-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzsystems der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
-
Bei Common-Rail-Systemen werden derzeit unterschiedliche Konzepte zur Regelung ausgeführt. Die Regelung des Systemdrucks kann über eine Volumenstromregelung auf der Niederdruckseite der Kraftstoffhochdruckpumpe durch Einsatz eines Volumenstromregelventils, beispielsweise eines Kugelsitz-Volumenstromregelventils, durch Einsatz eines Druckregelventils auf der Hochdruckseite oder durch Kombination aus Volumenstromregelventil und Druckregelventil durchgeführt werden. Die Vorsteuerung des Volumenstromregelventils erfolgt hierbei über drehzahl- und temperaturabhangige Kennfelder, um die erforderliche Regelgenauigkeit des Einspritzsystems erzielen zu können. Eine Fehlstellung des Volumenstromregelventils fuhrt zu einer fehlerhaften Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe in den Hochdruckbereich des Systems durch eine fehlerhafte Zumessung der Menge durch das Volumenstromregelventil und damit zu unkontrollierbaren Raildrücken im System.
-
Es ist bekannt, dass sich die Q-I-Kennlinie der Kraftstoffhochdruckpumpe (Q = Durchflussmenge pro Zeiteinheit, I = Stromstärke) in Abhängigkeit vom Druck vor dem Volumenstromregelventil verändert. Bei einer Änderung des Vordrucks (Kraftstoffdrucks in der Kraftstoff Zuleitung) ändert sich bei gleichbleibender Ansteuerung der Durchfluss. Um derartige Vordruckänderungen zu kompensieren bzw. die Tatsache zu berücksichtigen, dass der Kraftstoffdruck vor dem Volumenstromregelventil einen unbekannten Wert besitzen kann, hat man bisher auf das jeweilige System ausgelegte Druckbegrenzungsventile eingesetzt, um aus unterschiedlichen Vordrücken resultierende Fehler der Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe und damit Fehler des daraus resultierenden Raildrucks zu begrenzen. Solche Druckbegrenzungsventile bzw. pumpeninterne Druckbegrenzungsventile stellen einen zusätzlichen Aufwand für solche Einspritzsysteme dar.
-
Ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 3 sind aus der
US 7 207 319 B2 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird ebenfalls der Kraftstoffdruck (Vordruck) in der Kraftstoffzuleitung vor dem Volumenstromregelventil gemessen, und es findet ein die Sollförderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe in Abhängigkeit vom Vordruck wiedergebendes Kennfeld Verwendung. Aus diesem Kennfeld wird die Sollförderleistung für den gemessenen Vordruck ermittelt, und das Volumenstromregelventil wird angesteuert. Für die Durchführung dieser Schritte findet ein Kennfeld Verwendung, das die Korrelation zwischen dem Antriebsstrom eines Volumenstromregelventils und der Fördermenge eines Ansaugsteuerventils vom normalerweise offenen Typ wiedergibt.
-
Eine Kombination aus einem Sensor zur Messung des Vordrucks und einem solchen zur Messung der Zulauftemperatur des Kraftstoffs ist aus der
DE 10 2009 002 737 A1 bekannt.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich das Einspritzsystem besonders genau und wirtschaftlich betreiben lässt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst:
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ein anderer Weg eingeschlagen als bei dem vorstehend genannten Stand der Technik. Anstelle der Begrenzung des Vordrucks (Kraftstoffdrucks in der Zuleitung), um auf diese Weise eine fehlerhafte Durchflussmenge im Volumenstromregelventil infolge von Vordruckschwankungen zu verhindern, wird der tatsächlich in der Kraftstoffzuleitung vorhandene Kraftstoffdruck gemessen. Des Weiteren wird bei diesem Verfahren ein Kennfeld verwendet, das die Sollförderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe in Abhängigkeit vom Vordruck wiedergibt. Mit Hilfe dieses Kennfeldes wird für den tatsächlich gemessenen Vordruck die diesem Vordruck entsprechende Sollförderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe ermittelt, und das Volumenstromregelventil wird entsprechend angesteuert.
