DE10141765A1

DE10141765A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kraftstoffdruckbestimmung

Info

Publication number: DE10141765A1
Application number: DE10141765A
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Domenico Suffredini; Mark Thomas Linenberg; Ralph Wayne Cunningham
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: US6488012B1; DE10141765B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Baugruppe zur Gewinnung der in einem Kraftstoff-Zulieferelement eines Verbrennungsmotors vorhandenen Druckwerte durch Messung der einer Pumpe zugeführten Spannung und durch Berechnung einer gewünschten Kraftstoff-Durchflussmenge.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Baugruppe zur Bestimmung von Druckwerten im Kraftstoff.

Fahrzeuge enthalten typischerweise einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem normalerweise mehreren selektiv in Betrieb gesetzten Kraftstoff-Einspritzdüsen, die ausgelegt sind, um Kraftstoff aufzunehmen und den aufgenommenen Kraftstoff in Kolben enthaltende Zylinder einzuspritzen, so dass der Kraftstoff in den Zylindern wirksam verbrannt werden kann und bewirkt wird, dass die darin bewegbar enthaltenen Kolben in gewünschter Weise und derart bewegt werden, dass ein Drehmoment erzeugt wird. Damit der Motor in der gewünschten und wirksamen Weise arbeiten kann und um die Emission von unerwünschten Bestandteilen, die durch die Verbrennung des Kraftstoffes gebildet werden, zu verringern, ist es wünschenswert, die in die Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge zu regeln. Diese Regelung wird normalerweise erreicht, indem die Zeitgröße geregelt oder gesteuert wird, in der die Einspritzdüsen nach einer der zahlreichen Methoden in Betrieb gesetzt werden, z. B. wenn sie Kraftstoff in die Zylinder einspritzen.

Jede dieser Methoden erfordert die Verwendung einer Größe, die der Höhe des Kraftstoffdruckes entspricht, der in einem Kraftstoff- Abgabeelement oder einer Baugruppe vorhanden ist, z. B. das Element einer Kraftstoff-Verteilerleiste oder Baugruppe, das physikalisch an eine Kraftstoffquelle und Einspritzdüsen angeschlossen ist und den Kraftstoff selektiv mit den Einspritzdüsen in Verbindung bringt. Spezieller wird diese Druckgröße typischerweise durch einen Kraftstoff-Drucksensor bereitgestellt, der in dem Kraftstoff-Abgabeelement vorhanden ist.

Während ein Kraftstoff-Drucksensor die erforderliche Druckmessung oder Größe liefert, weist er einige Nachteile auf. Zum Beispiel ist der Sensor relativ kostspielig und kann eine Wartung oder einen Austausch erforderlich machen, wodurch sich die Gesamtkosten für das Betreiben und die Wartung eines Fahrzeugs erhöhen.

Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Größe von im Kraftstoff-Zuliefer- Strang vorhandenem Kraftstoffdruck in einer Weise, mit der alle der zuvor dargestellten Nachteile von Verfahren und Vorrichtungen im Stand der Technik überwunden werden, bereitzustellen.

Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7 und 13. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen erfasst.

Die Erfindung umfasst mehrere Lösungen des Problems.

Nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, um eine Druckgröße in einer Kraftstoff- Verteilerleiste zu gewinnen und die gewonnene Druckgröße zur Steuerung einer Kraftstoff-Einspritzdüse zu nutzen.

Nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Baugruppe vorgesehen. Die Baugruppe umfaßt mehrere Kraftstoff- Einspritzdüsen, eine Kraftstoffquelle, ein erstes Element, das an die Kraftstoffquelle und an die Vielzahl von Kraftstoff-Einspritzdüsen angeschlossen ist, ein zweites Element, das mit einer Spannungsquelle, die eine bestimmte Spannungsgröße an die Kraftstoffquelle und das erste Element liefert, verbunden ist und die bewirkt, dass zumindest etwas von dem in der Kraftstoffquelle vorhandenen Kraftstoff mit dem ersten Element in Verbindung gebracht wird, wodurch in dem ersten Element ein bestimmter Druck erzeugt wird; und eine mit dem zweiten Element und der Vielzahl von Kraftstoff-Einspritzdüsen gekoppelte Steuereinheit, die eine für jede der mehreren Kraftstoff-Einspritzdüsen benötigte gewünschte Kraftstoffmenge bestimmt, eine bestimmte Drehzahl abtastet, eine bestimmte Anzahl der Vielzahl von Kraftstoff-Einspritzdüsen bestimmt, die während einer bestimmten Dauer in Betrieb gesetzt werden sollen, eine gewünschte Kraftstoffmenge berechnet und die gewünschte Kraftstoffmenge und die bestimmte Spannungsgröße nutzt, um die Größe des Druckes zu gewinnen, der in dem ersten Element vorhanden ist.

Nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen. Das Verfahren leitet eine im Kraftstoff- Abgabeelement vorhandene Druckgröße ab und umfaßt die Schritte der Berechnung einer gewünschten Kraftstoffmenge, der Bestimmung einer bestimmten Spannung und Verwendung der gewünschten Kraftstoff- Durchflussmenge und der bestimmten Spannung, um auf die Größe des Druckes zu schließen.

Die Lösung zeichnet sich unter anderem durch Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, um die in einem Kraftstoff- Zulieferelement vorhandene Kraftstoffmenge in einer Weise zu bestimmen aus, mit der einige oder alle der zuvor dargestellten Nachteile von Verfahren und Vorrichtungen im Stand der Technik überwunden werden, weil kein Drucksensor oder Meßwandler nötig ist.

Außerdem kann eine erwünschte Zeitgröße bestimmt werden, für die zumindest eine Kraftstoff-Einspritzdüse selektiv in Betrieb gesetzt werden soll.

Diese und andere Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung des eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung deutlich. Es zeigen

Fig. 1 ein funktionales Blockbild einer Kraftstoffeinheit, die Prinzipien der Erfindung nutzt und mit einer Motorbaugruppe funktionswirksam verbunden ist und/oder eine solche aufweist;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, das die Funktion der in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinheit veranschaulicht; und

Fig. 3 eine Kurve, die bestimmte Funktionsmerkmale der in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffpumpe darstellt.

In Fig. 1 ist eine Kraftstoffeinheit 10 mit der Erfindung dargestellt. Die Kraftstoffeinheit 10 hat mehrere Kraftstoff-Einspritzdüsen 12, 14, angepaßt sind an einen Motor 16. Der Motor 16 und die Kraftstoffeinheit 10 können eine Motorbaugruppe bilden. Der Motor 16 hat mehrere Kolben enthaltende Zylinder 18, 20, wobei jeder Zylinder 18, 20 aus den Einspritzdüsen 12,14 funktionswirksam Kraftstoff erhält und den aufgenommenen Kraftstoff verbrennt, wodurch eine Bewegung der Kolben bewirkt und ein Drehmoment am Motorabtrieb erzeugt wird.

Die Kraftstoffeinheit 10 umfaßt weiter eine Kraftstoffquelle 22, eine Pumpe 24, eine elektrische Energiequelle wie eine Batterie 26 und ein Kraftstoff- Zulieferelement 8 bzw. eine Kraftstoff-Verteilereinrichtung. Das Element 8 ist insbesondere mit jeder der Kraftstoff-Einspritzdüsen 12, 14 und der Pumpe 24 physikalisch und funktionswirksam verbunden. Darüber hinaus ist die Pumpe 24 funktionswirksam und physikalisch an die Kraftstoffversorgung 22 angeschlossen und durch Bus 28 selektiv mit der Batterie 26 oder einer anderen Energiequelle verbunden. Die Regeleinrichtung 36 ist durch Bussystem 11 elektrisch mit der Batterie 26 verbunden.

