzform zu einer stiefelförmigen Konfiguration "gezwungen" wird um einen instabilen oder nicht wünschenswerten Zustand zu vermeiden. Dieses Ausführungsbeispiel kann vorteilhafter Weise so eingerichtet werden, dass das Brennstoffeinspritzsteuersystem und insbesondere das elektronische Steuermodul 56 die Brennstofflieferung weiter steuern können, und zwar auch während starker Veränderungen der Motorbetriebszustände. Diese Strategie hat auch als zusätzlichen Vorteil, dass sie gestattet, dass das elektronische Steuermodul 56 die Motordrehzahlsteigerungen vorhersagt und den Brennstoff-Rail-Druck entsprechend aktiv steigert, so dass die erwünschten Brennstoffeinspritzmengen und -zeitpunkte erreicht werden können. Noch ein weiterer Vorteil dieser Strategie ist eine Verlängerung der Anzahl und der Komplexität der Nachschautabellen und/oder Karten, die für die Einrichtung davon erforderlich sind. Dies verringert in vorteilhafter Weise die Menge der Betriebszustände und die Größe des Speichers, die vom elektronischen Steuermodul 56 angefordert wird. Um die oben beschriebenen Probleme während gewisser Motorbetriebszustände zu überwinden, kann beispielhaften Prozessen gefolgt werden, wie sie in der Fig. 6A bis 6C veranschaulicht sind.
Wenn insbesondere ein Motor sowohl in einem geteilten Betriebszustand für geringe Drehzahl oder für Leerlaufbetriebszustände als auch in einem stiefelförmigen Betriebszustand für Zustände mit höherer Drehzahl betrieben werden kann, kann es vorteilhaft sein, effektiv den Übergang von einem geteilten Betriebszustand in einen stiefelförmigen Betriebszustand auf der Grundlage der Motorbetriebszustände zu steuern, insbesondere bei einem Beschleunigungsereignis. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es in Fig. 6A veranschaulicht wird, werden in einem ersten Schritt S1 die Brennstoffeinspritzsignalparameter bestimmt. In einem Schritt S2 wird bestimmt, ob das Brennstoffeinspritzsystem in einem geteilten Betriebszustand arbeitet. Wenn es in einem geteilten Betriebszustand ist, wird in einem dritten Schritt S3 bestimmt, ob ein Beschleunigungsereignis aufgetreten ist, wie beispielsweise durch Abfühlen einer Steigerung des Rail- Brennstoffdruckes, einer Drossel- bzw. Gaspedalbetätigung, einer Motorbelastung oder ähnlichem. Wenn kein Beschleunigungsereignis aufgetreten ist, würde ein Signal für den geteilten Betriebszustand im Schritt S6 erzeugt werden, und der Prozeß kehrt zum Schritt S1 zurück. In einem vierten Schritt S4 kann der Sprung durchgeführt werden, falls ein Beschleunigungsereignis aufgetreten ist, in dem das elektronische Steuermodul 56 gezwungen wird, Bezug auf eine Karte oder Tabelle mit Werten für den stiefelförmigen Betriebszustand zu nehmen, oder indem man das elektronische Steuermodul 56 dazu zwingt, sofort Werte für einen stiefelförmigen Betriebszustand zu berechnen, und zwar ohne einen Übergang auf der Grundlage der zusätzlichen Berechnungsabfolgen zu gestatten. Folgend auf den Schritt S4 wird in einem Schritt S5 ein Brennstoffeinspritzsignal im stiefelförmigen Betriebszustand erzeugt und wird auf die Brennstoffeinspritzvorrichtungen aufgebracht, und zwar wie folgt durch eine Rückkehr zum Schritt S1. Das Signal bewirkt einen Sprung vom geteilten Betriebszustand zu einem stiefelförmigen Betriebszustand. Dieser Sprung vom geteilten Betriebszustand zum stiefelförmigen Betriebszustand tritt schnell auf (ohne wesentliche Verzögerung), so dass der Übergang innerhalb eines Motorbetriebszyklus auftritt, und zwar vorzugsweise innerhalb eines Zylinderzyklus des speziellen fraglichen Zylinders, so dass das elektronische Steuermodul 56 nicht durch einen instabilen Zustand läuft. Eine solche Strategie während der Beschleunigung kann auch in vorteilhafter Weise das