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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Drucks in
einem Kraftstoffreservoir eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung
betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Einstellen des Drucks in einem
Kraftstoffreservoir.
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Stand der Technik
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Bei
Brennkraftmaschinen, die mit gasförmigen Kraftstoffen betrieben
werden, wird in der Regel der Kraftstoff unter hohem Druck in einem
Kraftstoffvorratsbehälter gelagert. Von dort wird der unter Druck
stehende Kraftstoff in Leitungen zu einem Druckregelmodul geleitet,
welches den Kraftstoff auf den gewünschten Betriebsdruck
entspannt. Der nun unter geringerem Druck vorliegende Kraftstoff
wird einem Kraftstoffreservoir (Rail) zugeführt. Von dem Kraftstoffreservoir
wird der Kraftstoff über ein oder mehrere Einblaseventile
in die Zylinder des Verbrennungsmotors geleitet, um diese letztlich
mit der benötigten Kraftstoffmenge zu versorgen.
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Das
eingesetzte Druckregelmodul wird häufig mechanisch realisiert.
Bekannt sind Federmembransysteme oder Kolbendruckminderer, deren
Wirkungsweise auf einem Kräftegleichgewicht zwischen Druckkräften
und Federkräften beruht. Zwischen einer bestimmten Vorspannung
der Feder und einer der druckbeaufschlagten Fläche entsprechenden Druckkraft
stellt sich ein Gleichgewicht ein, welches im Druckminderer die
Position eines Verschlusselementes bestimmt. Dadurch wird die Größe
eines Drosselquerschnitts bestimmt, der der kraftstoffdurchströmten
Fläche entspricht. Die Größe des Drosselquerschnitts
bestimmt den Kraftstofffluss durch das Druckregelventil.
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In
der Regel wird bei Brennkraftmaschinen die Vorspannung der Feder
im Druckregelventil einmalig manuell eingestellt, wodurch der Betriebsdruck im
Kraftstoffreservoir über die Betriebsdauer des Fahrzeugs
auf konstantem Niveau gehalten wird. Während des Betriebs
wird dann der Betriebsdruck nicht mehr verändert.
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Je
nach Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine (Lastfall, Drehzahl,
bereitstehende Kraftstoffmenge usw.) kann es jedoch von Vorteil sein,
den Betriebsdruck im laufenden Betrieb variabel zu gestalten. Beispielsweise
kann bei hohen Drehzahlen und Volllast ein hoher Kraftstoffdruck
von Vorteil sein, um eine ausreichende Kraftstoffmenge trotz der
sehr geringen Einblasezeiten aufgrund der hohen Drehzahl den Zylindern
zuzuführen. Andererseits kann ein geringerer Kraftstoffdruck
die Reichweite eines mit der Brennkraftmaschine versehenen Kraftfahrzeugs
steigern, was bei geringen Tankfüllungen sinnvoll sein
kann.
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Aus
den Druckschriften
EP
1 593 823 A1 und
EP
0 710 905 A1 sind ansteuerbare Druckregelventile bekannt,
bei der die Größe des Drosselquerschnitts durch
ein Magnetproportionalventil variabel eingestellt wird. Je nach
Ansteuerung des Magnetventils wird ein Verschlusselement gegen eine
Federkraft bewegt und dadurch eine bestimmte Querschnittsfläche
eingestellt, die den Kraftstofffluss in das Kraftstoffreservoir
und dadurch den Betriebsdruck bestimmt. Die Ansteuerung der Druckregelventile
wird gemäß einer Regelung so durchgeführt,
dass ein einstellbarer Soll-Druck in dem Kraftstoffreservoir erreicht
wird. Diese beschriebenen Druckregelungen verwenden jeweils ein
Proportionalventilkonzept, bei dem durch Änderung der Ansteuerung
des Druckregelventils die durchströmte Querschnittsfläche
des Druckregelventils angepasst wird. Bei sehr hohem Kraftstoffdruck
im Kraftstoffvorratsbehälter sind jedoch sehr geringe Stellbewegungen
notwendig, um signifikante Änderungen des Betriebsdruckes
einzustellen. Zur Realisierung der geringen Stellbewegungen sind
nur geringe Stellkräfte für das in dem Druckregelventil
vorgesehenen Verschlusselements notwendig. Diese geringen Stellkräfte
können zum Teil unter den Haftreibungswerten des Verschlusselements
liegen, wodurch sich eine ungenügende Regelbarkeit des
Betriebsdrucks in dem Kraftstoffreservoir ergibt und die Gefahr
von Schwingungen im Druckverlauf besteht.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Einstellen
eines Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffreservoir mit einem ansteuerbaren Druckregelventil
zur Verfügung zu stellen, bei dem der Betriebsdruck in
dem Kraftstoffreservoir in verbesserter Weise geregelt werden kann.