Bei Betrieb wird die Pumpe 24 nach Aufnahme von Energie aus der Batterie 26 in Betrieb gesetzt und bewirkt, dass zumindest ein Teil des Kraftstoffes 30, der in der Kraftstoffversorgung 22 enthalten ist, mit dem Element 8 in Verbindung gebracht und den Einspritzdüsen 12, 14 zur gezielten Abgabe in die Zylinder 18, 20 zugeführt wird. Im Ausführungsbeispiel der Erfindung wird diese Einspritzung in gewünschter Weise und stöchiometrisch ohne Verwendung eines Drucksensors durchgeführt, wie es nachstehend ausführlicher dargestellt wird.

Die Kraftstoffeinheit 10 enthält eine Einspritzdüsen-Steuereinheit 34, die entsprechend der technischen Lehre der Erfindung hergestellt ist. Die Baugruppe 34 umfasst eine Regeleinrichtung 36, die durch eine speicherprogrammierbare Steuerung betreibbar ist; ein Motordrehzahl- Sensor 38, angepaßt, um die tatsächliche Betriebsdrehzahl des Motors 16 zu bestimmen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der sensierten Drehzahl entspricht. Die Regeleinrichtung 36 kann via Bussystem 11 die Größe der Spannung oder Energie, die der Pumpe 34 durch die Batterie oder Energiequelle 26 zugeführt wird, bestimmen bzw. messen. Die Regel einrichtung 36 ist physikalisch über Bussystem 44 mit dem Drehzahlsensor 38 verbunden und nimmt über Bussystem 44 das Ausgangssignal der Motordrehzahl auf, das von dem Sensor 38 ausgeht. Ferner ist die Regeleinrichtung 36 über Bussystem 48 physikalisch und steuerbar mit den Einspritzdüsen 12, 14 verbunden und so angepaßt, um die Zeitgröße oder den/die zeitlichen Abstand/Abstände selektiv zu steuern, in denen jede der Einspritzdüsen 12, 14 jeweils in Betrieb gesetzt wird, z. B., wenn sie jeweils den Zylindern 18, 20 Kraftstoff zuführen.

Um die Funktion der Baugruppe 34 besser zu verstehen, wird jetzt auf das Ablaufdiagramm gemäß Fig. 2 Bezug genommen, das die Funktion der Regeleinrichtung 36 darstellt. Im ersten Schritt 52 berechnet oder bestimmt die Regeleinrichtung 36 diejenige Kraftstoffmenge, die durch jede der Einspritzdüsen 12, 14 für jeden Takt des Motors 16 zugeführt werden muß. Diese Berechnung und/oder Bestimmung erfolgt - zunächst - z. B. durch Anwendung einer für sich bekannten vordergründigen Kraftstoff- Berechnungsmethode. Schritt S2 folgt Schritt S4, in dem die Regeleinrichtung 36 das Motordrehzahl-Signal aufnimmt, welches von dem Sensor 38 ausgeht, und die Anzahl von Einspritzdüsen 12, 14 bestimmt, die für jede Umdrehung des Motors 16 befeuert bzw. in Betrieb gesetzt werden sollen. Eine solche Bestimmung kann durch den Produzenten oder Hersteller des Motors 16 vorgenommen und in der Regeleinrichtung 36 gespeichert werden.

Im folgenden Schritt 56 nutzt die Regeleinrichtung 36 die Informationen, die in den vorherigen Schritten 52 und 54 erzielt wurden, um eine gewünschte Kraftstoff-Durchflussmenge zu berechnen. Im Ausführungsbeispiel kann die gewünschte Kraftstoff-Durchflussmenge berechnet werden, indem die gewünschte Kraftstoffmenge für jeden Motortakt mit der sensierten Motordrehzahl und der Anzahl von Einspritzdüsen, die für jede Umdrehung des Motors 16 in Betrieb gesetzt werden sollen, multipliziert wird.

