DE102007062215A1

DE102007062215A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007062215A1
Application number: DE102007062215A
Authority: DE
Inventors: Axel Wachtendorf
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-22
Also published as: DE102007062215B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor oder Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei Kraftstoff von einer elektrischen Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstofftank über eine Kraftstoffsammelleitung an Kraftstoffeinspritzventile gepumpt wird, wobei der elektrischen Kraftstoffpumpe eine variable elektrische Versorgungsspannung zugeführt wird und wobei eine von der elektrischen Kraftstoffpumpe in die Kraftstoffsammelleitung geförderte überschüssige Kraftstoffmenge, welche über diejenige Kraftstoffmenge hinausgeht, die erforderlich ist, um einen vorbestimmten Systemdruck in der Kraftstoffsammelleitung zu erzeugen sowie um eine von den Kraftstoffeinspritzventilen abgegebene Kraftstoffmenge zu decken, über einen Druckregler in den Kraftstofftank zurückgeführt wird. Hierbei wird die elektrische Versorgungsspannung für die elektrische Kraftstoffpumpe auf einen vorbestimmten ersten Wert vorgesteuert und dem vorgesteuerten ersten Wert der elektrischen Versorgungsspannung ein Adaptionswert derart hinzuaddiert, dass toleranz- und/oder alterungsbedingte individuelle Fördereigenschaften der elektrischen Kraftstoffpumpe ausgeglichen werden, so dass die elektrische Kraftstoffpumpe den Systemdruck aufbaut.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor oder Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei Kraftstoff von einer elektrischen Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstofftank über eine Kraftstoffsammelleitung an Kraftstoffeinspritzventile gepumpt wird, wobei der elektrischen Kraftstoffpumpe eine variable elektrische Versorgungsspannung zugeführt wird und wobei eine von der elektrischen Kraftstoffpumpe in die Kraftstoffsammelleitung geförderte überschüssige Kraftstoffmenge, welche über diejenige Kraftstoffmenge hinaus geht, die erforderlich ist, um einen vorbestimmten Systemdruck in der Kraftstoffsammelleitung zu erzeugen sowie um eine von den Kraftstoffeinspritzventilen abgegebene Kraftstoffmenge zu decken, über einen Druckregler in den Kraftstofftank zurück geführt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aktuell in Serie befindliche Kraftstoffsysteme für saugrohreinspritzende Ottomotoren verfügen über eine elektrische Kraftstoffpumpe (EKP). Sie wird über ein Relais mit Bordnetzspannung versorgt. Dabei nimmt sie nicht unerheblich Strom auf. Die dafür erforderliche Stromerzeugung im Generator kostet letztendlich einen Mehrverbrauch der Verbrennungskraftmaschine. Der Systemdruck im Kraftstoffsystem wird typischerweise durch einen mechanischen Druckregler eingestellt. Die Einspritzventile entnehmen Kraftstoff aus dem System. Der Systemdruck steht in allen Betriebspunkten konstant an. Unter der Annahme, dass die Bordnetzspannung konstant anliegt, fördert die EKP ein konstantes Volumen und nimmt dabei einen konstanten elektrischen Strom auf. Die Fördermenge von Kraftstoff, die nicht durch die Einspritzventile aus dem System entnommen wird, wird durch den mechanischen Druckregler in einen Kraftstofftank zurück geleitet. Der zurückströmende Kraftstoff wird dabei entspannt. Es wird Energie ohne direkten Nutzen vernichtet.
Aus der DE 197 37 988 B4 ist eine Einrichtung zum Betreiben einer Elektrokraftstoffpumpe in einem Motor eines Fahrzeugs bekannt. Hierbei ist ein Spannungsregler vorgesehen, der eine von einem Generator abgegebene Versorgungsspannung auf eine erste vorbestimmte Ausgangsspannung begrenzt und an die Elektrokraftstoffpumpe gibt. In Abhängigkeit von vorgebbaren Bedingungen, wie beispielsweise einer Motordrehzahl oder einer Generatordrehzahl, wird die Ausgangsspannung über die erste vorbestimmte Ausgangsspannung hinaus erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o. g. Art hinsichtlich Energieverbrauch und rücklaufender Kraftstoffmenge zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die elektrische Versorgungsspannung für die elektrische Kraftstoffpumpe auf einen vorbestimmten ersten Wert vorgesteuert wird und dass dem vorgesteuerten ersten Wert der elektrischen Versorgungsspannung ein Adaptionswert derart hinzu addiert wird, dass toleranz- und/oder alterungsbedingte individuelle Fördereigenschaften der elektrischen Kraftstoffpumpe ausgeglichen werden, so dass die elektrische Kraftstoffpumpe den Systemdruck aufbaut.
