DE102010064374B3

DE102010064374B3 - Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine sowie dazugehöriges Druckregelverfahren, Steuergerät und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102010064374B3
Application number: DE102010064374A
Authority: DE
Inventors: Christoph Klesse; Hans Riepl; Wolfgang Stapf; Tobias Ritsch; Dr. Lingener Uwe
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: US9297328B2; CN103261644B; WO2012089561A1; US20130291836A1; CN103261644A

Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine umfasst eine erste sowie eine zweite Kraftstoffpumpe, ein leckagebehaftetes Volumenstromregelventil, das in einer Kraftstoffleitung zwischen der ersten und der zweiten Kraftstoffpumpe angeordnet ist, sowie eine Steuergerät, mit dem die erste Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit von einer Stellung des leckagebehaftete Volumenstromregelventils ansteuerbar ist, so dass das leckagebehaftete Volumenstromregelventil als alleiniges Stellglied einer Druckregelung im Kraftstoffeinspritzsystem dient. Ebenso ist ein dazu gehöriges Druckregelverfahren beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, ein Druckregelverfahren eines Kraftstoffeinspritzsystems, ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug.
Kraftstoffeinspritzsysteme dienen zum Zufuhren von Kraftstoff von einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs zu einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs. Beispielhaft werden zwei bekannte Kraftstoffeinspritzsysteme mittels der 1 und 2 erläutert.
Bei den in den 1 und 2 gezeigten Kraftstoffeinspritzsystemen handelt es sich um Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme. 1 stellt ein sogenanntes Einstellersystem dar, während 2 ein sogenanntes Zweistellersystem verdeutlicht.
Zunächst Bezug nehmend auf 1 ist ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem gemaß Stand der Technik mit dem Bezugszeichen 1 dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzsystem weist einen Kraftstofftank 100 auf, in dem Kraftstoff bereitgehalten wird. Der Kraftstoff wird aus dem Kraftstofftank 100 durch eine erste Kraftstoffleitung 102 zu einer ersten Kraftstoffpumpe 104 gefordert. Bei der ersten Kraftstoffpumpe 104 handelt es sich um eine mechanische Vorförderpumpe, die uber eine Kurbelwelle 106 angetrieben wird und einen Kraftstoffdruck stromabwarts der ersten Kraftstoffpumpe 104 erhoht. In der ersten Kraftstoffleitung 102 sind ein Kraftstofffilter 108 sowie ein Kraftstofftemperatursensor 110 angeordnet.
Von der ersten Kraftstoffpumpe 106 wird der Kraftstoff durch eine zweite Kraftstoffleitung 112 zu einer zweiten Kraftstoffpumpe 114 geleitet. Bei der zweiten Kraftstoffpumpe 114 handelt es sich um eine mechanisch angetriebene Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Die zweite Kraftstoffpumpe 114 dient der weiteren Erhöhung des Kraftstoffdrucks in einem Bereich stromabwärts der zweiten Kraftstoffpumpe 114. Gemaß 1 wird die zweite Kraftstoffpumpe 114 uber die Kurbelwelle 106 angetrieben, wie die erste Kraftstoffpumpe 104 auch. Der Bereich vor der zweiten Kraftstoffpumpe 114 wird als Niederdruckbereich bezeichnet. In der zweiten Kraftstoffleitung 112 sind ein Kugelsitz-Volumenstromregelventil 116 sowie ein erstes Rückschlagventil 118 angeordnet, wobei das erste Rückschlagventil 118 stromabwarts des Kugelsitz-Volumenstromregelventils 116 in der zweiten Kraftstoffleitung 112 angeordnet ist. Das Kugelsitz-Volumenstromregelventil 116 zeichnet sich dadurch aus, dass es im geschlossenen Zustand keine Leckage aufweist. Es handelt sich bei dem Kugelsitz-Volumenstromregelventil 116 somit um ein leckage-freies Volumenstromregelventil.
Aus der zweiten Kraftstoffpumpe 114 wird der Kraftstoff uber eine dritte Kraftstoffleitung 120 in einen Hochdruck-Kraftstoffspeicher (Common-Rail) 122 geleitet. In der dritten Kraftstoffleitung 120 sind ein zweites Ruckschlagventil 124 sowie eine erste Drossel 126 angeordnet. Weiterhin ist an dem Hochdruck-Kraftstoffspeicher 122 ein Kraftstoffdrucksensor 128 zur Überwachung des Kraftstoffdrucks in dem Hochdruck-Kraftstoffspeicher 122 angeordnet.
Kraftstoff aus dem Hochdruck-Kraftstoffspeicher 122 wird uber mehrere Injektor-Kraftstoffleitungen 130 zu einem jeweiligen Injektor 132 der Brennkraftmaschine geleitet. Jede Injektor-Kraftstoffleitung 130 weist eine zugehörige zweite Drossel 134 auf. Leckagen der Injektoren von dem jeweiligen Injektor 132 werden über eine Injektor-Rucklaufleitung 136 wieder dem Kraftstofftank 100 zugeführt, wobei in der Injektor-Rucklaufleitung 136 ein drittes Rückschlagventil 138 angeordnet ist.
Zur Druckregelung im Niederdruckbereich verbindet eine Druckregelleitung 140 die zweite Kraftstoffleitung 112 mit der ersten Kraftstoffleitung 102. In der Druckregelleitung 140 ist ein Druckregelventil 142 angeordnet.
Als Sicherheitsmaßnahme im Hochdruckbereich ist eine Hochdruck-Rucklaufleitung 144 vorgesehen, die an einem Ende mit der dritten Kraftstoffleitung 120 und an ihrem anderen Ende mit der Rücklaufleitung 136 verbunden ist. In der Hochdruck-Rucklaufleitung 144 ist ein Druckbegrenzungsventil 146 vorgesehen, dass bei einem unzulässig hohen Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich den Ruckfluss von Kraftstoff in den Kraftstofftank 100 gestattet.
Eine Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe 114 erfolgt über eine Schmiermittel-Kraftstoffleitung 148, die an einem Ende mit der zweiten Kraftstoffleitung 112 und an ihrem anderen Ende mit einem Schmiermittel-Eingang der zweiten Kraftstoffpumpe 114 verbunden ist. In der Schmiermittel-Kraftstoffleitung 148 sind in stromabwärtiger Richtung eine dritte Drossel 150 sowie ein viertes Rückschlagventil 152 angeordnet. Der zur Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe 114 verwendete Kraftstoff verlässt die zweite Kraftstoffpumpe 114 uber eine Schmiermittel-Rücklaufleitung 154, die in den Hochdruckpumpenrücklauf und die Rucklaufleitung 136 mundet. Von dort fließt der Kraftstoff zuruck in den Kraftstofftank 100.