Auftreten einer Durchdringung des Brennstoffes in die Zylinderwände verringern, was die Lösung des Schmieröls in Brennstoff verringert, und auch die Menge der Kohlenwasserstoffnebenprodukte in den Abgasemissionen des Motors. Eine Verringerung der Menge des unverbrannten Brennstoffes im Zylinder hilft dabei, den Brennstoffwirkungsgrad und die Emissionen des Motors zu verbessern. Weiterhin hilft ein schnelles Erreichen der stiefelförmigen Einspritzkonfiguration dabei, die Probleme zu reduzieren, die mit den Umwandlungsfehlern der Zeit in einem Winkel am Beginn der Haupt-Ankerschuß-Abfolge assoziiert sind, wie oben besprochen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das elektronische Steuermodul 56 schnell die entsprechende Signalverzögerung der Ankerbrennstoffeinspritzung für jede der Einspritzvorrichtungen 14 während jedes Motorbetriebszyklus bestimmen. Die Daten für die Signalverzögerung der Ankerbrennstoffeinspritzung können als eine Karte oder Nachschautabelle gespeichert werden, und zwar zur selektiven Interpolation durch das elektronische Steuermodul 56. Wenn das elektronische Steuermodul 56 entsprechend einem Prozeß arbeitet, der in Fig. 6B veranschaulicht wird, werden in einem ersten Schritt S11 die Brennstoffeinspritzsignalparameter bestimmt. In einem zweiten Schritt S12 wird auch bestimmt, ob das Brennstoffsystem in einem geteilten Betriebszustand arbeitet. Wenn es in einem geteilten Betriebszustand ist, wird im Schritt S13 bestimmt, ob die Signalverzögerung der Ankerbrennstoffeinspritzung (74 in Fig. 3) zwischen vorbestimmten Grenzen liegt. Wenn sie innerhalb vorbestimmter Grenzen ist, wird ein Signal für den geteilten Betriebszustand im Schritt S16 erzeugt, und der Prozeß kehrt zum Schritt S11 zurück. Wenn jedoch die Signalverzögerung der Ankerbrennstoffeinspritzung geringer ist als eine vorbestimmte Grenze für eine Einspritzung mit mehreren Schüssen mit einer geteilten Einspritzform, jedoch größer als eine vorbestimmte Grenze für eine Einspritzung mit mehreren Schüssen mit einer stiefelförmigen Einspritzform, zeigt dies die Existenz eines instabilen Zustandes an, wobei die Betriebszustände nicht zuverlässig überwacht und gesteuert werden können. Entsprechend werden im Schritt S14 der Signalzeitpunkt der Hauptbrennstoffeinspritzung und/oder der Signalzeitpunkt der entsprechenden Ankerbrennstoffeinspritzung sofort modifiziert, so dass die daraus resultierende Brennstoffeinspritzung mit mehreren Schüssen eine stiefelförmige Einspritzform hat. Im Schritt S15 wird ein Brennstoffeinspritzsignal für den stiefelförmigen Betriebszustand erzeugt und auf die Brennstoffeinspritzvorrichtungen angewandt. Die Dauer von sowohl dem Hauptbrennstoffeinspritzsignal als auch dem entsprechenden Ankerbrennstoffeinspritzsignal kann auch modifiziert werden, genauso wie die Signalverzögerungsdauer der Ankerbrennstoffeinspritzung. Dies hilft sicherzustellen, dass das elektronische Steuermodul 56 die ordnungsgemäßen Karten und/oder Nachschautabellen für die Ankerschußlieferung auswählen wird, und es wird nicht aus ungenau ausgewählten Karten und/oder Tabellen in einer instabilen Region der Brennstoffeinspritzkarte interpolieren. Natürlich verringert es auch die Anzahl und Komplexität von diesen Karten, wenn man einen Sprung von einem Satz von Tabellen zum anderen über einen Bereich von Betriebszuständen erzwingt, während die Stabilität des Motorbetriebszustandes verbessert wird und die Motorabgasemissionen verringert werden. Somit wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der oben besprochenen Probleme beträchtlich während eines Beschleunigungsereignisses reduziert. Bei einer Erzeugung des Signals für den stiefelförmigen Betriebszustand im Schritt S15 kehrt der Prozeß zum Schritt S11 zurück.