Insbesondere soll die oben erwähnte Problematik der Haftreibung
bei der Ansteuerung des Druckregelventils mit geringen Stellgrößenänderungen
vermieden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren zum Einstellen eines Kraftstoffdrucks
in einem Kraftstoffreservoir gemäß Anspruch 1
sowie durch die Steuereinheit, das Kraftstoffzuführungssystem
und das Computerprogrammprodukt gemäß den nebengeordneten
Ansprüchen gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem
Aspekt ist ein Verfahren zum Einstellen eines Drucks in einem Kraftstoffreservoir einer
Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Druckregelventils vorgesehen.
Ein Druckregelventil wird mit Hilfe eines von einer Stellgröße
abhängigen Ansteuersignals so angesteuert, dass das Druckregelventil
einen ersten Öffnungszustand für eine erste Zeitdauer und
einen zweiten Öffnungszustand für eine zweite Zeitdauer
wechselweise einnimmt, um eine durch die Stellgröße
vorgegebene Kraftstoffzufuhr in das Kraftstoffreservoir zu realisieren.
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Insbesondere
kann die Stellgröße anhand einer Druckregelung
bestimmt werden, die abhängig von einem Soll-Druck im Kraftstoffreservoir
und einem im Kraftstoffreservoir vorliegenden Ist-Druck die Stellgröße
ermittelt.
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Das
obige Verfahren sieht vor, ein Druckregelventil für eine
gasbetriebene Brennkraftmaschine mit einer variablen ersten und
zweiten Zeitdauer anzusteuern, um den Kraftstoffdruck in einem Kraftstoffreservoir
entsprechend einer vorgebbaren Stellgröße einzustellen.
Die Stellgröße kann z. B. bei hohen, flussaufwärts
an dem Druckregelventil anliegenden Kraftstoffdrücken nur
geringe Änderungen aufweisen, die zu einer Stellkraft führen,
die sehr gering ist. Um zu vermeiden, dass bei geringen Änderungen
der Stellkraft das Druckregelventil nicht mehr ausreichend genau
eingestellt werden kann, ist nun vorgesehen, das Druckregelventil
so anzusteuern, dass Änderungen der Stellung des Druckregelventils
bewirkt werden, d. h. eine Änderung im Öffnungszustand
erreicht wird. Um eine präzise Einstellung des Drucks im
Kraftstoffreservoir abhängig von einem Betriebszustand
zu ermöglichen, werden die Zeitdauern der Öffnungszustände
variabel gemäß einem Tastverhältnis eingestellt.
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Durch
eine derartige Ansteuerung des Druckregelventils kann weiterhin
vermieden werden, dass bei geringen Änderungen der Stellgröße,
die durch eine nur geringe Stellkraftänderung eine entsprechende
Verstellung des Druckregelventils z. B. aufgrund der Haftreibung
nicht erfolgt.
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Das
Ansteuersignal kann periodisch sein und die Summe der ersten Zeitdauer
und der zweiten Zeitdauer einer Periodendauer des Ansteuersignals entsprechen.
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Weiterhin
kann der erste Öffnungszustand einem vollständig
geöffneten Druckregelventil und/oder der zweite Öffnungszustand
einem vollständig geschlossenen Druckregelventil entsprechen. Diese Öffnungszustände
ermöglichen die Ansteuerung des Druckregelventils mit festgelegten,
vorgebbaren Spannungspegeln.
