DE3741622A1

DE3741622A1 - Verfahren zur steuerung einer einspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE3741622A1
Application number: DE19873741622
Authority: DE
Inventors: Shoji Ito; Mikio Minoura
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 1986-12-04
Filing date: 1987-12-04
Publication date: 1988-06-16
Also published as: JPS63143361A; US4798188A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Einspritzvor richtung, die Kraftstoff einem Motor zuführt.

Ein Beispiel eines Einspritzventils, das durch die vorliegende Erfindung steuerbar ist, ist in Fig. 2 gezeigt. Dabei ist ein Ventilkörper 30 gleitend in einem Ventilgehäuse 27 angeordnet und der Kraftstoff wird durch eine Einspritz öffnung 31 geliefert, während der Ventilkörper 30 nach hinten bewegt wird (nach rechts in Fig. 2).

Bei einem bekannten Verfahren zur Steuerung einer Einspritzvorrichtung (japanische Offenlegungs schrift 62-1 42 845) wird die von dem Einspritzventil gelieferte Kraftstoffmenge bei jedem Hub des Ventilkörpers durch Steuerung der Ventiloffenzeit gesteuert.

(Die gelieferte Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit wird ebenfalls durch die Frequenz des Ventil körperhubes geändert. Im folgenden bedeutet Kraftstoffdurchfluß die bei jedem Ventilkörper hub gelieferte Kraftstoffmenge).

Wenn insbesondere der Motor mit einer Laderturbine ausgerüstet ist, wird die bei jedem Ansaughub des Motors benötigte Kraftstoffmenge sehr groß, wenn die Turbine arbeitet. Die Ventiloffenzeit kann nicht größer sein als die Zeit des Ansaug hubes, daher muß das Einspritzventil derart konstruiert sein, daß es pro Zeiteinheit eine große Kraftstoffmenge liefert. Mit einem derarti gen Einspritzventil wird es sehr schwierig, die Kraftstoffdurchflußmenge mit einer guten Genauigkeit bei einem relativ geringen Kraftstoff durchflußbereich wegen der Schwierigkeit der Steuerung der relativ kurzen Ventiloffenzeiten mit guter Genauigkeit oder wegen der Wirkung der Ventilkörperbegrenzungen oder der Trägheit des Ventilkörpers zu steuern.

Daher war es sehr schwierig, die Kraftstoff durchflußmenge in einem weiten dynamischen Kraftstoffdurchflußbereich mit guter Genauigkeit einzustellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Einspritzvor richtung zu schaffen, mit dem ein Kraftstoff durchfluß in einem weiten dynamischen Bereich mit guter Genauigkeit, d.h. mit dem die Kraftstoff durchflußmenge sowohl im niedrigen Kraftstoff durchflußbereich als auch im hohen Kraftstoffdurch flußbereich mit großer Genauigkeit gesteuert werden kann, so daß die gewünschten Motor charakteristiken bei verschiedenen Motorbe dingungen erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Es wird somit ein Verfahren zur Steuerung einer Einspritzvorrichtung zur pulsierenden Einspritzung von flüssigem Kraftstoff durch Zuführen eines Impulssignals an ein einen Ventilkörper betätigendes Betätigungsorgan zur Verfügung gestellt, bei dem die Impulsbreite des Impulssignals zur Steuerung der Offenzeit der Einspritzvorrichtung und ebenfalls eine dem Einspritzventil zugeführte Spannung zur Steuerung des Hubes des Ventilkörpers verändert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten bevorzugten Aus führungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt des Einspritzventils aus Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm des Treiber kreises für das Einspritzventil,

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Steuerung des Einspritzventils,

Fig. 5 eine Darstellung der Impulsform des Treiberkreises,

Fig. 6 eine Darstellung der Betriebs charakteristiken des Einspritz ventils,

Fig. 7 einen vertikalen Schnitt des Einspritzventils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbei spiels ähnlich zu Fig. 1,

Fig. 9 eine schaltungsgemäße Ausge staltung des Treiberkreises nach Fig. 8, und

Fig. 10 ein Diagramm, das die Be ziehungen zwischen dem Kraftstoffdurchfluß und der dem Einspritzventil zuzuführenden Spannung zeigt.

