DE10038555A1 - Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Kraftstoffversorgungssystems und Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem mit wenigstens einer ersten Pumpe Kraftstoff in einen ersten Druckbereich befördert wird, bei dem mit wenigstens einer zweiten, elektrisch betriebenen Pumpe der Kraftstoff aus dem ersten Druckbereich in einen zweiten Druckbereich mit wenigstens einem Druckspeicher befördert wird, bei dem mit Einspritzventilen der Kraftstoff aus dem zweiten Druckbereich direkt in einen Brennraum eingespritzt wird, bei dem mit einem Drucksensor der Druck im zweiten Druckbereich erfaßt wird, bei dem mit einem Druckregelmittel, das im zweiten Druckbereich angeordnet ist, der Druck im zweiten Druckbereich geregelt wird und bei dem ein Ansteuersignal für die Ansteuerung des Druckregelmittels generiert wird, wobei die zweite Pumpe in ihrer Drehzahl angesteuert und/oder geregelt wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff von einer Pumpe in einen Druckspeicher gepumpt und von Einspritzventilen direkt in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Druckspeicher und einer Pumpe, mit der dem Druckspeicher Kraftstoff zuführbar ist, und mit Einspritzventilen, mit denen Kraftstoff direkt in die Brennkraftmaschine einspritzbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs sowie ein Speichermedium für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs.

An eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs werden immer höhere Anforderungen im Hinblick auf eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der erzeugten Abgase bei einer gleichzeitig erwünschten erhöhten Leistung gestellt. Zu diesem Zweck sind moderne Brennkraftmaschinen mit einem Kraftstoffversorgungssystem versehen bei dem die Zuführung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine elektronisch, insbesondere mit einem rechnergestützten Steuergerät, gesteuert und/oder geregelt wird.

Bei der sogenannten Benzindirekteinspritzung (BDE) ist es erforderlich, dass der Kraftstoff unter Druck in den Brennraum eingespritzt wird. Zu diesem Zweck ist ein Druckspeicher vorgesehen, in den der Kraftstoff mittels einer Pumpe gepumpt und unter einen hohen Druck gesetzt wird. Von dort wird der Kraftstoff dann über Einspritzventile direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Aus der DE 195 48 278 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung insbesondere für Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung bekannt. Hierbei wird von einer Vorförderpumpe Kraftstoff in einen Niederdruckbereich befördert und von einer Hochdruckpumpe in einen Hochdruckbereich, einem sogenannten Common-Rail, befördert. Die Vorförderpumpe befördert den Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter, dem Tank, in einen Niederdruckbereich und ist als Elektrokraftstoffpumpe ausgeführt. Parallel zur Elekttokraftstoffpumpe ist ein Druckbegrenzungsventil angeordnet, das bei Überschreitung eines bestimmten Druckes Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich zurück in den Tank des Kraftfahrzeugs leitet. Im Hochdruckbereich ist ein Drucksensor angeordnet, der den Druck im Common-Rail erfasst. Weiterhin ist zwischen dem Hochdruckbereich und dem Tank des Kraftfahrzeugs ein Druckregelventil angeordnet, welches in Abhängigkeit von einem Ansteuerstrom ab einem bestimmten einstellbaren Druck Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich zurück in den Tank leitet. Es ist vorgesehen, dass die Elektrokraftstoffpumpe entsprechend eines Ansteuersignals in der Drehzahl geregelt wird, um die Fördermenge an den aktuellen Bedarf des Motors anzupassen. Bei Systemfehlern kann das Druckregelventil als Notventil zum schnellen Absenken des Druckes im Common-Rail verwendet werden.

Die DE 198 53 823 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem der Kraftstoff von einer ersten, üblicherweise elektromotorisch angetriebenen Kraftstoffpumpe und von einer zweiten, üblicherweise mechanischen Hochdruckpumpe in einen Druckspeicher der Brennkraftmaschine gefördert wird. Die geförderte Kraftstoffmenge ist hierbei durch eine entsprechende Beeinflussung der elektromotorisch angetriebenen ersten Kraftstoffpumpe veränderbar. Auf diese Weise wird dem Druckspeicher die jeweils erforderliche Kraftstoffmenge zugeführt. Die Fördermenge der ersten Kraftstoffpumpe wird in Abhängigkeit von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder der Temperatur der angesaugten Luft und/oder der Batteriespannung über ein Kennfeld gesteuert. Um Toleranzen der verschiedenen Kraftstoffpumpen wie auch altersbedingte Veränderungen abzugleichen, wird die Möglichkeit offenbart, das Kennfeld bei jedem Startvorgang der Brennkraftmaschine abzugleichen. Zum Abgleich wird beispielsweise der Ist-Wert des Drucks im Druckspeicher gemessen und mit einem Soll-Wert des Drucks in dem Druckspeicher in Abhängigkeit von der erforderlichen Kraftstoffmenge verglichen. In Abhängigkeit des Vergleichs des bestimmten Ist-Wertes und des Soll-Wertes des Drucks im Druckspeicher wird das Kennfeld abgeglichen. Der Druck im Druckspeicher wird mit einem im Hochdruckkreis angeordneten Drucksensor erfasst. Zur Steuerung des Drucks im Hochdruckspeicher ist im Hochdruckspeicher ein Drucksteuerventil angeordnet, das überschüssigen Kraftstoff zurück in den Tank des Kraftfahrzeugs befördert. Das Drucksteuerventil kann über ein Eingangssignal geöffnet und geschlossen werden. Es ist weiterhin ein elektronisches Steuergerät vorgesehen, an das das Ausgangssignal des Drucksensors angeschlossen ist und das die Eingangssignale für die erste Kraftstoffpumpe und für das Drucksteuerventil erzeugt. Durch diese Maßnahme kann von dem elektronischen Steuergerät Einfluss auf die Fördermenge der ersten Kraftstoffpumpe sowie auf den Druck im Hochdruckbereich durch das Drucksteuerventil genommen werden.