Schritt 58 folgt dem Schritt 56, in welchem die Regeleinrichtung 36 die Größe des Kraftstoffdrucks, der in dem Kraftstoff-Zulieferelement 8 vorhanden ist, ohne die Verwendung eines Kraftstoffdrucksensors, bestimmt bzw. ableitet bzw. gewinnt. In Schritt 60 schließlich nutzt die Regeleinrichtung 36 den gewonnenen Druckwert und die gewünschte Kraftstoff-Durchflussmenge, um eine gewünschte Dauer oder einen zeitlichen Abstand der Aktivierung für jede der Kraftstoff-Einspritzdüsen 12, 14 zu berechnen. In diesem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel wird die tatsächliche Dauer oder der zeitliche Abstand der Aktivierung für jede der Einspritzdüsen 12, 14 auf der Basis der Differenz des so ermittelten Kraftstoffdruckwertes von einem Standard- Druckwert gemäß einer bekannten Bernoulli-Beziehung berechnet, um die gewünschte Kraftstoffmenge in jedem der entsprechenden Zylinder 18, 20 genau zu erreichen, wodurch jedem Zylinder 18, 20 eine erwünschte Kraftstoffmenge 30 zugeführt werden kann.

Um die Art und Weise zu verstehen, wie der Kraftstoffdruckwert ermittelt wird, sei jetzt auf die grafische Darstellung in Fig. 3 Bezug genommen. In dem Diagramm ist das Merkmal 84, der Kraftstoffdruck des Abgabeelements 8 über dem Merkmal 82, dem Kraftstoffdurchfluss der Pumpe 24 in einer Kurvenschar aufgetragen, wobei die Werte dieser wesentlichen Eigenschaften zusammenwirkend eine Beziehung bilden, z. B. getrennte Wertepaare für die Merkmale von Kraftstoffdurchfluss und Kraftstoffdruck, für jeden Wert der Betriebsspannung der Batterie 26, und für jede Betriebsspannung, wobei diese Wertepaare ein grafisches Segment oder eine Linie wie das Segment oder die Linien 86, 88 bilden können. Solche Informationen können für jedes Kraftstoff-Abgabesystem 10 empirisch abgeleitet oder durch Erprobung erzielt werden und können in der Regeleinrichtung 36 abgelegt sein. Zum Beispiel zeigt die grafische Linie (Beziehung) 86 eine Veränderlichkeit des Druckes von etwa 0 bis etwa 2,1.10⁵ Pa (etwa 0 bis etwa 30 psi) sowie eine Veränderlichkeit von etwa 0 bis etwa 907 g pro Minute (etwa 0 bis etwa 2,1 Pfund pro Minute) des Kraftstoffdurchflusses/Massenstrom bei einer Spannung von etwa 6 Volt, während die grafische Linie oder Beziehung 88 eine Veränderlichkeit von etwa 0 bis etwa 6.9.10⁵ Pa (0 bis 100 psi) Kraftstoffdruck und von etwa 816 bis 2450 g pro minute (etwa 1,8 bis etwa 5,4 Pfund per Minute) Kraftstoffdurchfluss bei einer Spannung von etwa 13,2 Volt darstellt. Diese Informationen machen deshalb einen Drucksensor überflüssig, da die Spannung durch die Regeleinrichtung 36 (Steuereinheit) gemessen und die Durchflussmenge im Schritt 56 bestimmt wird, wodurch die Regeleinrichtung 36 auf zwei Variable der vorhergehenden Beziehung mit drei Variablen, z. B. die Beziehung zwischen der Spannung, der Durchflussmenge und dem Druck, die in Fig. 3 beispielhaft gezeigt ist, zugreifen kann. Hier wird die in der grafischen Darstellung gezeigte gespeicherte Information durch die Regeleinrichtung 36 zusammen mit der gemessenen Spannung und der berechneten Kraftstoff-Durchflussmenge genutzt, um durch das mathematische Prinzip der Interpolation den in dem Kraftstoff-Abgabeelement 8 vorhandenen Druck zu bestimmen.

