DE10023033A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine

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DE10023033A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems (11) einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine (1), mit einem Kraftstoffvorratsbehälter (12), mindestens einer Vorförderpumpe (13), einer Hochdruckpumpenanordnung mit mindestens zwei Hochdruckpumpen (14, 15) zum Fördern von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich (ND) in mindestens einen Hochdruckspeicher (16; 16', 16''), einem Steuergerät (22) zur Regelung eines in dem Hochdruckspeicher (16; 16', 16'') herrschenden Einspritzdrucks (p_r) und mit Kraftstoffeinspritzventilen (9) zum Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (16; 16', 16'') in Brennräume (4) der Brennkraftmaschine (1). Um insbesondere bei Brennkraftmaschinen (1) mit einem großen Hubraum und bei Brennkraftmaschinen mit mehr als vier Zylindern eine zuverlässige Versorgung der Brennräume (4) mit Kraftstoff sicherzustellen, wird vorgeschlagen, dass das Kraftstoffzumesssystem (11) einen Kraftstoffkreislauf zum Zumessen von Kraftstoff in sämtliche Brennräume (4) der Brennkraftmaschine (1) aufweist, wobei sämtliche Hochdruckpumpen (14, 15) in dem Kraftstoffkreislauf angeordnet werden, und dass sämtliche Hochdruckpumpen (14, 15) über einen gemeinsamen Druckregelkreis unabhängig voneinander angesteuert werden.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstoffvorratsbehälter, mindestens einer Vorförderpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems, einer Hochdruckpumpenanordnung mit mindestens zwei Hochdruckpumpen zum Fördern von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in mindestens einen Hochdruckspeicher, einem Steuergerät zur Regelung eines in dem Hochdruckspeicher herrschenden Einspritzdrucks und mit Kraftstoffeinspritzventilen zum Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in Brennräume der Brennkraftmaschine.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftstoffzumesssystem einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstoffvorratsbehälter, mindestens einer Vorförderpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems, einer Hochdruckpumpenanordnung mit mindestens zwei Hochdruckpumpen zum Fördern von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in mindestens einen Hochdruckspeicher, einem Steuergerät zur Regelung eines in dem Hochdruckspeicher herrschenden Einspritzdrucks und mit Kraftstoffeinspritzventilen zum Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in Brennräume der Brennkraftmaschine.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffzumesssystem, das einen Kraftstoffvorratsbehälter, mindestens eine Vorförderpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems, eine Hochdruckpumpenanordnung mit mindestens zwei Hochdruckpumpen zum Fördern von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in mindestens einen Hochdruckspeicher, ein Steuergerät zur Regelung eines in dem Hochdruckspeicher herrschenden Einspritzdrucks und Kraftstoffeinspritzventile zum Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in Brennräume der Brennkraftmaschine umfasst.
Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Steuergerät für eine solche direkteinspritzende Brennkraftmaschine.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art mit eingangs erwähnten Kraftstoffzumesssystemen sind aus dem Stand der Technik bspw. in Form von Brennkraftmaschinen mit Benzin- Direkteinspritzung (EDE) bekannt. Das Kraftstoffzumesssystem weist eine üblicherweise als Elektrokraftstoffpumpe ausgebildete Vorförderpumpe auf, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems fördert. Eine Hochdruckpumpenanordnung des Kraftstoffzumesssystems fördert Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich mit Hochdruck in einen Hochdruckspeicher. Der Hochdruckspeicher ist bspw. als die Verteilerleiste eines Common-Rail (CR)- Kraftstoffzumesssystems ausgebildet. Von dem Hochdruckspeicher münden Einspritzventile ab, über die Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Einspritzventile werden von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine angesteuert. Das Steuergerät hat des Weiteren die Aufgabe über einen Druckregelkreis einen in dem Hochdruckspeicher herrschenden Einspritzdruck zu regeln. Eine Erhöhung des Einspritzdrucks kann durch geeignetes Ansteuern der Hochdruckpumpenanordnung, also durch Erhöhung der Kraftstoff zufuhr in den Hochdruckspeicher, erzielt werden. Eine Reduzierung des Einspritzdrucks kann durch geeignetes Ansteuern eines aus dem Hochdruckspeicher abzweigenden Steuerventils, also durch Erhöhung des Kraftstoffablaufs aus dem Hochdruckspeicher, oder durch Reduktion der Förderleistung der HDP erzielt werden. Das Steuerventil ist bspw. als ein Mengensteuerventil (bei 1-Zylinder-Kolben-Hochdruckpumpen) oder als ein Drucksteuerventil (bei 3-Zylinder- Radialkolben-Hochdruckpumpen) ausgebildet.