Während das elektronische Steuermodul 56 ausgelegt sein kann, um einen sofortigen Übergang vom geteilten Betriebszustand zu einem stiefelförmigen Betriebszustand zu "erzwingen" kann das elektronische Steuermodul sowohl im Prozeß der Fig. 6A als auch der Fig. 6B zu einem normalen Steuerbetrieb zurückkehren. Wenn somit der Motor nachholt und nicht weiter beschleunigt, können die Brennstoffeinspritzsignale in einem stiefelförmigen Betriebszustand stabilisiert werden oder können sogar zu einer Konfiguration mit geteiltem Einspritzbetriebszustand zurückgebracht werden. Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass die spezielle dafür vorgesehene Strategie typischerweise von einem Ausführungsbeispiel zum nächsten variieren wird.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Anwendung einer Steuerung des Rail-Druckes bei der Beschleunigung (RPOA = Rail Pressure On Acceleration = Rail-Druck bei der Beschleunigung) in Betracht gezogen, wie in Fig. 6C veranschaulicht, und zwar für die Brennstoffsystemsteuerung. Der RPOA ist ein Prozeß, der verwendet wird, um den Betrieb des Systems mit einem vorbestimmten Satz von Rail-Druck-Werten zu steuern, die in einem Beschleunigungszustand existieren. Im Prozeß der Fig. 6C wird das elektronische Steuermodul 56 wiederum die geeignete Signalverzögerung der Ankerbrennstoffeinspritzung für jede der Einspritzvorrichtungen 14 während jedes Motorbetriebszyklus bestimmen, und zwar zuerst durch Bestimmen der Brennstoffeinspritzsignalparameter für die spezielle Brennstoffeinspritzvorrichtung 14 im Schritt S21. Im Schritt S22 wird dann bestimmt, ob sowohl ein Signal (Impuls) für die Hauptbrennstoffeinspritzung als auch ein Signal (Impuls) für die Ankerbrennstoffeinspritzung erwünscht ist. Dies kann beispielsweise erreicht werden durch eine Bestimmung, ob die Ankerschußdauer ein Wert ungleich Null ist, und die Hauptbrennstoffmenge einen Wert von Null hat. Wenn sowohl ein Haupt- als auch ein Ankerimpuls nicht erforderlich ist, läuft die Unterroutine voran zu einem Ende, und der Prozeß der Steuerung der Brennstoffeinspritzung fährt fort. Wenn man in einem stiefelförmigen Betriebszustand ist, wird gemäß eines dritten Schrittes S23 eine Bestimmung vorgenommen, ob der RPOA aktiv ist, das heißt, ob das elektronische Steuermodul 56 gemäß eines vorbestimmten Prozesses arbeitet, um dem Hauptschuß, der Ankerverzögerung und dem Ankerschuß spezielle gewisse Werte zuzuordnen, die für den Motor geeignet sind, um in einem Beschleunigungszustand zu arbeiten. Falls nicht bewegt sich der Prozeß zu einem vierten Schritt S24, wobei die Hauptdauer und die Ankerverzögerung sowohl aus einer Karte als auch aus einer Tabelle auf der Grundlage von Motorbetriebsparametern bestimmt werden, wie beispielsweise der Motorbelastung und der Motordrehzahl. Nach der Vollendung dieses Prozesses wird der Betrieb des Motors mit den neuen Werten fortfahren. Wenn jedoch der RPOA aktiv ist, wird im Schritt S25 die Hauptdauer und die Ankerverzögerung auf der Grundlage der vorbestimmten RPOA-Werte bestimmt. Der RPOA-Wert kann aus einer Karte oder aus Nachschautabellen erhalten werden, oder jeder kann ein einzelner konfigurierbarer Wert sein. Folgend auf einen der alternativen Schritte S24 und S25 schreitet der Motorbetrieb mit den neuen Werten voran.