-
Der Sollförderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe für den jeweils gemessenen Vordruck entspricht eine bestimmte Stellung des Stellgliedes des Volumenstromregelventils. Für bestimmte Werte des Vordrucks kann daher die entsprechende Position des Stellgliedes des Volumenstromregelventiles direkt ermittelt werden. Mit einem vordruckabhängigen Kennfeld der Sollförderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe ist daher auch ein Kennfeld gemeint, das die direkte Korrelation zwischen dem Vordruck und der Position des Stellgliedes des Volumenstromregelventils wiedergibt.
-
Was das Kennfeld für die Sollförderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe in Abhängigkeit vom Vordruck anbetrifft, so wird das Kennfeld für die Sollförderleistung vor Inbetriebnahme des Kraftstoffeinspritzsystems individuell für diese Konfiguration ermittelt und gespeichert, und zum Betreiben des Systems wird auf das gespeicherte Kennfeld zurückgegriffen. Das Kennfeld wird in der Steuervorrichtung (ECU) des Einspritzsystems gespeichert. Auf diese Weise steht für jedes einzelne Kraftfahrzeug ein exaktes Kennfeld zur Verfügung.
-
Das erfindungsgemäß verwendete druckabhängige Kennfeld kann zusätzlich zu weiteren Kennfeldern, beispielsweise den eingangs erwähnten drehzahlabhängigen und/oder temperaturabhängigen Kennfeldern, zum Vorsteuern des Volumenstromregelventils eingesetzt werden. Es kann jedoch auch anstelle von bisher verwendeten Kennfeldern benutzt werden, beispielsweise anstelle des bisher verwendeten drehzahlabhängigen Kennfeldes und vorzugsweise in Verbindung mit einem temperaturabhängigen Kennfeld. Besonders bevorzugt wird eine Lösung, bei der gleichzeitig mit dem Kraftstoffdruck die Kraftstofftemperatur in der Kraftstoffzuleitung gemessen wird. Die Vorsteuerung des Volumenstromregelventils wird dann vorzugsweise mit Hilfe von druckabhängigen und temperaturabhängigen Kennfeldern durchgeführt. Ein solches temperaturabhängiges Kennfeld (Abhängigkeit der Sollförderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe von der Kraftstofftemperatur in der Zuleitung) kann ebenfalls vor Inbetriebnahme des Einspritzsystems individuell erstellt und in der Steuervorrichtung (ECU) gespeichert werden. Es kann dann im Betrieb des Einspritzsystems zur Ermittlung der Sollförderleistung in Abhängigkeit von der gemessenen Kraftstofftemperatur in der Zuleitung verwendet werden.
-
Wie erwähnt, können weitere Kennfelder zur Ermittlung der Sollförderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe eingesetzt werden. Es können ferner entsprechende Korrekturkennfelder benutzt werden.
-
Erfindungsgemäß wird daher anstelle einer gleichbleibenden vordruckunabhängigen Ansteuerung des Volumenstromregelventils eine vordruckabhängige Ansteuerung desselben vorgenommen. Durch Erfassung des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffzuleitung und durch Berücksichtigung desselben bei der Festlegung der Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe lassen sich Fehler bei der Förderleistung vermeiden. Das Einspritzsystem lässt sich daher besonders exakt und wirtschaftlich betreiben.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem für die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 3.
-
Dieses Kraftstoffeinspritzsystem besitzt erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 3.
-
Das System ist daher so gestaltet, dass im Betrieb des Systems mit Hilfe des Sensors der Vordruck gemessen und in Form von Signalen der Vorsteuereinrichtung zugeführt wird. In dieser ist ein vor Inbetriebnahme des Systems ermitteltes Kennfeld gespeichert, das die Abhängigkeit der Sollförderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe vom Vordruck wiedergibt. Auf der Basis dieses hinterlegten Kennfeldes ermittelt die Vorsteuereinrichtung für den jeweils gemessenen Vordruckwert einen Sollförderleistungswert (einen Positionswert des Stellgliedes des Volumenstromregelventils) und steuert das Vordruckregelventil auf der Basis dieses Wertes an.
-
Während des Betriebes des Einspritzsystems kann auf diese Weise eine permanente Überwachung des Vordrucks erfolgen. Mit diesem Kraftstoffeinspritzsystem lässt sich das vorstehend beschriebene Verfahren durchführen. Damit wird eine präzise Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe und damit ein präziser Raildruck erzielt.