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Alternativ
oder zusätzlich kann während des ersten Öffnungszustands
das Ansteuersignal ein erstes pulsweitenmodulierten Signal umfassen
und/oder während des zweiten Öffnungszustands
kann das Ansteuersignal ein zweites pulsweitenmoduliertes Signal
umfassen, wobei die pulsweitenmodulierten Signale eine Grundfrequenz
aufweisen, bei der das Druckregelventil den Pegeländerungen
des pulsweitenmodulierten Signals nicht folgen kann. Dadurch kann
eine präzise Einstellung des Durchlassquerschnitts des
Druckregelventils erreicht werden.
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Zwei
Druckregelventile können gemäß der Stellgröße
jeweils mit einem Ansteuersignal der oben beschriebenen Art angesteuert
werden, wobei die Ansteuersignale so ausgebildet sind, dass sich
diejenigen Öffnungszustände der Druckregelventile,
bei denen jeweils ein höherer Kraftstofffluss durch das Druckregelventil
fließt, sich möglichst wenig überlappen.
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Weiterhin
kann mindestens ein weiteres Druckregelventil so angesteuert werden,
dass es in einem ersten Öffnungszustand, bei dem ein höherer Kraftstofffluss
durch das Druckregelventil fließt als bei einem zweiten Öffnungszustand,
versetzt wird, wenn der durch die Stellgröße geforderte
Kraftstofffluss mindestens dem durch den ersten Öffnungszustand
bewirkte Kraftstofffluss entspricht, und dass es in den zweiten Öffnungszustand
versetzt wird, wenn der durch die Stellgröße geforderte
Kraftstofffluss geringer ist als der durch den ersten Öffnungszustand bewirkte
Kraftstofffluss.
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Das
Ansteuersignal kann abhängig von einem Einblasesignal zur
Ansteuerung von mindestens einem Einblaseventil zum Zuführen
von Kraftstoff in Zylinder der Brennkraftmaschine an das Druckregelventil
angelegt werden, um Zufuhr von Kraftstoff durch das Druckregelventil
und Abfuhr von Kraftstoff durch das Einblaseventil in und aus dem
Kraftstoffreservoir im wesentlichen zeitgleich durchzuführen. Dadurch
können Druckpulsationen im Kraftstoffreservoir reduziert
werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Kraftstoffzuführungssystem für
eine gasbetriebene Brennkraftmaschine vorgesehen. Das Kraftstoffzuführungssystem
umfasst ein Kraftstoffreservoir zum Bereitstellen eines Kraftstoffes
unter einem vorgegebenen Druck, ein Druckregelventil zum Zuführen
von unter höherem Druck bereitgestelltem Kraftstoff in das
Kraftstoffreservoir sowie eine Steuereinheit. Die Steuereinheit
kann ausgebildet sein, um das Druckregelventil mit Hilfe eines von
einer Stellgröße abhängigen Ansteuersignals
so anzusteuern, dass das Druckregelventil wechselweise für
eine erste Zeitdauer einen ersten Öffnungszustand und für
eine zweite Zeitdauer einen zweiten Öffnungszustand einnimmt,
um eine durch die Stellgröße vorgegebene Kraftstoffzufuhr
in das Kraftstoffreservoir zu realisieren.
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Weiterhin
können zwei Druckregelventile vorgesehen sein, wobei die
Steuereinheit ausgebildet ist, die zwei Druckregelventile gemäß der
Stellgröße jeweils mit einem Ansteuersignal anzusteuern, wobei
die Ansteuersignale so ausgebildet sind, dass sich diejenigen Öffnungszustände
der Druckregelventile, bei denen ein höherer Kraftstofffluss
durch das Druckregelventil fließt, möglichst wenig überlappen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann mindestens ein weiteres Druckregelventil
vorgesehen sein, das so angesteuert wird, dass es in den ersten Öffnungszustand,
bei denen ein höherer Kraftstofffluss durch das Druckregelventil
fließt als bei einem zweiten Öffnungszustand,
versetzt wird, wenn der durch die Stellgröße geforderte
Kraftstofffluss mindestens dem durch den ersten Öffnungszustand
bewirkten Kraftstofffluss entspricht, und dass es in den zweiten Öffnungszustand
versetzt wird, wenn der durch die Stellgröße geforderte
Kraftstofffluss geringer ist als der durch den ersten Öffnungszustand
bewirkte Kraftstofffluss.