Um die vorliegende Erfindung auszuführen müssen die elektronischen Steuermittel 20 oder das elektronische Steuermodul 56 wirksam sein, um gewisse Motorbeschleunigungszustände oder andere Motorbetriebszustände zu detektieren, zu bestimmen oder in anderer Weise zu erkennen, die die oben beschriebene Übergangsstrategie erfordern können. Das elektronische Steuermodul 56 kann dann das elektronische Brennstoffeinspritzstromsignal steuern, um die erwünschte Stromsignalwellenform der elektronischen Brennstoffeinspritzung zu erhalten, und zwar einschließlich der Anzahl der Schüsse darin, die nötig sind, um die Emissionen innerhalb ordnungsgemäßer Grenzen zu halten. Dies kann auf eine Vielzahl von Arten erreicht werden, und irgendeine Art oder eine Kombination aus verschiedenen Arten da- von kann verwendet werden. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, sind Signalerzeugungsmittel wie beispielsweise ein Motordrehzahlsensor mit dem elektronischen Steuermodul 56 gekoppelt und sind wirksam zur Ausgabe eines Signals dorthin, welches die Drehzahl des Motors anzeigt. Basierend auf diesem Signal ist das elektronische Steuermodul 56 wirksam zur Bestimmung der Veränderungsrate der Motordrehzahl mit der Zeit. Wenn die Veränderungsrate der Motordrehzahl einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, der ein Beschleunigungsereignis anzeigt, wird das elektronische Steuermodul 56 die Brennstoffeinspritzsignale entsprechend steuern, wodurch ein stiefelförmiger Einspritzbetriebszustand erzeugt wird.
Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass irgendeiner oder eine Vielzahl von anderen Signalliefermechanismen genauso mit dem elektronischen Steuermodul 56 gekoppelt werden kann, um ein Signal dort hin zu liefern, welches einen Zustand anzeigt, der mit den Motorbetriebszuständen in Beziehung gebracht werden kann, wie beispielsweise ein Beschleunigungs- oder Abbremsungsereignis, wobei eine erwünschte Emissionsgrenze überschritten werden kann. Solche Mechanismen können irgendwelche verschiedene Mechanismen sein, die in der Technik bekannt sind, wie beispielsweise ein Rail- Drucksensor, ein Einlaßluftladedrucksensor und noch andere Sensoren.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie hier beschrieben findet die vorliegende Vorrichtung und das Verfahren insbesondere Anwendung bei allen Arten von Motoren wie beispielsweise Motoren, die bei Fahrzeugen, Arbeitsmaschinen, Schiffen, elektrischen Generatoren, stationären Motoren usw. verwendet werden. Die vorliegende Vorrichtung und das Verfahren sehen daher ein Steuersystem und ein Steuerverfahren zur Steuerung der Stromwellenform der elektronischen Brennstoffeinspritzung und der entsprechenden Anzahl der Brennstoffschüsse in irgendeinem Brennstoffeinspritzereignis mit mehreren Schüssen vor, und zwar basierend auf gewissen Motorbetriebszuständen wie beispielsweise Beschleunigungs- oder Abbremsungszuständen, die nicht wünschenswerte Abgasemissionen ergeben.