-
Das Einspritzsystem kann ferner einen Sensor aufweisen, der die Temperatur des Kraftstoffs in der Zuleitung vor dem Volumenstromregelventil misst. Vorzugsweise ist hierbei der Sensor zur Messung des Vordrucks so ausgeführt, dass er zusätzlich die Zulauftemperatur des Kraftstoffs misst. Die Vorsteuereinrichtung benutzt hierbei zusätzlich ein Kennfeld, das die Abhängigkeit der Sollförderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe von der Zulauftemperatur wiedergibt, und ermittelt auf der Basis des gemessenen Zulauftemperaturwertes einen Sollförderleistungswert, der dann mit zur Ansteuerung des Volumenstromregelventils verwendet wird.
-
Das erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoffeinspritzsystem hat den Vorteil, dass ein (pumpeninternes) Druckbegrenzungsventil entfallen kann. Da der Ist-Zulaufdruck für die Festlegung der Hochdruckpumpenförderleistung berücksichtigt wird, kann ein solches Druckbegrenzungsventil entfallen. Der Wegfall eines solchen pumpeninternen Druckbegrenzungsventils führt bei Pumpen, die über keinen eigenen Spülkreislauf verfügen, wie beispielsweise Steckpumpen, dazu, dass auch keine zusätzliche Rücklaufleitung in den Tank benötigt wird. Durch den Wegfall einer zusätzlichen Rücklaufleitung werden Kosten in Bezug auf die Rücklaufleitung und die Montage der Leitung vermieden. Der erfindungsgemäß erforderliche Drucksensor kann insbesondere bei Diesel-Common-Rail-Systemen mit dem geforderten Temperatursensor kombiniert werden, so dass kein zusätzliches Bauteil benötigt wird.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Diagramm, das QI-Kennlinien eines Volumenstromregelventils bei einem herkömmlich ausgebildeten Kraftstoffeinspritzsystem zeigt;
-
2 eine Schemadarstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffeinspritzsystems; und
-
3 ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens.
-
Wie bereits ausgeführt, kommt es durch eine Unstabilität des Vordrucks (Kraftstoffzuleitungsdrucks) und damit der Druckdifferenz über das Volumenstromregelventil bei einer Bestromungsänderung des Ventils zu einer fehlerhaften Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe. Dies verursacht Druckpulsationen im Rail und Probleme bei der Raildruckregelung. Deshalb wird bisher ein Druckbegrenzungs- bzw. Druckregelventil mit definierter Steigung vor dem Volumenstromregelventil benötigt, um bei geringem hydraulischen Hochdruckvolumen die geforderte Raildruckgenauigkeit zu erreichen.
-
Im Diagramm der 1 gibt die Abszisse die Stromstärke (I in mA) und die Ordinate die Durchflussmenge pro Zeiteinheit (Q in l/min) wieder. Das Diagramm zeigt zwei Q-I-Kennlinien der Kraftstoffhochdruckpumpe mit jeweils zwei Abschnitten (Schließen und Öffnen des Ventils), wobei eine Kennlinie einem Zulaufdruck von 7 bar bei 4500 U/min und eine Kennlinie einem Zulaufdruck von 8 bar bei 4500 U/min entspricht. Die beiden unteren Kennlinienabschnitte entsprechen dem Schließen und die beiden oberen dem Öffnen des Ventils. Man erkennt, dass bei einem Vordruckabfall vor dem Volumenstromregelventil 25 (von 8 auf 7 bar) die zugehörige Kennlinie vom normalen Verlauf der Kennlinie abweicht und gegenüber dem normalen Verlauf zu einer höheren Durchflussmenge von 100 ml führt. Dieser Fehler wird durch den vorstehend erwähnten Vordruckabfall verursacht.
-
Zur Vermeidung eines derartigen Fehlers sieht das erfindungsgemäß ausgebildete Kraftstoffeinspritzsystem einen Drucksensor 5 vor, der den Druck in der Zuleitung zum Volumenstromregelventil misst. In der schematischen Darstellung von 2 ist der Aufbau eines solchen Kraftstoffeinspritzsystems dargestellt. Das System besitzt einen Kraftstofftank 1, in dem eine Vorförderpumpe 2 angeordnet ist. Die Vorförderpumpe 2 pumpt Kraftstoff aus dem Tank über eine Zuleitung, in der ein Kraftstofffilter 3 angeordnet ist, und ein Volumenstromregelventil 6 zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe 7, die den Kraftstoff unter hohem Druck einem Common-Rail 8 zuführt. Über das Common-Rail werden Injektoren 10 gespeist.