Wie bereits eingangs erwahnt, handelt es sich bei dem gemaß 1 beschriebenen Einspritzsystem 1 um ein so genanntes Einstellersystem. Bei dieser Systemart wird der Kraftstoffdruck im Kraftstoffeinspritzsystem ausschließlich über ein Volumenstromregelventil geregelt. In der hier dargestellten Ausführungsform handelt es sich um ein leckagefreies Kugelsitz-Volumenstromregelventil 116.
Ein Nachteil der Einstellersysteme ist, dass ausschließlich Volumenstromregelventile ohne Leckage oder mit geringer Leckage verwendet werden können. Dies wird später unter Bezugnahme auf 2 naher erlautert. Weiterhin ist die Verwendung von leckagefreien Volumenstromregelventilen, insbesondere von Kugelsitz-Volumenstromregelventilen, aufgrund der aufwändigen Herstellung kostenintensiv.
Eine andere Form eines bekannten Einspritzsystems ist in 2 mit dem Bezugszeichen 2 dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzsystem 2 weist einen Kraftstofftank 200 auf, in dem Kraftstoff bereitgehalten wird. In dem Kraftstofftank 200 ist eine erste Kraftstoffpumpe 202 angeordnet, die elektrisch betrieben wird und einen Kraftstoffdruck stromabwärts der ersten Kraftstoffpumpe 202 erhoht. Die erste Kraftstoffpumpe 202 lauft ublicherweise ständig unverändert durch.
Mittels der ersten Kraftstoffpumpe 202 wird Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 200 über eine erste Kraftstoffleitung 204 zu einer zweiten Kraftstoffpumpe 206 gefördert. Bei der zweiten Kraftstoffpumpe 206 handelt es sich um eine mechanisch betriebene Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die der weiteren Erhöhung des Kraftstoffdrucks in einem Bereich stromabwärts der zweiten Kraftstoffpumpe 206 dient. Der Bereich zwischen der ersten Kraftstoffpumpe 202 und der zweiten Kraftstoffpumpe 206 wird als Niederdruckbereich bezeichnet. In der ersten Kraftstoffleitung 204 sind in stromabwärtiger Richtung ein Kraftstofffilter 208, ein Kraftstofftemperatursensor 210, ein Schieber-Volumenstromregelventil 212 sowie ein erstes Ruckschlagventil 214 angeordnet. Das Schieber-Volumenstromregelventil 212 weist im geschlossenen Zustand eine Leckage auf, ist also leckagebehaftet.
Aus der zweiten Kraftstoffpumpe 206 wird der Kraftstoff uber eine zweite Kraftstoffleitung 216 in einen Hochdruck-Kraftstoffspeicher (Common-Rail) 218 geleitet. In der zweiten Kraftstoffleitung 216 sind ein zweites Rückschlagventil 220 sowie eine erste Drossel 222 angeordnet. Weiterhin ist an dem Hochdruck-Kraftstoffspeicher 218 ein Kraftstoffdrucksensor 224 zur Überwachung des Kraftstoffdrucks in dem Hochdruck-Kraftstoffspeicher 218 angeordnet.
Kraftstoff aus dem Hochdruck-Kraftstoffspeicher 218 wird über mehrere Injektor-Kraftstoffleitungen 226 zu einem jeweiligen Injektor 228 der Brennkraftmaschine geleitet. Leckagen der Injektoren von dem jeweiligen Injektor 228 werden über eine Injektor-Rücklaufleitung 230 wieder dem Kraftstofftank 200 zugefuhrt.
Im Hochdruckbereich zwischen der zweiten Kraftstoffpumpe 206 und den Injektoren 228 ist ein Druckregelventil 232 zur aktiven Druckregelung vorgesehen. Das Druckregelventil 232 ist in einer Leitung 234 angeordnet, die den Kraftstoffhochdruckspeicher 218 mit der ersten Kraftstoffleitung 204 zwischen dem Kraftstofffilter 208 und der ersten Kraftstoffpumpe 202 verbindet.
Zur Druckstabilitat im Niederdruckbereich vor dem VCV ist eine Niederdruck-Rucklaufleitung 236 vorgesehen, die an einem Ende mit der zweiten Kraftstoffpumpe 206 und darüber über die Leitung 240 und die Drossel 242 mit dem Niederdruckkreislauf und an ihrem anderen Ende mit der Injektor-Rucklaufleitung 230 verbunden ist. In der Niederdruck-Rücklaufleitung 236 ist ein Druckbegrenzungsventil 238 vorgesehen, das Ruckfluss von Kraftstoff in den Kraftstofftank 200 gestattet.
Eine Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe 206 erfolgt über eine Schmiermittel-Kraftstoffleitung 240, die an einem Ende mit der ersten Kraftstoffleitung 204 und an ihrem anderen Ende mit einem Schmiermittel-Eingang der zweiten Kraftstoffpumpe 206 verbunden ist. In der Schmiermittel-Kraftstoffleitung 240 ist eine zweite Drossel 242 angeordnet. Der zur Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe 206 verwendete Kraftstoff verlässt die zweite Kraftstoffpumpe 206 über eine Schmiermittel-Rucklaufleitung 244, in der eine dritte Drossel 246 angeordnet ist. Die Schmiermittel-Rucklaufleitung 244 mündet in die Niederdruck-Rucklaufleitung 236. Von dort fließt der Kraftstoff zuruck in den Kraftstofftank 200.
Eine Regelung des Kraftstoffdrucks erfolgt hier zum einen uber das Schieber-Volumenstromregelventil 212 im Niederdruckbereich sowie zum anderen über das Druckregelventil 232 im Hochdruckbereich. Hierbei regelt das Druckregelventil 232 aktiv den Kraftstoffdruck im Kraftstoffeinspritzsystem 2. Daher handelt es sich bei dieser Systemart um ein sogenanntes Zweistellersystem.
Die Verwendung von zwei Stellgliedern in einem Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Schieber-Volumenstromregelventil 212 ist erforderlich, weil ein in Serienproduktion hergestelltes Schieber-Volumenstromregelventil 212 im geschlossenen Zustand eine Leckage aufweist. Daher können insbesondere kleine Fördermengen der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 nicht ausreichend genau geregelt werden. Insbesondere erfolgt selbst bei einer Ansteuerung des Schieber-Volumenstromregelventils 212 mit 0% bei einem stromlos geschlossenen Ventil oder 100% bei einem stromlos offenen Ventil eine Leckage in einen Pumpenraum der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 bzw. der zweiten Kraftstoffpumpe. Diese Leckage ist prinzipbedingt und kann in der Serienproduktion nicht unterbunden werden. Das Leckageverhalten fuhrt dazu, dass selbst bei geschlossenem Volumenstromregelventil 212 weiterhin Kraftstoff der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 206 zugefuhrt wird und der Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich weiter erhoht wird. Somit ergibt sich die Notwendigkeit eines zusätzlich im Kraftstoffeinspritzsystem vorhandenen Druckregelventils 232 im Hochdruckbereich, um den Hochdruck mit der notwendigen Genauigkeit zu regeln.
