DE10158950A1

DE10158950A1 - Verfahren, Computerprogramm, Steuer- und Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, sowie Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10158950A1
Application number: DE2001158950
Authority: DE
Inventors: Klaus Joos; Jens Wolber; Thomas Frenz; Markus Amler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: JP2003222060A; FR2833040B1; DE10158950C2; ITMI20022553A1; JP4227400B2; FR2833040A1

Abstract

Bei einer Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff von einer ersten Kraftstoffpumpe (14) auf einen Vordruck verdichtet, welcher an einer Niederdruckseite einer zweiten Kraftstoffpumpe anliegt. Der gewünschte Wert des Vordrucks wird mittels einer gespeicherten Temperatur/Druckbeziehung aus einer aktuellen Temperatur des Kraftstoffes in der zweiten Kraftstoffpumpe ermittelt (44). Die gespeicherte Temperatur/Druckbeziehung kann an die Art des getankten Kraftstoffes adaptiert werden. Um den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zu senken und die Lebensdauer der ersten Kraftstoffpumpe (14) zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass der Vordruck von einem ursprünglichen Wert, welcher auf einer Standard-Temperatur/Druckbeziehung basiert, abgesenkt wird (48) und das Absenken des Vordrucks beendet wird, wenn eine Kavitation in der zweiten Kraftstoffpumpe ein zulässiges Maß überschreitet (50). Die Differenz zwischen ursprünglichem Vordruck und abgesenktem Vordruck wird zur Adaption der Standard-Temperatur/Druckbeziehung verwendet (54).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff von einer ersten Kraftstoffpumpe auf einen Vordruck verdichtet wird, welcher an einer Niederdruckseite einer zweiten Kraftstoffpumpe anliegt und dessen gewünschter Wert mittels einer gespeicherten Temperatur/Druckbeziehung aus einer aktuellen Temperatur des Kraftstoffes in der zweiten Kraftstoffpumpe ermittelt wird, wobei die gespeicherte Temperatur/Druckbeziehung an die Art des getankten Kraftstoffs adaptiert werden kann.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 199 51 410 A1 bekannt. In dieser ist eine Brennkraftmaschine, welche mit Kraftstoff-Direkteinspritzung arbeitet, beschrieben. In einer zweiten Kraftstoffpumpe wird der Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck verdichtet. Damit es im Förderraum der zweiten Kraftstoffpumpe nicht zu Kavitation kommt - diese senkt den Wirkungsgrad der zweiten Kraftstoffpumpe erheblich und kann auch zu Schäden an der zweiten Kraftstoffpumpe führen - wird der Kraftstoff der zweiten Kraftstoffpumpe in einem vorverdichteten zustand bereitgestellt.
Dabei ist es bekannt, die Leistung der ersten Kraftstoffpumpe an den aktuellen Förderbedarf anzupassen. Hierzu wird der Kraftstoff-Vordruck so hoch gewählt, dass in der zweiten Kraftstoffpumpe auf keinen Fall Dampfbildung auftritt. Bei den bekannten Verfahren wird der Vordruck in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur des Kraftstoffs in der zweiten Kraftstoffpumpe gesteuert bzw. geregelt. Hierzu ist eine Kraftstoff-Dampfdruckkurve abgespeichert, aus der der bei einer bestimmten Temperatur minimal erforderliche Vordruck ermittelt wird.
Da die Dampfdruckkurve von der Art des getankten Kraftstoffs abhängt, wird bei dem bekannten Verfahren eine Betankungserkennung eingesetzt, die beispielsweise Sommerkraftstoff von Winterkraftstoff oder Frischkraftstoff von Altkraftstoff unterscheiden kann. Jenachdem, welche Art von Kraftstoff bei der Betankungserkennung erkannt wird, wird eine entsprechende Kraftstoff-Dampfdruckkennlinie ausgewählt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu weiterzubilden, dass die Brennkraftmaschine im Betrieb weniger Kraftstoff verbraucht und die erste Kraftstoffpumpe eine höhere Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Vordruck von einem ursprünglichen Wert, welcher auf einer Standard- Temperatur/Druckbeziehung basiert, abgesenkt und das Absenken des Vordrucks beendet wird, wenn eine Kavitation in der zweiten Kraftstoffpumpe ein zulässiges Maß überschreitet, und eine Differenz zwischen ursprünglichem und abgesenktem Vordruck zur Adaption der Standard- Temperatur/Druckbeziehung verwendet wird.