Dies hat den Vorteil, dass ein variabel einstellbarer Betriebspunkt für die elektrische Kraftstoffpumpe zur Verfügung steht, wobei ein Toleranzausgleich ohne zusätzliche Sensorik erfolgen kann. Dies erzielt eine Senkung des Energieverbrauchs der elektrischen Kraftstoffpumpe und damit eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs. Bei konstantem Systemdruck ist die in den Kraftstofftank über den mechanischen Druckregler rücklaufende Kraftstoffmenge reduziert. Damit einhergehend ist die Stromaufnahme der elektrischen Kraftstoffpumpe und die Erwärmung des Kraftstoffes im Kraftstofftank durch den aus der Kraftstoffsammelleitung rückströmenden Kraftstoff reduziert.
Eine Adaption ohne zusätzliche Sensorik erzielt man dadurch, dass der Adaptionswert in Abhängigkeit von einem Lambdawert bestimmt wird.
Zweckmäßigerweise wird der vorbestimmte erste Wert der elektrischen Versorgungsspannung für die elektrische Kraftstoffpumpe derart gewählt, dass die in den Kraftstofftank zurück geführte überschüssige Kraftstoffmenge minimiert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der vorbestimmte erste Wert der elektrischen Versorgungsspannung für die elektrische Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit von einer momentanen Kraftstoffentnahmemenge der Einspritzventile gewählt.
Zweckmäßigerweise wird der vorbestimmte erste Wert der elektrischen Versorgungsspannung für die elektrische Kraftstoffpumpe derart gewählt, dass bei einem vorbestimmten Systemdruck gilt Q_EKP = Q_EV + Q_Druckregler, wobei Q_EKP die Fördermenge der elektrischen Kraftstoffpumpe, Q_EV die Abströmmenge durch die Einspritzventile (EV) und Q_Druckregler die Abströmmenge über den Druckregler in den Kraftstofftank ist.
Einen optimalen Betriebspunkt für die elektrische Kraftstoffpumpe mit geringstem Kraftstoffrücklauf bei gleichzeitiger Sicherstellung des Systemsdruckes in der Kraftstoffsammelleitung erzielt man dadurch, dass die Bestimmung des Adaptionswertes in einer Adaptionsphase erfolgt, wobei der Adaptionswert beginnend von einem hohen Wert langsam abgesenkt wird, bis bei einem ersten Adaptionswert eine Kraftstoffrückströmmenge in den Kraftstofftank über den Druckregler null wird, wobei anschließend die Adaptionsphase beendet und auf den ersten Adaptionswert ein vorbestimmter Offsetwert hinzu addiert und als aktueller Adaptionswert eingefroren wird.
Zweckmäßigerweise wird die Adaptionsphase erneut aktiviert, wenn eine vorbestimme Anzahl von Betriebsstunden der Brennkraftmaschine verstrichen ist und/oder wenn eine Lambdaregelung der Brennkraftmaschine einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Zweckmäßigerweise wird zusätzlich der Adaptionswert am Beginn der Adaptionsphase auf einen hohen Wert gesetzt.
Zweckmäßigerweise wird der Kraftstoff in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine eingespritzt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der einzigen Zeichnungsfigur näher erläutert. Diese zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Kraftstoffeinspritzsystem zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das in der 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem einer ansonsten nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Motorsteuergerät 10 zum Ansteuern von Einspritzventilen 12 sowie zum Ansteuern einer Kraftstoffpumpenelektronik 14. Die Kraftstoffpumpenelektronik 14 dient zum Steuern einer elektrischen Kraftstoffpumpe 16 (EKP), die in einem Kraftstofftank 18 angeordnet ist und Kraftstoff zu einer Kraftstoffsammelleitung 20 fördert. Diese Kraftstoffsammelleitung 20 ist mit den Einspritzventilen 12 verbunden. Die Kraftstoffsammelleitung 20 ist ferner mit einem mechanischen Druckregler 22 verbunden, der einen vorbestimmten Systemdruck in der Kraftstoffsammelleitung 20 dadurch einstellt, dass der mechanischen Druckregler 22 eine bestimmte Kraftstoffmenge über eine Rücklaufleitung 24 in den Kraftstofftank 18 zurück leitet. Je höher dabei der durch die Fördermenge der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 erzeugte Druck in der Kraftstoffsammelleitung 20 über dem vorbestimmten Systemdruck liegt, desto mehr Kraftstoff wird über den mechanischen Druckregler 22 und die Rücklaufleitung 24 in den Kraftstofftank 18 zurück geleitet. Über die Steuerleitungen 26 und 28 wird ein pulsweitenmoduliertes Signal im kHz-Bereich, beispielsweise mit 20 kHz (PWM 20 kHz), übertragen. In den Druckregler 22 ist ggf. ein Kraftstofffilter integriert.