Ein Nachteil des Zweistellersystems ist somit die Notwendigkeit von zwei Stellgliedern zur Druckregelung in einem Kraftstoffeinspritzsystem. Dies führt zu einem im Vergleich zum Einstellersystem hoheren Regelungsaufwand. Weiterhin ist auch dieses System kostenintensiv, da zwei Stellglieder und die dazugehorige Regelung erforderlich sind.
Aus der DE 10 2008 059 117 A1 ist eine Hochdruckpumpenanordnung bekannt. Die Hochdruckpumpenanordnung weist einen Pumpenkorper auf, der einen Niederdruckeingang und einen Hochdruckausgang enthalt. Innerhalb des Pumpenkorpers ist eine Druckaufbaukammer vorgesehen, innerhalb derer ein Plunger beweglich gelagert ist und welche uber ein Hochdruckventil mit dem Hochdruckausgang verbunden ist. Des Weiteren ist innerhalb des Pumpenkorpers eine Saugkammer vorgesehen, die mit einem Saugventil versehen ist. Ferner ist innerhalb des Pumpenkorpers ein zwischen dem Niederdruckeingang und der Saugkammer verlaufender Ansaugkanal vorgesehen. Der Niederdruckeingang ist mit einer elektrisch regelbaren Vorförderpumpe verbunden, die immer so betrieben wird, dass ein Unterdruck im Saugraum der Pumpe gewahrleistet ist. Die Regelung des Kraftstoffdruckes im Kraftstoffeinspritzsystem erfolgt durch ein Hochdruckregelventil.
EP 1 195 514 A2 beschreibt eine Vorrichtung zum Steuern des Flusses von einer Hochdruckpumpe in ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Die Common-Rail versorgt eine Anzahl von Injektoren der Zylinder der Brennkraftmaschine und wird durch eine Hochdruckpumpe versorgt, die wiederum durch eine motorgetriebene variable Niederdruckpumpe versorgt wird. Die Steuervorrichtung weist eine elektronische Steuereinheit zum Empfangen von Signalen auf, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine anzeigen. Die Ansaugseite der Hochdruckpumpe weist eine Drossel auf. Die Steuereinheit steuert die motorgetriebene Niederdruckpumpe, um den Kraftstoffdruck stromaufwärts der Drossel zwischen einem vorbestimmten Maximalwert und einem vorbestimmten Minimalwert zu variieren, um so die Kraftstoffaufnahme der Hochdruckpumpe innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu regeln. Zur Druckregelung weist die Vorrichtung weiterhin ein Druckregelventil im Hochdruckbereich auf. Ebenso wird ein Drucksensor im Niederdruckbereich zur Überwachung des Kraftstoffdruckes im Niederdruckbereich verwendet.
Ein weiteres Verfahren zum Erzeugen von hohem Kraftstoffdruck sowie ein entsprechendes System ist beschrieben in US 6,230,688 B1 . Das System umfasst eine Niederdruckpumpe als eine Vorförderpumpe, durch die Kraftstoff von einem Tank angesaugt wird und zu der Einlassseite einer Hochdruckpumpe geliefert wird. Ein Teil des durch die Niederdruckpumpe zugefuhrten Kraftstoffs wird zum Schmieren der Hochdruckpumpe verwendet, wobei ein Volumenstromregelventil zum Regeln verwendet wird und ein Niederdrucksensor in der Zulaufleitung vorhanden ist.
Ebenso beschreibt EP 1 574 704 A2 ein weiteres Kraftstoffeinspritzsystem mit einer elektrischen Niederdruckpumpe. Ein Steuermittel eines Kraftstoffeinspritzsystems reguliert eine Energiemenge eines elektrischen Motors gemäß einem Sensorsignal, das von einem Common-Rail-Drucksensormittel ausgegeben wird. Auf diese Weise steuern die Steuermittel eine Kraftstoffversorgungsmenge der Niederdruckpumpe. Auf diese Weise kann der Leistungsverbrauch des elektrischen Motors, der die Niederdruckpumpe antreibt, gemäß einer Druckzuführmenge einer Hochdruckpumpe reguliert werden. Weiterhin wird ein Drucksensor im Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems zur Überwachung des Kraftstoffversorgungsdrucks der Niederdruckpumpe verwendet.
Ein Saugpumpensystem für ein Kraftstoffdirekteinspritzsystem ist in DE 10 2009 004 590 A1 beschrieben. Das Kraftstoffeinspritzsystem weist eine Kraftstoffsaugpumpe auf, die einer Einspritzpumpe Kraftstoff zuführt. Weiterhin umfasst das Kraftstoffeinspritzsystem einen zwischen dem Ausgang der Saugpumpe und dem Eingang der Einspritzpumpe angeordneten Speicher sowie ein Steuergerät, das die der Saugpumpe zugeführte Energie anpasst, so dass ein Druck an dem Einlass der Einspritzpumpe über einem ersten vorbestimmten Betrag liegt. Das Steuergerät unterbindet die der ersten Kraftstoffpumpe zugeführte Energie, wenn der Druck an dem Einlass der Einspritzpumpe größer als ein zweiter vorbestimmter Betrag ist.
DE 10 2006 061 570 A1 beschriebt ein weiteres Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine. Das Kraftstoffsystem umfasst eine erste Kraftstoffpumpe und einen Druckbereich, in den die Kraftstoffpumpe fördert und der mit einem elastischen Volumenspeicher verbunden ist. Dieser weist eine Druck/Volumen-Kennlinie auf, die durch mindestens zwei Punkte definiert ist. Ein erster Punkt ist durch ein erstes Volumen bei einem ersten Druck definiert, der etwas größer ist als ein Dampfdruck des Kraftstoffs bei Umgebungstemperatur und ein zweiter Punkt ist durch ein zweites Volumen und einen zweiten Druck im Druckbereich definiert, der einem Maximaldruck entspricht. Die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Volumen entspricht wenigsten in etwa und mindestens einem Wert, um den das Volumen des Kraftstoffs im Druckbereich bei einer Abkühlung von einer maximalen Temperatur auf Umgebungstemperatur abnimmt.
Aus der Druckschrift DE 101 48 222 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt geworden, bei dem eine erste Kraftstoffpumpe eine Fördermenge Kraftstoff aus einem Kraftstoffspeicher mit einem Vordruck zu einer Zumesseinheit pumpt, wobei die Zumesseinheit eine Hochdruckpumpe mit einer Kraftstoffmenge versorgt. Diese Kraftstoffmenge wird in Abhängigkeit von einem Ansteuerwert der Zumesseinheit angesteuert.
Aus der Druckschrift DE 199 26 308 A1 ist eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt geworden mit einer Hauptförderpumpe und einer Vorförderpumpe. Die Vorförderpumpe ist mechanisch angetrieben.
