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Gebiet
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Die
vorliegende Beschreibung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer
als Teil einer Direkteinspritzkraftstoffanlage arbeitenden Saugpumpe.
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Hintergrund
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Bei
Motoren mit direkt eingespritztem Kraftstoff ist es üblich,
zwei Kraftstoffpumpen zu haben. Ein Beispiel für eine Direkteinspritzkraftstoffanlage mit
zwei Pumpen wird in
U.S. Patent
6,230,688 beschrieben. Dieses Patent beschreibt eine Kraftstoffanlage,
bei der eine Kraftstoffpumpe (z. B. die Saugpumpe) den Kraftstoff
von einem Kraftstofftank saugt und den Kraftstoff bei einem ersten
Druck einer zweiten Kraftstoffpumpe (d. h. der Einspritzpumpe) liefert. Die
zweite Kraftstoffpumpe hebt den Kraftstoffdruck auf einen zweiten
Druck an, so dass Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt
werden kann. Der Saugpumpe gelieferter elektrischer Strom oder elektrische
Spannung wird als Reaktion auf einen Pumpendrehzahlsensor oder als
Reaktion auf einen Drucksensor gesteuert.
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Das
vorstehend erwähnte Verfahren kann auch mehrere Nachteile
aufweisen. Insbesondere erfordert das Verfahren einen Sensor zum Überwachen des
Saugpumpen-Auslassdrucks oder der Saugpumpendrehzahl. Diese Anordnung
erhöht die Kosten der Anlage und ist daher weniger wünschenswert
als eine Anlage, die keine Sensoren erfordert. Zudem können
die Sensoren die Anlagenzuverlässigkeit mindern, da die
Anlage unter Umständen nicht so gut funktioniert, wenn
ein Sensor schlechter arbeitet.
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Die
vorliegenden Erfinder haben die vorstehend erwähnten Nachteile
erkannt und ein Verfahren entwickelt, das erhebliche Verbesserungen
bietet.
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Kurzdarlegung
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung umfasst ein
Verfahren zum Betreiben einer Pumpe niedrigeren Drucks, die als
Teil einer Direkteinspritzkraftstoffanlage arbeitet, wobei das Verfahren
umfasst: Betreiben einer Pumpe niedrigeren Drucks während
einer ersten Betriebsbedingung eines Verbrennungsmotors in einem
ersten Modus, wobei die Pumpe niedrigeren Drucks einer Pumpe höheren
Drucks Kraftstoff zuführt, die Kraftstoffeinspritzventilen
Kraftstoff zuführt, die Kraftstoff direkt zu einem Zylinder
einspritzen, wobei der erste Betriebsmodus das Anpassen der der
Pumpe niedrigeren Drucks zugeführten Energie umfasst, wenn
sich eine Ausgabe eines von einem stromabwärts der Pumpe höheren
Drucks befindlichen Sensors ändert, während die
Pumpe höheren Drucks im Wesentlichen deaktiviert ist; und
Betreiben der Pumpe niedrigeren Drucks während einer zweiten
Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors in einem zweiten Modus, wobei
der zweite Betriebsmodus das Ändern der der Pumpe niedrigeren
Drucks zugeführten Energie umfasst, wenn sich Betriebsbedingungen
des Verbrennungsmotors ändern, während die Pumpe
höheren Drucks aktiviert ist. Dieses Verfahren behebt mindestens
einige der Nachteile des vorstehend erwähnten Verfahrens.
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Die
Kosten und die Komplexität der Steuerung der Saugpumpe
(d. h. der Pumpe niedrigeren Drucks) in einer Direkteinspritzkraftstoffanlage
können verringert werden, während die Fähigkeit
zum Regeln der Saugpumpenleistung beibehalten werden kann. Der Saugpumpen-Auslassdruck
kann zum Beispiel unter Verwenden eines Drucksensors gesteuert werden,
der sich stromabwärts einer Einspritzpumpe (d. h. einer
Pumpe höheren Drucks) befindet, wobei sich die Einspritzpumpe
stromabwärts der Saugpumpe befindet. Wenn die Einspritzpumpe im
Einzelnen den Befehl zum Abschalten erhält, baut sich Druck
an der Saugpumpe auf und dringt die Kraftstoffzufuhrleitung hinab
vor und breitet sich durch die Einspritzpumpe aus.
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Dadurch
werden die Kraftstoffleitung und das stromabwärts der Einspritzpumpe
befindliche Verteilerrohr durch die Saugpumpe druckbeaufschlagt. Ein
Drucksensor in dem Verteilerrohr kann dann zum Rückmelden
von Kraftstoffleitungsdruck verwendet werden, so dass die Saugpumpe
gesteuert werden kann. Auf diese Weise kann der Saugpumpen-Ausgangsdrucks
gesteuert werden, ohne dass ein zusätzlicher Drucksensor
zwischen der Saugpumpe und der Einspritzpumpe positioniert werden
muss. Weiterhin kann der der Saugpumpe zum Erreichen eines bestimmten
Kraftstoffleitungsdrucks zugeführte Energiebetrag überwacht
und für spätere Nutzung in einem Speicher gespeichert
werden.