Bei Brennkraftmaschinen mit vier oder weniger Zylindern oder bei Brennkraftmaschinen mit einem relativ geringen Hubraum umfasst die Hochdruckpumpenanordnung in der Regel nur eine Hochdruckpumpe. Diese kann bspw. als eine 1- Zylinder-Kolbenpumpe oder als eine 3-Zylinder- Radialkolbenpumpe ausgebildet sein. Mit der einen Hochdruckpumpe kann bei Brennkraftmaschinen mit vier oder weniger Zylindern bzw. bei Brennkraftmaschinen mit einem relativ geringen Hubraum in sämtlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eine zuverlässige Versorgung der Brennräume mit der erforderlichen Kraftstoffmenge sichergestellt werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei Brennkraftmaschinen mit einem relativ großen Hubraum bzw. bei Brennkraftmaschinen mit sechs und mehr Zylindern eine zuverlässige Kraftstoffversorgung mit nur einer Hochdruckpumpe nicht mehr sichergestellt werden kann. Deshalb ist es aus dem Stand der Technik bekannt, das Kraftstoffzumesssystem auf zwei voneinander unabhängige Kraftstoffkreisläufe aufzuteilen. Die Unabhängigkeit der Kraftstoffkreisläufe setzt voraus, dass zwei Hochdruckspeicher und zwei Druckregelkreise vorhanden sind, die von dem Steuergerät angesteuert und vor allem koordiniert werden müssen. Jeder der Kraftstoffkreisläufe weist eine eigene Hochdruckpumpe auf, die über einen eigenen Druckregelkreis angesteuert wird. Eine solche Unterteilung des Kraftstoffzumesssystems auf zwei Kraftstoffkreisläufe ist aus dem Stand der Technik für 6- Zylinder-Brennkraftmaschinen, wobei dann jeder Kraftstoffkreislauf für die Versorgung der Brennräume von drei Zylindern zuständig ist, und für 8-Zylinder- Brennkraftmaschinen bekannt, wobei dann jeder Kraftstoffkreislauf für die Versorgung der Brennräume von vier Zylindern zuständig ist. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsansätzen zur Sicherstellung einer zuverlässigen Kraftstoffversorgung bei Brennkraftmaschinen mit einem relativ großen Hubraum bzw. bei 6- oder Mehr- Zylinder-Brennkraftmaschinen handelt es sich um relativ aufwendige und kostspielige Systemlösungen.
Aus der DE 198 23 639 A1 ist ein Common-Rail (CR)- Kraftstoffzumesssystem der eingangs beschriebenen Art mit einer Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe bekannt. Aus der DE 195 23 283 A1 ist eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffzumesssystem bekannt. Die beschriebene Hochdruckpumpe kann als Radialkolbenpumpe mit drei sternförmig angeordneten Pumpenkolben oder als eine Axialkolbenpumpe mit zwei parallel zueinander angeordneten Pumpenkolben ausgebildet sein. Bei der bekannten Hochdruckpumpe werden die einzelnen Kolben über einen gemeinsamen Nocken- bzw. Exzenterantrieb betätigt. Zwischen den einzelnen Pumpenkolben besteht also eine feste mechanische Kopplung, die einen gezielte Betätigung einzelner Pumpenkolben nicht zulässt. Obwohl die bekannte Hochdruckpumpe mehrere Pumpenkolben aufweist, muss sie doch als eine einzelne Hochdruckpumpe betrachtet werden.