Erfindungsgemäß wird ein neuartiges Verfahren zum Einstellen des Betriebspunktes der EKP 16 vorgeschlagen, wobei die Rücklaufmenge von Kraftstoff, die über den Druckregler 22 zurück in den Kraftstofftank 18 fließt, reduziert wird. Damit einhergehend wird die Stromaufnahme der EKP 16 und die Erwärmung des Kraftstoffs im Kraftstofftank 18 reduziert.
Die EKP 16 wird nicht mehr wie bisher auf einem konstanten Betriebspunkt betrieben, sondern es wird stattdessen der Betriebspunkt variabel über die Versorgungsspannung eingestellt. Diese Versorgungsspannung wird von der Steuereinheit 10 festegelegt. In der Steuereinheit 10 ist ein geeignetes Verfahren zur Berechnung des Spannungswertes zur Ansteuerung der EKP 16 enthalten.
Grundsätzlich ist das Ansteuerkonzept derart ausgelegt, dass die Rücklaufmenge von Kraftstoff zurück in den Kraftstofftank 18 auf ein Minimum reduziert wird. Die Funktion des Druckreglers 22 ist damit gewährleistet. Der Systemdruck kann in der Kraftstoffsammelleitung 20 konstant gehalten werden. Die Fördermenge der EKP 16 wird entsprechend der momentanen Entnahmemenge der Einspritzventile 12 angepasst. Es gilt folgender formeltechnischer Zusammenhang: QEKP = QEV + QDruckregler wobei Q_EKP die Fördermenge der elektrischen Kraftstoffpumpe, Q_EV die Abströmmenge durch die Einspritzventile (EV) und Q_Druckregler die Abströmmenge über den Druckregler in den Kraftstofftang ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Ansteuerkonzept wird der Druck mittels des Druckreglers 22 mechanisch geregelt und die Fördermenge der EKP 16 über ein in dem Steuergerät 10 implementiertes Verfahren vorgesteuert.
Das Verfahren zur Berechnung des Spannungswertes zur Ansteuerung der EKP 16 umfasst eine Vorsteuerung und eine Adaption. Die Vorsteuerung berechnet den Spannungswert, der notwendig ist, um den vorbestimmten Systemdruck in der Kraftstoffsammelleitung 20 aufzubauen. Diese Vorsteuerung ist derart ausgelegt, dass der Druckaufbau auch bei schlechten Fördereigenschaften der EKP 16 gewährleistet ist. Fahrzeugindividuelle Fördereigenschaften werden nicht in der Vorsteuerung berücksichtigt. Schlechte Fördereigenschaften der EKP 16 können im Neuzustand durch ungünstige Toleranzlagen der Bauteile der EKP 16 entstehen. Über die Lebensdauer der EKP 16 können Verschleiß und Ablagerungen im Antrieb und in der Pumpenstufe zu schlechten Fördereigenschaften der EKP 16 führen.
Die Adaption dient als Korrekturwert, der durch ein geeignetes Verfahren die individuellen Fördereigenschaften der EKP 16 berücksichtigt. Ermittelt wird dieser Wert auf Basis des Wertes für die Lambdaregelung. Liegt der richtige Systemdruck an, kann durch die Kraftstoffeinspritzventile 12 die richtige Kraftstoffmenge eingespitzt werden. Die Lambdaregelung muss nur wenig korrigieren. Wird der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffsammelleitung 20 gesenkt, kann nicht mehr die richtige Kraftstoffmenge eingespritzt werden. Der Lambdaregler gleicht diese Störung wieder aus. Der Lambdawert verändert sich. Dieser Zusammenhang wird für die Adaption des Kraftstoffsystems genutzt.