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Weiterhin
kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um das Ansteuersignal abhängig
von einem Einblasesignal zur Ansteuerung eines Einblaseventils zum
Zuführen von Kraftstoff in Zylinder der Brennkraftmaschine
an das Druckregelventil anzulegen, um Zufuhr von Kraftstoff durch
das Druckregelventil und Abfuhr von Kraftstoff durch das Einblaseventil
in und aus dem Kraftstoffreservoir im Wesentlichen zeitgleich durchzuführen.
Dadurch können Druckpulsationen im Kraftstoffreservoir
reduziert werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das einen Programmcode
enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit
ausgeführt wird, das obige Verfahren ausführt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffzuführungssystems
für eine Brennkraftmaschine gemäß einer
Ausführungsform;
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2 ein
Signal-Zeit-Diagramm zur Darstellung des Ansteuersignals für
das Druckregelventil der Ausführungsform der 1
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3 eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffzuführungssystems
für eine Brennkraftmaschine gemäß einer
weiteren Ausführungsform mit zwei Druckregelventilen;
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4 ein
Signal-Zeit-Diagramm zur Darstellung der Ansteuersignale für
das Druckregelventil der Ausführungsform der 3;
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5 eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffzuführungssystems
für eine Brennkraftmaschine gemäß einer
weiteren Ausführungsform mit drei Druckregelventilen;
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6 ein
Signal-Zeit-Diagramm zur Darstellung der Ansteuersignale für
das Druckregelventil der Ausführungsform der 3;
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7 eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffzuführungssystems
für eine Brennkraftmaschine gemäß einer
weiteren Ausführungsform mit vier Druckregelventilen; und
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8 ein
Signal-Zeit-Diagramm zur Darstellung der Ansteuersignale für
das Druckregelventil der Ausführungsform der 7.
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In
den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen entsprechen
gleiche Bezugszeichen Elementen gleicher bzw. vergleichbarer Funktion.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt
schematisch ein Kraftstoffzuführungssystem für
eine Brennkraftmaschine 30 zum Betreiben mit einem gasförmigen
Kraftstoff. Gasförmige Kraftstoffe werden üblicherweise
in einem Kraftstoffvorratsbehälter 1 unter Druck
gelagert und über eine geeignete Kraftstoffleitung 20 entnommen.
Da der gasförmige Kraftstoff der Brennkraftmaschine 30 für
einen ordnungsgemäßen Betrieb in der Regel mit einem
geringeren Druck bereitgestellt werden muss, führt die
Kraftstoffleitung 20 den Kraftstoff einem Druckminderer 2 zu,
der Kraftstoff von dem Kraftstoffvorratsbehälter 1 unter
hohem Kraftstoffdruck in einem gemeinsamen Kraftstoffreservoir 3 (Common Rail)
unter einem reduzierten Betriebsdruck bereitstellt. Aus dem gemeinsamen
Kraftstoffreservoir 3 wird der Kraftstoff dann über
ein oder mehrere (im vorliegenden Beispiel vier) Einblaseventile 4 den
entsprechenden Zylindern der Brennkraftmaschine 30 zugeführt.
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Um
den Kraftstoffdruck im Kraftstoffreservoir 3 an Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine 30 bzw. des damit betriebenen Kraftfahrzeugs
anpassen zu können, ist eine Druckregelung vorgesehen,
die in einer entsprechenden Steuereinheit 6 realisiert
ist. Die Steuereinheit 6 ist mit einem Drucksensor 5 verbunden,
der an dem Kraftstoffreservoir 3 vorgesehen ist, um den
darin herrschenden Kraftstoffdruck zu detektieren. Die Steuereinheit 6 steuert den
Druckminderer 2 abhängig von einem vorgegebenen
bzw. vorgebbaren Soll-Druck, der sich beispielsweise aus einem gewünschten
oder festgestellten Betriebszustand der Brennkraftmaschine 30 ergibt,
und von dem über den Drucksensor 5 gemessenen
Ist-Druck im Kraftstoffreservoir 3 an.