Aus dem US-Patent Nr. 7 827 966 B2 ist ein elektronisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzsystem bekannt geworden, bei dem stromabwärts einer Vorförderpumpe ein Kraftstofffilter angeordnet ist. An dem Kraftstofffilter sind stromabwärts ein Temperatursensor und ein Drucksensor angeordnet. Erfasst der Drucksensor einen niedrigen Kraftstoffdruck und der Temperatursensor eine niedrige Kraftstofftemperatur, wird eine Fördermenge der Vorförderpumpe verringert und dem Kraftstofffilter wird aus einem Hochdruckbereich des Einspritzsystems wärmerer Kraftstoff zugeführt. Dadurch soll einer Verstopfung des Kraftstofffilters entgegengewirkt werden.
Ein Nachteil der oben aufgeführten Kraftstoffeinspritzsysteme ist zum einen die erforderliche Bauteilanzahl sowie eine daraus resultierende aufwändige Steuerung. Weiterhin nachteilig sind die sich daraus ergebenden Kosten bei der Verwendung solcher Kraftstoffeinspritzsysteme.
Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Verbesserung eines Kraftstoffeinspritzsystems im Hinblick auf die erforderliche Bauteilanzahl sowie die Bereitstellung eines entsprechenden Druckregelverfahrens.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, ein Druckregelverfahren eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems gemäß Anspruch 7, ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 13 sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 14. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine umfasst eine erste sowie eine zweite Kraftstoffpumpe, ein leckagebehaftetes Volumenstromregelventil, das in einer Kraftstoffleitung zwischen der ersten und der zweiten Kraftstoffpumpe angeordnet ist, sowie ein Steuergerät, mit dem die erste Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit von einer Stellung des leckagebehafteten Volumenstromregelventils ansteuerbar ist, so dass das leckagebehaftete Volumenstromregelventil als alleiniges Stellglied einer Kraftstoffdruckregelung im Kraftstoffeinspritzsystem dient. Ein Niederdrucksensor in der Kraftstoffleitung ist bei der Erfindung nicht notwendig und auch nicht vorgesehen.
Mittels der ersten Kraftstoffpumpe wird Kraftstoff aus einem Kraftstofftank über eine erste Kraftstoffleitung zur zweiten Kraftstoffpumpe gepumpt. Die erste Kraftstoffpumpe ist vorzugsweise eine elektrische Vorförderpumpe, insbesondere eine In-Tank-Pumpe. Der Bereich zwischen der ersten und der zweiten Kraftstoffpumpe wird als Niederdruckbereich bezeichnet. Von der zweiten Kraftstoffpumpe wird der Kraftstoff zu mindestens einem Injektor der Brennkraftmaschine geleitet. Der Bereich zwischen der zweiten Kraftstoffpumpe und dem mindestens einen Injektor wird als Hochdruckbereich bezeichnet.
Bei dem Kraftstoffeinspritzsystem handelt es sich vorzugsweise um ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem. In diesem Fall ist zwischen der zweiten Kraftstoffpumpe und dem mindestens einen Injektor ein Hochdruck-Kraftstoffspeicher (Common-Rail) angeordnet.
Das Kraftstoffeinspritzsystem weist als alleiniges Stellglied zur Kraftstoffdruckregelung im Kraftstoffeinspritzsystem ein leckagebehaftetes Volumenstromregelventil im Niederdruckbereich auf. Insbesondere ist kein Druckregelventil im Hochdruckbereich erforderlich.
Das leckagebehaftete Volumenstromregelventil weist im geschlossenen Zustand eine Leckage auf, wie bereits eingangs erlautert. Bei dem leckagebehaftete Volumenstromregelventil handelt es sich vorzugsweise um ein Schieber-Volumenstromregelventil. Ein geschlossener Zustand des leckagebehafteten Volumenstromregelventils tritt üblicherweise auf, wenn niedrige Einspritzmengen benötigt werden, beispielsweise im Leerlauf des Motors oder im Schubbetrieb.
Wird nun eine geschlossene Stellung des leckagebehafteten Volumenstromregelventils erfasst, beispielsweise durch Uberprufung des Ansteuersignals im Steuergerät fur das leckagebehaftete Volumenstromregelventil, dann kann die erste Kraftstoffpumpe für diesen Zeitraum ganz ausgeschaltet werden. Alternativ kann die erste Kraftstoffpumpe gemaß einer zeitgesteuerten Intervallschaltung, insbesondere einer „Toggel”-Schaltung angesteuert werden. Bei der „Toggel”-Schaltung erfolgt ausschließlich ein wechselweises An- und Ausschalten der ersten Kraftstoffpumpe ohne sonstige Veränderungen in der Ansteuerung. Für die Ansteuerung der ersten Kraftstoffpumpe ist kein Niederdrucksensor erforderlich.
Auf diese Weise wird der auf das leckagebehaftete Volumenstromregelventil wirkende Kraftstoffdruck bzw. die Kraftstoffdruckdifferenz in Abhängigkeit von der Stellung des Volumenstromregelventils durch eine entsprechende Ansteuerung der ersten Kraftstoffpumpe angepasst. Die erste Kraftstoffpumpe ist auf diese Weise so ansteuerbar, dass die Leckage durch eine Reduzierung des anliegenden Kraftstoffdrucks bzw. der anliegenden Kraftstoffdruckdifferenz reduziert oder abgestellt wird. In anderen Worten, der Kraftstoffdruck stromaufwarts des leckagebehafteten Volumenstromregelventils wird aufgrund der geregelten Ansteuerung der ersten Kraftstoffpumpe bedarfsgerecht reduziert. Das Kraftstoffeinspritzsystem weist weiterhin einen Kraftstofftemperatursensor auf, so dass die Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit einer mit dem Kraftstofftemperatursensor erfassbaren Kraftstofftemperatur durch das Steuergerät ansteuerbar ist. Die Kraftstofftemperatur spielt bei der Bestimmung der internen Leckage des leckagebehaftete Volumenstromregelventils eine Rolle. Der Kraftstofftemperatursensor dient somit zur weiteren Verbesserung der Ansteuerung der ersten Kraftstoffpumpe. Der Kraftstofftemperatursensor ist vorzugsweise benachbart zu dem Volumenstromregelventil angeordnet. Neben der Stellung des Volumenstromregelventils und der Kraftstofftemperatur kann für die geregelte Ansteuerung als weiterer Parameter der Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich verwendet werden, worauf später eingegangen wird. Vorteilhafterweise wird aufgrund der Ansteuerung der ersten Kraftstoffpumpe eine Null-Leckage des Volumenstromregelventils erreicht.
Daher kann eine Druckregelung im Kraftstoffeinspritzsystem ausschließlich durch den Einsatz eines im geschlossenen Zustand leckagebehafteten Volumenstromregelventils erfolgen, ohne Verwendung eines zusätzlichen Druckregelventils. Weitere Ausführungen im Hinblick auf den Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems mit einem leckagebehafteten Volumenstromregelventil als alleiniges Stellglied zur Druckregulierung werden später unter Bezug auf das dazugehorige Druckregelverfahren gemacht.