In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Kompressormotor, der über ein Luftfilter 2, eine Ansaugturbine 3 eines Vorverdichters und über einen Zwischenkühler 4 mit Ansaugluft und von einem Einspritzventil 5 in einem Saug rohr 6 mit Kraftstoff versorgt wird. Stromab wärts zu dem Einspritzventil 5 ist eine Drosselklappe 7 vorgesehen, die durch eine Feder (nicht dargestellt) in eine geschlossene Stellung vorgespannt ist und abhängig von dem Maß der Betätigung des Gaspedals (nicht dargestellt) geöffnet wird. Der Drosselklappe 7 ist ein Sensor 8 zugeordnet, der entsprechend dem Öffnungs winkel der Drosselklappe 7 ein Ausgangssignal erzeugt. In dem Saugrohr 6 ist ein Temperatur fühler 9 vorgesehen, der entsprechend der Ansauglufttemperatur ein Ausgangssignal erzeugt. In dem Saugrohr 6 ist ein Saugrohrdruckfühler 10 angeordnet, der entsprechend dem Sammelsaug rohrdruck ein Ausgangssignal erzeugt. In einem Wassermantelkühler 11 ist ein Kühlwasser temperatursensor 12 angeordnet, der ein Aus gangssignal entsprechend der Temperatur des Kühlers erzeugt. In dem Abgasrohr 13 ist ein Abgasfühler 14 angeordnet, der entsprechend dem Abgas ein Ausgangssignal erzeugt. In einem Zylinderkopf 15 ist ein Kurbelwinkel fühler 16 angeordnet, der entsprechend dem Kurbelwinkel ein Ausgangssignal erzeugt. Jeder der oben erwähnten Fühler ist mit einer elektro nischen Steuereinheit ECU verbunden, die einen Mikrocomputer aufweist. Die elektronische Steuer einheit ECU berechnet auf der Grundlage von von den einzelnen Fühlern gelieferten Eingangs signale die notwendige Kraftstoffeinspritzmenge.

Weiterhin erzeugt die elektronische Steuer einheit ECU ein Spannungssignal zur Steuerung des Hubes eines Ventilkörpers in dem Einspritz ventil 5, wobei dieses Signal über einen D/A-Wandler 17 und einen Operationsverstärker 18 einem Treiberkreis 19 für das Einspritzventil 5 zugeführt wird. Die Steuereinheit erzeugt ebenfalls ein Impulssignal zur Steuerung der Offenzeit des Einspritzventils 5, wobei dieses Signal über eine Impulsformerstufe 20 dem Treiberkreis 19 zugeführt wird.

In Fig. 3 ist der Treiberkreis 19 dargestellt, der die Inverter INT 1, INT 2, die Transistoren TR 1 bis TR 4, die Dioden D 1 bis D 3 und die Widerstände R 1 bis R 5 umfaßt. Das Einspritz ventil 5 wird durch das von dem Treiberkreis 19 am Ausgang gelieferten Spannungssignal betätigt.

Fig. 2 zeigt das Einspritzventil 5 im Querschnitt. Ein vorderer Mantel 22 und ein hinterer Mantel 23 sind miteinander verbunden und bilden das Einspritzventilgehäuse 24, wobei zwischen ihnen eine 0-Ringdichtung 21 angeordnet ist. In dem vorderen Mantel 22 ist ein Düsengehäuse 27 ge lagert, wobei zwischen ihnen eine 0-Ringdichtung 26 angeordnet ist und außerdem zwischen dem Düsen gehäuse 27 und dem Ventilgehäuse 24 ein Anschlag 25 vorgesehen ist. Ein Ventilkörper 30, der ein Kugelventil 28 und einen Ventilstößel 29 aufweist, ist in dem Düsengehäuse 27 gelagert. Der Ventilkörper 30 ist axial in einem begrenzten Weg zwischen der vorderen Stirnfläche des Anschlags 25 und einem Ventilsitz 32 bewegbar, der in den Begrenzungsflächen einer Kraftstoffeinspritz öffnung 31 im vorderen Ende des Düsengehäuses 27 ausgebildet ist. Die Kraftstoffeinspritz öffnung 31 ist geschlossen, wenn der Ventil körper 30 in Richtung zur Ventilöffnung bewegt wird und das Kugelventil 28 gegen den Ventil sitz 32 stößt, und die Kraftstoffeinspritz öffnung 31 ist offen, wenn der Ventilkörper 30 in Richtung zum Anschlag 25 bewegt wird, wobei Kraftstoff durch einen Schlitz 33 in dem Anschlag 25, Verbindungslöcher 34, die in weiten Enden des Ventilstößels 29 vorgesehen sind,und einen Kraftstoffdurchgang 35 im Ventilstößel 29 strömen kann und über die Einspritzöffnung 31 eingespritzt werden kann.

