DE102012210628A1

DE102012210628A1 - Verfahren zum Betreiben eines Common-Rail-Einspritzsystems

Info

Publication number: DE102012210628A1
Application number: DE102012210628A
Authority: DE
Inventors: Ruben Kapp; Andreas Rupp; Maik Schaufler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2013-12-24
Also published as: ITMI20130966A1; KR20150023797A; CN104364505A; CN104364505B; KR102004579B1; IN2014DN07784A; WO2013189682A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Common-Rail-Einspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine, wobei jeder Kraftstoff-Haupteinspritzung (311, 312) mindestens eine Voreinspritzungsansteuerung (321, 331) vorangeht und mindestens eine Voreinspritzungsansteuerung (331) über einen so kurzen Zeitraum erfolgt, dass sie nicht zu einem Öffnen und Schließen eines Injektorventils des Common-Rail-Einspritzsystems führt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Common-Rail-Einspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder Steuergerät ausgeführt wird.
Stand der Technik
Kraftstoff-Voreinspritzungen in einem Common-Rail-Einspritzsystem spielen bei der Reduzierung der Geräusch- und Abgasemission von Dieselmotoren eine bedeutende Rolle. Um die Einhaltung der gesetzlich geforderten Abgaswerte gewährleisten zu können ist es notwendig, dass die tatsächlichen Einspritzmengen mit von einem Steuergerät berechneten Sollmengen übereinstimmen. Dazu muss eine Mengenabweichung, welche sich über die Lebenszeit eines Common-Rail-Injektors durch verschiedene Verschleißformen ergibt, ausgeglichen werden. Dieser Mengenunterschied kann positiv (Mengenüberschuss) als auch negativ (Mengenmangel) sein. Es ergibt sich nun das Problem, den Unterschied zwischen Sollmenge und tatsächlich eingespritzter Menge festzustellen und auszugleichen. Die Sollmenge entspricht dabei im Steuergerät des Fahrzeuges abgespeicherten Datenkennlinien. Die tatsächlich eingespritzte Menge kann dagegen nur indirekt bestimmt werden. Hierfür gibt es verschiedene Lösungsansätze. So gibt es unter anderem die Möglichkeit über Druckmesssensoren den Druckverlauf in einem Zylinder des Motors zu messen um daraus auf die Einspritzmenge zurückzuschließen. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass zu ihrer Anwendung zusätzliche Messsensoren verbaut werden müssen, die zu Mehrkosten führen.
Die DE 10 2008 043 165 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Bestimmung der Voreinspritzungsmenge im gefeuerten Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine. Bei einem solchen Verfahren wird auf einem Zylinder abwechselnd eine Einfacheinspritzung, das heißt nur eine Haupteinspritzung, und eine Zweifacheinspritzung, das heißt eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung, abgesetzt. Die Ansteuerdauer der Voreinspritzung wird bei einem solchen Verfahren so lange verändert, bis die Wirkung auf bestimmte Frequenzen eines Drehzahlsignals des Motors Null wird. Die Wirkung wird durch Betrag und Phase einer in den Frequenzbereich transformierten Drehzahlinformation ermittelt. Berücksichtigt werden dabei die halben Nockenwellen und drei Halbe der Nockenwellenfrequenz. Dieses Verfahren ist allerdings mit einem gravierenden Nachteil verbunden. Dieser besteht darin, dass beim bekannten Verfahren der Druckwelleneinfluss der Voreinspritzung auf die Haupteinspritzung kompensiert werden muss, wenn er in einer Voreinspritzung vorhanden ist. Diese Kompensation stellt einen hohen Applikationsaufwand da und ist mit hohen Toleranzen behaftet, da nicht alle Betriebspunkte und Randbedingungen in der Bedatung berücksichtigt sind.
Offenbarung der Erfindung
Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Common-Rail-Einspritzsystems einer Verbrennungskraftmaschine geht jeder Kraftstoff-Haupteinspritzung mindestens eine Voreinspritzungsansteuerung voran, und mindestens eine Voreinspritzungsansteuerung erfolgt über einen so kurzen Zeitraum, dass sie nicht zu einem Öffnen und Schließen eines Injektorventils des Common-Rail-Einspritzsystems führt. Durch Variation der Voreinspritzungsmenge bei gleichzeitiger Beobachtung des Druckwelleneinflusses lässt sich feststellen, dass bereits bei kleinen Voreinspritzungsansteuerdauern, die noch gar nicht zur Einspritzung einer Kraftstoffmenge führen, ein Druckwelleneinfluss auf die Haupteinspritzung zu beobachten ist. Dies liegt daran, dass durch Leeren und Wiederbefüllen des Steuerraums eines Injektors eines Common-Rail-Einspritzsystems bereits eine Menge aus dem Rail des Common-Rail-Einspritzsystems entnommen wird, und dadurch eine Druckwelle ausgelöst wird.