Aus der noch nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 199 03 272.6-13 ist ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem Kraftstoff mittels einer Pumpe in einen Druckspeicher gepumpt und von Einspritzventilen direkt in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Es werden die Möglichkeiten offenbart, die Pumpe mechanisch, also durch starre Kopplung an die Brennkraftmaschine, anzutreiben oder die Pumpe als eine elektrische Pumpe auszuführen. Das Gesamtsystem entsprechend der noch nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 199 03 272.6-13 weist eine Elektrokraftstoffpumpe auf, die Kraftstoff aus einem Tank in einen Niederdruckbereich befördert. Von diesem Niederdruckbereich ausgehend wird der Kraftstoff mittels der Hochdruckpumpe in einen Druckbereich bzw. ein Common-Rail befördert. Von diesem Druckbereich ausgehend wird der Kraftstoff mittels Einspritzventilen direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Im Hochdruckbereich des Systems sind zudem ein Drucksensor und ein Drucksteuerventil angeordnet. Sowohl die elektrische Hochdruckpumpe als auch der Drucksensor, die Einspritzventile und das Drucksteuerventil sind mit einem Steuergerät verbunden, das u. a. aufgrund der von dem Drucksensor gelieferten Daten wenigstens die Ansteuerung der elektrischen Hochdruckpumpe, der Einspritzventile und des Drucksteuerventils vornimmt. Zur Steuerung der geförderten Kraftstoffmenge wird die Möglichkeit offenbart, die Drehzahl der Elektrokraftstoffpumpe entsprechend der benötigten Förderleistung zu regeln. Die Ansteuerung des Drucksteuerventils erfolgt mit unterschiedlichen für sich jeweils konstanten Taktverhältnissen, die entsprechend des Betriebszustandes, beispielsweise Start- oder Normalbetrieb ausgewählt werden. Die Besonderheit der noch nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 199 03 272.6-13 ist darin zu sehen, dass die Hochdruckpumpe derart ausgebildet und dimensioniert ist, dass innerhalb einer geringen Zeitdauer, speziell innerhalb von wenigen Umdrehungen der Brennkraftmaschine bereits der für die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine ausreichende Druck in dem Druckspeicher vorhanden ist.

Vorteile der Erfindung

Ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem mit wenigstens einer ersten Pumpe Kraftstoff in einen ersten Druckbereich befördert wird, bei dem mit wenigstens einer zweiten, elektrisch betriebenen Pumpe der Kraftstoff aus dem ersten Druckbereich in einen zweiten Druckbereich mit wenigstens einem Druckspeicher befördert wird, bei dem mit Einspritzventilen der Kraftstoff aus dem zweiten Druckbereich direkt in einen Brennraum eingespritzt wird, bei dem mit einem Drucksensor der Druck im zweiten Druckbereich erfasst wird, bei dem mit einem Druckregelmittel, das am zweiten Druckbereich angeordnet ist, der Druck im zweiten Druckbereich geregelt wird und bei dem ein Ansteuersignal für die Ansteuerung des Druckregelmittels generiert wird, ist gegenüber dem Stand der Technik dadurch weitergebildet, dass die zweite Pumpe in ihrer Drehzahl angesteuert und/oder geregelt wird. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass durch die bedarfsgerechte Ansteuerung der zweiten Pumpe, bei uneingeschränkter Funktion der Brennkraftmaschine, eine Energieeinsparung des Gesamtsystems, also des Kraftfahrzeugs, möglich ist. Dies liegt insbesondere daran, dass die elektrisch angetriebene zweite Pumpe, die praktisch eine Hochdruckpumpe darstellt, einen sehr hohen Energiebedarf hat. Insgesamt kann davon ausgegangen werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Verbrauchseinsparung von 1 bis 2% Kraftstoff führt.