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Bei
Kraftstoffzufuhrmodi, bei denen die Einspritzpumpe aktiviert ist,
können die Strombefehle, die zum Erreichen eines bestimmten
Saugpumpen-Auslassdrucks verwendet werden, während die Einspritzpumpe
aus war, aus dem Speicher abgerufen und ausgegeben werden, so dass
der bestimmte Druck erreicht wird. Dies ermöglicht ein
Steuern des Saugpumpendrucks ohne einen Druckwandler, der am Saugpumpenauslass
angeordnet ist. Bei diesem Modus kann die Einspritzpumpe durch den
stromabwärts der Einspritzpumpe befindlichen Drucksensor gesteuert
werden. Somit kann ein einzelner Drucksensor, der stromabwärts
einer Einspritzpumpe angeordnet ist, zum Steuern der Auslassdrücke
einer Saugpumpe und einer Einspritzpumpe verwendet werden.
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Die
vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Insbesondere
steuert der Ansatz Kraftstoffdruck von zwei in Reihe verbundenen
Kraftstoffpumpen mit Hilfe eines einzelnen Druckwandlers. Da weiterhin
nur ein einziger Druckwandler verwendet wird, kann die Anlagenzuverlässigkeit
verbessert werden, da die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass
ein Sensor in der Anlage schlechter arbeitet.
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Die
vorstehenden Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden
Beschreibung gehen ohne Weiteres allein oder in Verbindung mit den Begleitzeichnungen
aus der folgenden eingehenden Beschreibung hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
hierin beschriebenen Vorteile werden durch Lesen eines Beispiels
einer Ausführungsform, das hierin als eingehende Beschreibung
bezeichnet wird, allein oder unter Bezug auf die Zeichnungen umfassender
verständlich. Hierbei zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Motors, seiner Kraftstoffanlage und
seines Steuersystems;
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2 ein
Flussdiagramm eines beispielhaften Saugpumpen-Steuerverfahrens mit
offenem Kreis;
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3 ein
Flussdiagramm eines beispielhaften Saugpumpenmodus-Steuerverfahrens;
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4 ein
schematisches Diagramm eines beispielhaften Kraftstoffpumpen-Betriebsmoduskennfelds;
und
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5 ein
Schaubild eines beispielhaften Kraftstoffpumpen-Leistungskennfelds.
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Eingehende Beschreibung
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Unter
Bezug auf 1 wird in Verbrennungsmotor 10,
der mehrere Zylinder umfasst, wovon einer in 1 gezeigt
wird, durch ein elektronisches Steuergerät 12 gesteuert.
Der Motor 10 umfasst einen Brennraum 30 und Zylinderwände 32 mit einem
darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 31 verbundenen
Kolben 36. Der Brennraum 30 steht bekannterweise
mittels eines jeweiligen Einlassventils 52 und eines Auslassventils 54 mit
einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 in Verbindung.
Jedes Einlass- und Auslassventil wird durch einen mechanischen Antriebsnocken
betrieben. Alternativ können Einlassventile und/oder Auslassventile
durch elektrisch betätigte Ventile betrieben werden.
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Der
Ansaugkrümmer 44 wird mit einer optionalen elektronischen
Drossel 62 in Verbindung stehend gezeigt. Kraftstoff wird
mittels eines Kraftstoffeinspritzventils 66 direkt in den
Zylinder 30 eingespritzt. Die zugeführte Kraftstoffmenge
ist proportional zur Pulsbreite eines Signals FWP, das von dem Steuergerät 12 gesendet
wird. Durch eine Kraftstoffpumpe 74 wird dem Kraftstoffeinspritzventil 66 Kraftstoff
zugeführt. Ein Rückschlagventil 75 lässt
Kraftstoff von der Einspritzpumpe 74 zu dem Kraftstoffeinspritzventil 66 strömen
und drosselt das Strömen von dem Kraftstoffeinspritzventil 66 zu
der Einspritzpumpe 74. Die Saugpumpe 72 liefert
Kraftstoff von dem Kraftstofftank 71 zu der Einspritzpumpe 74.
Ein Rückschlagventil 73 lässt Kraftstoff
von der Kraftstoffpumpe 72 strömen und drosselt
das Strömen von Kraftstoff zurück in die Kraftstoffpumpe 72.
Ein Druckregler 76 hält einen im Wesentlichen
konstanten Kraftstoffzufuhrdruck zur Einspritzpumpe 74 (d.
h. ± 0,5 Bar) bei, wenn Vorbeiströmen vorliegt.