Der Einfluss der Druckwelle auf die Haupteinspritzung ist im Wesentlichen unabhängig von der Ansteuerdauer der Voreinspritzung. Es ist allerdings erfindungsgemäß bevorzugt, dass die mindestens eine Voreinspritzungsansteuerung, die über einen so kurzen Zeitraum erfolgt, dass sie nicht zu einem Öffnen und Schließen eines Injektorventils des Common-Rail-Einspritzsystems führt, mindestens über einen so langen Zeitraum erfolgt, dass sie zum Öffnen und Schließen eines Steuerventils eines Injektors des Common-Rail-Einspritzsystems führt. Dies ermöglicht das Leeren und Wiederbefüllen des Steuerraums des Injektors.
Um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein herkömmliches Einspritzmuster zu ersetzen ist es bevorzugt, dass jeder zweiten Kraftstoffhaupteinspritzung eine Voreinspritzungsansteuerung vorangeht, die über einen so kurzen Zeitraum erfolgt, dass sie nicht zu einem Öffnen und Schließen eines Injektorventils des Common-Rail-Einspritzsystems führt. Um ein herkömmliches Einspritzmuster zu ersetzen, in dem abwechselnd eine Einfacheinspritzung und eine Zweifacheinspritzung abgesetzt wird, wie es beispielsweise in der DE 10 2008 043 165 A1 beschrieben wird, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass jeder Kraftstoff-Haupteinspritzung genau eine Voreinspritzungsansteuerung vorangeht. Es ist allerdings auch möglich, dass jeder Kraftstoff-Haupteinspritzung mehrere Voreinspritzungsansteuerungen vorangehen, wobei mindestens eine Voreinspritzungsansteuerung, welche einer anderen Voreinspritzungsansteuerung vorangeht, über einen so kurzen Zeitraum erfolgt, dass sie nicht zu einem Öffnen und Schließen eines Injektorventils des Common-Rail-Einspritzsystems führt. Dabei ist besonders bevorzugt, dass jeder Kraftstoff-Haupteinspritzung zwei Voreinspritzungsansteuerungen vorangehen. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren ein aus dem Stand der Technik bekanntes Einspritzmuster ersetzen, welches abwechselnd aus einer Zweifacheinspritzung, das heißt einer Haupteinspritzung mit einer Voreinspritzung, und einer Dreifacheinspritzung, das heißt einer Haupteinspritzung mit zwei Voreinspritzungen besteht, und das zu einer besonders geringen Geräuschentwicklung der Verbrennungskraftmaschine führt.
Ein Einspritzmuster, das die Haupteinspritzungen und die Voreinspritzungsansteuerungen umfasst, wird bevorzugt während einer Kalibrierung, insbesondere einer Nulmengenkalibrierung, ermittelt. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Bedatung einer Druckwellenkompensation entfallen.
Dadurch wird der Applikationsaufwand des Verfahrens erheblich verringert. Weiterhin ist die Genauigkeit der Einlernung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber einem herkömmlichen Verfahren zum Betreiben eines Common-Rail-Einspritzsystems erhöht, da sich Toleranzen in der Applikation von Druckwellen nicht mehr auf den Lernwert auswirken.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm führt alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Dies ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem vorhandenen Common-Rail-Einspritzsystem, ohne daran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcode auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert und dient zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindungen sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt ein Common-Rail-Einspritzsystem gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt einen Injektor des Common-Rail-Einspritzsystems gemäß 1.
3 stellt den Ablauf eines bekannten Einspritzmusters dar, in dem auf einem Zylinder abwechselnd eine Einfacheinspritzung und eine Zweifacheinspritzung abgesetzt werden.
4 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung.
5 zeigt schematisch den Ablauf eines Verfahrens gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Betreiben eines bekannten Common-Rail-Einspritzsystems verwendet werden, wie es in 1 dargestellt ist. Dieses umfasst einen Kraftstofftank 11, in dem eine Kraftstoffleitung mit einem Kraftstofffilter 111 endet, die zu einer Kraftstoffförderpumpe 112 führt. Die Kraftstoffförderpumpe 112 fördert Kraftstoff durch einen Filter 12 zu einer Hochdruckkolbenpumpe 13. Diese transportiert Kraftstoff durch eine Hochdruckzuleitung 14 zu einem Rail 15. Zur Versorgung einer Vierzylinderverbrennungskraftmaschine weist das Rail 15 vier Stichleitungen 16 auf, die jeweils in einem Injektor 17 enden. Jeder Injektor 17 ist mit einer Kraftstoffrückleitung 18 verbunden, die im Kraftstofftank 11 endet. Die Steuerung der Hochdruckförderpumpe 13 und der Injektoren 17 erfolgt durch ein Steuergerät 19.