Ein Rohrverbinder 36 ist mit dem hinteren Mantel 23 des Einspritzgehäuses 24 verbunden und ein Betätigungsorgan 37, das den Ventilkörper 30 in beide Richtung antreibt, ist in dem hinteren Mantel 23 aufgenommen. Das Betätigungsorgan 37 weist geschichtete piezoelektrische Keramik elemente 38, die sich abhängig von einem empfangenen Spannungssignal in Richtung des Stapels ausdehnen, einen Hebel 39, der im Querschnitt S-förmig ausgebildet ist und sich bei Ausdehnung der gestapelten piezoelektrischen Keramikelemente 38 weitet, einen Verschiebungs verstärkungsstreifen 40, der bei Weitung des Hebels 39 aus seiner normalerweise gekrümmten Stellung in seine flache Stellung gedrückt wird, und ein Verbindungselement 41 auf, das das Betätigungsorgan 37 mit dem Ventilkörper 30 verbindet. Längs der Achse des Rohrverbinders 36 ist ein Kraftstoffzufuhrkanal 44 vorgesehen, in den ein Kraftstoffsieb 43 eingesetzt ist.

In den Kraftstoffkanal 44 ist eine Schraube 45 großen Durchmessers eingeschraubt, über die die Einbaustellung der geschichteten piezo elektrischen Keramikelemente 38 eingestellt werden kann. In die Schraube 45 mit großem Durchmesser ist eine Schraube 46 mit kleinerem Durchmesser eingeschraubt, mit der die Vor spannung einer Feder 42 eingestellt werden kann, über die der Ventilkörper 30 in die normalerweise geschlossene Ventilstellung gedrückt wird.

Wenn den geschichteten piezoelektrischen Keramik elementen 38 das Steuerspannungssignal zuge führt wird, wird das Ventil geöffnet, während bei Nichtanliegen des Steuerspannungssignals das Ventil durch die Feder 42 geschlossen ist. Weiterhin kann der Hub des Ventilkörpers durch den Spannungswert des Steuerspannungssignals eingestellt werden. Wenn allerdings die Spannung einen vorgegebenen Wert übersteigt, stößt der Ventilkörper 30 gegen den Anschlag 25 und ver hindert die Rückwärtsbewegung und hält die Offenstellung des Ventilkörpers in der Offen stellung.

Das Flußdiagramm zur Steuerung des Einspritz ventils ist in Fig. 4 gezeigt. Bei diesem Aus führungsbeispiel wird bei Schritt 101 festgelegt, ob der Motor 1 im niedrigen Kraftstoffdurchfluß bereich liegt oder nicht. Wenn die Antwort bei Schritt 101 NEIN ist, d.h. wenn der Motor 1 im Bereich hohen Kraftstoffdurchflusses liegt, folgt Schritt 102, bei dem nur die Ventiloffen zeit durch die elektronische Steuereinheit be rechnet wird und das Steuerspannungssignal wird auf einen bestimmten Wert festgelegt, der be wirkt, daß der Ventilkörper 30 gegen den Anschlag 25 stößt. Dieser Spannungswert ist als V 1 in Fig. 10a gezeigt und das dem Einspritzventil zugeführte Impulssignal ist in durchgezogenen Linien in Fig. 5 dargestellt. In dieser Steuer art entspricht die Ventilkörperverschiebung dem gesamten Hub und die Beziehung zwischen dem Kraftstoffdurchfluß und der Impulsbreite ist in durchgezogener Linie in Fig. 6 gezeigt.

Wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, wird eine lineare Beziehung zwischen dem Kraftstoffdurch fluß und der Impulsbreite im Bereich großen Kraftstoffdurchflusses erreicht, d.h. der Kraft stoffdurchfluß liegt zwischen Q 2 und Q 1. Im Bereich niedrigen Kraftstoffdurchflusses, d.h. wenn der Kraftstoffdurchfluß geringer als Q 1 ist, wird allerdings die lineare Beziehung auf grund von Grenzeffekten oder Trägheit des Ventil körpers und so weiter unterbrochen. Deshalb kann bei niedrigem Durchströmbereich keine Kraftstoffdurchströmsteuerung mit guter Genauigkeit erhalten werden.

Wenn gemäß Fig. 4 festgestellt wird, daß der Motor 1 im niedrigen Kraftstoffdurchflußbereich bei Schritt 101 liegt, wie beispielsweise im Leer lauf oder bei geringer Geschwindigkeit oder niedriger Last, gelangt das Programm zu Schritt 104, bei dem sowohl die Ventiloffenzeit als auch die Ansteuerspannung berechnet werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Ansteuerspannung auf einen bestimmten verringerten Spannungswert festgesetzt, nämlich auf V 2 nach Fig. 10a und in Fig. 5 ist das dem Einspritzventil zugeführten Impulssignal gestrichelt gezeigt. Bei dieser Ansteuerspannung bewegt sich der Ventilkörper 30 in der Weise, daß er nicht gegen den Anschlag 25 stößt. Bei dieser Ansteuerart ist der Ventilkörperhub ein kurzer Hub und die Beziehung zwischen dem Kraftstoffdurchfluß und der Impulsbreite ist gestrichelt in Fig. 6 gezeigt.

Wie in Fig. 6 gezeigt, wird eine lineare Be ziehung im Kraftstoffdurchflußbereich zwischen Q 1′ und Q 2′ erzielt. Das bedeutet, daß die lineare Beziehung bei einem Bereich erzielt wird, bei dem der Kraftstoffdurchfluß geringer ist Q 1 ist. Daher kann bei niedrigen Kraft stoffdurchströmbereichen eine Kraftstoffdurch flußsteuerung mit einer guten Genauigkeit erzielt werden.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, weisen beide Ansteuer arten im Kraftstoffdurchflußbereich zwischen Q 1 und Q 2′ eine lineare Beziehung auf. Daher können in diesem Bereich beide Ansteuerarten verwendet werden. Daher kann der Standardwert für die Bewertung bei Schritt 101 in Fig. 4 auf den Wert Q 3 zwischen Q 2′ festgelegt werden. Die dem Einspritzventil zugeführte Spannung wird bei Q 3 nach Fig. 10a geändert. Im Falle eines kurzen Hubes wird der Ventilkörper 30 davor bewahrt, gegen den Anschlag 25 zu stoßen, wodurch in großem Umfange die Geräusche vom Einspritzventil 5 verringert werden.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Steuerung des Ventilhubes erfolgt die Steuerung auf einen kurzen Hub durch eine niedrige Spannung, wenn kein Ladedruck zugeführt wird,und wenn der Ladedruck zugeführt wird, wird der Ventil hub derart gesteuert, daß er abhängig von der Größe des Ladedrucks sich zwischen einem kurzen und einem langen Hub erstreckt, da der Saug rohrdruck bei dem Ladedruck positiv ist und für die Steuerung der Kraftstoffzufuhr ein weiter dynamischer Bereich verlangt wird. Die Beziehung zwischen der Spannung und dem Kraftstoffdurchfluß in dieser Betriebsweise ist schematisch in Fig. 10c gezeigt.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Steuerung des Ventilkörperhubs kann die Spannung im niedrigen Kraftstoffbereich ab sinken und dem Kraftstoffdurchfluß, wie schematisch in Fig. 10b gezeigt, entsprechen.

Außerdem kann die Ansteuerspannung sich konti nuierlich entsprechend dem einzustellenden Kraftstoffdurchfluß ändern, wie schematisch in Fig. 10d dargestellt ist. Dabei wird der zu steuernde Bereich der Ventiloffenzeit reduziert und ein weiter dynamischer Bereich des Kraftstoffdurchflusses wird erreicht.