Des weiteren sind aus anderen Bereichen der Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere aus dem Bereich der Bremssysteme und der aktiven Fahrwerkssysteme, Pumpenanordnungen mit mehreren Pumpenkolben bekannt. So ist bspw. aus der DE 40 41 800 C2 eine als Axialkolbenpumpe ausgebildete Zweikolbenpumpe eines blockiergeschützten Bremssystems mit zwei parallel zueinander angeordneten Pumpenkolben bekannt. Aus der EP 0 448 836 A1 ist eine als Radialkolbenpumpe mit zwei diametral gegenüberliegenden Pumpenkolben ausgebildete Hubkolbenpumpe einer Fahrzeug- Bremsanlage zur Förderung von Flüssigkeit bekannt. Schließlich ist aus der DE 40 27 794 A1 eine Radialkolbenpumpe für die Energieversorgung bei der Fahrzeug-Hydraulik (Antiblockiersystem ABS, Antischlupfregelung ASR, aktive Fahrwerksregelung) bekannt. All diesen Pumpenanordnungen ist gemeinsam, dass zwischen den einzelnen Pumpenkolben eine feste mechanische Kopplung besteht und ein gezieltes Betätigen einzelner Pumpenkolben nicht möglich ist, so dass all diese Pumpenanordnungen als einzelne Pumpen zu betrachten sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, auf eine konstruktiv einfache und möglichst kostengünstige Weise insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit vier oder mehr Zylindern bzw. bei Brennkraftmaschinen mit einem großen Hubraum eine zuverlässige Kraftstoffversorgung sicherzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass das Kraftstoffzumesssystem einen Kraftstoffkreislauf zum Zumessen von Kraftstoff in sämtliche Brennräume der Brennkraftmaschine aufweist, wobei sämtliche Hochdruckpumpen in dem Kraftstoffkreislauf angeordnet werden, und dass sämtliche Hochdruckpumpen über einen gemeinsamen Druckregelkreis unabhängig voneinander angesteuert werden.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird das Kraftstoffzumesssystem also nicht in mehrere Kraftstoffkreisläufe unterteilt, vielmehr ist nur ein Kraftstoffkreislauf zum Zumessen von Kraftstoff in sämtliche Brennräume der Brennkraftmaschine vorgesehen. Sämtliche Hochdruckpumpen der Hochdruckpumpenanordnung sind in diesem Kraftstoffkreislauf angeordnet. Das erfindungsgemäße Kraftstoffzumesssystem weist vorzugsweise zwei Hochdruckpumpen auf. Die eingesetzten Hochdruckpumpen können als Standardpumpen, bspw. als 1-Zylinder- Kolbenpumpen oder als 3-Zylinder-Radialkolbenpumpen, ausgebildet sein, wie sie an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Das Steuergerät des Kraftstoffzumesssystems steuert sämtliche Hochdruckpumpen über einen gemeinsamen Druckregelkreis unabhängig voneinander an. In dem Kraftstoffkreislauf ist lediglich ein Hochdruckspeicher angeordnet, dessen Einspritzdruck von nur einem Druckregelkreis geregelt werden kann. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren auf besonders einfache und kostengünstige Weise realisiert werden.
Des weiteren kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine zuverlässige Versorgung der Brennräume mit Kraftstoff, insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit einem relativ großen Hubraum bzw. bei Brennkraftmaschinen mit vier oder mehr Zylindern, sichergestellt werden.
Dadurch dass die Hochdruckpumpen in einen gemeinsamen Hochdruckspeicher fördern, ist eine einfache Regelung des in dem Hochdruckspeicher herrschenden Einspritzdrucks mit lediglich einem Druckregelkreis möglich. Nur die Endstufen zur Ansteuerung der Hochdruckpumpen müssen zweimal ausgebildet sein. Gleichzeitig wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei nicht symmetrischen Zündfolgen ein komplexer Aufbau des Kraftstoffzumesssystems vermieden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Hochdruckpumpen parallel zueinander angesteuert werden. Die Hochdruckpumpen werden also synchron angesteuert und durchlaufen gleichzeitig einen Saughub und einen Förderhub.
Alternativ wird gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass eine oder mehrere erste Hochdruckpumpen entgegengesetzt zu einer oder mehreren zweiten Hochdruckpumpen angesteuert werden. Die ersten Hochdruckpumpen und die zweiten Hochdruckpumpen durchlaufen den Saughub und den Förderhub versetzt zueinander, d. h. wenn sich die ersten Hochdruckpumpen im Saughub befinden, befinden sich die zweiten Hochdruckpumpen im Förderhub und umgekehrt, wenn sich die ersten Hochdruckpumpen im Förderhub befinden, befinden sich die zweiten Hochdruckpumpen im Saughub. Der Vorteil dieser Weiterbildung liegt darin, dass eine deutliche Reduzierung der unterschiedlichen Druckniveaus von aufeinanderfolgenden Einspritzungen erzielt werden kann, da die Nachförderung gleichmäßig verteilt ist. Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit einer einfachen Diagnose der Hochdruckpumpen, indem der Verlauf des in dem Hochdruckspeicher herrschenden Einspritzdrucks überwacht wird.