Alternativ kann bei Bedarf in der Anlage auf einen Druckregler 76 verzichtet
werden.
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Zu
beachten ist, dass die Saugpumpe und/oder die Einspritzpumpen, die
vorstehend beschrieben wurden, elektrisch, hydraulisch oder mechanisch
angetrieben werden können, ohne vom Schutzumfang oder der
Bedeutung der vorliegenden Beschreibung abzuweichen.
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Eine
verteilerlose Zündanlage 88 liefert dem Brennraum 30 mittels
einer Zündkerze 92 als Reaktion auf das Steuergerät 12 einen
Zündfunken. Eine universelle Lambdasonde (UEGO) 45 wird
stromaufwärts eines Katalysators 47 mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden
gezeigt. Die Lambdasonde 47 kann in einem Beispiel mehrere
Katalysator-Bricks umfassen. In einem anderen Bespiel können
mehrere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen, jede mit mehreren Bricks,
verwendet werden. Der Katalysator 47 kann in einem Beispiel
ein Dreiwegekatalysator sein.
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In 1 wird
das Steuergerät 12 als herkömmlicher
Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102,
Input/Output-Ports 104 und einen Festwertspeicher 106,
einen Arbeitsspeicher 108, einen batteriestromgestützten
Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus.
Das Steuergerät 12 wird gezeigt, wie es von den
mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren neben den bereits erläuterten
Signalen verschiedene Signale empfängt, darunter: Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen
Temperaturfühler 112; einen mit einem Gaspedal
verbundenen Pedalstellungssensor 119; eine Messung von Motorkrümmerdruck
(MAP) von einem mit dem Ansaugkrümmer 44 verbundenen
Drucksensor 122; einen Verteilerrohrdrucksensor 77;
einen Drosselstellungsensor 69; eine Messung (ACT) der
Motoransauglufttemperatur oder Krümmertemperatur von einem
Temperatursensor 117; einen Motorstellungssensor von einem
Hallgeber 118, der die Position der Kurbelwelle 31 erfasst;
und eine Leistungstreiberschaltung, die Betätigungsenergie
zum Betätigen von Ventilen sowie die Fähigkeit
zum Liefern von elektrischem Strom zum Beheizen von Ventilaktuatoren
vorsehen kann. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Beschreibung
erzeugt ein Motorstellungssensor 118 eine vorbestimmte
Anzahl an gleichmäßig beabstandeten Pulsen pro
Umdrehung der Kurbelwelle, woraus die Motordrehzahl (RPM) ermittelt werden
kann.
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Der
Speichermedium-Festwertspeicher 106 des Steuergeräts 12 kann
mit maschinell lesbaren Daten programmiert werden, die durch den
Prozessor 102 ausführbare Befehle zum Ausführen
der nachstehend beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten,
die erwartet, aber nicht eigens aufgeführt sind, darstellen.
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Unter
Bezug nun auf 2 wird ein Flussdiagramm eines
beispielhaften Saugpumpen-Steuerverfahrens mit offenem Kreis gezeigt.
Das Verfahren von 2 ermöglicht das Betreiben
einer Saugpumpe, die eine Einspritzpumpe versorgt, ohne Druckregler,
der zwischen der Saugpumpe und der Einspritzpumpe angeordnet ist.
Das Fehlen eines Druckreglers kann Anlagenkosten einsparen und kann
ein Betreiben der Saugpumpe während eines Motorstarts bei
höheren Drücken ermöglichen. Typischerweise
werden Druckregler so eingestellt, dass sie bei einem Druck regeln,
der niedriger als der maximale Pumpendruck ist. Wird der Druckregler
aus der Anlage genommen, kann die Saugpumpe bei einem höheren
Druck betrieben werden, so dass Kraftstoffeinspritzventile mit Kraftstoff
höheren Drucks gefüllt werden können,
während der Motor nicht dreht und während die Einspritzpumpe
inaktiv ist. Dies kann Motorstarten verbessern und Motoremissionen
senken.
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Bei
Schritt 201 werden Betriebsbedingungen ermittelt. In einer
Ausführungsform ermittelt das Steuergerät 12 eine
Kraftstoffströmrate des Motors, Umgebungslufttemperatur
und Saugpumpentemperatur. In einer Ausführungsform kann
die Kraftstoffströmrate des Motors aus dem Erfassen von
Verteilerrohrdruck und Einspritzsteuerzeiten ermittelt werden. Dann
können diese Parameter verwendet werden, um Kraftstoffstrom
unter Verwendung von Einspritzventilcharakterisierungen nachzuschlagen. In
einer alternativen Ausführungsform kann Kraftstoffstrom
aus dem Motorluftstrom und dem Soll-Kraftstoff/Luft-Verhältnis
ermittelt werden. Die Saugpumpentemperatur kann aus Hubmotorwickelwiderstand
beruhend auf angelegter elektrischer Spannung und gemessenem elektrischen
Strom gefolgert werden. Die Saugpumpentemperaturschätzung
kann auch auf Umgebungstemperatur beruhen, da sie nahe der Tanktemperatur
liegt und die Saugpumpe in den Tank eingetaucht ist. Die Routine
rückt nach Ermitteln von Betriebsbedingungen zu Schritt 203 vor.