Aufgrund der Einsetzbarkeit von leckagebehafteten Volumenstromregelventilen als alleiniges Stellglied zur Druckregulierung ist vorteilhafterweise eine im Vergleich zum Stand der Technik verringerte Bauteilanzahl erforderlich. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzsystems vereinfacht ist. Zudem weisen die leckagebehafteten Volumenstromregelventile geringere Herstellkosten im Vergleich zu leckagefreien Volumenstromregelventilen auf, wodurch sich als weitere Vorteil ein Kostenvorteil gegenuber dem Stand der Technik ergibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe mittels eines Motorols der Brennkraftmaschine. Insbesondere ist die zweite Kraftstoffpumpe eine Steckpumpe mit Motorölschmierung. Bei dieser Kraftstoffpumpenart wird ein Spülölstrom der Hochdruckpumpe nicht durch ein Abschalten der ersten Kraftstoffpumpe beeinflusst. Somit hat ein Abschalten der ersten Kraftstoffpumpe keine negativen Auswirkungen auf die Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine durch das Steuergerät ansteuerbar. Wie oben dargelegt, wirkt sich das Leckageverhalten des leckagebehafteten Volumenstromregelventils besonders bei niedrigen Kraftstoff-Einspritzmengen aus. Niedrige Einspritzmengen im Vergleich zu einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine treten während einem Schubbetrieb oder einem Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine auf. Beispielsweise kann die erste Kraftstoffpumpe während einer Schubphase oder einer Leerlaufphase vollstandig ausgeschaltet oder mittels einer Intervallschaltung zeitgesteuert geschaltet werden.
Bevorzugt ist weiterhin, dass das Kraftstoffeinspritzsystem einen Kraftstoffdrucksensor stromabwärts der zweiten Kraftstoffpumpe aufweist, so dass die erste Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit eines mit dem Kraftstoffdrucksensor erfassbaren Kraftstoffdrucks durch das Steuergerät ansteuerbar ist.Eine zusatzliche Niederdrucksensorik ist nicht erforderlich. Im Gegensatz dazu ist der Kraftstoffdrucksensor im Hochdruckbereich angeordnet. Der Kraftstoffdrucksensor kann zur Überprufung eines Kraftstoffdrucks im Hochdruckbereich verwendet werden, beispielsweise damit die erste Kraftstoffpumpe so ansteuerbar ist, dass der Kraftstoffdruck nicht über einen ersten vorgebbaren Grenzwert steigt oder unter einen zweiten vorgebbaren Grenzwert fällt.
Ein Druckregelverfahren eines erfindungsgemaßen Kraftstoffeinspritzsystems weist die folgenden Schritte auf: Erfassen einer Stellung des leckagebehafteten Volumenstromregelventils und Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe in Abhangigkeit von der erfassten Stellung des leckagebehafteten Volumenstromregelventils, wobei das leckagebehaftete Volumenstromregelventil als alleiniges Stellglied einer Kraftstoffdruckregelung im Kraftstoffeinspritzsystem dient.
Das erfindungsgemaße Druckregelverfahren weist die Vorteile des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems auf. Bei dem Druckregelverfahren wird zunachst die Stellung des leckagebehaftete Volumenstromregelventils erfasst. Dies kann beispielsweise durch eine Überprüfung entsprechender Ansteuerparameter im dazugehorigen Steuergerät erfolgen. Wird eine geschlossene Stellung des leckagebehafteten Volumenstromregelventils erfasst, dann wird die erste Kraftstoffpumpe beispielsweise ausgeschaltet oder mittels einer zeitgesteuerten Intervall-Schaltung, insbesondere einer „Toggel”-Schaltung, angesteuert. Auf diese Weise wird der Kraftstoffdruck stromaufwärts des Volumenstromregelventils reduziert, wodurch eine Leckage des Volumenstromregelventils reduziert oder eliminiert werden kann. Dies hat zur Folge, dass die zweite Kraftstoffpumpe keine ungewollte Forderleistung aufweist und sich der Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich nicht ungewollt erhoht. Eine zusatzliche Sensorik wie beispielsweise einen Niederdrucksensorik ist nicht erforderlich.
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform erfolgt das Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe in Form einer „Toggel”-Schaltung. Ublicherweise befindet sich die erste Kraftstoffpumpe in einem eingeschalteten Zustand, ohne eine Variierung der Ansteuerung. Dieser Zustand wird mit 1 bezeichnet. Demgegenuber gibt es einen zweiten Zustand der ersten Kraftstoffpumpe, bei dem sie ausgeschaltet ist. Dieser Zustand wird mit 0 bezeichnet. Bei der oben angesprochenen „Toggel”-Schaltung wird die erste Kraftstoffpumpe nun zwischen dem Zustand 1 und dem Zustand 0 wechselweise hin- und hergeschaltet. Das Umschalten kann zeitgesteuert erfolgen. Eine Regelung der ersten Kraftstoffpumpe in sonstiger Hinsicht erfolgt nicht.
Ebenso bevorzugt ist, wenn das Druckregelverfahren den weiteren Schritt aufweist: Erfassen eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, wahrend der erfasste Betriebszustand der Brennkraftmaschine beim Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe berucksichtigt wird. Insbesondere wird der erfasste Betriebszustand der Brennkraftmaschine beim Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe so berucksichtigt, dass das Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe so erfolgt, dass die erste Kraftstoffpumpe ausgeschaltet wird, wenn der erfasste Betriebszustand der Brennkraftmaschine einem ersten vorgebbaren Betriebszustand entspricht, und eingeschaltet wird, wenn der erfasste Betriebszustand der Brennkraftmaschine einem zweiten vorgebbaren Betriebszustand entspricht. Bei dem ersten vorgebbaren Betriebszustand handelt es sich beispielsweise um einen Schubbetrieb oder einen Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine. Wenn sich die Brennkraftmaschine beispielsweise vorher in einem Volllastbetrieb befunden hat, dann wird üblicherweise in diesem Fall der Kraftstoffdruck im Hochdruck-Kraftstoffspeicher abgebaut werden. Somit ist eine weitere Forderung von Kraftstoff in den Kraftstoff-Hochdruckspeicher unerwunscht. Die erste Kraftstoffpumpe kann in diesem Fall so lange ausgeschaltet bleiben, bis sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine andert. Eine Anderung in diesem Fall bedeutet, dass die Brennkraftmaschine von der Schubphase bzw. dem Schubbetrieb oder der Leerlaufphase bzw. dem Leerlaufbetrieb in eine Lastphase wie Volllast oder Teillast wechselt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Druckregelverfahren den Schritt auf: Erfassen eines Kraftstoffdrucks in einer Kraftstoffleitung stromabwärts der zweiten Kraftstoffpumpe, wobei der erfasste Kraftstoffdruck im Hochdruckkraftstoffspeicher beim Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe berücksichtigt wird.