Vorteilhafter Weise wird eine vom Motor benötigte Kraftstoffmenge bestimmt und wenigstens aus dieser vom Motor benötigten Kraftstoffmenge eine Soll-Drehzahl für die zweite Pumpe bestimmt. Zusätzlich muss bei der Ansteuerung der zweiten Pumpe mit einer bestimmten Soll-Drehzahl berücksichtigt werden, dass das Druckregelmittel in der Praxis eine bestimmte Überströmmenge benötigt, die über das Druckregelmittel zurück in den ersten Druckbereich abfließt. Mit anderen Worten: Die Soll-Drehzahl für die zweite Pumpe muss so bemessen werden, dass wenigstens der für die Verbrennung in den Brennräumen der Kraftmaschine erforderliche Kraftstoff sowie der Kraftstoff für die Überströmung des Druckregelmittels im zweiten Druckbereich gefördert wird. Praktisch wird die auf diese Weise bestimmte Soll-Drehzahl mit einem Sicherheits- und/oder Korrekturfaktor und/oder mit einem Sicherheits- und/oder Korrektur-Offset beaufschlagt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, dass die erste Pumpe derart angesteuert und/oder geregelt wird, dass wenigstens die vom Motor benötigte Kraftstoffmenge in den ersten Druckbereich befördert wird. Diese erfindungsgemäße Ansteuerung der ersten Pumpe stellt eine Vorsteuerung dar, die zusätzlich zur Energieeinsparung des Gesamtsystems, also des Kraftstoffverbrauchs des Kraftfahrzeuges beiträgt.

Die bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, dass das Ansteuersignal für die Ansteuerung des Druckregelmittels aus der Summe zweier unabhängiger Teilsignale gebildet wird. Hierbei wird vorteilhafter Weise das erste Teilsignal wenigstens in Abhängigkeit von einem Druck-Ist-Wert und einem betriebspunktabhängigen Druck-Soll- Wert im zweiten Druckbereich gebildet. Das zweite Teilsignal wird vorteilhafter Weise wenigstens in Abhängigkeit von zuströmender und abströmender Kraftstoffmasse in bzw. aus dem Druckspeicher bestimmt, wobei das zweite Teilsignal aus einem applizierbaren Kennfeld entnommen wird. Durch die erfindungsgemäße Bestimmung des Ansteuersignals für die Ansteuerung des Druckregelmittels aus einem ersten Teilsignal, das einen Regelanteil repräsentiert, und einem zweiten Teilsignal, das einen Vorsteueranteil repräsentiert, wird in besonders vorteilhafter Weise der Druck im Druckspeicher so geregelt, dass in jeder Betriebssituation der erforderliche Druck für die Einspritzung zur Verfügung steht.

Ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einer ersten Pumpe, mittels der Kraftstoff in einen ersten Druckbereich beförderbar ist, mit wenigstens einer zweiten, elektrisch betriebenen Pumpe, mittels der der Kraftstoff aus dem ersten Druckbereich in einen zweiten Druckbereich mit wenigstens einem Druckspeicher beförderbar ist, mit Einspritzventilen, mittels derer der Kraftstoff aus dem zweiten Druckbereich direkt in einen Brennraum einspritzbar ist, mit einem Drucksensor, mittels dem der Druck im zweiten Druckbereich erfasst wird, mit einem Druckregelmittel, das im zweiten Druckbereich angeordnet ist, mittels dem der Druck im zweiten Druckbereich regelbar ist und mit Mitteln zur Generierung eines Ansteuersignals für das Druckregelmittel, ist gegenüber dem Stand der Technik dadurch weitergebildet, dass Mittel vorhanden sind, mittels derer die zweite Pumpe in ihrer Drehzahl ansteuerbar und/oder regelbar ist.

Die bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems sieht vor, dass das Druckregelmittel im zweiten Druckbereich ein Drucksteuerventil ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen

Kraftstoffversorgungssystems liegen, wie schon zuvor beim erfindungsgemäßen Verfahren in der Energieeinsparung des Gesamtsystems bei gleichzeitig vorhandener Versorgungssicherheit und Druckstabilität im zweiten Druckbereich.

Eine Weiterbildung des Kraftstoffversorgungssystems sieht vor, dass das Druckregelmittel und die zweite Pumpe eine bauliche Einheit bilden bzw. dass das Druckregelmittel in die zweite Pumpe integriert ist. Der Vorteil einer solchen baulichen Einheit liegt in der flexiblen Anordnung der Einheit innerhalb des Motorraums. Hier ergeben sich Vorteile bei der Raumaufteilung im Motorraum.