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Bei
Schritt 203 wird der erwünschte Saugpumpen-Ausgabedruck
ermittelt. Die Saugpumpenleistung kann empirisch ermittelt und abgebildet
werden, wie in 5 gezeigt wird. Ein erwünschter Saugpumpendruck
kann durch Betreiben der Saugpumpe bei verschiedenen elektrischen
Spannungen erreicht werden, wobei die Einspritzventilkraftstoffströmrate
bekannt ist. Der Stromverbrauch der Saugpumpe kann aber durch Wählen
eines niedrigeren Ausgabedrucks, bei dem die Einspritzpumpe immer noch
den Zieldruck des Verteilerrohrs erreichen kann, gesenkt werden.
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In
einer Ausführungsform wird die Saugpumpenleistung in Tabellen-
oder Funktionsformat in einem Speicher gespeichert. Der gewünschte
Saugpumpendruck kann beruhend auf Betriebsbedingungen aus dem Speicher
abgerufen werden. Sobald der Saugpumpen-Ausgabedruck ermittelt ist,
rückt die Routine zu Schritt 205 vor.
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Bei
Schritt 205 wird die Soll-Saugpumpenenergie ermittelt.
Die Energie kann in elektrischer Form (z. B. elektrische Spannung,
elektrischer Strom, Arbeitszyklus) oder in anderer Form, beispielsweise Drehzahl,
Verdrängung, mechanische Energie oder hydraulische Energie,
zu der Saugpumpe geregelt werden. In einem Beispiel kann die elektrische
Spannung so bei einer Frequenz und einem Arbeitszyklus angelegt
werden, dass der Saugpumpe eine mittlere elektrische Spannung zugeführt
wird.
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Eine
elektrische Spannung (die die Saugpumpe bei der in Schritt 201 berechneten
Stromrate bei einem in Schritt 203 ermittelten Druck betreibt) wird
aus einem empirisch ermittelten Pumpenströmkennfeld, das
dem in 5 gezeigten ähnlich ist, gewählt.
Die Betriebsspannung wird aus der unteren Hälfte des Bereichs
von elektrischen Spannungen gewählt, die die Saugpumpe
bei dem Soll-Saugpumpendruck betreiben. In einem Beispiel wird die
niedrigste elektrische Spannung, die die Pumpe bei dem Soll-Saugpumpendruck
betreibt, gewählt, um den Pumpenenergieverbrauch zu senken.
Die Routine rückt zu Schritt 207 vor.
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Bei
Schritt 207 wird die Saugpumpenenergie zu der Saugpumpe
ausgegeben. In einer Ausführungsform wird Batteriespannung
durch Ausgabe von einem Motorsteuermodul 12 gesteuert.
Das Steuermodul schließt einen Schalter, der der Saugpumpe
Batteriespannung bei einer vorbestimmten Frequenz zuführt.
Dann kann der Arbeitszyklus abgewandelt werden, um die der Saugpumpe
zugeführte mittlere elektrische Spannung zu ändern.
Nach dem Anpassen der Saugpumpenenergie endet die Routine.
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Unter
Bezug nun auf 3 wird ein Flussdiagramm eines
beispielhaften Saugpumpen-Steuerverfahrens gezeigt. Das Verfahren
von 3 kann unabhängig davon, ob ein Druckregler
zwischen einer Saugpumpe und einer Einspritzpumpe eingebaut ist,
angewendet werden. Wird auf einen Druckregler verzichtet, kann das
Verfahren von 2 zum Betreiben der Saugpumpe
in einem Modus mit offenem Kreis verwendet werden.
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Bei
Schritt 301 ermittelt die Routine Betriebsbedingungen.
Betriebsbedingungen können Folgendes umfassen, sind aber
nicht hierauf beschränkt: Motorlast (d. h. die von dem
Motor im Verhältnis zur theoretischen Luftmenge, die der
Motor ansaugen kann, angesaugte Luftmenge), Motordrehzahl, Motortemperatur,
Einspritzsteuerzeiten, Zündsteuerzeiten, Fahrerdrehmomentforderung,
Umgebungslufttemperatur, Kurbelwellenstellung, Nockenwellenstellung
(Ventilsteuerzeiten) und Drosselstellung. Nach Ermitteln der Motorbetriebsbedingungen
rückt die Routine zu Schritt 303 vor.