Insbesondere erfolgt das Berucksichtigen beim Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe in diesem Fall so, dass die erste Kraftstoffpumpe ausgeschaltet wird bei Überschreiten eines ersten vorgebbaren Druckgrenzwerts und im Hochdruck-Kraftstoffspeicher eingeschaltet wird bei Unterschreiten eines zweiten vorgebbaren Druckgrenzwerts im Hochdruck-Kraftstoffspeicher.
Optional kann die Erfassung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine mit der Erfassung des Kraftstoffdrucks im Hochdruckbereich kombiniert werden. In diesem Fall liegen dann neben der Stellung des Volumenstromregelventils zwei Bedingungen für ein Einschalten sowie zwei Bedingungen fur ein Ausschalten der ersten Kraftstoffpumpe vor. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Druckregelverfahren weiter verbessert werden.
Das Druckregelverfahren weist den weiteren Schritt auf: Erfassen einer Kraftstofftemperatur im Kraftstoffeinspritzsystem, wobei die erfasste Kraftstofftemperatur beim Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe berücksichtigt wird. Die Kraftstofftemperatur wirkt sich auf das Leckageverhalten des Volumenstromregelventils im geschlossenen Zustand aus. Durch Berücksichtigung der von dem Kraftstoff Temperatursensor erfassten Kraftstofftemperatur kann ein Leckageverhalten des Volumenstromregelventils genauer bestimmt werden. Somit kann wiederum die Ansteuerung der ersten Kraftstoffpumpe verbessert werden.
Ein Steuergerat eines Kraftfahrzeugs weist das erfindungsgemäße Druckregelverfahren auf. Somit weist das Steuergerat alle Vorteile des erfindungsgemäßen Druckregelverfahrens auf, die an dieser Stelle nicht erneut dargelegt werden.
Ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine weist das erfindungsgemaße Kraftstoffeinspritzsystem und/oder das erfindungsgemäße Steuergerat auf. Das Kraftfahrzeug weist somit ebenfalls alle Vorteile des erfindungsgemaßen Kraftstoffeinspritzsystems und/oder des erfindungsgemäßen Steuergerats auf. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem dazugehorigen Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bauteile. Es zeigen:
1 ein Hydraulikschaltbild eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems mit einem Kugelsitz-Volumenstromregelventil gemäß Stand der Technik,
2 ein Hydraulikschaltbild eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems mit einem Schieber-Volumenstromregelventil und einem zusätzlichen Druckregelventil gemaß Stand der Technik,
3 eine Darstellung der Leckage eines geschlossenen Schieber-Volumenstromregelventils in Abhangigkeit von dem Ventilspalt bei einer definierten konstanten Kraftstofftemperatur,
4 ein Hydraulikschaltbild eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems mit einem Schieber-Volumenstromregelventil gemaß einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung,
5 eine Hochdruckpumpe ohne Spülolpfad (sogenannte Steckpumpe) und
6 einen schematischen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckregelverfahrens.
Ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine weist ein Steuergerät sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem auf. Dementsprechend ist das Kraftstoffeinspritzungssystem vorzugsweise ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem. Das Kraftstoffeinspritzsystem weist ein leckagebehaftetes Volumenstromregelventil auf, insbesondere ein leckagebehaftetes Schieber-Volumenstromregelventil.
Ein Leckage-Volumenstrom Q_leak des Schieber-Volumenstromregelventils lässt sich gemäß der folgenden Gleichung berechnen:
Hierin ist D der Ventildurchmesser in m, h die Größe des Spalts in m, μ der Viskositatskoeffizient in Pa·s, l die Länge der Dichtung in m und e die Größe der Dezentrierung in m.
3 zeigt eine Darstellung der Leckage eines geschlossenen Schieber-Volumenstromregelventils in Abhängigkeit von dem Ventilspalt bei einer definierten konstanten Kraftstofftemperatur und einer bestimmten Druckdifferenz uber das Ventil. Auf der x-Achse ist die Größe des Ventilspalts s in μm aufgetragen und auf der y-Achse die Leckage L in Litern pro Minute.
Die Leckage des leckagebehafteten Volumenstromregelventils ist hauptsächlich von dem am Volumenstromregelventil anliegenden Kraftstoffdruck bzw. der anliegenden Kraftstoffdruckdifferenz sowie der Kraftstofftemperatur abhängig. Mit abnehmendem Kraftstoffdruck bzw. mit abnehmender Kraftstoffdruckdifferenz und abnehmender Kraftstofftemperatur nimmt die Leckage des Volumenstromregelventils im geschlossenen Zustand ab.
Wieder Bezug nehmend auf 3 stellt die Linie L1 einen schlimmsten Fall eines Leckageverhaltens eines Schieber-Volumenstromregelventils bei einer Druckdifferenz von 10 bar und einer Kraftstofftemperatur von hier 40°C dar. Die Linie L3 stellt den dazugehörigen besten Fall bei einem Kraftstoffdruck von 10 bar dar. Weiterhin ist sowohl der schlimmste als auch der beste Fall für einen Kraftstoffdruck von 4 bar und einer Kraftstofftemperatur von hier 40°C dargestellt. Der schlimmste Fall wird hierbei durch Linie L2 reprasentiert und der beste Fall durch Linie L4.
4 zeigt ein erfindungsgemäßes Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 3. Das Kraftstoffeinspritzsystem 3 weist einen Kraftstofftank 300 auf, in dem Kraftstoff bereitgestellt wird. In dem Kraftstofftank 300 ist eine erste Kraftstoffpumpe 302 angeordnet, die elektrisch betrieben wird und einen Kraftstoffdruck stromabwarts der ersten Kraftstoffpumpe 302 erhöht. Die erste Kraftstoffpumpe 302 ist somit eine elektrische Vorförderpumpe, insbesondere eine In-Tank-Pumpe.
Mittels der ersten Kraftstoffpumpe 302 wird Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 300 über eine erste Kraftstoffleitung 304 zu einer zweiten Kraftstoffpumpe 306 gefördert. Bei der zweiten Kraftstoffpumpe 306 handelt es sich um eine mechanisch betriebene Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die der weiteren Erhöhung des Kraftstoffdrucks in einem Bereich stromabwarts der zweiten Kraftstoffpumpe 306 dient. Der Bereich zwischen der ersten Kraftstoffpumpe 302 und der zweiten Kraftstoffpumpe 306 wird als Niederdruckbereich bezeichnet. In der ersten Kraftstoffleitung 304 sind in stromabwartiger Richtung ein Kraftstofffilter 308, ein Kraftstofftemperatursensor 310, ein leckagebehaftetes Schieber-Volumenstromregelventil 312 sowie ein erstes Ruckschlagventil 314 angeordnet. Ein Drucksensor im Niederdruckbereich ist nicht vorgesehen und fur das erfindungsgemaße Druckregelverfahren nicht erforderlich.