Vorteile der Erfindung

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Adaption der Temperatur/Druckbeziehung nur noch von dem tatsächlich zum Betrieb der Brennkraftmaschine verwendeten Kraftstoff abhängt. Dabei wird nicht starr zwischen unterschiedlichen Kraftstofftypen unterschieden, sondern es wird der aktuelle tatsächliche Dampfdruck des verwendeten Kraftstoffes bei einer bestimmten Betriebstemperatur ermittelt und hiermit die abgespeicherte Standard-Temperatur/Druckbeziehung adaptiert. Es versteht sich, dass die Standard- Temperatur/Druckbeziehung letztlich auf einer Standard- Dampfdruckkurve basiert.
Daher können Sicherheitszuschläge, welche bei dem herkömmlichen Verfahren erforderlich sind, um sicherzustellen, dass in keinem Falle der Dampfdruck des Kraftstoffes auf der Niederdruckseite der zweiten Kraftstoffpumpe unterschritten wird, geringer ausfallen. Geringe Sicherheitszuschläge bedeuten jedoch, dass der Kraftstoff-Vordruck niedriger sein kann als bei dem herkömmlichen Verfahren. Ein niedriger Kraftstoff-Vordruck wiederum führt zu einer geringeren Förderleistung der ersten Kraftstoffpumpe, was deren Lebensdauer verlängert. Aber auch die erforderliche Leistungsaufnahme der ersten Kraftstoffpumpe wird gesenkt, was wiederrum eine Absenkung des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine bewirkt.
Die Erfassung der Kavitation im Förderraum der zweiten Kraftstoffpumpe bietet hier eine gute Möglichkeit, um festzustellen, ob ein minimal zulässiger Kraftstoff- Vordruck erreicht ist. Wenn Kavitation auftritt, führt dies nämlich zu einem erheblichen Abfall des Wirkungsgrads der zweiten Kraftstoffpumpe, der durch entsprechende Mittel erkannt werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
So wird vorgeschlagen, dass der Druck auf der Hochdruckseite der zweiten Kraftstoffpumpe mittels einer Vorsteuer-Stellgröße und Regel-Stellgröße eingestellt wird, und dass das Absenken des Vordrucks dann beendet wird, wenn die Regel-Stellgröße betragsmäßig einen Grenzwert erreicht oder überschreitet. Die Verwendung einer Vorsteuerung zur Einstellung des Drucks auf der Hochdruckseite der zweiten Kraftstoffpumpe ermöglicht es, einen gewünschten Solldruck sehr schnell anzufahren. Die Regelung wird dann nur noch dafür benötigt, verbleibende Restdifferenzen zwischen dem Ist- und dem Solldruck auszuregeln. Im Idealfall ist die Regel-Stellgröße gleich Null.
Kommt es jedoch zu einer Kavitation in der zweiten Kraftstoffpumpe, sinkt der Wirkungsgrad der zweiten Kraftstoffpumpe stark ab. Dem drohenden Druckabfall muss durch einen Anstieg der Regel-Stellgröße entgegengewirkt werden. Deren Anstieg ist daher ein zuverlässiges Indiz für das Vorliegen von Kavitation und kann daher, ohne dass zusätzliche Komponenten erforderlich sind, sehr gut zur Adaption der Standard-Temperatur/Druckbeziehung verwendet werden. Dabei wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren umso besser arbeitet, je genauer die Vorsteuerung der zweiten Kraftstoffpumpe ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch vorgeschlagen, dass der Betrag, um den der urprüngliche Vordruck bis zum Beenden des Absenkens insgesamt abgesenkt wurde, etwas reduziert und als Adaptionskonstante zur Adaption der Standard- Temperatur/Druckbeziehung verwendet wird. Durch die Reduktion wird ein gewisser Abstand zu jenem Druck geschaffen, bei dem Kavitation in der zweiten Kraftstoffpumpe auftritt. Die Verwendung einer Adaptionskonstanten ermöglicht eine einfache additive Adaption der Standard-Temperatur/Druckbeziehung.
Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Absenken des Vordrucks dann beendet wird, wenn ein Integrator, in den die Regel-Stellgröße eingespeist wird, wenn diese einen Grenzwert erreicht oder überschreitet, größer Null wird, und dass der Betrag, um den der ursprüngliche Vordruck bis zum Beenden des Absinkens insgesamt abgesenkt wurde, nach dem Ende des Absenkens vom Ausgang des Integrators subtrahiert wird, so dass sich ein adaptierter Vordruck ergibt, und die Differenz zwischen ursprünglichem und adaptiertem Vordruck als Adaptionskonstante zur Adaption der Standard-Temperatur/Druckbeziehung verwendet wird.
Bei diesem Verfahren erfolgt die Reduktion des Betrags, um den der usprüngliche Vordruck bis zum Beenden des Absenkens insgesamt abgesenkt wurde, automatisch dadurch, dass er vom Ausgang eines Integrators subtrahiert wird, welcher nach dem Beenden des Absenkens des Vordrucks einen Wert größer Null annimmt. Ein solches Verfahren ist softwaretechnisch besonders einfach zu realisieren.