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Im
Druckminderer 2 ist ein Druckregelventil 7 vorgesehen,
das durch ein geeignetes Ansteuersignal von der Steuereinheit 6 gemäß einer
bestimmten durch die Druckregelung bestimmten Stellgröße
angesteuert wird. Das Druckregelventil 7 kann mit einem
beweglichen Verschlusselement ausgebildet sein, das über
einen geeigneten Aktor z. B. piezoelektrisch, magnetisch usw. angesteuert
wird, um einen vorgegebenen Durchlassquerschnitt einzustellen.
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Die
Stellgröße ergibt sich aus dem in der Steuereinheit 6 realisierten
Regelungskonzept und ist abhängig von dem Ist-Druck im
Kraftstoffreservoir und dem vorgegebenen Soll-Druck. Die Stellgröße wird
in der Steuereinheit 6 in ein erstes Ansteuersignal SV1
umgesetzt, das beispielsweise dem der 2 entsprechen
kann. Das Ansteuersignal ist periodisch mit einer Periodendauer
T und weist einen ersten Zeitraum T1 auf,
zu dem das Druckregelventil 7 geöffnet ist bzw.
in einen ersten Öffnungszustand versetzt wird, und einen
zweiten Zeitraum T2, zu dem das Druckregelventil
geschlossen ist bzw. in einen zweiten Öffnungszustand versetzt
wird. Der zweite Öffnungszustand bewirkt einen geringeren
Durchlassquerschnitt und damit einen geringeren Kraftstofffluss
als der erste Öffnungszustand.
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Der
Einfachheit halber kann das erste Ansteuersignal SV1 mit logischen
Pegeln 1 und 0, die beispielsweise festgelegten Spannungspegeln
entsprechen, bereitgestellt, wobei das Ansteuersignal mit dem logischen
Pegel 1 das Druckregelventil 7 öffnet und der
logische Pegel 0 des Ansteuersignals das Druckregelventil 7 schließt.
Das Tastverhältnis ist definiert als das Verhältnis
der Zeitdauer T1 zur Gesamtperiodendauer
T und bestimmt die durchschnittliche Menge an Kraftstoff, die in
das Kraftstoffreservoir einströmen kann, d. h. bestimmt
den mittleren Kraftstofffluss. Auf diese Weise kann die Stellgröße als
die dem Kraftstoffreservoir 3 zugeführte Kraftstoffmenge
realisiert werden.
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Die
Periodendauer T sowie die einzelnen Zeitdauern T1,
T2 sind mindestens so groß, dass
das Druckregelventil 7 den von dem Ansteuersignal vorgegebenen Öffnungszustand,
d. h. Stellung des Druckregelventils bzw. Durchlassquerschnitt,
einstellen bzw. erreichen kann, d. h. bei dem logischen Pegel 1
des Ansteuersignals, d. h. bei Anlegen des entsprechenden Spannungspegels,
bewegt sich das Druckregelventil in die Offen-Stellung und erreicht diese,
und bei dem logischen Pegel 0 des Ansteuersignals, d. h. bei Anlegen
des entsprechenden Spannungspegels, wird das Druckregelventil 7 bewegt sich
das Druckregelventil in die Geschlossen-Stellung und erreicht diese.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform mit zwei Druckregelventilen 7, 8 dargestellt.
Die beiden Druckregelventile werden mit dem ersten und einem zweiten
Ans teuersignalen SV1, SV2 angesteuert, so dass die beiden Druckregelventile 7, 8 jeweils mit
einem von der Steuereinheit 6 vorgegebenen Tastverhältnis
gemäß der geforderten Stellgröße
angesteuert werden. Die Tastverhältnisse beider Ansteuersignale
SV1, SV2 können gleich oder voneinander verschieden sein
und bewirken, dass im Mittel die gewünschte Kraftstoffmenge
dem Kraftstoffreservoir 3 zugeführt wird.
