DE102009001503A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Vorförderpumpe einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Alexander Fuchs
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Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Vorförderpumpe bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem beschrieben. Bei einem Sonderbetriebszustand wird die Vorförderpumpe derart angesteuert, dass sie eine erhöhte Kraftstoffmenge fördert.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Steuerung einer Vorförderpumpe bei einer Brennkraftmaschine.
  • Aus der DE 10148 222 ist ein Verfahren und ein Vorrichtung zur Steuerung einer Vorförderpumpe bekannt. Die Vorförderpumpe fördert unter gegebenen Randbedingungen eine bestimmte Kraftstoffmenge mit einem bestimmten Druck. Der Druck und das gefördertem Volumen sind dabei unter anderem vom Hydrauliksystem abhängig.
  • Solche Vorförderpumpen werden insbesondere in Verbindung mit einem sogenannten Common-Rail-System eingesetzt. Bei einem solchen Common-Rail-System fördert die Vorförderpumpe den Kraftstoff von einem Vorratsbehälter und stellt den Kraftstoff einer Hochdruckpumpe bereit. Um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Hochdruckpumpe und der übrigen Komponenten des Einspritzsystems sicherzustellen, ist üblicherweise vorgesehen, dass durch Vorförderpumpe im Zwischenraum zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe einen bestimmten Druck eingestellt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Druck zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt wird, d. h. dass der Wert gemessen und mit einem Sollwert verglichen wird. Abhängig von diesem Vergleich wird entweder die Vorförderungspumpe oder ein anderer Steller entsprechend angesteuert, damit der Druck einen vorgegebenen Wert einnimmt.
  • Üblicherweise ist die Vorförderpumpe so ausgelegt, dass sie in allen Betriebsbedingungen der Hochdruckpumpe eine entsprechende Kraftstoffmenge bereitstellen kann. Üblicherweise ist auch der Sollwert so vorgegeben, dass die Kraftstoffmenge, die von der Vorförderpumpe bereitgestellt wird, ausreicht, um eine entsprechende Kraftstoffmenge in der Brennkraftmaschine über die Injektoren zuzumessen.
  • Häufig werden bei Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme eingesetzt. Bei einem solchen Abgasnachbehandlungssystem kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes HCI-System handeln. Bei einem solchen HCI-System wird in bestimmten Betriebszuständen Kraftstoff direkt in den Kraftstofftrakt eingebracht. Diese Betriebszustände werden im folgenden auch als Sonderbetriebszustand bezeichnet. Dieser Kraftstoff reagiert dann im Abgastrakt insbesondere in einem Katalysator, der Stickoxide durch Reaktion in unschädliche Produkte umsetzt. Dieser zusätzliche Kraftstoff wird üblicherweise an der Druckseite der Vorförderpumpe, d. h. zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe dem Gesamtsystem entnommen und dem Abgastrakt zugeführt. Ein solches HCI-System benötigt in der Regel einen Druck, der oberhalb des Drucks eines normalen Niederdruckkreislaufes liegt. Aus diesem Grund wird bei der Verwendung einer mechanisch angetriebenen Zahnradförderpumpe zusätzlichen Maßnahmen durchgeführt, die gewährleisten, dass der Druck erhöht wird. Dies kann beispielsweise durch eine zusätzliche Drossel oder ein stärker vorgespanntes Kaskadenüberströmventil realisiert werden. Durch solche Maßnahmen erfolgt die Erhöhung des Gegendrucks über die gesamte Lebensdauer des Systems. Ferner führt dies zwangsweise zu einer Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrads des Systems, da die Vorförderpumpe ständig einen höheren Druck bereitstellen muss.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteil der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass nur in der Zeit, in der das Abgasnachbehandlungssystem aktiv ist, ein für dieses System erforderlicher, erhöhter Systemdruck herrscht. Dies bedeutet, es tritt nur eine unwesentliche Verschlechterung des Wirkungsgrads des Gesamtsystems ein. Des Weiteren sind keine zusätzlichen Bauteile erforderlich. D. h. im Normalbetrieb, d. h. außerhalb des Sonderbetriebszustandes, erfolgt keine Druckerhöhung. Dies verbessert den Wirkungsgrad im Normalbetrieb erheblich. Die Vorförderpumpe muss nur für den Normalbetrieb dimensioniert sein, da die Einschaltdauer für den Sonderbetriebszustand nur sehr gering ist. Eine kurzzeitige Überlastung der Vorförderpumpe ist möglich, da dieser Zustand nur sehr kurz andauert.
  • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In der Figur sind die wesentlichen Elemente einer Steuerung einer Vorförderpumpe dargestellt. Eine Drucksteuerung ist mit 100 bezeichnet. Eine Einspritzsteuerung ist mit 110 bezeichnet. Eine Abgasnachbehandlungssteuerung ist mit 120 bezeichnet. Die Drucksteuerung steuert zum Einen eine Vorförderpumpe 130 und zum Anderen eine Hochdruckpumpe 140 an. Anstelle der Hochdruckpumpe kann auch ein anderer Steller zur Steuerung des Kraftstoffdrucks im Hochdruckbereich angesteuert werden. Die Drucksteuerung 100 wertet die Signale PN eines Niederdrucksensors 150, das Signal PR eines Hochdrucksensors 160 sowie Signale weiterer Sensoren 170 aus. Des weiteren verarbeitet die Drucksteuerung 100 Ausgangssignale der Einspritzsteuerung 110 und der Abgasnachbehandlungssteuerung 120.