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Bei
Schritt 303 ermittelt die Routine den Soll-Verteilerrohrdruck.
Die bei Schritt 301 ermittelten Betriebsbedingungen werden
zum Ermitteln des Soll-Verteilerrohrdrucks verwendet. In einer Ausführungsform
werden Motordrehzahl und -last zum Indizieren von Tabellen verwendet,
die empirisch ermittelte Werte aufweisen, die einen Soll-Verteilerrohrdruck
beschreiben. Diese Werte können beruhend auf einem oder
mehreren der Folgenden weiter abgewandelt werden: Einspritzsteuerzeiten,
Umgebungslufttemperatur, Motortemperatur und Ventilsteuerzeiten.
Nach Ermitteln des Soll-Verteilerrohrdrucks rückt die Routine
zu Schritt 305 vor.
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Bei
Schritt 305 wird der Betriebsmodus der Kraftstoffpumpe
gewählt. Typischerweise sind Einspritzpumpen mechanisch
angetriebene Pumpen, die bei Pumpen von Kraftstoff Geräusch
und Vibration erzeugen können. Diese Art von Pumpe ist
häufig mit einem Ventil ausgestattet, das das in das Verteilerrohr
beförderte Kraftstoffvolumen einstellt (d. h. ein Kraftstoffeinstellventil).
Die Steuerung kann die Pumpe im Wesentlichen deaktivieren. In manchen Fällen
kann Pumpengeräusch durch das Geräusch von dem
Verbrennungsmotor und/oder Straßengeräusch überdeckt
werden. Wenn zum Beispiel ein Fahrzeug gefahren wird und wenn eine
Motordrehzahl größer als Motordrehzahl während
Leerlaufbedingungen ist, kann Pumpengeräusch nicht von
anderen Motor- und Fahrzeuggeräuschen unterschieden werden.
Dadurch ist das Einspritzpumpengeräusch während
dieser Bedingungen von geringer Bedeutung. Wenn dagegen die Motordrehzahl
nahe der Leerlaufdrehzahl liegt, kann das Einspritzpumpengeräusch
das Motorgeräusch übersteigen, so dass das Kraftstoffpumpengeräusch
für einen Fahrer hörbar und wahrnehmbar wird.
Unter diesen Bedingungen kann es erwünscht sein, die Einspritzpumpe zu
deaktivieren und Kraftstoff allein aus der Saugpumpe zuzuführen.
Wenn die Einspritzpumpe deaktiviert ist, zwingt durch die Saugpumpe
erzeugter Kraftstoffdruck Kraftstoff durch die Einspritzpumpe und
beaufschlagt das Verteilerrohr, das stromabwärts der Einspritzpumpe
angeordnet ist, mit Druck. Der Druck in dem Verteilerrohr nähert
sich dem an der Saugpumpe aufgebauten Druck minus Druckverlusten
in Verbindung mit dem Pumpen von Kraftstoff durch die Einspritzpumpe
und die Kraftstoffleitungen. Basierend auf den vorstehenden Bedingungen
und anderen Bedingungen kann gezeigt werden, dass es wünschenswert
ist, mehr als einen Pumpenmodus für eine Kraftstoffdirekteinspritzanlage
mit zwei Pumpen zu haben.
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In
einer Ausführungsform kann ein Kraftstoffpumpenmodus aus
dem bei Schritt 303 ermittelten Soll-Verteilerrohrdruck
und einer Soll-Kraftstoffströmrate ermittelt werden. In
dieser Ausführungsform wird nur die Saugpumpe betrieben,
wenn der Saugpumpendruck ausreicht, um die erforderlichen Einspritzkraftstoffströmraten
zu erreichen. Sowohl die Saugpumpe als auch die Einspritzpumpe werden
betrieben, wenn ein erhöhter Verteilerrohrdruck erforderlich
ist, um die Sollkraftstoffströmraten durch die Einspritzventile
zu erreichen. In einer anderen Ausführungsform kann der
Kraftstoffpumpenmodus als Funktion von einem oder mehreren Parametern
gewählt werden, einschließlich aber nicht ausschließlich
von Motordrehzahl, Motorlast, Umgebungslufttemperatur und Zeit seit
Motorstart. Die Moduswahl kann durch eine Zustandsmaschine, Logik
oder andere bekannte Verfahren erleichtert werden. Auf diese Weise
ist es möglich, unterschiedliche Pumpmodi (d. h. Saugpumpe
aktiv und Einspritzpumpe deaktiviert oder Saugpumpe aktiv und Einspritzpumpe
aktiv) für verschiedene Betriebsbedingungen zu erzeugen.