Für eine resourcenschonende Ansteuerung durch das Steuergerät wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass die Hochdruckpumpen mit derselben Ansteuerzeit angesteuert werden. Die Ansteuerzeit wird also in dem Steuergerät nur einmal für sämtliche Hochdruckpumpen des Kraftstoffzumesssystems berechnet. Die Ansteuerung der einzelnen Hochdruckpumpen erfolgt dann über eine Umschalteinrichtung, die zu den entsprechenden Zeitpunkten bzw. bei der entsprechenden Winkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zwischen den ersten Hochdruckpumpen und den zweiten Hochdruckpumpen umschaltet. Auf diese Weise können mit derselben Ansteuerzeit abwechselnd die ersten Hochdruckpumpen und die zweiten Hochdruckpumpen angesteuert werden.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ausgehend von dem Kraftstoffzumesssystem der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Kraftstoffzumesssystem einen Kraftstoffkreislauf zum Zumessen von Kraftstoff in sämtliche Brennräume der Brennkraftmaschine aufweist, wobei sämtliche Hochdruckpumpen in dem Kraftstoffkreislauf angeordnet sind, und dass das Steuergerät einen Druckregelkreis für sämtliche Hochdruckpumpen umfasst, wobei die Hochdruckpumpen unabhängig voneinander über den Druckregelkreis ansteuerbar sind.
Gemäß eine bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Hochdruckpumpenanordnung zwei Hochdruckpumpen aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Steuergerät die Hochdruckpumpen parallel zueinander ansteuert. Alternativ wird vorgeschlagen, dass das Steuergerät eine oder mehrere erste Hochdruckpumpen entgegengesetzt zu einer oder mehreren zweiten Hochdruckpumpen ansteuert.
Vorteilhafterweise steuert das Steuergerät die Hochdruckpumpen mit derselben Ansteuerzeit an.
Ausgehend von der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung des weiteren vorgeschlagen, dass das Kraftstoffzumesssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9 ausgebildet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine mindestens sechs Zylinder aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kraftstoffzumesssystem zwei Hochdruckspeicherbereiche auf, die miteinander über eine Druckausgleichsleitung in Verbindung stehen. Durch die Druckausgleichsleitung werden die beiden Hochdruckspeicherbereiche zu einem gemeinsamen Hochdruckspeicher zusammengefasst.
Schließlich wird ausgehend von dem Steuergerät der eingangs genannten Art als noch eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass das Kraftstoffzumesssystem einen Kraftstoffkreislauf zum Zumessen von Kraftstoff in sämtliche Brennräume der Brennkraftmaschine aufweist, wobei sämtliche Hochdruckpumpen in dem Kraftstoffkreislauf angeordnet sind, und dass das Steuergerät sämtliche Hochdruckpumpen über einen gemeinsamen Druckregelkreis unabhängig voneinander ansteuert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Steuergerät die Hochdruckpumpen parallel zueinander ansteuert. Alternativ wird vorgeschlagen, dass das Steuergerät eine oder mehrere erste Hochdruckpumpen entgegengesetzt zu einer oder mehreren zweiten Hochdruckpumpen ansteuert. Vorteilhafterweise steuert das Steuergerät die Hochdruckpumpen mit derselben Ansteuerzeit an.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, bspw. ein Read-Only-Memory oder ein Flash-Memory.
Zeichnung
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffzumesssystems;
Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Kraftstoffzumesssystems aus Fig. 2;
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffzumesssystems im Ausschnitt;
Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Kraftstoffzumesssystems aus Fig. 4; und
Fig. 6 ein Diagramm zur Verdeutlichung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Kraftstoffzumesssystems aus Fig. 4.
In Fig. 1 ist eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, bei der ein Kolben 2 in einem Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3 ist mit einem Brennraum 4 versehen, der u. a. durch den Kolben 2, ein Einlassventil 5 und ein Auslassventil 6 begrenzt ist. Mit dem Einlassventil 5 ist ein Ansaugrohr 7 und mit dem Auslassventil 6 ein Abgasrohr 8 gekoppelt.
Im Bereich des Einlassventils 5 und des Auslassventils 6 ragen ein Einspritzventil 9 und eine Zündkerze 10 in den Brennraum 4. Über das Einspritzventil 9 kann Kraftstoff in den Brennraum 4 eingespritzt werden. Mit der Zündkerze 10 kann der Kraftstoff in dem Brennraum 4 entzündet werden.