Darüber hinaus nimmt der Integrator dann, wenn aufgrund einer besonders starken Kavitation ein ensprechend starker Regeleingriff erforderlich ist, auch einen entsprechend großen Wert an, so dass dann automatisch ein entsprechend großer Sicherheitsabstand zu dem minimal erreichten Vordruck eingenommen wird. Somit ist bei allen Arten von Kraftstoffen und auch bei allen Umweltbedingungen sichergestellt, dass einerseits die erste Kraftstoffpumpe mit dem geringst möglichen Leistungsgedarf betrieben wird und andererseits ein optimaler Wirkungsgrad der zweiten Kraftstoffpumpe vorliegt.
Bei einer anderen Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass aus der Adaptionskonstanten auf die Art und/oder Qualität des Kraftstoffes geschlossen wird und diese Information für die Steuerung der Brennkraftmaschine insbesondere für eine Adaption der beim Start einzuspritzenden Kraftstoffmenge verwendet wird. So kann, ohne dass beispielsweise eine Betankungserkennung erforderlich ist, die bestimmte standardisierte Kraftstoffarten unterscheidet, der Betrieb der Brennkraftmaschine an die tatsächlich vorhandenen Kraftstoffeigenschaften angepasst werden. Dies ermöglicht eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine.
Im einfachsten Fall ist es möglich, dass für alle Temperatur- und Betriebszustände der Brennkraftmaschine die gleiche Adaptionskonstante verwendet wird.
Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, dass mehrere Adaptionskonstanten in unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, insbesondere abhängig von der Temperatur der Brennkraftmaschine, der Temperatur des Kraftstoffs in der zweiten Kraftstoffpumpe, der Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder dem Lastzustand der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass das Auftreten von Kavitation in der zweiten Kraftstoffpumpe auch vom aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängt. Wird dieser Sachverhalt berücksichtigt, können die Sicherheitszuschläge bei der Bestimmung des minimal möglichen Vordruckes noch geringer ausfallen, was zu einer nochmaligen Kraftstoffersparnis und Verlängerung der Lebensdauer der ersten Kraftstoffpumpe führt.
Für die Adaption der Temperatur/Druckbeziehung ist es erforderlich, dass die Brennkraftmaschine sich in einem insgesamt stabilen Betriebszustand befindet. Ein solcher kann auf einfache Art und Weise beispielsweise daran erkannt werden, dass, bei Verwendung einer Vorsteuerung, der Regeleingriff zur Einstellung des Drucks auf der Hochdruckseite der zweiten Kraftstoffpumpe relativ gering ist. Daher wird auch vorgeschlagen, dass der Druck auf einer Hochdruckseite der zweiten Kraftstoffpumpe mittels einer Vorsteuer-Stellgröße und einer Regel-Stellgröße eingestellt wird, und dass die Absenkung des Vordrucks nur dann erfolgt, wenn die Regel-Stellgröße betragsmäßig kleiner als ein Grenzwert ist.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Absenkung des Vordrucks nur dann erfolgt, wenn ein Integrator, in den die Regel-Stellgröße eingespeist wird, mindestens in etwa gleich Null ist.
Mit der Zeit können aus dem Kraftstoff leichtflüchtige Bestandteile ausdampfen, was zu einer Absenkung des tatsächlichen aktuellen Dampfdrucks des Kraftstoffes führt. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Adaption der Temperatur/Druckbeziehung in bestimmten Zeitabständen fortgesetzt wird. Dies ist auf einfache Art und Weise dadurch möglich, dass der Integrator in bestimmten Zeitabständen zu Null gesetzt wird.
Auch nach einem Tankvorgang empfiehlt es sich, die Temperatur/Druckbeziehung von neuem zu adaptieren, um so den Betrieb der Brennkraftmaschine auf eine gegebenenfalls andere Kraftstoffart einzustellen. Auch dies ist auf einfache Art und Weise dadurch möglich, dass nach einem Tankvorgang der Integrator und die Adaptionskonstante zu Null gesetzt werden.
Vorgeschlagen wird auch, dass der Vordruck schrittweise abgesenkt wird. Hierdurch können sich nach jedem Schritt stabile Verhältnisse einstellen, wodurch vermieden wird, dass die Regel-Stellgröße den zulässigen Grenzwert überschreitet, obwohl in der zweiten Kraftstoffpumpe noch keine Kavitation auftritt. Die Zuverlässigkeit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hierdurch erhöht.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine kann gesenkt werden und die Lebensdauer einer elektrischen Kraftstoffpumpe kann erhöht werden, wenn das Steuer- und/oder Regelgerät einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm der obigen Art abgespeichert ist.