Eine bevorzugte Weiterbildung des Kraftstoffversorgungssystems sieht vor, dass dem Brennraum wenigstens eine Zündvorrichtung zugeordnet ist, mittels derer der Kraftstoff in dem Brennraum entzündbar ist. Weiterhin vorteilhaft ist eine Auslegung der Brennkraftmaschine derart, dass der Kraftstoff in dem Brennraum wenigstens in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase einspritzbar ist. Insbesondere die Verwendung der direkten Einspritzung und die Einspritzung in den zwei unterschiedlichen Betriebsarten in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem ergibt eine besonders kraftstoffsparende, platzsparende und kostengünstige Auslegung der Brennkraftmaschine.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuergeräts für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dabei ist auf einem Speichermedium für das Steuergerät der Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor im Steuergerät laufend die Ausführung der Schritte des Verfahrens zum Betrieb eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs bewirkt. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Speichermedium abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm versehene Speichermedium in gleicher Weise die Erfindung darstellt, wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Speichermedium kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory (ROM) oder ein EPROM.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren 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.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 zeigt ein erstes Detail des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 5 zeigt ein zweites Detail des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Bereich eines Kraftstoffvorratsbehälters 1 bzw. dem Tank des Kraftfahrzeugs ist eine erste Pumpe 2 angeordnet, die in der Regel als Elektrokraftstoffpumpe ausgeführt ist. Die Elektrokraftstoffpumpe 2 ist über eine Steuerleitung 4 mit dem Motorsteuergerät 3 verbunden. Über die Steuerleitung 4 kann das Motorsteuergerät beispielsweise Einfluss auf die Drehzahl und somit auf die Fördermenge der Elektrokraftstoffpumpe 2 nehmen. Die Elektrokraftstoffpumpe 2 befördert den Kraftstoff aus dem Tank 1 über eine erste Druckleitung 5 zu einer zweiten Pumpe 6. Die zweite Pumpe 6, die als eine elektrisch angetriebene Hochdruckpumpe ausgeführt ist, ist über eine Steuerleitung 7 mit dem Motorsteuergerät 3 verbunden. Die elektrische Hochdruckpumpe 6 befördert den Kraftstoff über eine zweite Druckleitung 8 in einen Druckspeicher 9, ein sogenanntes Common-Rail 9. Vom Common-Rail 9 ausgehend gelangt der unter hohen Druck gesetzte Kraftstoff über Druckleitungen 10 zu Einspritzventilen 11 (auch Injektoren genannt), mittels derer der Kraftstoff direkt in einen Brennraum 12 eingespritzt wird. Zur Ansteuerung der Einspritzventile 11 sind diese jeweils über eine Ansteuerleitung 13 mit dem Motorsteuergerät 3 verbunden. Zur Erfassung bzw. Messung des Drucks im Common-Rail 9 ist ein Drucksensor 14 im zweiten Druckbereich angeordnet, der ein einen Druck im Common-Rail 9 repräsentierendes Signal über die Signalleitung 15 an das Motorsteuergerät 3 überträgt. Weiterhin ist im Bereich des Common-Rails 9 ein einen Druck regelndes und/oder steuerndes Mittel 16 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das den Druck regelnde und/oder steuernde Mittel 16 als Drucksteuerventil ausgeführt. Alternativ ist hier der Einsatz eines beliebigen einen Druck regelnden und/oder steuernden Mittels denkbar (Druckregler, Mengensteuerventil, usw.). Der vom Drucksteuerventil 16 abfließende Kraftstoff gelangt über eine Kraftstoffleitung 18 zurück in den ersten Druckbereich 5, also in den Bereich vor die zweite Pumpe 6. Das Drucksteuerventil 16 ist über eine Steuerleitung 17 mit dem Motorsteuergerät 3 verbunden. Über die Steuerleitung 17 kann das Motorsteuergerät 3 Einfluss auf die Parameter des Ventils 16 nehmen. Dies kann beispielsweise die Einstellung eines vorbestimmten Druckniveaus im Common-Rail 9 sein, ab dessen Überschreitung der Überdruck, der im Common-Rail entstehen würde, dadurch abgebaut wird, dass der Kraftstoff über das Drucksteuerventil 16 zurück in den ersten Druckbereich abfließt (Überströmung).

Der Kern des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems ist eine Drehzahlregeleinrichtung 19 zur Ansteuerung der elektrischen Hochdruckpumpe 6. Hierzu ist die Drehzahlregeleinrichtung 19 mit einer Steuerleitung 20 mit dem Motorsteuergerät 3 verbunden. Entsprechend der Vorgaben/Ansteuersignale des Motorsteuergeräts 3, die über die Steuerleitung 20 an die Drehzahlregeleinrichtung 19 übertragen werden, wird eine entsprechende Ansteuerung der elektrischen Hochdruckpumpe 6 über die Leitung 21 vorgenommen.

Bei der elektrisch angetriebenen Hochdruckpumpe 6 kann es sich beispielsweise um einen elektrischen Asynchronmotor handeln, der mit einer mechanischen Pumpe gekoppelt ist. Es liegt weiterhin im Rahmen des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems, dass die Hochdruckpumpeneinheit 6 baulich getrennt von dem den Brennraum umschließenden Motorblock 23 angeordnet ist. Durch diese Anordnung ergeben sich thermische Vorteile, insbesondere in Heißstartsituationen sowie Vorteile in Bezug auf die Flexibilität beim Einbau des Systems in einen Motorraum eines Kraftfahrzeugs (besseres Packaging möglich). Innerhalb der Hochdruckpumpeneinheit 6 befindet sich ein Mengensteuerventil, das über die Steuerleitung 7, die das Motorsteuergerät 3 mit der Hochdruckpumpeneinheit 6 verbindet, angesteuert werden kann. Durch den Einsatz eines Mengensteuerventils innerhalb der Hochdruckpumpeneinheit 6 ist es möglich, über ein Ansteuersignal, die der Hochdruckpumpeneinheit 6 zugeführte Kraftstoffmenge festzulegen.