  • Ein solches System arbeitet üblicherweise wie folgt. Der Druck im Hochdruckbereich, insbesondere im Rail des Einspritzsystems PR wird mittels des Sensors 160 erfasst. Abhängig von verschiedenen Größen, die beispielsweise vom Einspritzsystem 110 bereitgestellt werden oder mittels der weiteren Sensoren 170 erfasst werden, wird ein Sollwert für den Druck im Hochdruckbereich berechnet. Abhängig von dem Vergleich zwischen dem Sollwert und dem Istwert PR wird dann die Hochdruckpumpe oder ein alternativer oder ergänzender Steller zur Steuerung des Drucks im Hochdruckbereich angesteuert. Eine entsprechende Regelung kann auch für den Druck im Niederdruckbereich vorgesehen sein, d. h. der Druck PN im Niederdruckbereich wird erfasst und mit einem Sollwert, der ausgehend von verschiedenen Größen vorgegeben wird, wird verglichen. Abhängig von diesem Vergleich wird dann die Vorförderpumpe entsprechend angesteuert. Alternativ oder ergänzend kann auch hier ein alternativer Steller, insbesondere ein Ventil, vorgesehen sein.
  • Üblicherweise ist eine solche Vorförderpumpe 130 und eine solche Hochdruckpumpe Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Systems. Bei einem solchem Common-Rail-System fördert die Vorförderpumpe 103 den Kraftstoff von einem Vorratsbehälter in einen Niederdruckbereich. Von dem Niederdruckbereich pumpt die Hochdruckpumpe den Kraftstoff in einen Hochdruckbereich, der auch als Rail bezeichnet wird. Von dem Rail gelangt dann der Kraftstoff über die Injektoren in die einzelnen Brennräume der Brennkraftmaschine. Die Injektoren werden üblicherweise von der Einspritzsteuerung 110 derart angesteuert, dass sie zum gewünschten Zeitpunkt die gewünschte Kraftstoffmenge zumessen.
  • Häufig besitzt eine Brennkraftmaschinen ein Abgasnachbehandlungssystem. Bei einem solchem Abgasnachbehandlungssystem wird häufig ein Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht. Hierzu stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. So sind beispielsweise sogenannte HCI-Systeme bekannt, bei denen Kraftstoff direkt in den Abgastrakt eingespritzt wird. Dieser Kraftstoff wird üblicherweise dem Niederdruckbereich entnommen.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass in Sonderbetriebszuständen, in denen das Abgasnachbehandlungssystem 120 eine entsprechende zusätzliche Kraftstoffzumessung in den Abgastrakt vornimmt, die Förderleistung der Vorförderpumpe erhöht wird. D. h. ist das Abgasnachbehandlungssystem 120 aktiv, so wird die Vorförderpumpe 130 derart angesteuert, dass sie ein erhöhte Kraftstoffmenge fördert.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass die Förderleistung und/oder der Druck im Niederdruckbereich erhöht wird. Erfindungsgemäß wird dies beispielsweise da durch erreicht, dass der Sollwert für den Druck PN im Niederdruckbereich auf einen höheren Wert gegenüber dem Normalbetrieb außerhalb des Sonderbetriebszustands gesetzt wird. Ist ein solcher Betriebszustand erreicht, wird der Solldruck der Vorförderpumpe so erhöht, dass sich ein neuer Betriebspunkt mit höherer Förderleistung und höherem Druck einstellt.
  • Bei ein vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass lediglich das Ansteuersignal für die Vorförderpumpe derart verändert wird, dass die Pumpe mehr Kraftstoff fördert bzw. der Druck ansteigt. Dies ist insbesondere bei Systemen vorteilhaft, bei denen der Druck PN nicht geregelt sondern lediglich gesteuert wird.
  • Bei einer Ausgestaltung kann dabei vorgesehen sein. Dass der Druck nicht während des gesamten Sonderbetriebszustand auf den erhöhten Wert gesetzt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Erhöhung nur während eines Teiles des Sonderbetriebszustandes auf den erhöhten Wert gesetzt wird.
  • Wird die Erfindung bei einem System mit Niederdruckkreislauf mit Kaskadenüberströmventilen verwendet, kann die aus der Regelung resultierende Mehrmenge über das Kaskadenüberströmventil abströmen. Vorteilhaft ist die Verwendung der Erfindung bei einem Niederdruckkreislauf ohne Kaskadenüberströmventil. Bei einer druckgeregelten, elektrisch betriebenen Vorförderpumpe kann auf solche zusätzlichen Komponenten wie ein Überströmventil verzichtet werden, da die Funktion der Druckbegrenzung und Druckstabilisierung von der geregelten Vorförderpumpe übernommen wird. In diesem Fall kann die aus der Regelung resultierende Mehrmenge über die Lager als erhöhte Schmiermenge abströmen.
  • 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 10148222 [0002]

Claims (4)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Vorförderpumpe bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Sonderbetriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems die Vorförderpumpe derart angesteuert wird, dass sie eine erhöhte Kraftstoffmenge fördert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Sonderbetriebszustand Kraftstoff in den Abgastrakt eingespritzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck zwischen der Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe auf einen Sollwert geregelt wird und der Sollwert in dem Sonderbetriebszustand zumindest zeitweise auf einen erhöhten Wert gesetzt wird.
  4. Vorrichtung zur Steuerung einer Vorförderpumpe bei einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die bei einem Sonderbetriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems die Vorförderpumpe derart angesteuert, dass sie eine erhöhte Kraftstoffmenge fördert.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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