Die Routine rückt nach Wahl des Pumpensteuermodus zu Schritt 307 vor.
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Bei
Schritt 307 ermittelt die Routine basierend auf dem gewählten
Pumpenmodus, welche Steuerbefehle ausgeführt werden sollten.
Wenn ein Zweipumpenmodus gewählt wurde, rückt
die Routine zu Schritt 309 vor. Ansonsten rückt
die Routine zu Schritt 310 vor.
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Bei
Schritt 309 wird die Einspritzpumpe aktiviert. Ein elektrisches
Signal wird von dem Motorsteuergerät 12 zu einem
Pumpeneinstellventil gesendet, das in der Einspritzpumpe angeordnet
ist. Das Einstellventil ermöglicht es der Einspritzpumpe,
Arbeit an dem Kraftstoff auszuführe, wodurch Druck in dem
Verteilerrohr angehoben wird.
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In
einer Ausführungsform wird der Anstieg des Verteilerrohrdrucks,
der durch Reaktiveren der Einspritzpumpe hervorgerufen wird, durch
Zählen der Anzahl an Kraftstoffpumphüben nach
Reaktiveren der Einspritzpumpe und durch die Stellung des Verstellventils
vorweggenommen oder vorhergesagt. Insbesondere wird der von dem
Verteilerrohrdrucksensor in dem Verteilerrohr beobachtete Druck
basierend auf dem gepumpten Volumen, dem anfänglichen Verteilerrohrdruck
und dem Verteilerrohrvolumen angepasst. Dann kann das Motorsteuergerät
die Kraftstoffeinspritzventilsteuerzeiten beruhend auf dem angepassten
Kraftstoffdruck anpassen. Dies ermöglicht es dem Motorsteuergerät,
die Kraftstoffeinspritzventilsteuerzeiten basierend auf dem Kraftstoffdruckanstieg
auszugleichen, der bei Reaktivieren der Einspritzpumpe auftritt.
Nach dem Betreiben der Pumpe über eine vorbestimmte Anzahl
an Pumpzyklen kann beobachteter Verteilerrohrdruck zum Ermitteln
von Kraftstoffeinspritzventilsteuerzeiten ohne Notwendigkeit der
Anpassung des beobachteten Verteilerrohrdrucks genutzt werden.
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Nach
dem Aktivieren der Einspritzpumpe rückt die Routine zu
Schritt 311 vor.
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Bei
Schritt 311 wird der Saugpumpe basierend auf in Schritt 314 gespeicherten
Daten Energie (z. B. elektrischer Strom/elektrische Spannung oder Drehmoment)
geliefert. Die Energie kann geändert werden, wenn sich
die Betriebsbedingungen des Motors ändern. Zum Beispiel
kann die der Saugpumpe zugeführte Energie geändert
werden, wenn sich Motordrehzahl und/oder Motorlast ändern.
Alternativ kann die Energie der Saugpumpe geändert werden, wenn
die Kraftstoffzufuhrrate zum Motor geändert wird. Ferner
ist zu beachten, dass die Energie zum Ausgleichen von Kraftstoff-
oder Pumpeneigenschaften angepasst werden kann, die eine Funktion
von Kraftstofftemperatur sein können. Die Kraftstofftemperatur
kann gemessen oder gefolgert werden. Bei Arbeiten bei niedrigeren
Temperaturen kann zum Beispiel der elektrische Strom der Pumpe erhöht
werden, um vermehrte Reibung der Saugpumpe, Änderungen
der Kraftstoffviskosität und/oder des Kraftstoffdampfdrucks
auszugleichen. Nach der Ausgabe des Saugpumpen-Energiebefehls rückt
die Routine zu Schritt 313 vor.
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Bei
Schritt 313 wird der Verteilerrohrdruck ermittelt. Der
Verteilerrohrdruck wird durch den Drucksensor 77 stromabwärts
der Einspritzpumpe überwacht. Die Ausgangsspannung des
Sensors wird in dem Steuergerät 12 in einen Druckbezugswert
umgewandelt. Der beobachtete Verteilerrohrdruck kann sich mit Motordrehzahl
und Kraftstoffströmrate ändern. Das Motorsteuermodul 12 kann
ein Signal zu einem Verstellventil in der Einspritzpumpe beruhend auf
dem von dem Sensor 77 beobachteten Druck anpassen, um den
Verteilerrohrdruck anzupassen. Auf diese Weise kann der Druck in
dem Verteilerrohr geregelt werden. Nach dem Ermitteln des Verteilerrohrdrucks
rückt die Routine zu Schritt 315 vor.