Der Kolben 2 wird durch die Verbrennung des Kraftstoffs in dem Brennraum 4 in eine Hin- und Herbewegung versetzt, die auf eine nicht dargestellte Kurbelwelle übertragen wird und auf diese ein Drehmoment ausübt.
Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Kraftstoffzumesssystem 11 auf, durch das der über das Einspritzventil 9 in den Brennraum 4 einzuspritzende Kraftstoff zugemessen wird. Das Kraftstoffzumesssystem 11 weist einen Kraftstoffvorratsbehälter 12 auf, aus dem von einer als Elektrokraftstoffpumpe ausgebildeten Vorförderpumpe 13 Kraftstoff in einen Niederdruckbereich ND des Kraftstoffzumesssystems 11 gefördert wird. Eine Hochdruckpumpenanordnung bestehend aus zwei Hochdruckpumpen 14 und 15 fördert Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich ND in einen Hochdruckspeicher 16. Die Hochdruckpumpen 14, 15 sind als Ein-Zylinder-Hochdruckpumpen mit jeweils zwei Rückschlagventilen 17 und einem Mengensteuerventil 18 ausgebildet. Durch die Mengensteuerventile 18 kann eine Mengensteuerleitung 19 geöffnet bzw. geschlossen werden. Bei einer geöffneten Mengensteuerleitung 19 fließt wird der angesaugte Kraftstoff wieder in den Niederdruckkreislauf zurückgeschoben, anstatt in den Hochdruckkreis gefördert zu werden. Die Mengensteuerventile 18 werden mittels Ansteuersignale T angesteuert. Alternativ können die Hochdruckpumpen 14, 15 auch als Drei-Zylinder- Radialkolbenpumen ausgebildet sein. Entscheidend ist, dass Standard-Hochdruckpumpen und keine aufwendigen und teuren Sonderanfertigungen als Hochdruckpumpen 14, 15 eingesetzt werden.
Der Hochdruckspeicher 16 ist als eine Speicherleiste eines Common-Rail (CR)-Kraftstoffzumesssystems ausgebildet. An dem Hochdruckspeicher 16 ist ein Drucksensor angeordnet, der den in dem Hochdruckspeicher 16 herrschenden Einspritzdruck erfasst und ein entsprechendes Ausgangssignal p_r erzeugt. Aus dem Hochdruckspeicher 16 münden mehrere - im vorliegenden Fall vier - Einspritzventile 9, über die Kraftstoff in die Brennräume 4 der Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt wird. Zum Einspritzen von Kraftstoff werden die Einspritzventile 9 mit einem entsprechenden Ansteuersignal ES angesteuert. Die Zündkerze 10 wird durch ein Ansteuersignal ZW angesteuert.
Um den Druck in dem Niederdruckbereich ND des Kraftstoffzumesssystems 11 auf einem vorgebbaren Wert zu halten, ist in dem Niederdruckbereich ND ein Niederdruckregler 20 angeordnet, über den Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich ND zurück in den Kraftstoffvorratsbehälter 12 fließen kann, falls der Druck in dem Niederdruckbereich ND einen vorgebbaren Druckwert übersteigt. Zwischen der Vorförderpumpe 13 und den Hochdruckpumpen 14, 15 ist ein Filter 21 angeordnet.
Ein Steuergerät 22 ist von Eingangssignalen 23 beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 darstellen. Bspw. ist das Steuergerät 22 mit einem Luftmassensensor, einem Lambda-Sensor, einem Drehzahlsensor oder einem in dem Hochdruckbereich HD, vorzugsweise in dem Hochdruckspeicher 16, angeordneten Drucksensor 24 u. dgl. verbunden. Das Steuergerät 22 erzeugt Ausgangssignale 25, mit denen über Aktoren bzw. Steiler das Verhalten der Brennkraftmaschine 1 beeinflusst werden kann. Bspw. ist das Steuergerät 22 mit dem Einspritzventil 9 (Steuersignal Es), der Zündkerze 10 (Steuersignal ZW), den Mengensteuerventilen 18 (Steuersignal T), einer in dem Ansaugrohr 7 angeordneten Drosselklappe u. dgl. verbunden und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen Signale.