Aus der zweiten Kraftstoffpumpe 306 wird der Kraftstoff uber eine zweite Kraftstoffleitung 316 in einen Hochdruck-Kraftstoffspeicher (Common-Rail) 318 geleitet. In der zweiten Kraftstoffleitung 316 sind ein zweites Ruckschlagventil 320 sowie optional eine erste Drossel 322 angeordnet. Weiterhin ist an dem Hochdruck-Kraftstoffspeicher 318 ein Kraftstoffdrucksensor 324 zur Überwachung des Kraftstoffdrucks in dem Hochdruck-Kraftstoffspeicher 318 angeordnet. Ein Druckregelventil ist im Hochdruckbereich zwischen der zweiten Kraftstoffpumpe 306 und den Injektoren 328 nicht vorgesehen und für das erfindungsgemaße Druckregelverfahren nicht erforderlich.
Kraftstoff aus dem Hochdruck-Kraftstoffspeicher 318 wird uber mehrere Injektor-Kraftstoffleitungen 326 zu einem jeweiligen Injektor 328 der Brennkraftmaschine geleitet. Leckagen der Injektoren werden von dem jeweiligen Injektor 328 uber eine Injektor-Rücklaufleitung 330 wieder dem Kraftstofftank 300 zugeführt.
Zur Druckstabilitat vor dem Volumenstromregelventil 312 im Niederdruckbereich ist optional eine Niederdruck-Rücklaufleitung 332 vorgesehen, die an einem Ende mit der zweiten Kraftstoffpumpe 306 und an ihrem anderen Ende mit der Injektor-Rücklaufleitung 330 verbunden ist. In der Niederdruck-Rücklaufleitung 332 ist optional ein Druckbegrenzungsventil 334 vorgesehen, dass bei einem unzulassig hohen Kraftstoffdruck den Rückfluss von Kraftstoff in den Kraftstofftank 300 gestattet.
Eine Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe 306 erfolgt uber eine Schmiermittel-Kraftstoffleitung 336, die an einem Ende mit der ersten Kraftstoffleitung 304 und an ihrem anderen Ende mit einem Schmiermittel-Eingang der zweiten Kraftstoffpumpe 306 verbunden ist. In der Schmiermittel-Kraftstoffleitung 336 ist optional eine zweite Drossel 338 angeordnet. Der zur Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe 306 verwendete Kraftstoff verlässt die zweite Kraftstoffpumpe 306 uber eine Schmiermittel-Rucklaufleitung 340, in der optional eine dritte Drossel 342 angeordnet ist. Die Schmiermittel-Rücklaufleitung 340 mündet in die Niederdruck-Rücklaufleitung 332. Von dort fließt der Kraftstoff zurück in den Kraftstofftank 300.
Alternativ zur Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe 306 mittels Kraftstoff kann die Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe 306 mittels eines Motoröls der Brennkraftmaschine erfolgen. In diesem Falle weist die zweite Kraftstoffpumpe 306 keinen Spülölpfad auf. Hierbei kann die zweite Kraftstoffpumpe 306 an einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angeordnet oder an einem Gehäuse montiert sein und durch das Motoröl geschmiert werden. Da die Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe 306 nicht mit Kraftstoff sondern mit Motoröl erfolgt, führt ein Abschalten der ersten Kraftstoffpumpe 302 nicht zu einer Beeinflussung der Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe 306.
5 zeigt eine Ausführungsform der zweiten Kraftstoffpumpe 306. Hierbei handelt es sich um eine Steckpumpe ohne Spülölpfad. An der zweiten Kraftstoffpumpe 306 ist das leckagebehaftete Volumenstromregelventil 312 angeordnet und die zweite Kraftstoffpumpe 306 weist einen Einlass 350 für Kraftstoff auf.
Unter Bezugnahme auf 6 wird im Folgenden das erfindungsgemäße Druckregelverfahren für das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem gemäß 5 beschrieben. In einem Schritt A wird eine Soll-Stellung des leckagebehafteten Volumenstromregelventils 312 erfasst. Bei Schritt C wird ein Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfasst. In Schritt D wird optional ein Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich stromabwärts der zweiten Kraftstoffpumpe 306 erfasst. Vorzugsweise wird der Druck über den Kraftstoffdrucksensor 324 im Hochdruck-Kraftstoffspeicher 318 erfasst, In Schritt C erfolgt das Erfassen einer Kraftstofftemperatur im Kraftstoffeinspritzsystem 3, vorzugsweise über den Kraftstofftemperatursensor 310 benachbart dem leckagebehafteten Volumenstromregelventil 312.
Die in Schritt C erfassten Werte werden an ein nicht dargestelltes Steuergerät übermittelt. Das Steuergerät wertet die ubermittelten am Parameter aus. Dazu wird überpruft, ob sich das Volumenstromregelventil 312 in einer geschlossenen Stellung befindet. Weiterhin wird überpruft, ob der Betriebszustand der Brennkraftmaschine einem ersten oder einem zweiten vorgebbaren Betriebszustand entspricht. Im Hinblick auf den erfassten Kraftstoffdruck wird uberpruft, ob er uber einem ersten vorgebbaren Grenzwert oder unter einem zweiten vorgebbaren Grenzwert liegt. In Abhängigkeit von dieser Uberprüfung steuert das Steuergerät in Schritt B die erste Kraftstoffpumpe 302 an. Das leckagebehaftete Volumenstromregelventil 312 dient im Kraftstoffeinspritzsystem 3 somit als alleiniges Stellglied einer Druckregelung.
Im Folgenden wird das oben beschriebene Druckregelverfahren anhand eines konkreten Beispiels beschrieben. Da das Leckageverhalten des Volumenstromregelventils 312 sich insbesondere bei im Vergleich zu einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine niedrigen Einspritzmengen des Kraftstoffeinspritzsystems 3 auswirkt, wird davon ausgegangen, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich von Volllast in den Schubbetrieb geändert hat.
Als Stellung für das Volumenstromregelventil 312 wird eine geschlossene Soll-Stellung erfasst. Wird ausschließlich die Stellung des Volumenstromregelventils 312 zur Druckregelung verwendet, dann wird die erste Kraftstoffpumpe 302 entweder ganz ausgeschaltet oder mittels einer „Toggel”-Schaltung zeitgesteuert an- und ausgeschaltet, solange sich das Volumenstromregelventil 312 in der geschlossenen Stellung befindet. Bei der „Toggel”-Schaltung erfolgt ausschließlich eine Schaltung zwischen Aus- und Ein-Zustand. Eine sonstige Regelung der ersten Kraftstoffpumpe 302 erfolgt nicht. Ändert sich beispielsweise nun die Stellung des Volumenstromregelventils 312 von geschlossen zu nicht geschlossen, dann wird die erste Kraftstoffpumpe 302 dauerhaft eingeschaltet.