Teil der Erfindung ist auch eine Brennkraftmaschine, mit einem Brennraum, mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, welche den Kraftstoff direkt in den Brennraum einspritzt, mit einem Kraftstoffsystem, welches die Einspritzvorrichtung mit Kraftstoff versorgt und eine erste und eine zweite Kraftstoffpumpe umfasst. Der Kraftstoffverbrauch einer solchen Brennkraftmaschine wird gesenkt und die Lebensdauer der ersten Kraftstoffpumpe erhöht, wenn die Brennkraftmaschine ein Steuer- und/oder Regelgerät der obigen Art umfasst.

Zeichnung

Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem mit einer ersten und mit einer zweiten Kraftstoffpumpe;
Fig. 2 ein Flussdiagramm, in dem ein Verfahren zur Adaption einer Dampfdruckkurve eines Kraftstoffes dargestellt ist, mit dem die Brennkraftmaschine von Fig. 1 betrieben wird;
Fig. 3 ein Diagramm, in dem ein von der ersten Kraftstoffpumpe bereitzustellender Soll-Vordruck über einer in der zweiten Kraftstoffpumpe vorliegenden Kraftstofftemperatur aufgetragen ist und welches zur Erläuterung des Verfahren von Fig. 2 dient;
Fig. 4 ein Diagramm ähnlich Fig. 3 einer anderen Ausführungsart des Verfahrens;
Fig. 5 ein Flussdiagramm, welches eine mögliche softwaretechnische Realisierung des Verfahrens von Fig. 2 im Detail zeigt; und
Fig. 6 drei Diagramme, wobei im ersten Diagramm eine Vorsteuer- und eine Regel-Stellgröße über der Zeit, im zweiten Diagramm ein Ausgangssignal eines Integrators über der Zeit, und im dritten Diagramm der Verlauf eines Vordrucks über der Zeit dargestellt sind.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Eine Brennkraftmaschine trägt in Fig. 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 14 den Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung 15 zu einer Hochdruck- Kraftstoffpumpe 16 fördert. Diese fördert den Kraftstoff weiter in eine Kraftstoff-Sammelleitung 18, in der der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Die Kraftstoff-Sammelleitung 18 wird auch als "Rail" bezeichnet.
An die Kraftstoff-Sammelleitung 18 sind mehrere Injektoren 20 angeschlossen, welche den Kraftstoff direkt in die Brennräume 22 einspritzen. Dabei ist in jedem Brennraum 22 ein eigener Injektor 20 zugeordnet.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 wird mechanisch von einer nicht dargestellten Nockenwelle der Brennkraftmaschine 10 angetrieben. Es handelt sich bei ihr um eine Einzylinder- Kolbenpumpe mit einem Förderraum 24. Die anderen Bestandteile, wie beispielsweise Kolben, Pleuel, etc. sind in Fig. 1 nicht dargestellt. Stromaufwärts vom Förderraum 24 ist ein Rückschlagventil 26 vorhanden, welches zur elektrischen Kraftstoffpumpe 14 hin sperrt. Auslassseitig ist ebenfalls ein Rückschlagventil 28 vorhanden, welches zum Förderraum 24 hin sperrt.
Der Bereich unmittelbar stromabwärts vom Förderraum 24 kann über ein Mengensteuerventil 30 mit einem stromaufwärts vom Rückschlagventil 26 gelegenen Bereich der Kraftstoffleitung 15 verbunden werden. Beim Mengensteuerventil 30 handelt es sich um ein 2/2-Schaltventil, welches in seiner stromlosen Ruhestellung geöffnet ist und von einem Magnet 32 in eine geschlossene Schaltposition gebracht werden kann.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einem Steuer- und Regelgerät 34 gesteuert bzw. geregelt. Dieses steuert unter anderem den Magnet 32 des Mengensteuerventils 30 an. Es erhält Signale von einem Drucksensor 36, welcher den Druck in der Kraftstoffleitung 15 erfasst. Dieser Druck wird auch als "Vordruck" bezeichnet. Ferner erhält das Steuer- und Regelgerät 34 Signale von einem Temperatursensor 38, der die Temperatur des Kraftstoffes in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 erfasst (in einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird auf den Temperatursensor verzichtet und statt dessen die Temperatur über andere Größen, die dem Steuergerät vorliegen, modelliert). Ein Drucksensor 40 erfasst den Druck in der Kraftstoff- Sammelleitung und leitet entsprechende Signale an das Steuer- und Regelgerät 34.