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Es
ist vorteilhaft, dass die Ansteuersignale so aneinander angepasst
sind, dass die beiden Druckregelventile 7, 8 intermittierend
in einen geöffneten Zustand versetzt werden. Dies ist als
Beispiel in 4 dargestellt, wobei die Ansteuersignale
ein Tastverhältnis von jeweils unter 50% in den Druckregelventilen 7, 8 realisieren
und der geöffnete Zustand des ersten Druckregelventils 7 jeweils
während eines geschlossenen Zustands des zweiten Druckregelventils 8 vorgesehen
ist. Bei Tastverhältnissen der Ansteuersignale über
50% sollte zumindest die Zeitdauer, während der eines der
Druckregelventile 7, 8 geschlossen ist, das entsprechende
andere Druckregelventil 7, 8 geöffnet
sein. Auf diese Weise lassen sich Druckschwankungen in dem Kraftstoffreservoir 3 reduzieren.
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Die
Druckregelventile 7, 8 weisen den gleichen Durchlassquerschnitt
auf, können jedoch unter Umständen auch mit verschiedenen
Durchlassquerschnitte versehen sein, wenn die Tastverhältnisse der
entsprechenden Ansteuersignale dies berücksichtigen.
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Bei
maximaler Ansteuerung weisen die Tastverhältnisse der beiden
Druckregelventile 7, 8 100% auf, d. h. das erste
und zweite Druckregelventil 7, 8 sind konstant
geöffnet.
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In 5 ist
eine weitere Ausführungsform dargestellt. Die Ausführungsform
der 5 weist einen Druckminderer auf, mit drei Druckregelventilen 7, 8, 9,
wobei zwei der Druckregelventile 7, 8 den gleichen
Querschnitt ASV1, ASV2 aufweisen
und ein weiteres Druckregelventil 9 die Summe der Durchlassquerschnitte
der beiden anderen Druckregelventile 7, 8 aufweist.
D. h. im Fall, dass die Druckregelventile 7, 8 einen
gleichen Durchlassquerschnitt aufweisen, beträgt der Durchlassquer schnitt
des Druckregelventils 9 das Doppelte des Durchlassquerschnitts
des ersten bzw. zweiten Druckregelventils 7, 8.
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Aufgrund
des erhöhten Durchlassquerschnitts des dritten Druckregelventils 9 ist
es nicht zweckmäßig, dieses mit schnell wechselnden
Ansteuerpulsen anzusteuern, da dadurch hohe Druckschwankungen in
dem Kraftstoffreservoir 3 hervorgerufen würden.
Aus diesem Grunde werden die Druckregelventile 7, 8, 9 angesteuert,
so dass, solange die notwendige Kraftstoffmenge von dem ersten und zweiten
Druckregelventil 7, 8 bereitgestellt werden kann,
das dritte Druckregelventil 9 geschlossen ist. Die Druckregelventile 7, 8, 9 werden
weiterhin angesteuert, so dass sobald die geforderte Kraftstoffmenge
diejenige Kraftstoffmenge übersteigt, die von dem ersten
und zweiten Druckregelventil 7, 8 maximal bereitgestellt
werden kann, das dritte Druckregelventil 9 dauerhaft geöffnet
wird und die Ansteuerung des ersten und zweiten Druckregelventils 7, 8 mit
den entsprechenden Ansteuersignalen SV1, SV2 an den bereits über
das dritte Druckregelventil 9 bereitgestellten Kraftstofffluss
angepasst wird. Die Anpassung erfolgt so, dass der Gesamtkraftstofffluss
in das Kraftstoffreservoir 3 dem durch die Stellgröße
geforderten entspricht. Der Zustand, bei dem das dritte Druckregelventil 9 geöffnet
ist, ist in dem Signal-Zeit-Diagramm der 6 dargestellt.