Es sei auch bemerkt und vorhergesagt, dass die Motorschwellenwerte, die Zeitperioden der Motorleistungsüberwachung durch die elektronischen Steuermittel 20 usw. in die elektronischen Steuermittel 20 vorprogrammiert sein können, oder dass diese Werte in Karten oder Tabellen verfügbar sein können, die in Speichermitteln oder Datenspeichermitteln gespeichert sind, die mit den elektronischen Steuermitteln 20 assoziiert sind. Alternativ können solche Werte durch geeignete Formeln oder mathematische Berechnungen bestimmt werden, die durch das elektronische Steuermodul 56 in einer kontinuierlichen Schleife oder zu festen Zeitintervallen auszuführen sind. In dieser Hinsicht können geeignete Brennstoffkarten, die sich auf den Rail-Druck, die Motordrehzahl, die Motorbelastung, die Zeitdauer der Voreinspritzung, der Haupteinspritzung und der Ankereinspritzung, auf die Brennstoffmengen der Voreinspritzung, der Haupteinspritzung und der Ankereinspritzung, auf die Ankerzeitverzögerungen, auf die Zeitpunkte der Vor- und Haupteinspritzung und auf andere Parameter beziehen, in dem elektronischen Steuermodul 56 gespeichert werden oder in anderer Weise einprogrammiert werden, und zwar zur Anwendung während aller Betriebszustände des Motors. Diese Betriebskarten, Tabellen und/oder mathematischen Gleichungen, die in dem programmierbaren Speicher des elektronischen Steuermoduls gespeichert sind, bestimmen und steuern die verschiedenen Parameter, die mit den geeigneten mehrfachen Einspritzereignissen assoziiert sind, um die erwünschte Motorleistung zu erreichen. Trotzdem sei bemerkt und vorhergesagt, dass die elektronischen Steuermittel 20 diese Schritte auf irgendeine von einer Vielzahl von Arten ausführen können, die in der Technik bekannt sind.
Es sei auch bemerkt und vorhergesagt, dass die elektronischen Steuermittel 20 gewisse Beschleunigungs- oder Abbremsungsereignisse bestimmen und erkennen können, und einen oder mehrere Brennstoffschüsse reduzieren, eliminieren oder ausschalten können, die mit dem Brennstoffeinspritzsignal assoziiert sind, und zwar basierend auf nur einer der verschiedenen Eingangsgrößen da hinein oder können dies basierend auf einer Kombination von diesen Eingangsgrößen tun, wobei sie möglicherweise eine unterschiedliche Gewichtung für die verschiedenen Eingangswerte geben.
Es sei bemerkt und vorhergesagt, dass das elektronische Steuermodul 56 so ausgelegt sein kann, dass es einen oder mehrere Brennstoffeinspritzschüsse nur für die Dauer des jeweiligen Beschleunigungs- oder Abbremsungsereignisses eliminiert oder abschaltet. Wenn der Motor nachholt und nicht weiter beschleunigt oder abbremst, welcher Fall auch immer eintreten mag, können die Brennstoffeinspritzsignale zum normalen Zustand zurückkehren, d. h. der ausgeschaltete Schuß oder die Schüsse werden erneut eingeschaltet, und zwar entweder allmählich über eine Anzahl von Brennstoffeinspritzsignalen oder abrupter in einem Signal für ein Brennstoffeinspritzereignis, oder die elektronischen Steuermittel 20 können einen oder mehrere Brennstoffeinspritzschüsse für eine gewisse Zeitdauer ausgeschaltet halten, oder bis ein weiteres vorbestimmtes Kriterium erfüllt wird.
Es sei bemerkt, dass gewisse Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht durch die speziellen Details der hier veranschaulichten Ausführungsbeispiele eingeschränkt sind, wie es aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich wird, und es wird daher in Betracht gezogen, dass andere Modifikationen und Anwendungen oder äquivalente Ausführungen davon dem Fachmann offensichtlich werden. Es ist entsprechend vorgesehen, dass die Ansprüche alle diese Modifikationen und Anwendungen abdecken sollen, die nicht vom Kern und Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen.