Prinzipiell arbeitet die Brennkraftmaschine 10 folgendermaßen:
Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10, beispielsweise je nach Leistungsanforderung, etc., wird von den Injektoren 20 mehr oder weniger Kraftstoff in die Brennräume 22 eingespritzt. Auch der Druck, mit dem der Kraftstoff von den Injektoren 20 in die Brennräume 22 eingespritzt wird, kann von einem Betriebszustand zum anderen variieren. Von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 muss also je nach Betriebszustand eine mehr oder weniger große Kraftstoffmenge gefördert werden. Da die Drehzahl der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 wegen der starren Verbindung mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine 10 starr mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 gekoppelt ist, erfolgt die Einstellung der Fördermenge der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 16 mittels des Mengensteuerventils 30.
Dabei ist der Magnet 32 normalerweise bestromt, so dass das Mengensteuerventil 30 geschlossen ist und bei einem Förderhub des Kolbens der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 Kraftstoff in die Kraftstoff-Sammelleitung 18 gefördert wird. Wird jedoch während eines Förderhubs des Kolbens das Mengensteuerventil 30 kurzzeitig geöffnet, strömt der Kraftstoff anstelle zur Kraftstoff-Sammelleitung 18 zurück in die Niederdruck-Kraftstoffleitung 15. Auf diese Weise kann die pro Förderhub von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 geförderte Kraftstoffmenge eingestellt werden.
Der Kraftstoff wird in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 auf einen sehr hohen Druck verdichtet. Um die Druckdifferenz, welche von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 zu leisten ist, zu verringern, wird der Kraftstoff von der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 vorverdichtet. Die Vorverdichtung des Kraftstoffs durch die elektrische Kraftstoffpumpe 14 erfolgt dabei auf einen Druck, der gerade so hoch ist, dass während eines Saughubs des Kolbens der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 16 im Förderraum 24 keine Kavitation auftritt.
Das Auftreten von Kavitation während des Saughubs würde zu einer deutlich schlechteren Befüllung des Förderraums 24 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 und hierdurch zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 16 führen. Das Auftreten von Kavitation hängt jedoch wiederum vom Dampfdruck des Kraftstoffes ab, der wiederum von der Temperatur des Kraftstoffes abhängt. Der Zusammenhang zwischen Dampfdruck und Temperatur wird als "Dampfdruckkurve" bezeichnet. Der Verlauf der Dampfdruckkurve hängt wiederum von der Art des getankten Kraftstoffes ab, sowie von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 10.
Um bei der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine 10 die elektrische Kraftstoffpumpe 14 immer mit der geringstmöglichen Leistung betreiben zu können, ist es erforderlich, die Dampfdruckkurve des aktuell von der Brennkraftmaschine 10 verwendeten Kraftstoffes zu kennen. Hierzu wird folgendermaßen vorgegangen (vgl. Fig. 2 und 3):
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird nach einem Startblock 2 zunächst in einem Block 44 eine standardisierte Temperatur/Druckkurve (Bezugszeichen 45 in Fig. 3) zur Bestimmung des Solldrucks PSOLLND verwendet. Diese basiert auf einer Standard-Dampfdruckkurve. Mit der Temperatur/Druckkurve 45 wird aus einer vom Temperatursensor 38 erfassten Temperatur T des Kraftstoffes in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 jener Druck PSOLLND ermittelt, der von der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 15 bereitgestellt werden muss, um das Auftreten von Kavitation im Förderraum 24 mit Sicherheit ausschließen zu können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Wert für den gewünschten Vordruck PSOLLND gemäß der Standard-Temperatur/Druckkurve 45 P0 (vgl. Fig. 3).
In einem Block 46 wird geprüft, ob die Einstellung des gewünschten Druckes in der Kraftstoff-Sammelleitung 18 stabil läuft, also keine starken Schwankungen der Ansteuerung des Mengensteuerventils 30 vorliegen. Wenn dies der Fall ist, wird im Block 48 die elektrische Kraftstoffpumpe 14 so angesteuert, dass der Vordruck schrittweise abgesenkt wird. Die Schrittweite der Absenkung des Sollwerts PSOLLND ist in Fig. 3 mit S bezeichnet. In einem Block 50 wird währenddessen überwacht, ob die Regelung des Druckes in der Kraftstoff-Sammelleitung 18 weiterhin stabil ist. Ist dies der Fall, bedeutet dies, dass im Förderraum 24 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16 noch keine Kavitation auftritt. Es erfolgt dann ein Rücksprung zum Block 48 und ein weiteres Absenken des gewünschten Vordruckes PSOLLND um einen Wert S.