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Bei
Schritt 315 werden die Kraftstoffeinspritzventilsteuerzeiten
festgelegt und ausgegeben. Der bei Schritt 313 ermittelte
Kraftstoffdruck zusammen mit anderen Parametern wie Motordrehzahl,
Motorlast und Soll-Kraftstoff/Luftverhältnis werden zum
Ermitteln von Kraftstoffeinspritzsteuerzeiten genutzt. Für
jedes Kraftstoffeinspritzventil werden einzigartige Einspritzsteuerzeiten
ausgegeben, so dass das Drehmoment und das Kraftstoff/Luft-Verhältnis
jedes Zylinders einzeln gesteuert werden können. Nach dem
Ausgeben der ermittelten Kraftstoffeinspritzsteuerzeiten endet die
Routine.
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Bei
Schritt 310 wird die Einspritzpumpe im Wesentlichen deaktiviert.
D. h. der Wirkungsgrad der Einspritzpumpe wird so verringert, dass
der Pumpenwirkungsgrad unter 10% liegt. Typischerweise ist bei niedrigeren
Motordrehzahlen und -lasten ein einziger Pumpenmodus aktiv. Die
Saugpumpe kann zum Beispiel aktiv bleiben, während die
Einspritzpumpe während Leerlauf oder während Bedingungen
von Kraftstoffabschaltung während Fahrzeugverzögerung deaktiviert
ist. Dies kann Antriebsstranggeräusch mindern und kann
auch den Motorwirkungsgrad anheben, da hohe Einspritzdrücke
unter diesen Bedingungen nicht unbedingt erforderlich sind. Nach
dem Deaktivieren der Pumpe rückt die Routine zu Schritt 312 vor.
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Bei
Schritt 312 wird der Verteilerrohrdruck ermittelt. Analog
zu Schritt 313 wird der Verteilerrohrdruck durch Umwandeln
der Ausgangsspannung des Drucksensors in Druckeinheiten in dem Motorsteuergerät
ermittelt. Dann rückt die Routine zu Schritt 314 vor.
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Bei
Schritt 314 wird die Saugpumpenenergie angepasst, so dass
der von dem Drucksensor 77 beobachtete Druck einem Sollverteilerrohrdruck
nahe kommt. Der Kraftstoffsensor liefert eine Druckrückmeldung
an das Motorsteuergerät, das wiederum die Energie der Saugpumpe
anpasst, bis ein Sollverteilerrohrdruck erreicht ist. Der Sollverteilerrohrdruck kann
empirisch ermittelt werden oder er kann basierend auf Einspritzventilströmeigenschaften
ermittelt werden. In einer Ausführungsform kann der elektrische
Strom/die elektrische Spannung der Saugpumpe mit Hilfe eines Proportional/Integral-Reglers
(PI) oder bei Bedarf einer anderen Steuergerätvariante geregelt
werden. Wenn der beobachtete Rohrdruck (bei Schritt 312 ermittelt)
im Wesentlichen (z. B. ±1 Bar) den Sollverteilerrohrdruck
erreicht, wird der zu der Saugpumpe ausgegebene Energiebefehl (z.
B. elektrischer Strom/elektrische Spannung) in dem Steuergerätspeicher
gespeichert, da der Motor so arbeitet, dass er dem Sollverteilerrohrdruck
entspricht. Zudem kann das Steuergerät bei Bedarf auch
einen mittleren Kraftstoffdruck (d. h. einen Kraftstoffdruck zwischen
dem Saugpumpenauslass und der Einspritzpumpe) durch Subtrahieren
empirisch ermittelter Daten, die Einspritzpumpen-Druckverluste und Kraftstoffleitungsdruckverluste
darstellen, von dem gemessen Rohrdruck ermitteln und im Speicher
speichern, während der Motor arbeitet oder abgeschaltet ist.
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Bei
dem Pumpensteuerschritt 311 mit offenem Kreis werden gespeicherte
Verteilerrohrdruckmessung, Folgerung des mittleren Verteilerrohrdrucks
und zugeführte Saugpumpenenergie verwendet. Bei Bedarf
können zusätzliche Faktoren, die den Verteilerrohrdruck
beeinflussen, der durch die Saugpumpe aufgebaut wird, ebenfalls
gespeichert werden. Diese Faktoren können zum Abwandeln
des Energiebefehls verwendet werden, der zum Erreichen eines Sollverteilerrohrdrucks
oder eines Saugpumpendrucks verwendet wird. In einer Ausführungsform werden
aufgewärmte Motorbetriebsbedingungen und eine Umgebungstemperatur
von 23°C als Sollbetriebsbedingungen der Saugpumpe über
dem einzelnen Saugpumpenmodus-Betriebsbereich betrachtet. In dieser
Ausführungsform werden der elektrische Strom/die elektrische
Spannung, die der Saugpumpe zugeführt werden, sowie der
Verteilerrohrdruck unter diesen Betriebsbedingungen gespeichert.