Unter anderem ist das Steuergerät 22 dazu vorgesehen, die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zu steuern und/oder zu regeln. Bspw. wird die von dem Einspritzventil 9 in den Brennraum 4 eingespritzte Kraftstoffmasse von dem Steuergerät 22 insbesondere im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe Schadstoffemission gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 22 mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem Steuerelement, insbesondere in einem Read-Only-Memory oder einem Flash-Memory, ein Programm abgespeichert hat, das dazu geeignet ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen. In dem Steuerelement ist des weiteren ein Programm gespeichert, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Die Brennkraftmaschine 1 aus Fig. 1 kann in einer Vielzahl von Betriebsarten betrieben werden. So ist es möglich, die Brennkraftmaschine 1 in einem Homogenbetrieb, einem Schichtbetrieb, einem homogenen Magerbetrieb u. dgl. zu betreiben. Zwischen den genannten Betriebsarten der Brennkraftmaschine kann umgeschaltet werden. Derartige Umschaltungen werden von dem Steuergerät 22 durchgeführt.
Das in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffzumesssystem 11 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es nur einen Kraftstoffkreislauf zum Zumessen von Kraftstoff in sämtliche Brennräume 4 der Brennkraftmaschine 1 aufweist.
In diesem einen Kraftstoffkreislauf sind beide Hochdruckpumpen 14, 15 angeordnet. Beide Hochdruckpumpen 14, 15 werden über einen gemeinsamen Druckregelkreis unabghängig voneinander durch das Steuergerät 22 angesteuert. Für einen resourcenschonenden Betrieb des Kraftstoffzumesssystems 11 werden beide Hochdruckpumpen 14, 15 mit derselben Ansteuerzeit T angesteuert. Die Ansteuerzeit T wird also für beide Hochdruckpumpen 14, 15 in dem Steuergerät 22 nur einmal berechnet.
In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Kraftstoffzumessystem 11 für eine Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 3 dargestellt. Durch das erfindungsgemäße Kraftstoffzumessystem 11 wird eine zuverlässige Kraftstoffversorgung der Brennräume 4 auch von Brennkraftmaschinen 1 mit mehr als vier Zylindern 3 und/oder einem großen Hubraum sichergestellt.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffzumesssystem 11 am Beispiel einer 8-Zylinder-Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Bei der 8-Zylinder-Brennkraftmaschine 1 umfasst der Hochdruckspeicher 16 eine linke Bank 16' und eine rechte Bank 16". Die beiden Bänke 16', 16" stehen über eine Druckausgleichsleitung 26 miteinander in Verbindung, so dass in beiden Bänken 16', 16" derselbe Einspritzdruck herrscht und die Bänke 16', 16" als ein gemeinsamer Hochdruckspeicher 16 betrachtet werden können. Von jeder Bank 16', 16" zweigen vier Einspritzventile 9 ab, über die Kraftstoff in die Brennräume 4 der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt werden kann. Jede Bank 16', 16" wird von einer eigenen Hochdruckpumpe 14; 15 mit Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich ND versorgt. Jeder Hochdruckpumpe 14; 15 ist eine eigene Endstufe 27; 28 zugeordnet.
Das Steuergerät 22 ermittelt die Ansteuerzeit T nur einmal für beide Hochdruckpumpen 14, 15. Die Verteilung des Steuersignals T auf die Endstufen 27, 28 der beiden Hochdruckpumpen 14, 15 erfolgt über einen Schalter 29. Der Schalter 29 wird nach einem Synchro-Raster für die 8-Zylinder-Brennkraftmaschine 1 alle 180° der Kurbelwelle KW umgeschaltet. Bei einer verstellbaren Nockenwelle als Antrieb für die Hochdruckpumpen 14, 15 ist das Synchro- Raster basierend auf der verstellbaren Nockenwelle entsprechend abzuleiten.
Aufgrund der begrenzten Steilheit der Nocken zum Antrieb der Hochdruckpumpen 14, 15 kann bei 1-Zylinder- Hochdruckpumpen bei einer Brennkraftmaschine 1 mit acht Zylindern keine Nockenwelle mit vier Nocken pro Umdrehung eingesetzt werden. Gleichzeitig können die Kraftstoffkreisläufe bei einer 8-Zylinder- Brennkraftmaschine 1 nicht entsprechend der mechanischen Anordnung (linke Bank 16', rechte Bank 16") angeordnet werden, da die Zündfolge bzw. die Einspritzfolge nicht symmetrisch ist, d. h. sie springt nicht abwechselnd von der linken Bank 16' zu der rechten Bank 16". Hier schafft das erfindungsgemäße Kraftstoffzumesssystem Abhilfe.