Wenn der tatsächliche Vordruck einen kritischen Wert erreicht, beginnt im Förderraum 24 der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 16 Kavitation aufzutreten. Der entsprechenden Wirkungsgradverschlechterung der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 16 wird vom Steuer- und Regelgerät 34 durch eine Ansteuerung des Mengensteuerventils 30 (kürzere Öffnungszeit) entgegengewirkt. Dies bedeutet, dass die Antwort auf die Abfrage im Block 50 von Fig. 2 "nein" ist. Das Absenken des Soll-Vordrucks PSOLLND wird daher beendet und stattdessen der Soll-Vordruck PSOLLND um einen Wert A erhöht. Der Soll-Vordruck PSOLLND, bei dem die Regelung des Drucks in der Kraftstoff-Sammelleitung 18 instabil wird, ist in Fig. 3 mit P1 bezeichnet, der Soll-Vordruck PSOLLND nach der Erhöhung um A ist mit P2 bezeichnet. Die Differenz zwischen dem ursprünglichen Soll-Vordruck P0 und dem nach der Erhöhung um A erhaltenen Soll-Vordruck P2 wird als Adaptionswert DELTAP bezeichnet (Block 54) und in einem Speicher 56 abgespeichert.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, handelt es sich bei jener Temperatur/Druckkurve, auf der der Punkt (P1, T) liegt, um die Dampfdruckkurve des tatsächlich vorliegenden Kraftstoffes bei den aktuellen Betriebsbedingungen. Diese Kurve ist in Fig. 3 strichpunktiert dargestellt und trägt das Bezugszeichen 58. Die Erhöhung des Soll-Vordrucks PSOLLND um den Wert A erfolgt, um von dieser tatsächlichen Dampfdruckkurve 58 einen gewissen Sicherheitsabstand einzuhalten und somit ausschließen zu können, dass es im Förderraum 24 zu Kavitation kommt.
Mittels des Adaptionswerts DELTAP kann aus der Standard- Temperatur/Druckkurve 45 eine adaptierte Temperatur/Druckkurve 60 ermittelt werden. Diese ist in Fig. 3 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Im weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird diese adaptierte Temperatur/Druckkurve 60 verwendet, um den Soll- Vordruck PSOLLND zu ermitteln, der von der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 15 bereitgestellt werden soll (Block 62 in Fig. 2). Das in Fig. 2 dargestellte Verfahren endet in einem Endblock 64.
Eine Abwandlung des im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 beschriebenen Verfahrens ist aus Fig. 4 ersichtlich: Der Unterschied liegt darin, dass bei dem in Fig. 4 dargestellten Verfahren unterschiedliche Adaptionskonstanten DELTAP1 und DELTAP2 ermittelt werden, und zwar jeweils eine Adaptionskonstante DELTAP1 für einen ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 und die andere Adaptionskonstante DELTAP2 für einen zweiten Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10.
Die unterschiedlichen Betriebszustände der Brennkraftmaschine 10 können beispielsweise durch eine Temperatur der Brennkraftmaschine, eine Temperatur des Kraftstoffs in der zweiten Kraftstoffpumpe 16, eine Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10, und/oder einen Lastzustand der Brennkraftmaschine 10 charakterisiert werden. Abhängig von diesen Betriebszuständen ergeben sich unterschiedliche tatsächliche Dampfdruckkurven 58A und 58B des Kraftstoffes und entsprechende unterschiedliche adaptierte Temperatur/Druckkurven 60A und 60B.
Funktional kann das im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 erläuterte Verfahren folgendermaßen realisiert werden (vgl. Fig. 5 und 6):
Die Einstellung des Drucks in der Kraftstoff-Sammelleitung 18 erfolgt einerseits durch eine Vorsteuerung und andererseits durch eine Regelung der Öffnungszeiten des Mengensteuerventils 30. Die Verwendung einer Vorsteuerung hat den Vorteil, dass sehr rasch auf Veränderungen des Solldrucks in der Kraftstoff-Sammelleitung 18 reagiert werden kann und dass die Regeleingriffe minimiert werden können.
Insgesamt setzt sich die Öffnungsdauer des Mengensteuerventlis 30, welche auch als Ansteuer-Stellgröße ASSG bezeichnet wird, einerseits aus einer Vorsteuer- Stellgröße VSSG und einer Regel-Stellgröße RSG zusammen. Die Regel-Stellgröße RSG wird im Block 72 in eine Kennlinie für eine Schwelle eingespeist. Der Ausgang des Blockes 72 nimmt nur dann einen Wert größer Null an, wenn die Regel- Stellgröße RSG einen bestimmten Grenzwert (Bezugszeichen 73 in Fig. 6) überschreitet.