Während der aktiven Adaptionsphase wird der Adaptionswert bei einem hohen Wert beginnend langsam gesenkt. Damit verbunden verkleinert sich die Fördermenge der EKP 16. Dies kann solange erfolgen, bis die Rückströmmenge von Kraftstoff über die Rücklaufleitung 24 in den Kraftstofftank 18 nicht mehr vorhanden ist bzw. zu null wird. Ab diesem Zeitpunkt führt eine Reduktion des Adaptionswertes zur einer Verminderung des Ist-Systemdruckes unter den vorbestimmten Systemdruck bzw. den Soll-Systemdruck. Als Folge beginnt sich der Lambdawert zu ändern. Der erste Adaptionswert, der in diesem Moment anliegt, wird eingefroren. Die Adaptionsphase ist beendet. Auf den eingefrorenen ersten Adaptionswert wird ein Sicherheitsoffset addiert. Damit ist sichergestellt, dass der mechanische Druckregler 22 eine minimale Rückströmmenge in den Kraftstofftank 18 abführt und die Reglung für den Systemdruck in der Kraftstoffsammelleitung 20 korrekt arbeitet. Mit dem eingefrorenen ersten Adaptionswert plus Sicherheitsoffset wird das System weiter betrieben. Erneuter Adaptionsbedarf besteht nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden der Brennkraftmaschine oder wenn die Lambdaregelung bestimmte Grenzwerte überschreitet. Als Vorsichtsmaßnahme sollte in diesem Fall der Adaptionswert auf den Ausgangswert zurückgesetzt werden. Die Fördermenge der EKP 16 steigt wieder an.

10: Motorsteuergerät
12: Einspritzventil
14: Kraftstoffpumpenelektronik
16: elektrische Kraftstoffpumpe
18: Kraftstofftank
20: Kraftstoffsammelleitung
22: mechanischer Druckregler
24: Rücklaufleitung
26: Steuerleitung
28: Steuerleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19737988 B4 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor oder Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei Kraftstoff von einer elektrischen Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstofftank über eine Kraftstoffsammelleitung an Kraftstoffeinspritzventile gepumpt wird, wobei der elektrischen Kraftstoffpumpe eine variable elektrische Versorgungsspannung zugeführt wird und wobei eine von der elektrischen Kraftstoffpumpe in die Kraftstoffsammelleitung geförderte überschüssige Kraftstoffmenge, welche über diejenige Kraftstoffmenge hinaus geht, die erforderlich ist, um einen vorbestimmten Systemdruck in der Kraftstoffsammelleitung zu erzeugen sowie um eine von den Kraftstoffeinspritzventilen abgegebene Kraftstoffmenge zu decken, über einen Druckregler in den Kraftstofftank zurück geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Versorgungsspannung für die elektrische Kraftstoffpumpe auf einen vorbestimmten ersten Wert vorgesteuert wird und dass dem vorgesteuerten ersten Wert der elektrischen Versorgungsspannung ein Adaptionswert derart hinzu addiert wird, dass toleranz- und/oder alterungsbedingte individuelle Fördereigenschaften der elektrischen Kraftstoffpumpe ausgeglichen werden, so dass die elektrische Kraftstoffpumpe den Systemdruck aufbaut.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adaptionswert in Abhängigkeit von einem Lambdawert bestimmt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte erste Wert der elektrischen Versorgungsspannung für die elektrische Kraftstoffpumpe derart gewählt wird, dass die den Kraftstofftank zurück geführte überschüssige Kraftstoffmenge minimiert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte erste Wert der elektrischen Versorgungsspannung für die elektrische Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit von einer momentanen Kraftstoffentnahmemenge der Einspritzventile gewählt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte erste Wert der elektrischen Versorgungsspannung für die elektrische Kraftstoffpumpe derart gewählt wird, dass bei einem vorbestimmten Systemdruck gilt: QEKP = QEV + QDruckregler,wobei Q_EKP die Fördermenge der elektrischen Kraftstoffpumpe, Q_EV die Abströmmenge durch die Einspritzventile (EV) und Q_Druckregler die Abströmmenge über den Druckregler in den Kraftstofftank ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Adaptionswertes in einer Adaptionsphase erfolgt, wobei der Adaptionswert beginnend von einem hohen Wert langsam abgesenkt wird, bis bei einem ersten Adaptionswert eine Kraftstoffrückstrommenge in den Kraftstofftank über den Druckregler null wird, wobei anschließend die Adaptionsphase beendet und auf den ersten Adaptionswert ein vorbestimmter Offsetwert hinzu addiert und als aktueller Adaptionswert eingefroren wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptionsphase nach einer vorbestimmen Anzahl von Betriebsstunden der Brennkraftmaschine erneut aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptionsphase erneut aktiviert wird, wenn eine Lambdaregelung der Brennkraftmaschine einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der Adaptionswert am Beginn der Adaptionsphase auf einen hohen Wert gesetzt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff in ein Saugrohr der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.