Es ist klar, dass die Erfindung nicht auf die genaue Konstruktion oder das Verfahren, die oben dargestellt und beschrieben wurden, beschränkt ist, sondern dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung gemäß den Patentansprüchen abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckwertes in einem Kraftstoff- Zuliefer-Element für einen Verbrennungsmotor und zur Nutzung des gewonnenen Druckwertes zur Steuerung einer Kraftstoff- Einspritzdüse.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine die Abgabe von Kraftstoff durch die Einspritzdüse für ein bestimmtes zeitliches Intervall veranlassende Steuerung der Kraftstoff-Einspritzdüse umfasst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung arbeitende Regeleinrichtung aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bestimmte zeitliche Intervall von einer bestimmten Spannungsgröße und einer gewünschten Kraftstoff- Durchflussmenge abhängig ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoff-Zulieferelement eine Kraftstoff- Verteilereinrichtung aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsquelle eine Batterie ist.

7. Baugruppe umfassend:
eine Vielzahl von Kraftstoff-Einspritzdüsen;
eine Kraftstoffquelle;
ein erstes Element, das mit der Kraftstoffquelle und mit der Vielzahl von Kraftstoff-Einspritzdüsen verbunden ist;
ein zweites Element, das mit einer Spannungsquelle verbunden ist, die eine bestimmte Spannungsgröße erzeugt und das zweite Element weiter mit der Kraftstoffquelle und mit dem ersten Element verbunden ist; und das zweite Element bewirkt, dass zumindest etwas von dem in der Kraftstoffquelle vorhandenen Kraftstoff zu dem ersten Element geleitet wird, wodurch ein bestimmter Druck in dem ersten Element erzeugt wird; und
eine Regeleinrichtung, die mit dem zweiten Element und mit der Vielzahl von Kraftstoff-Einspritzdüsen verbunden ist, die eine für jede der mehreren Kraftstoff-Einspritzdüsen benötigte Kraftstoffmenge bestimmt, eine bestimmte Drehzahl sensiert, eine bestimmte Anzahl von der Vielzahl von Einspritzdüsen festlegt, die während eines bestimmten zeitlichen Abstandes in Betrieb gesetzt werden sollen, eine gewünschte Kraftstoff-Durchflussmenge berechnet und die gewünschte Kraftstoff-Durchflussmenge und die bestimmte Spannungsgröße nutzt, um die Größe des in dem ersten Element vorhandenen Druckes zu gewinnen.

8. Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element eine Kraftstoff-Verteilereinrichtung umfasst.

9. Baugruppe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element eine Pumpe umfasst.

10. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Drehzahl eine Motordrehzahl ist.

11. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte zeitliche Abstand eine einzelne Umdrehung eines Motors umfasst.

12. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung für die Bestimmung der gewünschten Kraftstoffmenge für einen einzelnen Takt eines Motors ausgelegt ist.

13. Verfahren zur Bestimmung eines Druckwertes, der in dem Element einer Kraftstoff-Verteilereinrichtung für einen Verbrennungsmotor umfassend die Schritte:
Berechnen einer gewünschten Kraftstoff-Durchflussmenge;
Messen einer bestimmten elektrischen Spannung; und
Verwenden der gewünschten Kraftstoff-Durchflussmenge und der bestimmten Spannung zur Bestimmung des Druckwertes.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erwünschte Kraftstoff-Durchflussmenge von einer Pumpe aus einer Kraftstoffquelle zu dem Element der Verteilereinrichtung gefördert wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannungsquelle eine Batterie verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwert zur Berechnung eines zeitlichen Intervalls einer Aktivierung für zumindest eine Kraftstoff-Einspritzdüse verwendet wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl eines Motors gemessen und zur Berechnung der Kraftstoff-Durchflussmenge verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftstoffmenge bestimmt wird, die für einen einzelnen Takt eines Motors benötigt wird; und die Kraftstoffmenge zur Berechnung der Kraftstoff-Durchflussmenge benutzt wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Einspritzdüsen bestimmt und die bestimmte Anzahl von Einspritzdüsen zur Berechnung der Kraftstoff-Durchflussmenge benutzt wird.