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Bei
weiteren Ausführungsformen mit mehr als drei Druckregelventilen,
wie z. B. der Ausführungsform der 7 mit vier
Druckregelventilen 7, 8, 9, 10 erfolgt
die Ansteuerung der Druckregelventile analog. In der Ausführungsform
der 7 wird das erste und zweite Druckregelventil 7, 8 wie
oben beschrieben mit entsprechenden Ansteuersignalen SV1, SV2 mit
dem durch die Stellgröße bestimmten Tastverhältnis
eingestellt. Das dritte Druckregelventil 9 weist einen
Durchlassquerschnitt auf, der der Summe der Durchlassquerschnitte
des ersten und zweiten Druckregelventils 7, 8,
entspricht. Das vierte Druckregelventil 10 weist einen
Durchlassquerschnitt auf, der der Summe der Durchlassquerschnitte
des ersten, zweiten und dritten Druckregelventils 7, 8, 9 entspricht.
Wie bei dem dritten Druckregelventil 9 der Ausführungsform
der 5 wird auch bei dem vierten Druckregelventil 10 erst
dann geöffnet, wenn ein Kraftstofffluss durch die Stellgröße
gefordert wird, der größer ist als der Kraftstofffluss,
der von einem permanent geöffneten vierten Druckregelventil 10 bereitgestellt
wird. D. h., auch in der Ausführungsform der 7 werden
das dritte und vierte Druckregelventil 9, 10 nicht
mit periodisch wechselnden Ansteuersignalen angesteuert, die zu
einem periodischen Öffnen und Schließen der Druckregelventile
führen würden, wie es bei dem ersten und zweiten
Druckregelventil 7, 8 der Fall ist.
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Im
Wesentlichen ist die Anzahl der Druckregelventile für den
Druckminderer 2 beliebig. Auch die Anzahl der Druckregelventile,
die durch Ansteuersignale mit periodisch wechselnden Signalpegeln
mit einem Tastverhältnis angesteuert werden, kann mehr als
zwei betragen. Es sollte sich jedoch hierbei um Druckregelventile
mit einem möglichst geringen Durchlassquerschnitt handeln,
da ansonsten bei einer Ansteuerung mit einem Tastverhältnis
Druckpulsationen mit zu hoher Amplitude in das Kraftstoffreservoir 3 eingebracht
werden.
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Die
Druckregelventile mit höherem Durchlassquerschnitt, die
nicht durch Ansteuersignale mit periodisch wechselnden Signalpegeln
mit einem Tastverhältnis angesteuert werden, sondern die
entsprechend den geforderten Stellgrößen permanent
geöffnet bzw. geschlossen sind, können mit verschiedenen
Durchlassquerschnitten vorgesehen sein, die es ermöglichen,
durch geeignete Kombination verschiedene Kraftstoffflüsse
in das Kraftstoffreservoir 3 einzustellen.
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Die
Auslegung der Druckregelventile 7, 8 richtet sich
nach der Höhe der im Kraftstoffreservoir 3 zulässigen
Druckschwankungen, die durch eine geeignete Funktion in der Steuereinheit 6 kompensiert werden
können. Je größer die Durchlassquerschnitte der
Druckregelventile 7, 8 sind, desto größer
sind auch die Amplituden der Druckschwankungen, die durch einen
Schaltvorgang verursacht werden.
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Um
die Größe der Amplituden der Druckschwankungen
in dem Kraftstoffreservoir 3 zu verringern, sollte die
Ansteuerung derjenigen Druckregelventile 7, 8,
die mit dem Ansteuersignal mit einem Tastverhältnis angesteuert
werden, mit einer möglichst kleinen Periodendauer, d. h.
mit einer möglichst hohen Frequenz erfolgen, so dass die
Amplitude der Druckschwankungen im Kraftstoffreservoir minimiert werden
kann.
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Die
Frequenz der Ansteuerung, d. h. die minimale Periodendauer, die
zulässig ist, ergibt sich durch die Ventilcharakteristik
der entsprechenden Druckregelventile 7, 8, wobei
die schnellstmöglichen Schaltzeiten, d. h. die Ansprechzeiten
der Druckregelventile maßgeblich sind. Das Ansteuersignal muss
stets so gestaltet sein, dass das Druckregelventil bzw. die Druckregelventile 7, 8 dem
Signalverlauf des Ansteuersignals folgen kann, d. h. das betreffende
Druckregelventil 7, 8 muss auch bei hohen und
niedrigen Tastverhältnissen die Offen-Stellung bzw. die
Geschlossen-Stellung vollständig oder annähernd
vollständig erreichen.