Das in den bisherigen Ausführungen als Motorsteuergerät 3 bezeichnete Steuergerät kann selbstverständlich im allgemeinen Fall ein spezielles Steuergerät sein, das ausschließlich die Ansteuerung der Komponenten des Kraftstoffversorgungssystems als Aufgabe hat. In diesem Fall kann das Steuergerät 3 auch zusammen mit der Drehzahlregeleinrichtung 19 und der Hochdruckpumpe 6 zu einer einzigen baulichen Einheit zusammengefasst werden. Die Zusammenfassung dieser Komponenten zu einer einzigen Steuer-, Regel- und Pumpeneinheit bietet insbesondere Vorteile beim Packaging im Motorraum und bringt für den Kfz- Hersteller den Vorteil, ein bestehendes Motorenkonzept besonders leicht und flexibel mit einem neuen Hochdruck- Kraftstoffversorgungssystem auszustatten.

Für den Fall, dass es sich bei dem Steuergerät 3 um das zentrale Motorsteuergerät des Kraftfahrzeugs handelt, sind diverse weitere Signalleitungen 22 angedeutet, die der Wahrnehmung der weiteren Funktionen des Motorsteuergeräts 3 dienen. Innerhalb des Steuergerätes 3 befindet sich erfindungsgemäß ein Speichermedium, auf dem ein Programm abgespeichert ist, dass die Ausführung der bisher geschilderten Funktion sowie die der Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens das im weiteren im Rahmen der Fig. 3 bis 5 eingehender erläutert wird, ermöglicht.

Von besonderer Bedeutung ist das erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine, die nach dem Prinzip der Benzindirekteinspritzung (BDE-System) arbeitet. Bei einem solchen System ist jedem Brennraum wenigstens eine Zündkerze zugeordnet, mittels derer der Kraftstoff in dem Brennraum 12 entzündbar ist. Die Zündkerzen, von denen wenigstens eine pro Brennraum/Zylinder 12 der Brennkraftmaschine angeordnet ist, sind in der Darstellung nach Fig. 1 (und auch Fig. 2) nicht gezeigt.