In den Fig. 7 bis 9 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei dem eine Magnetspule 51 als elektrisches Betätigungsorgan zur Betätigung des Einspritzventils 50 anstelle der gestapelten piezoelektrischen Keramikelemente 38 des vorher gehenden Ausführungsbeispiels verwendet wird. Gestapelte piezoelektrische Keramikelemente 52 sind anstelle des Anschlages 25 des vorher gehenden Ausführungsbeispiels verwendet. Diese gestapelten piezoelektrischen Keramikelemente 52 arbeiten in der Weise, daß sie die Stopp stellung des Ventilkörpers und somit den Ventilkörperhub verändern, indem die aufge brachte Spannung verändert wird. Wenn der Motor 1 einen niedrigen Kraftstoffdurchfluß verlangt, wird die Spannung den piezoelektrischen Keramik elementen 52 derart zugeführt, daß sie ihre Dicke erhöhen und somit den Ventilkörperhub verringern. Daher kann eine genaue Durchfluß steuerung im niedrigen Durchflußbereich erzielt werden. Wenn dagegen der Motor einen großen Kraftstoffdurchfluß verlangt, wird keine Spannung den Keramikelementen 52 zugeführt, so daß der Ventilkörper die gesamte Hubbewegung durch führen kann, wodurch ein weiter dynamischer Bereich von gesteuertem Kraftstoffdurchfluß bewirkt wird. Selbstverständlich kann die den Keramikelementen 52 zugeführte Spannung sich kontinuierlich ändern, damit der zu steuernde Kraftstoffdurchfluß dem des vorher erwähnten Ausführungsbeispiels entspricht.

Weiterhin kann das den Keramikelementen 52 zugeführte Spannungssignal einem der vier Beziehungen nach Fig. 10 entsprechen. Mit dieser Anordnung kann die gleiche Kraftstoffsteuer charakteristik wie in dem vorhergehenden Aus führungsbeispiel erzielt werden. Im übrigen ent spricht die Konstruktion und die Betriebsweise denen des vorhergehenden Ausführungsbeispiels.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung einer Einspritzvor richtung zur pulsierenden Einspritzung von flüssigem Kraftstoff, bei dem ein Impulssignal einem Betätigungsorgan zuge führt wird, das einen Ventilkörper hin und herbewegt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Offenzeit der Ein spritzvorrichtung die Impulsbreite des Impulssignals verändert wird und daß zur Steuerung des Hubes des Ventilkörpers die Spannung des Impulssignals verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Betätigungsorgan gestapelte piezoelektrische Keramikelemente aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei dem Schritt des Veränderns der Spannung des Impulssignals die Spannung beim niedrigen Kraftstoffdurchflußbereich geringer gemacht wird als diejenige beim hohen Kraftstoffdurchflußbereich.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spannung beim niedrigen Kraftstoffdurchflußbereich entsprechend dem einzustellenden niedrigen Kraftstoff durchfluß absinkt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei dem Schritt des Veränderns der Spannung des Impulssignals die Spannung beim hohen Kraftstoffdurchflußbereich größer gemacht wird als diejenige beim niedrigen Kraftstoffdurchflußbereich und daß die Spannung beim hohen Kraftstoff durchflußbereich entsprechend dem einzu stellenden hohen Kraftstoffdurchfluß ansteigt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß bei dem Schritt des Veränderns der Spannung des Impulssignals die Spannung entsprechend dem einzustellenden Kraftstoff durchfluß bei dem gesamten Kraftstoffdurch flußbereich kontinuierlich verändert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hub des Ventilkörpers mittels eines Hubbegrenzungselementes verändert wird, wobei dem Hubbegrenzungs element eine veränderbare Spannung zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Hubbegrenzungselement gestapelte piezoelektrische Keramikelemente aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das auf das Hubbegrenzungs element aufgebrachte Spannungssignal beim hohen Kraftstoffdurchflußbereich Null ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das dem Hubbegrenzungs element zugeführte Spannungssignal ent sprechend dem Kraftstoffdurchflußbereich kontinuierlich geändert wird.