-
Der Kraftstoffzuleitung sind zwischen dem Kraftstofffilter 3 und dem Volumenstromregelventil 6 ein Temperatursensor 4 und ein Drucksensor (Niederdrucksensor) 5 zugeordnet. Mit dem Drucksensor 5 wird der Kraftstoffdruck in der Zuleitung gemessen. Die entsprechenden Drucksignale werden einer Vorsteuereinrichtung für das Volumenstromregelventil 6 zugeführt, bei der es sich im vorliegenden Fall um die Steuereinheit 11 (ECU) bzw. einen Teil der Steuereinheit 11 des Einspritzsystems handelt. Die entsprechende Signalleitung ist in 2 mit B gekennzeichnet. Der Temperatursensor 4 misst die Kraftstofftemperatur in der Zuleitung und gibt die gemessene Temperatur in der Form von Temperatursignalen über eine Signalleitung A an die Vorsteuereinrichtung (Steuereinheit ECU 11 des Einspritzsystems).
-
Der Vorsteuereinrichtung sind Einrichtungen zum Erstellen und Speichern von druckabhängigen und temperaturabhängigen Kennfeldern zugeordnet. Diese Kennfelder werden vor Inbetriebnahme des Einspritzsystems erstellt und in der Vorsteuereinrichtung gespeichert. Sie geben die Abhängigkeit der Sollförderleistung der Hochdruckkraftstoffpumpe vom IST-Kraftstoffdruck (Vordruck) und der IST-Kraftstofftemperatur in der Zuleitung vor dem Volumenstromregelventil und gegebenenfalls weiteren Messgrößen (z. b. Raildruck) wieder. Während des Betriebes des Einspritzsystems ermittelt die Vorsteuereinrichtung anhand der hinterlegten Kennfelder und der zugeführten Signalwerte für den Vordruck und die Temperatur in der Zuleitung entsprechende Sollförderleistungswerte bzw. Positionswerte des Stellgliedes des Volumenstromregelventils und steuert das Volumenstromregelventil mit entsprechenden Stellsignalen an. Über das Volumenstromregelventil 6 werden dann die entsprechenden Kraftstoffdurchflussmengen pro Zeiteinheit eingestellt. Aufgrund dieser Durchflüsse wird die korrekte Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe 7 festgelegt.
-
Das in 2 dargestellte System weist ferner einen Hochdrucksensor 9 auf, der über eine Signalleitung D mit der ECU in Verbindung steht. Die entsprechenden Signale werden ebenfalls zum Vorsteuern des Volumenstromregelventils 6 eingesetzt, d. h. das entsprechende Stellsignal für das Volumenstromregelventil wird auf der Basis von mehreren Parametern einschließlich des Vordrucks und der Zulauftemperatur ermittelt.
-
3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm der wesentlichen Schritte des Verfahrens. In einem ersten Schritt wird vor Inbetriebnahme des Kraftstoffeinspritzsystems individuell ein vordruckabhängiges Kennfeld für die Sollförderleistung der Hochdruckpumpe ermittelt und in der Steuervorrichtung (ECU) des Einspritzsystems gespeichert. Ferner wird ein zuleitungstemperaturabhängiges Kennfeld für die Sollförderleistung der Hochdruckpumpe individuell ermittelt und gespeichert. In einem zweiten Schritt werden der Vordruck und die Temperatur in der Zuleitung gemessen. In einem dritten Schritt wird auf der Basis der gemessenen Vordruck- und Temperaturwerte der Sollförderleistungswert der Hochdruckpumpe bzw. der Positionswert des Stellgliedes des Volumenstromregelventiles unter Zugrundelegung der jeweiligen Kennfelder ermittelt. In einem vierten Schritt wird das Volumenstromregelventil mit den in Schritt drei ermittelten Stellsignalen angesteuert.