In Fig. 3 ist eine Ansteuerung der Hochdruckpumpen 14, 15 des Kraftstoffzumesssystems 1 aus Fig. 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. In der oberen Hälfte von Fig. 3 ist der Hub h_1 der Hochdruckpumpe 14 und in dem unteren Teil der Hub h_2 der Hochdruckpumpe 15 dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die beiden Hochdruckpumpen 14, 15 entgegengesetzt zueinander angesteuert werden. Des Weiteren kann Fig. 3 entnommen werden, wann die Pumpenkolben der Hochdruckpumpen 14, 15 einen Saughub ausführen bzw. wann sie in einem Förderhub Kraftstoff in den Hochdruckspeicher 16 fördern.
In Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffzumesssystem 11 für eine Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern 3 im Ausschnitt dargestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel münden aus dem Hochdruckspeicher 16 sechs Einspritzventile 9, über die Kraftstoff in die Brennräume 4 der einzelnen Zylinder 3 eingespritzt werden kann. Wie bei dem Kraftstoffzumesssystem 11 aus Fig. 1 wird auch hier durch zwei Hochdruckpumpen 14, 15 Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich ND des Kraftstoffzumesssystems 11 in den Hochdruckspeicher 16 gefördert. Auch das in Fig. 4 dargestellte Kraftstoffzumesssystem 11 weist lediglich einen Kraftstoffkreislauf zum Zumessen von Kraftstoff in sämtliche Brennräume 4 der Brennkraftmaschine 1 auf. Beide Hochdruckpumpen 14, 15 sind in diesem einen Kraftstoffkreislauf angeordnet. Beide Hochdruckpumpen 14, 15 werden über einen gemeinsamen Druckregelkreis unabhängig voneinander angesteuert (vgl. Fig. 2).
In den Fig. 5 und 6 sind zwei verschiedene Möglichkeiten zum Ansteuern der Hochdruckpumpen 14, 15 des Kraftstoffzumesssystems 11 aus Fig. 4 dargestellt. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Hochdruckpumpen 14, 15 parallel zueinander angesteuert. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 werden die Hochdruckpumpen 14, 15 dagegen - ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 - entgegengesetzt zueinander angesteuert. In Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 sind in den Fig. 5 und 6 Saughub und Förderhub eingezeichnet.

Claims (17)

1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems (11) einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine (1), mit einem Kraftstoffvorratsbehälter (12), mindestens einer Vorförderpumpe (13) zum Fördern von Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter (12) in einen Niederdruckbereich (ND) des Kraftstoffzumesssystems (11), einer Hochdruckpumpenanordnung mit mindestens zwei Hochdruckpumpen (14, 15) zum Fördern von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich (ND) in mindestens einen Hochdruckspeicher (16; 16', 16"), einem Steuergerät (22) zur Regelung eines in dem Hochdruckspeicher (16; 16', 16") herrschenden Einspritzdrucks (p_r) und mit Kraftstoffeinspritzventilen (9) zum Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (16; 16', 16") in Brennräume (4) der Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffzumesssystem (11) einen Kraftstoffkreislauf zum Zumessen von Kraftstoff in sämtliche Brennräume (4) der Brennkraftmaschine (1) aufweist, wobei sämtliche Hochdruckpumpen (14, 15) in dem Kraftstoffkreislauf angeordnet werden, und dass sämtliche Hochdruckpumpen (14, 15) über einen gemeinsamen Druckregelkreis unabhängig voneinander angesteuert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpen (14, 15) parallel zueinander angesteuert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere erste Hochdruckpumpen (14) entgegengesetzt zu einer oder mehreren zweiten Hochdruckpumpen (15) angesteuert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpen (14, 15) mit derselben Ansteuerzeit (T) angesteuert werden.