Weiterhin bieten solche Systeme die Möglichkeit, den Kraftstoff wenigstens in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase einzuspritzen. Die zweite Betriebsart, während derer in die Ansaugphase des jeweiligen Brennraums 12 eingespritzt wird, entspricht näherungsweise der homogenen Luft-Gas-Mischung, die im Rahmen der konventionellen (nicht direkten) Einspritzung in den Brennraum gelangt. Die erste Betriebsart, während derer in die Verdichtungsphase des Brennraums eingespritzt wird, wird auch als Schichtbetrieb bzw. Schichtladung bezeichnet. Der Schichtbetrieb bietet sich insbesondere dann an, wenn keine hohen Leistungsanforderungen an die Brennkraftmaschine gestellt werden. In diesem Fall weist die Brennkraftmaschine in der Regel einen geringeren Kraftstoffbedarf auf als im homogenen Betrieb. Das erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem ist insbesondere während des Schichtbetriebs hervorragend dazu geeignet, die Brennkraftmaschine bedarfsgesteuert mit dem notwendigen Kraftstoff zu versorgen. Dies bedeutet, dass insbesondere während des Schichtbetriebs sowohl die Drehzahl der Vorförderpumpe 2 als auch die Drehzahl der Hochdruckpumpe 6 reduziert werden kann, was zu einem deutlich verringerten Energiebedarf der Pumpen 2 und/oder 6 führt. Eine weiterer Vorteil liegt darin, dass während des Betriebs mit verringerter Drehzahl der Pumpen 2 und/oder 6 die Belastung für die jeweilige Pumpe nicht so hoch ist wie bei maximaler Drehzahl und somit von einer längeren Lebensdauer der Pumpen 2 und/oder 6 ausgegangen werden kann. Das in die Hochdruckpumpe 6 integrierte Mengensteuerventil wird ebenfalls entsprechend reduziert angesteuert.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der gleiche Elemente mit den identischen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Der Unterschied dieses zweiten Ausführungsbeispiels im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt in der Anordnung des Drucksteuerventils 16', das in diesem zweiten Ausführungsbeispiel in die Hochdruckpumpeneinheit 6 integriert ist bzw. an die Hochdruckpumpeneinheit 6 angebaut ist. Über das Drucksteuerventil 16' kann der überschüssige Kraftstoff über die Leitung 18' zurück in den ersten Druckbereich 5 vor die Hochdruckpumpe 6 fließen. Die Ansteuerung des Drucksteuerventils 16' erfolgt über eine Steuerleitung 17', die das Drucksteuerventil 16' mit dem Motorsteuergerät 3 verbindet. Der Vorteil der Integration des Drucksteuerventils 16' in die Hochdruckpumpeneinheit 6 liegt darin, dass hierdurch ein Hochdruckpumpenmodul geschaffen wird, das sich flexibel in bestehende Konzepte von Brennkraftmaschinen einbinden lässt. Mit anderen Worten: Es wird einem Kraftfahrzeughersteller erleichtert, eine bestehende Brennkraftmaschine auf eine Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung umzurüsten.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in Fig. 3 speziell die Ansteuerung des Drucksteuerventils 16 bzw. 16' gezeigt ist. Erfindungsgemäß werden in zwei Bestimmungseinheiten 31 und 32 zwei Teilsignale gebildet, die in einen Block 33 zu einem Gesamtsignal aufsummiert werden. Die für die Bestimmung der beiden Teilsignale von den Bestimmungseinheiten 31 und 32 benötigten Eingangssignale/Eingangsdaten werden auf direktem oder indirektem Weg von dem Motorsteuergerät 3 geliefert. Indirekt bedeutet hierbei, dass die Daten beispielsweise nicht über eine direkte Verbindung zwischen dem Motorsteuergerät 3 und den Bestimmungseinheiten 31 und 32 zur Verfügung gestellt werden, sondern dass die Übermittlung der Daten über ein Fahrzeug-Bus-System (CAN-Bus) erfolgt. In der Darstellung nach Fig. 3 sind beispielhaft jeweils 3 Eingangsgrößen für die Bestimmungseinheiten 31 und 32 dargestellt. Diese Darstellung ist nur beispielhaft anzusehen und stellt keine Beschränkung der Erfindung dar. Es können also auch weniger oder mehr Eingangssignale verarbeitet werden. In der Bestimmungseinheit 31 wird ein Teilsignal generiert, das als Regelanteil bezeichnet werden kann, während in der Bestimmungseinheit 32 ein Teilsignal generiert wird, das als Vorsteueranteil bezeichnet werden kann. Hierbei wird der Regelanteil in der Bestimmungseinheit 31 in Abhängigkeit von dem im Common-Rail 9 vorherrschenden Druck-Ist-Wert und einem betriebspunktabhängigen Druck-Soll- Wert im Common-Rail 9 gebildet. Der Druck-Ist-Wert des Common-Rails 9 wird wie in Fig. 1 erläutert mit dem Drucksensor 14 erfasst und gelangt über das Steuergerät 3 zur Bestimmungseinheit 31. Der betriebspunktabhängige Druck- Soll-Wert im Common-Rail 9 kann beispielsweise einem im Steuergerät 3 abgelegten applizierbaren Kennfeld entnommen werden. Der Vorsteueranteil, der in der Bestimmungseinheit 32 gebildet wird, wird wenigstens in Abhängigkeit von zuströmender und abströmender Kraftstoffmasse in bzw. aus dem Druckspeicher bestimmt. Die konkrete Bestimmung der zuströmenden bzw. abströmenden Kraftstoffmengen in bzw. aus dem Common-Rail 9 wird eingehend im Rahmen der Beschreibung zu Fig. 3 erläutert.

Nach der Summenbildung des Regelanteils und des Vorsteueranteils im Schritt 33 wird das Summensignal im Schritt 34 in ein entsprechendes Ansteuersignal für das Drucksteuerventil 16 bzw. 18' umgewandelt. Das resultierende Ansteuersignal, das in Schritt 34 gebildet wird, kann beispielsweise ein Tastverhältnis, eine Puls-Weiten- Modulation oder, falls ein Mengensteuerventil eingesetzt wird, beispielsweise eine Winkelansteuerung zwischen 0 und 180° sein.

Fig. 4 zeigt die Bildung des ersten Teilsignals zur Ansteuerung des Drucksteuerventils 16 bzw. 16', im Detail. Diejenigen Blöcke des Verfahrens, die der Bestimmungseinheit 31 nach Fig. 3 entsprechen, sind mit einer gestrichelten Linie markiert und mit dem Bezugszeichen 31 versehen. Die in Fig. 4 dargestellten Verfahrensschritte 41 und 42 stellen die Ist-Wert-Erfassung des Drucks im Common-Rail 9 dar, während der Verfahrensschritt 44 die Soll-Wert-Bildung des Drucks im Common-Rail 9 symbolisiert. Im Schritt 43 wird aus der Differenz aus Soll- und Ist-Wert des Drucks im Common- Rail 9 die Soll-Ist-Regeldifferenz gebildet. Im Schritt 45 wird die Regeldifferenz, die im Schritt 43 bestimmt worden ist, mit einem PI-Regler oder einem PID-Regler in das entsprechende erste Teilsignal zur Ansteuerung des Drucksteuerventils 16 bzw. 16' umgewandelt und an den Verfahrensschritt 33 entsprechend Fig. 3 übergeben.