Wird in dem obigen Beispiel zusatzlich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfasst, dann wird die Schubphase erfasst. In diesem Fall wird die erste Kraftstoffpumpe 302 ausgeschaltet oder mit der oben beschriebenen „Toggel”-Schaltung angesteuert, solange der erfasste Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Schubphase oder der Leerlaufphase entspricht. Die erste Kraftstoffpumpe 302 wird eingeschaltet, wenn der erfasste Betriebszustand der Brennkraftmaschine einem zweiten vorgebbaren Betriebszustand entspricht, beispielsweise einem Lastbetrieb wie Volllast oder Teillast, entsprechend bestimmten Einspritzmengen.
Als Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich ist ein Wert erfasst worden, der über dem ersten vorgebbaren Grenzwert liegt. Der jeweilige erste und zweite vorgebbare Grenzwert ergibt sich beispielsweise in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine und ist im Steuergerat hinterlegt. Da der erfasste Kraftstoffdruck den ersten vorgebbaren Druckgrenzwerts uberschreitet, wird die erste Kraftstoffpumpe 302 ausgeschaltet oder mittels der oben beschriebenen „Toggel”-Schaltung angesteuert. Sinkt der Kraftstoffdruck unter einen zweiten vorgebbaren Grenzwert bevor sich die Stellung des Volumenstromregelventils 312 oder der Betriebszustand der Brennkraftmaschine ändert, dann wird die erste Kraftstoffpumpe 302 wieder eingeschaltet. Die erste Kraftstoffpumpe 302 kann dauerhaft eingeschaltet werden bis zum erneuten Erreichen des ersten vorgebbaren Grenzwerts oder in Form einer Intervall-Schaltung, insbesondere einer „Toggel”-Schaltung, angesteuert werden.
Mittels der in Schritt C erfassten Kraftstofftemperatur kann weiterhin ein Leckage-Volumenstrom des leckagebehaftete Volumenstromregelventil 312 bestimmt werden, wenn das leckagebehaftete Volumenstromregelventil 312 sich in einem geschlossenen Zustand befindet. Der aufgrund der Kraftstofftemperatur bestimmte Leckage-Volumenstrom wird bei der Ansteuerung der ersten Kraftstoffpumpe 302 berücksichtigt, was die Genauigkeit des Druckregelverfahrens verbessert. Vorzugsweise kann so die zeitgesteuerte Intervall-Schaltung, insbesondere die „Toggel”-Schaltung, im Hinblick auf die Zeitintervalle genauer eingestellt werden.

Claims

Ein Kraftstoffeinspritzsystem (3) einer Brennkraftmaschine, umfassend: a) eine erste (302) sowie eine zweite Kraftstoffpumpe (306), b) ein leckagebehaftetes Volumenstromregelventil (312), das in einer Kraftstoffleitung (304) zwischen der ersten (302) und der zweiten Kraftstoffpumpe (306) angeordnet ist, sowie c) ein Steuergerät, mit dem die erste Kraftstoffpumpe (302) in Abhängigkeit von einer Stellung des leckagebehafteten Volumenstromregelventils (312) ansteuerbar ist, so dass das leckagebehaftete Volumenstromregelventil (312) als alleiniges Stellglied einer Kraftstoffdruckregelung im Kraftstoffeinspritzsystem (3) dient, und d) einen Kraftstofftemperatursensor (310), wobei die erste Kraftstoffpumpe (302) in Abhängigkeit einer mit dem Kraftstofftemperatursensor (310) erfassbaren Kraftstofftemperatur durch das Steuergerät ansteuerbar ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (3) gemäß Anspruch 1, wobei das leckagebehaftete Volumenstromregelventil (312) ein Schieber-Volumenstromregelventil ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, während die erste Kraftstoffpumpe (302) eine elektrische Vorförderpumpe ist, insbesondere eine In-Tank-Pumpe.
Kraftstoffeinspritzsystem (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, während eine Schmierung der zweiten Kraftstoffpumpe (306) mittels eines Motoröls der Brennkraftmaschine erfolgt, insbesondere ist die zweite Kraftstoffpumpe (306) eine Steckpumpe mit Motorölschmierung.
Kraftstoffeinspritzsystem (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, während die erste Kraftstoffpumpe (302) in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine durch das Steuergerät ansteuerbar ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin einen Kraftstoffdrucksensor (324) stromabwärts der zweiten Kraftstoffpumpe (306) aufweist, so dass die erste Kraftstoffpumpe (302) in Abhängigkeit eines mit dem Kraftstoffdrucksensor (324) erfassbaren Kraftstoffdrucks durch das Steuergerät ansteuerbar ist.
Druckregelverfahren eines Kraftstoffeinspritzsystems (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Druckregelverfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Erfassen (A) einer Stellung des leckagebehafteten Volumenstromregelventils (312), b) Ansteuern (B) der ersten Kraftstoffpumpe (302) in Abhängigkeit von der erfassten Stellung des leckagebehafteten Volumenstromregelventils (312), wobei das leckagebehaftete Volumenstromregelventil (312) als alleiniges Stellglied einer Kraftstoffdruckregelung im Kraftstoffeinspritzsystem (3) dient, und c) Erfassen (C) einer Kraftstofftemperatur im Kraftstoffeinspritzsystem (3), wobei die erfasste Kraftstofftemperatur beim Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe (302) berücksichtigt wird.
Druckregelverfahren gemäß Anspruch 7, bei dem das Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe (302) in Form einer zeitabhängigen „Toggel”-Schaltung erfolgt.
Druckregelverfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, das den weiteren Schritt aufweist: d) Erfassen (C) eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine, während der erfasste Betriebszustand der Brennkraftmaschine beim Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe (302) berücksichtigt wird.
Druckregelverfahren gemäß Anspruch 9, während das Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe (302) so erfolgt, dass die erste Kraftstoffpumpe (302) ausgeschaltet wird, wenn der erfasste Betriebszustand der Brennkraftmaschine einem ersten vorgebbaren Betriebszustand entspricht, und eingeschaltet wird, wenn der erfasste Betriebszustand der Brennkraftmaschine einem zweiten vorgebbaren Betriebszustand entspricht.
Druckregelverfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, das weiterhin den Schritt aufweist: e) Erfassen (D) eines Kraftstoffdrucks stromabwärts der zweiten Kraftstoffpumpe, wobei der erfasste Kraftstoffdruck beim Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe (302) berücksichtigt wird.
Druckregelverfahren gemäß Anspruch 11, während das Ansteuern der ersten Kraftstoffpumpe (302) so erfolgt, dass die erste Kraftstoffpumpe (302) ausgeschaltet wird bei Überschreiten eines ersten vorgebbaren Druckgrenzwerts und eingeschaltet wird bei Unterschreiten eines zweiten vorgebbaren Druckgrenzwerts.
Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, das das Druckregelverfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12 aufweist.
Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, das ein Kraftstoffeinspritzsystem (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder ein Steuergerät gemäß Anspruch 13 aufweist.