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Durch
die Schaltvorgänge der beiden Druckregelventile 7, 8 mit
den geringsten Durchlassquerschnitten werden Druckpulsationen in
das Kraftstoffreservoir 3 eingeleitet, die sich mit den
eingeleiteten Pulsationen durch die ebenfalls periodisch erfolgenden Öffnungsvorgänge
der Einblaseventile 4 überlagern. Eine weitere
Möglichkeit zur Verringerung der Amplitude der Druckschwankungen
besteht daher darin, die Ansteuerung der Druckregelventile 7, 8 sowie
die Ansteuerung der Einblasventile 4 zu synchronisieren.
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Vorzugsweise
steuert die Steuereinheit 6 die Druckregelventile 7, 8 so
an, dass ein Öffnen der entsprechenden Druckregelventile 7, 8 zu
einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem auch ein Öffnen eines oder mehrerer
der Einblasventile 4 erfolgt. Das bedeutet, dass in dem
Moment, in dem Kraftstoff dem Kraftstoffreservoir 3 durch
die Einblaseventile 4 entnommen wird, gleichzeitig Kraftstoff
durch die Druckregelventile 7, 8 zugeführt
wird. Dadurch verringert sich der Gradient des Druckanstiegs in
dem Kraftstoffreservoir 3 deutlich. Zusätzlich
zu dem Vorteil der verringerten Amplitude der Druckschwankungen
ergeben sich Vorteile bei der Geräuschentwicklung. Durch
die Synchronisation der Ansteuerung der Einblasventile 4 und
der Druckregelventile 7, 8 können die
durch die Schaltvorgänge der Druckregelventile 7, 8 hervorgerufenen
Geräusche reduziert werden.
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Die
Synchronisation kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Periodendauer
zur Ansteuerung des Druckregelventils bzw. der Druckregelventile 7, 8 als
Summe der ersten Zeitdauer und der zweiten Zeitdauer an die Drehzahl
des Mo tors, d. h. an die Periodendauer der Einblasesignale angeglichen wird,
mit der die Einblaseventile angesteuert werden. Dann ist lediglich
ein Ausgleichen der Phasenverschiebung zwischen den beiden Ansteuersignalverläufen
notwendig, um den Zeitpunkt des Einnehmens des ersten Öffnungszustandes
mit dem Zeitpunkt des Öffnens eines der Einblaseventile
in Übereinstimmung zu bringen.
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Die
vorliegenden Ausführungsformen beschreiben den Fall, bei
dem die Druckregelventile mit einem logischen Pegel des Ansteuersignals
vollständig geöffnet bzw. vollständig
geschlossen werden. Es ist jedoch auch möglich, verschiedene Öffnungszustände
der Druckregelventile vorzusehen und diese entsprechend einem geeigneten
Ansteuersignal mit einem Tastverhältnis einzustellen. D.
h. anstelle eines vollständig geöffneten Druckregelventils,
das durch einen logischen Pegel 1 des Ansteuersignals bewirkt wird,
kann ein erster Öffnungszustand des Druckregelventils durch
ein geeignetes erstes pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal erfolgen.
Die pulsweitenmodulierte Ansteuerung erfolgt in einer Frequenz,
bei der das Druckregelventil den Pegeländerungen des Ansteuersignals
nicht folgen kann.
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Anstelle
des vollständig geschlossenen Zustands, der bei einem logischen
Pegel 0 des Ansteuersignals von dem Druckregelventil eingenommen wird,
kann weiterhin ein zweiter Öffnungszustand durch ein entsprechend
zweites pulsweitenmoduliertes Ansteuersignal eingestellt werden,
wobei der zweite Öffnungszustand einen geringeren Kraftstofffluss
durch das Druckregelventil bewirkt als der erste Öffnungszustand.
Der erste und der zweite Öffnungszustand müssen
jedoch Stellungen des Druckregelventils entsprechen, wobei bei einem
Wechsel zwischen diesen eine Stellkraft notwendig ist, die größer ist
als die Haftreibung des jeweiligen Druckregelventils.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1593823
A1 [0006]
- - EP 0710905 A1 [0006]