Die Ist-Wert-Erfassung in den Schritten 41 und 42 erfolgt dadurch, dass vom Drucksensor 14, der den Druck im Common- Rail 9 erfasst, ein einen Druck repräsentierendes Signal an den Verfahrensschritt 41 übergeben wird. In Schritt 41 wird somit das einen Druck charakterisierende Signal des Drucksensors 14 erfasst und zur Filterung an den Schritt 42 weitergeleitet. In Schritt 42 findet beispielsweise eine Tiefpassfilterung statt, um hochfrequente Störungen aus dem Drucksignal herauszufiltern. Das Ergebnis des Schritts 42 ist das Ist-Signal des Drucks im Common-Rail 9, das an den Schritt 43 weitergeleitet wird.

Im Schritt 44 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird entsprechend der aktuellen Betriebsdaten aus einem betriebspunktabhängigen Kennfeld, das im Steuergerät 3 abgelegt ist, ein Soll-Wert für den Druck im Common-Rail 9 entnommen/gebildet und an Schritt 43 übertragen.

Im Schritt 32 nach Fig. 3 wurde der Vorsteueranteil zur Ansteuerung des Drucksteuerventils 16 bzw. 16' u. a. auf Grundlage der zuströmenden bzw. abströmenden Kraftstoffmenge in bzw. aus dem Common-Rail 9 bestimmt. Die hierzu erforderliche Bestimmung der Mengenbilanz wird im Folgenden im Rahmen der Fig. 5 erläutert. Dargestellt ist wiederum das Motorsteuergerät 3, das für die Verfahrensschritte 51, 53 und 55 alle notwendigen Eingangsgrößen liefert.

Im Schritt 51 wird die dem Common-Rail 9 zuströmende Kraftstoffmenge bestimmt. Diese Kraftstoffmenge ergibt sich proportional zu dem Produkt aus Wirkungsgrad der elektrischen Hochdruckpumpe 6, Drehzahl der elektrischen Hochdruckpumpe 6 und Tastverhältnis des in die Hochdruckpumpe 6 integrierten Mengensteuerventils (oder eines äquivalenten Ansteuersignals für das Mengensteuerventil).

Im Schritt 53 wird die Kraftstoffmenge bestimmt, die über die Injektoren 11 in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Diese Kraftstoffmenge ergibt sich proportional zu dem Produkt aus der im Motorsteuergerät 3 bestimmten Kraftstoffmenge je Einspritzung und der Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Im Schritt 55 wird die Kraftstoffmenge bestimmt, die über das Drucksteuerventil 16 bzw. 16' zurück in den ersten Druckbereich vor die elektrische Hochdruckpumpe 6 überströmt. Die entsprechende überströmende Kraftstoffmenge des Drucksteuerventils wird wenigstens in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal bzw. dem Tastverhältnis des Drucksteuerventils und dem derzeit vorherrschenden Druck im Common-Rail 9 aus einem applizierbaren Kennfeld im Motorsteuergerät 3 entnommen.

Im Folgenden wird nun von der in Schritt 51 bestimmten, dem Common-Rail 9 zugeführten, Kraftstoffmenge die in Schritt 53 bestimmte, durch die Einspritzung in die Brennräume aus dem Common-Rail 9 abströmende, Kraftstoffmasse abgezogen. Dieser Schritt der Differenzbildung ist mit 52 gekennzeichnet. Das Ausgangssignal des Verfahrensschritts 52 wird zu einem weiteren Differenzglied im Schritt 54 übertragen, in dem zudem die im Schritt 55 bestimmte Überströmmenge des Drucksteuerventils 16 bzw. 16' abgezogen wird. Das Ergebnis des Verfahrensschritts 54 ist die dem Common-Rail 9 effektiv zuströmende Kraftstoffmenge, praktisch also die Erhöhung der Kraftstoffmenge im Common-Rail 9. Diese Daten werden zurück an das Steuergerät 3 übertragen, das diese Daten dem Verfahrensschritt 32 nach Fig. 3 zur Verfügung stellen kann.

Im allgemeinen Fall sind die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Verfahrensschritte im Motorsteuergerät 3 integriert, so dass die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellte Übergabe von Informationen/Daten vom Motorsteuergerät 3 an die Verfahrensschritte 31, 32, 41, 44, 51, 53 und 55 im allgemeinen Fall einen internen Vorgang im Steuergerät darstellt. Ebenso die Übergabe der bestimmten Kraftstoffmenge vom Schritt 54 an das Steuergerät 3. Es liegt jedoch auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass die Verfahrensschritte entsprechend der Fig. 3, 4 und 5 von einem separaten Steuergerät durchgeführt werden, das nicht in das Motorsteuergerät 3 integriert ist. In diesem Fall kann das separate Steuergerät, wie bereits im Rahmen der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 erläutert, in die bauliche Einheit der elektrisch angetriebenen Hochdruckpumpe 6 integriert sein.