Der gespeicherte elektrische Strom/die gespeicherte elektrische
Spannung können durch Faktoren, die eine Funktion von Betriebsbedingungen
(z. B. Motortemperatur und Umgebungslufttemperatur) sind, ebenfalls
abgewandelt werden, um Saugpumpenparameter bei offenem Kreis zu
ermitteln, wenn Betriebsbedingungen von Sollbedingungen abweichen.
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Nach
Anpassen der zugeführten Saugpumpenenergie und Speichern
von Parametern im Speicher rückt die Routine zu Schritt 316 vor.
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Bei
Schritt 316 werden die Kraftstoffeinspritzventil-Steuerzeiten
gesetzt und ausgegeben. Der bei Schritt 312 ermittelte
Kraftstoffdruck zusammen mit anderen Parametern wie Motordrehzahl,
Motorlast und Soll-Kraftstoff/Luft-Verhältnis werden zum
Ermitteln von Kraftstoffeinspritzventilsteuerzeiten verwendet. Für
jedes Kraftstoffeinspritzventil werden einmalige Einspritzsteuerzeiten
ausgegeben, so dass das Drehmoment und das Kraftstoff/Luft-Verhältnis
jedes Zylinders einzeln gesteuert werden können. Nach dem
Ausgeben der ermittelten Kraftstoffeinspritz-Steuerzeiten endet
die Routine.
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Unter
Bezug nun auf 4 wird ein beispielhaftes Kraftstoffpumpen-Steuermoduskennfeld
gezeigt. Die x-Achse stellt die von links nach rechts zunehmende
Motordrehzahl dar. Die y-Achse stellt die von unten nach oben zunehmende
Motorlast dar. Bereich 401 (d. h. der durch die vertikale
Linie 407 und die horizontale Linie 405 begrenzte
Bereich) stellt Motorbetriebsbedingungen dar, wenn Kraftstoff nur durch
die Saugpumpe zum Motor gepumpt wird. D. h. die Einspritzpumpe ist
in diesem Modus deaktiviert. Wie vorstehend erwähnt kann
dieser Modus hilfreich sein, wenn das durch Pumpen von Kraftstoff
zum Motor erzeugte Ausmaß an Geräusch verringert
werden soll. Der Bereich 403 (d. h. der Bereich über
der Linie 405 und rechts der Linie 407) stellt
Motorbetriebsbedingungen dar, bei denen Kraftstoff durch zwei Kraftstoffpumpen
zum Motor gepumpt wird. Wenn im Einzelnen eine Saugpumpe Kraftstoff
zur Einspritzpumpe befördert und wenn die Einspritzpumpe
den Kraftstoffdruck über den Saugpumpendruck anhebt. Zu beachten
ist, dass die durch die Linien 405 und 407 dargestellten
Grenzen bei verschiedenen Anwendungen unterschiedlich sein können
und in dieser Figur lediglich beispielhaft sind. Zu beachten ist
auch, dass es Bereiche in dem Bereich 401 geben kann, in denen
zwei Pumpen genutzt werden, um dem Motor Kraftstoff zuzuführen.
In einer anderen Ausführungsform kann es mehr als einen
individuellen einzelnen Pumpenbetriebsbereich geben. D. h. es kann
zwei oder mehr Bereiche geben, in denen die Saugpumpe dem Motor
Kraftstoff zuführt, während die Einspritzpumpe
deaktiviert ist.
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Unter
Bezug nun auf 5 wird ein Schaubild eines beispielhaften
Betriebskennfelds einer Kraftstoffpumpe gezeigt. Die x-Achse stellt
eine von links nach rechts zunehmende Kraftstoffströmrate dar.
Die y-Achse stellt von unten nach oben zunehmenden Kraftstoffdruck
am Pumpenauslass dar. Jede Linie (z. B. Linien 501 und 503)
stellt die Pumpenbetriebseigenschaften bei einer festen elektrischen
Spannung dar. Die Linie stellt die Pumpenleistung dar, wenn der
Pump 5 Volt zugeführt werden. Die Linie 503 stellt
die Pumpenleistung dar, wenn der Pumpe 13,5 Volt zugeführt
werden. Die Linien zwischen den Linien 501 und 503 stellen
Pumpeneigenschaften dar, bei denen der Pumpe andere dazwischenliegende
Spannungen zugeführt werden. Zu beachten ist, dass eine
feste Versorgungsspannung eine Reihe von Pumpenauslassdrücken
und Strömraten versorgen kann.
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Dies
beendet die Beschreibung. Das Lesen derselben durch einen Fachmann
würde viele Änderungen und Abwandlungen nahe legen,
ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. I3-,
I4-, I5-, V6-, V8-, V10- und V12- Motoren, die mit Erdgas, Benzin,
Diesel oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen arbeiten, könnten
die vorliegende Beschreibung vorteilhaft nutzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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