Der Ausgang des Blockes 72 wird in einen Integrator 74 eingespeist. Bei stabilen Verhältnissen der Regelung des Drucks in der Kraftstoff-Sammelleitung 18 ist die Regel- Stellgröße RSG kleiner als die besagte Grenze, was dazu führt, dass der Ausgang INTEGAUS des Integrators 74 Null ist. In einem Block 50 wird geprüft, ob der Ausgang INTEGAUS des Integrators 74 gleich Null ist. Ist dies der Fall, wird in bestimmten zeitlichen Schritten x (Blöcke 78 und 80, vgl. auch Fig. 6) ein Druck-Ablenkungswert PRED, welcher anfänglich Null ist, im Block 82 um eine Schrittweite S vergrößert. In einem Block 84 wird der Druck-Ablenkungswert PRED vom Ausgang INTEGAUS des Integrators 74 (dieser ist zunächst ja ebenfalls gleich Null) subtrahiert.
Gleichzeitig wird aus dem Signal des Temperatursensors 38 die Temperatur T des Kraftstoffs in der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 16 ermittelt und in eine Kennlinie 45 eingespeist, welche der Standard-Temperatur/Druckkurve entspricht, welche wiederum auf einer Standard- Dampfdruckkurve basiert. Im Block 48 wird das Ergebnis der Subtraktion im Block 84 zu dem im Block 45 erhaltenen Druckwert addiert. Da der Wert DELTAP negativ ist, ergibt sich eine Absenkung des mittels der Temperatur/Druckkurve 45 erhaltenen Druckwerts. Dieser abgesenkte Druckwert wird nun als Sollwert PSOLLND für die Einstellung des Vordrucks PND in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 15 verwendet.
Dieses Verfahren führt also zu einer schrittweisen Absenkung des Soll-Vordrucks PSOLLND jeweils um eine Schrittweite S und in zeitlichen Intervallen X. Wenn der Vordruck PSOLLND in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 15 einen Wert P1 erreicht, bei dem in der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 16 Kavitation auftritt, sinkt der Wirkungsgrad der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 16. Dies wird dadurch ausgeglichen, dass die Öffnungsdauer des Mengensteuerventils 30 pro Arbeitstakt der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 16 abgesenkt wird.
Die Regel-Stellgröße RSG verlässt hierzu das durch die Grenzen 73 definierte Toleranzband, so dass das Ausgangssignal des Blockes 72 positiv wird. Entsprechend wird auch das Ausgangssignal INTEGAUS des Integrators 74 positiv. Die Abfrage im Block 50 von Fig. 5 führt nun dazu, dass die Erhöhung des Druck-Absenkungswertes PRED um die Schrittweite S im Block 82 beendet wird. Im Block 84 wird nun ein konstanter Druck-Absenkungswert PRED von einem fortan positiven Ausgangssignal INTEGAUS des Integrators 74 abgezogen.
Insgesamt ist daher nun die Adaptionskonstante DELTAP betragsmäßig um A kleiner als unmittelbar beim Auftreten der Kavitation. Entsprechend ergibt sich ein Soll-Vordruck PSOLLND, welcher etwas oberhalb des bei Auftreten der Kavitation erreichten Soll-Vordruckes liegt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Soll-Vordruck PSOLLND, welcher bei Auftreten der Kavitation vorlag, mit P1 bezeichnet, wohingegen der Soll-Vordruck PSOLLND, welcher nach dem Beenden des Absenkens verwendet wird, den Wert P2 hat.
Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird aus der Adaptionskonstanten auf die Art und/oder Qualität des Kraftstoffes geschlossen. Diese Information wird dann für die Steuerung der Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Adaption der beim Start einzuspritzenden Kraftstoffmenge verwendet. Die Adaption der Temperatur/Druckkurve kann in bestimmten Zeitabständen fortgesetzt werden. Hierdurch kann beispielsweise auf ein Ausdampfen leichtflüssiger Bestandteile aus dem Kraftstoff reagiert werden. Dies kann einfach dadurch geschehen, dass der Ausgang INTEGAUS des Integrators 74 in bestimmten Zeitsabständen zu Null gesetzt wird.