Eine weitere Möglichkeit die Ansteuerung für das Kraftstoffversorgungssystem im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verbessern liegt darin, dass die Drehzahl der Hochdruckpumpe 6 bei der Vorsteuerung der Elektrokraftstoffpumpe 2 berücksichtigt wird. Hierzu kann im Steuergerät 3 ein applizierbares Kennfeld abgelegt sein, das in Abhängigkeit von der bestimmten Soll-Drehzahl der Hochdruckpumpe 6 einen Korrekturfaktor und/oder einen Korrekturoffset für das Ansteuersignal (zur Drehzahlregelung) der Elektrokraftstoffpumpe bestimmt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Betrieb eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
bei dem mit wenigstens einer ersten Pumpe (2) Kraftstoff in einen ersten Druckbereich (5) befördert wird,
bei dem mit wenigstens einer zweiten, elektrisch betriebenen Pumpe (6) der Kraftstoff aus dem ersten Druckbereich (5) in einen zweiten Druckbereich (8) mit wenigstens einem Druckspeicher (9) befördert wird,
bei dem mit Einspritzventilen (11) der Kraftstoff aus dem zweiten Druckbereich (8, 9) direkt in einen Brennraum (12) eingespritzt wird,
bei dem mit einem Drucksensor (14) der Druck im zweiten Druckbereich (8, 9) erfaßt wird,
bei dem mit einem Druckregelmittel (16, 16'), das im zweiten Druckbereich (8, 9) angeordnet ist, der Druck im zweiten Druckbereich (8, 9) geregelt wird und
bei dem ein Ansteuersignal für die Ansteuerung des Druckregelmittels generiert wird (31, 32, 33, 34),
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pumpe (6) in Ihrer Drehzahl angesteuert und/oder geregelt wird (19, 20, 21).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Motor benötigte Kraftstoffmenge bestimmt wird und dass wenigstens aus dieser vom Motor benötigten Kraftstoffmenge eine Solldrehzahl für die zweite Pumpe (6) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe (2) derart angesteuert und/oder geregelt wird, dass wenigstens die vom Motor benötigte Kraftstoffmenge in den ersten Druckbereich (5) befördert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal für die Ansteuerung des Druckregelmittels (16, 16') aus der Summe zweier unabhängiger Teilsignale gebildet wird (33).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilsignal (31) wenigstens in Abhängigkeit von einem Druckistwert (41, 42) und einem betriebspunktabhängigen Drucksollwert (44) im zweiten Druckbereich (8, 9) gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilsignal (32) wenigstens in Abhängigkeit von zuströmender (51) und abströmender (53, 55) Kraftstoffmasse in den bzw. aus dem Druckspeicher (9) bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilsignal (32) aus einem applizierbaren Kennfeld entnommen wird.

8. Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
mit wenigstens einer ersten Pumpe (2), mittels der Kraftstoff in einen ersten Druckbereich (5) beförderbar ist,
mit wenigstens einer zweiten, elektrisch betriebenen Pumpe (6), mittels der der Kraftstoff aus dem ersten Druckbereich (5) in einen zweiten Druckbereich (8) mit wenigstens einem Druckspeicher (9) beförderbar ist,
mit Einspritzventilen (11), mittels derer der Kraftstoff aus dem zweiten Druckbereich (8, 9) direkt in einen Brennraum (12) einspritztbar ist,
mit einem Drucksensor (14), mittels dem der Druck im zweiten Druckbereich (8, 9) erfaßt wird,
mit einem Druckregelmittel (16, 16'), das im zweiten Druckbereich (8, 9) angeordnet ist, mittels dem der Druck im zweiten Druckbereich (8, 9) regelbar ist und
mit Mitteln (3) zur Generierung eines Ansteuersignals für das Druckregelmittel (16, 16'),
dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (19, 20, 21) vorhanden sind, mittels derer die zweite Pumpe (6) in Ihrer Drehzahl ansteuerbar und/oder regelbar ist.

9. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelmittel (16, 16') und die zweite Pumpe (6) eine bauliche Einheit bilden bzw. das Druckregelmittel (16, 16') in die zweite Pumpe (6) integriert ist.

10. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelmittel (16, 16') ein Drucksteuerventil ist.

11. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennraum (12) wenigstens eine Zündvorrichtung zugeordnet ist, mittels derer der Kraftstoff in dem Brennraum (12) entzündbar ist.

12. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff in den Brennraum (12) wenigstens in einer ersten Betriebsart während einer Verdichtungsphase und in einer zweiten Betriebsart während einer Ansaugphase einspritzbar ist.

13. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Durchführung der Schritte des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche von 1 bis 7 vorhanden sind.

14. Speichermedium für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor im Steuergerät, laufend die Ausführung der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche von 1 bis 7 bewirkt.