5. Kraftstoffzumesssystem (11) einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine (1), mit einem Kraftstoffvorratsbehälter (12), mindestens einer Vorförderpumpe (13) zum Fördern von Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter (12) in einen Niederdruckbereich (ND) des Kraftstoffzumesssystems (11), einer Hochdruckpumpenanordnung mit mindestens zwei Hochdruckpumpen (14, 15) zum Fördern von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich (ND) in mindestens einen Hochdruckspeicher (16; 16', 16"), einem Steuergerät (22) zur Regelung eines in dem Hochdruckspeicher (16; 16', 16") herrschenden Einspritzdrucks (p_r) und mit Kraftstoffeinspritzventilen (9) zum Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (16; 16', 16") in Brennräume (4) der Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffzumesssystem (11) einen Kraftstoffkreislauf zum Zumessen von Kraftstoff in sämtliche Brennräume (4) der Brennkraftmaschine (1) aufweist, wobei sämtliche Hochdruckpumpen (14, 15) in dem Kraftstoffkreislauf angeordnet sind, und dass das Steuergerät (22) einen Druckregelkreis für sämtliche Hochdruckpumpen (14, 15) umfasst, wobei die Hochdruckpumpen (14, 15) unabhängig voneinander über den Druckregelkreis ansteuerbar sind.
6. Kraftstoffzumesssystem (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpenanordnung zwei Hochdruckpumpen (14, 15) aufweist.
7. Kraftstoffzumesssystem (11) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) die Hochdruckpumpen (14, 15) parallel zueinander ansteuert.
8. Kraftstoffzumesssystem (11) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) eine oder mehrere erste Hochdruckpumpen (14) entgegengesetzt zu einer oder mehreren zweiten Hochdruckpumpen (15) ansteuert.
9. Kraftstoffzumesssystem (11) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) die Hochdruckpumpen (14, 15) mit derselben Ansteuerzeit (T) ansteuert.
10. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine (1) mit einem Kraftstoffzumesssystem (11), das einen Kraftstoffvorratsbehälter (12), mindestens eine Vorförderpumpe (13) zum Fördern von Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter (12) in einen Niederdruckbereich (ND) des Kraftstoffzumesssystems (11), eine Hochdruckpumpenanordnung mit mindestens zwei Hochdruckpumpen (14, 15) zum Fördern von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich (ND) in mindestens einen Hochdruckspeicher (16; 16', 16"), ein Steuergerät (22) zur Regelung eines in dem Hochdruckspeicher (16; 16', 16") herrschenden Einspritzdrucks (p_r) und Kraftstoffeinspritzventile (9) zum Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (16; 16', 16") in Brennräume (4) der Brennkraftmaschine (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffzumesssystem (11) nach einem der Ansprüche 5 bis 9 ausgebildet ist.
11. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) mindestens sechs Zylinder (3) aufweist.
12. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffzumesssystem (11) zwei Hochdruckspeicherbereiche (16', 16") aufweist, die miteinander über eine Druckausgleichsleitung (26) in Verbindung stehen.
13. Steuergerät (22) für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine (1) mit einem Kraftstoffzumesssystem (11), das einen Kraftstoffvorratsbehälter (12), mindestens eine Vorförderpumpe (13) zum Fördern von Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter (12) in einen Niederdruckbereich (ND) des Kraftstoffzumesssystems (11), eine Hochdruckpumpenanordnung mit mindestens zwei Hochdruckpumpen (14, 15) zum Fördern von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich (ND) in mindestens einen Hochdruckspeicher (16; 16', 16"), das Steuergerät (22) zur Regelung eines in dem Hochdruckspeicher (16; 16', 16") herrschenden Einspritzdrucks (p_r) und Kraftstoffeinspritzventile (9) zum Einspritzen von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (16; 16', 16") in Brennräume (4) der Brennkraftmaschine (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffzumesssystem (11) einen Kraftstoffkreislauf zum Zumessen von Kraftstoff in sämtliche Brennräume (4) der Brennkraftmaschine (1) aufweist, wobei sämtliche Hochdruckpumpen (14, 15) in dem Kraftstoffkreislauf angeordnet sind, und dass das Steuergerät (22) sämtliche Hochdruckpumpen (14, 15) über einen gemeinsamen Druckregelkreis unabhängig voneinander ansteuert.
14. Steuergerät (22) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) die Hochdruckpumpen (14, 15) parallel zueinander ansteuert.
15. Steuergerät (22) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) eine oder mehrere erste Hochdruckpumpen (14) entgegengesetzt zu einer oder mehreren zweiten Hochdruckpumpen (15) ansteuert.
16. Steuergerät (22) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) die Hochdruckpumpen (14, 15) mit derselben Ansteuerzeit (T) ansteuert.
17. Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory (ROM) oder Flash-Memory, für ein Steuergerät (22) einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine (1), auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 geeignet ist.
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