Nach einem Tankvorgang kann die gesamte Adaption von neuem durchgeführt werden, um auf einen gegebenenfalls anderen Kraftstoff reagieren zu können. Hierzu können beispielsweise der Ausgang des Integrators 74 und die Adaptionskonstante DELTAP bzw. der Druck-Absenkungswert PRED zu Null gesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem Kraftstoff von einer ersten Kraftstoffpumpe (14) auf einen Vordruck (PND) verdichtet wird, welcher an einer Niederdruckseite (15) einer zweiten Kraftstoffpumpe (16) anliegt und dessen gewünschter Wert (PSOLLND) mittels einer gespeicherten Temperatur/Druckbeziehung (45) aus einer aktuellen Temperatur (T) des Kraftstoffes in der zweiten Kraftstoffpumpe (16) ermittelt wird, wobei die gespeicherte Temperatur/Druckbeziehung (45) an die Art des getankten Kraftstoffs adaptiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Vordruck (PND) von einem ursprünglichen Wert (P0), welcher auf einer Standard-Temperatur/Druckbeziehung (45) basiert, abgesenkt (48) und das Absenken des Vordrucks (PND) beendet wird, wenn eine Kavitation in der zweiten Kraftstoffpumpe (16) ein zulässiges Maß überschreitet, und eine Differenz (PRED) zwischen ursprünglichem Vordruck (P0) und abgesenktem Vordruck (P1) zur Adaption der Standard- Temperatur/Druckbeziehung (45) verwendet wird.

2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck auf der Hochdruckseite (18) der zweiten Kraftstoffpumpe (16) mittels einer Vorsteuer-Stellgröße (VSSG) und einer Regel- Stellgröße (RSSG) eingestellt wird, und dass das Absenken (48) des Vordrucks (PND) dann beendet wird, wenn die Regel- Stellgröße (RSG) betragsmäßig einen Grenzwert (GW) erreicht oder überschreitet.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag (PRED), um den der ursprüngliche Vordruck (P0) bis zum Beenden des Absenkens insgesamt abgesenkt wurde, um einen Wert (A) reduziert und als Adaptionskonstante (DELTAP) zur Adaption der Standard- Temperatur/Druckbeziehung (45) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Absenken des Vordrucks (PND) dann beendet wird, wenn ein Integrator (74), in den die Regel-Stellgröße (RSG) eingespeist wird, wenn diese einen Grenzwert (GW) erreicht oder überschreitet, größer Null wird, und dass der Betrag (PRED), um den der ursprüngliche Vordruck (P0) bis zum Beenden des Absenkens insgesamt abgesenkt wurde, nach dem Ende des Absenkens vom Ausgang (INTEGAUS) des Integrators (74) subtrahiert wird (84), so dass sich ein adaptierter Vordruck (P2) ergibt, und die Differenz zwischen ursprünglichem (P0) und adaptiertem Vordruck (P2) als Adaptionskonstante (DELTAP) zur Adaption der Standard- Temperatur/Druckbeziehung (45) verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Adaptionskonstanten auf die Art und/oder Qualität des Kraftstoffes geschlossen wird und diese Information für die Steuerung der Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Adaption der beim Start einzuspritzenden Kraftstoffmenge, verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für alle Temperatur- und Betriebszustände der Brennkraftmaschine (10) die gleiche Adaptionskonstante (DELTAP) verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Adaptionskonstante (DELTAP1, DELTAP2) in unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine (10), insbesondere abhängig von der Temperatur der Brennkraftmaschine, der Temperatur des Kraftstoffs in der zweiten Kraftstoffpumpe, der Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, und/oder dem Lastzustand der Brennkraftmaschine, ermittelt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck auf einer Hochdruckseite (18) der zweiten Kraftstoffpumpe (16) mittels einer Vorsteuer-Stellgröße (VSSG) und einer Regel- Stellgröße (RSG) eingestellt wird, und dass die Absenkung des Vordrucks (PND) nur dann erfolgt, wenn die Regel- Stellgröße (RSG) betragsmäßig kleiner als ein Grenzwert (GW) ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung des Vordrucks (PND) nur dann erfolgt, wenn ein Ausgang (INTEGAUS) eines Integrators (74), in den die Regel-Stellgröße (RSG) eingespeist wird, mindestens in etwa gleich Null ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Temperatur/Druckbeziehung (45) in bestimmten Zeitabständen fortgesetzt wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 4, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator (74) in bestimmten Zeitabständen zu Null gesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Tankvorgang die Temperatur/Druckbeziehung (45) von Neuem adaptiert wird.

13. Verfahren nach den Ansprüche 4, 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Tankvorgang der Integrator (74) und die Adaptionskonstante (DELTAP) zu Null gesetzt werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vordruck (PND) schrittweise (S) abgesenkt wird.

15. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.

16. Computerprogramm nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.

17. Steuer- und/oder Regelgerät (34) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 15 oder 16 abgespeichert ist.

18. Brennkraftmaschine (10), mit einem Brennraum (22), mit einer Einspritzvorrichtung (20), welche den Kraftstoff direkt in den Brennraum (22) einspritzt, mit einem Kraftstoffsystem, welches die Einspritzvorrichtung (22) mit Kraftstoff versorgt und eine erste Kraftstoffpumpe (14) und eine zweite Kraftstoffpumpe (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerät (34) nach Anspruch 17 umfasst.