Andere Aspekte, Ziele und Vorteil der vorliegenden Erfindung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffeinspritzsystems, das geeignet ist, um zumindest in einem geteilten Einspritzbetriebszustand und einem stiefelförmigen Einspritzbetriebszustand zu arbeiten, wobei das Verfahren folgendes aufweist:
Bestimmung, ob ein Beschleunigungszustand existiert, und basierend auf einer solchen Bestimmung,
schnelle Umschaltung von einem geteilten Betriebszustand in einen stiefelförmigen Betriebszustand.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Bestimmung, ob ein Beschleunigungszustand existiert, darauf basiert, ob man eine Steigerung des Rail-Druckes detektiert, ob man eine Veränderung der Motordrehzahl detektiert, ob man eine Veränderung der Drossel- bzw. Gaspedalbetätigung detektiert, und ob man eine Veränderung der Motorbelastung detektiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die schnelle Veränderung ohne irgendeinen wesentlichen Übergang zwischen dem geteilten Einspritzbetriebszustand und dem stiefelförmigen Einspritzbetriebszustand auftritt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die schnelle Veränderung auftritt durch eine Modifikation des Zeitpunktes oder der Dauer von mindestens einer der folgenden Größen: Signalzeitpunkt der Hauptbrennstoffeinspritzung, Signaldauer der Hauptbrennstoffeinspritzung, Signalverzögerungsdauer der Ankerbrennstoffeinspritzung, Signalzeitpunkt einer Ankerbrennstoffeinspritzung und Signaldauer einer Ankerbrennstoffeinspritzung.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die schnelle Veränderung innerhalb eines Motorzyklus auftritt.

6. Steuervorrichtung, die geeignet ist, um ein Brennstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor zu steuern, und zwar mit einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die jeweils in zumindest einem geteilten Brennstoffeinspritzbetriebszustand und einem stiefelförmigen Brennstoffeinspritzbetriebszustand zu betreiben sind, wobei die Steuervorrichtung folgendes aufweist:
einen Prozessor; und ein Motorabfühlsystem, das mit dem Prozessor gekoppelt ist und betreibbar ist, um mindestens einen mit der Beschleunigung in Beziehung stehenden Motorbetriebszustand abzufühlen,
wobei der Prozessor betreibbar ist, um einen Beschleunigungszustand auf der Grundlage des abgefühlten mit der Beschleunigung in Bezug stehenden Motorbetriebszustandes zu identifizieren, und schnell den Brennstoffeinspritzbetriebszustand für mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung von dem geteilten Brennstoffeinspritzbetriebszustand in den stiefelförmigen Brennstoffeinspritzbetriebszustand umzuschalten.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuervorrichtung betreibbar ist, um jede der Vielzahl von direkt wirkenden Brennstoffeinspritzvorrichtungen zu steuern.

8. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuervorrichtung betreibbar ist, um ein Ankerbrennstoffeinspritzsignal bezüglich der Rate zu formen.

9. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuervorrichtung betreibbar ist, um mindestens eine der folgenden Größen zu modifizieren: einen Signalzeitpunkt der Hauptbrennstoffeinspritzung, eine Signaldauer der Hauptbrennstoffeinspritzung, eine Signalverzögerungsdauer der Ankerbrennstoffeinspritzung, einen Signalzeitpunkt einer Ankerbrennstoffeinspritzung und eine Signaldauer einer Ankerbrennstoffeinspritzung.

10. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, die weiter einen Speicher aufweist, wobei der Speicher eine Lieferkarte aufweist, um mindestens eine der folgenden Größen zu bestimmen: Einen Signalzeitpunkt für die Hauptbrennstoffeinspritzung, eine Signaldauer der Hauptbrennstoffeinspritzung, eine Signalverzögerungsdauer der Ankerbrennstoffeinspritzung, einen Signalzeitpunkt für die Ankerbrennstoffeinspritzung und eine Signaldauer für die Ankerbrennstoffeinspritzung.

11. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Abfühlsystem einen Rail-Druckdetektor und/oder einen Drossel- bzw. Gaspedalbetätigungsdetektor und/oder einen Motorbelastungsdetektor und/oder einen Motordrehzahldetektor aufweist.

12. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Prozessor betreibbar ist, um auf der Grundlage von Eingangsgrößen aus dem Abfühlsystem vorherzusagen, ob ein Beschleunigungszustand auftreten wird, und zwar auf der Grundlage des abgefühlten mit der Beschleunigung in Bezug stehenden Motorbetriebszustandes, und um schnell den Brennstoffeinspritzbetriebszustand für mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung von einem geteilten Einspritzbetriebszustand auf eine stiefelförmigen Einspritzbetriebszustand umzuschalten.

13. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuervorrichtung geeignet ist, um die Motorbetriebsparameter zu detektieren, die von dem Abfühlsystem eingegeben wurden, und um auf die Motorbetriebsparameter anzusprechen, um zu bestimmen, ob der Rail-Druck innerhalb einer vorbestimmten Grenze ist, und um auf der Grundlage einer solchen Bestimmung zumindest eine der folgenden Größen zu modifizieren: einen Signalzeitpunkt der Hauptbrennstoffeinspritzung, eine Signaldauer einer Hauptbrennstoffeinspritzung, eine Signalverzögerungsdauer einer Ankerbrennstoffeinspritzung, einen Signalzeitpunkt der Ankerbrennstoffeinspritzung und eine Signaldauer der Ankerbrennstoffeinspritzung.

14. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuervorrichtung geeignet ist, um auf detektierte Motorbetriebsparameter anzusprechen, die von dem Abfühlsystem eingegeben wurden, und um zu bestimmen, ob eine Verzögerungsdauer der Ankerbrennstoffeinspritzung kleiner ist als eine vorbestimmte Grenze zur Einspritzung einer mehrfachen Brennstoffeinspritzung mit einer geteilten Einspritzform, und ob die Ankerverzögerung größer ist als eine vorbestimmte Grenze, um eine mehrfache Brennstoffeinspritzung mit einer stiefelförmigen Einspritzform einzuspritzen, und geeignet ist, um mindestens eine der folgenden Größen zu modifizieren: einen Signalzeitpunkt einer Hauptbrennstoffeinspritzung, eine Signaldauer einer Hauptbrennstoffeinspritzung, eine Signalverzögerungsdauer der Ankerbrennstoffeinspritzung, einen Signalzeitpunkt der Ankerbrennstoffeinspritzung, und eine Signaldauer der Ankerbrennstoffeinspritzung, und zwar ansprechend auf die Bestimmung.

15. Steuervorrichtung nach Anspruch 14, wobei wenn die Verzögerungsdauer der Ankerbrennstoffeinspritzung geringer ist als die vorbestimmte Grenze zur Einspritzung einer mehrfachen Brennstoffeinspritzung mit einer geteilten Einspritzform, und wenn die Verzögerungsdauer der Ankerbrennstoffeinspritzung größer ist als eine vorbestimmte Grenze zum Einspritzen einer mehrfachen Brennstoffeinspritzung mit einer stiefelförmigen Einspritzform, die Modifikation von dem Signalzeitpunkt der Hauptbrennstoffeinspritzung und/oder der Signaldauer der Hauptbrennstoffeinspritzung und/oder der Signalverzögerungsdauer der Ankerbrennstoffeinspritzung und/oder dem Signalzeitpunkt der Ankerbrennstoffeinspritzung und/oder der Signaldauer der Ankerbrennstoffeinspritzung geeignet ist, um eine Konfiguration mit stiefelförmigen Einspritzbetriebszustand zu erhalten.

16. Steuervorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Steuervorrichtung weiter mindestens eine Speicherkarte für die Signalverzögerung der Ankerbrennstoffeinspritzung aufweist, und wobei die Modifikation auf der Grundlage des selektiven Zugriffes auf die Speicherkarte erfolgt.

17. Steuervorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Ankerspeicherkarte eine interpolierte Karte ist.