Der Aufbau eines Injektors 17 ist schematisch in 2 dargestellt. Der Injektor weist ein Steuerventil 171 auf, welches in einem Ventilraum 172 angeordnet ist. Im Falle eines Piezo-Injektors wird ein piezoelektrischer Steller (nicht gezeigt) durch Anlegen von elektrischer Spannung verformt und es kommt zu einem gewissen Hub, der über einen hydraulischen Koppler vergrößert und an das Steuerventil 171 weitergegeben wird. Der Ventilraum 172 ist über einen Auslass 173 mit einem Steuervolumen 174 verbunden, welches über einen Einlass 175 mit einem Ventilraum 176 eines Injektorventils verbunden ist, welches eine Ventilnadel 177 aufweist und der Kraftstoffinjektion in einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine dient. Ein Bypass 178 verbindet die beiden Ventilräume 172, 176. Das Steuerventil 172 kann den Bypass 178 verschließen, sodass der Druck im Steuervolumen 174 fällt. Die Düsennadel 177 wird dann über den Druck im Rail 15 nach innen gedrückt und die Lochdüse des Ventilraums 176 ist nicht mehr über die Düsennadel 177 verschlossen. Es kommt zu einer Einspritzung. Wird die elektrische Spannung nun wieder vom Aktivator genommen, wird der Bypass 178 wieder über das Steuerventil 172 geöffnet. Im Steuervolumen 174 baut sich Druck auf und die Düsennadel 177 wird nach unten geschoben. Die Düse ist wieder über die Düsennadel 177 verschlossen und die Einspritzung wurde gestoppt.
In einem herkömmlichen Verfahren zum Betreiben eines Common-Rail-Einspritzsystems gemäß den 1 und 2, wie es aus der DE 10 2008 043 165 A1 bekannt ist, erfolgt abwechselnd eine Einfacheinspritzung, die aus einer Haupteinspritzung 211 besteht, und eine Zweifacheinspritzung, welche aus einer Voreinspritzung 221 und einer Haupteinspritzung 212 besteht. Zur Kompensation des Druckeinflusses der Voreinspritzung 221 ist die Haupteinspritzung 212 um einen Betrag 212a verlängert. Dies ist in 3 gezeigt.
4 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Common-Rail-Einspritzsystems 1. Abwechselnd erfolgen eine herkömmliche Voreinspritzungsansteuerung 321, auf die eine Haupteinspritzung 311 folgt, sowie eine Voreinspritzungsansteuerung 331 über einen so kurzen Zeitraum, dass sie nicht zu einem Öffnen und Schließen des Injektorventils 176, 177 führt, die jedoch lang genug ist, um zum Öffnen und Schließen des Steuerventils 171 des Injektors 17 zu führen. Dieser wird ebenfalls von einer Haupteinspritzung 312 gefolgt. In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Druckeinfluss der beiden Voreinspritzungsansteuerungen 321, 331 auf die beiden Haupteinspritzungen 311, 312 gleich, sodass keine Kompensation des Druckwelleneinflusses erfolgen muss.
5 zeigt den Ablauf einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Abwechselnd gehen einer ersten Haupteinspritzung 333 zwei herkömmliche Voreinspritzungsansteuerungen 322, 323 voran, und einer zweiten Haupteinspritzung 334 geht eine herkömmliche Voreinspritzung 324 voran, welcher eine Voreinspritzungsansteuerung 332 vorangeht, die über einen so kurzen Zeitraum erfolgt, dass sie nicht zum Öffnen und Schließen des Injektorventils 176, 177 führt, allerdings ausreichend, um ein Öffnen und Schließen des Steuerventils 171 des Injektors 17 auszulösen. Auch in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Druckwelleneinfluss auf die beiden Haupteinspritzungen 333, 334 identisch, sodass keine Kompensation des Druckwelleneinflusses notwendig ist. Die Ausführung dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit jeweils zwei Voreinspritzungsansteuerungen führt zu einer sehr geringen Geräuschentwicklung der Verbrennungskraftmaschine.
Indem im erfindungsgemäßen Verfahren eine Bedatung der Druckwellenkompensation entfallen kann, kann dieses einfach als Computerprogramm im Steuergerät 19 appliziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008043165 A1 [0003, 0006, 0018]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Common-Rail-Einspritzsystems (1) einer Verbrennungskraftmaschine, wobei jeder Kraftstoff-Haupteinspritzung (311, 312, 333, 334) mindestens eine Voreinspritzungsansteuerung (321, 322, 323, 324, 331, 332) vorangeht und mindestens eine Voreinspritzungsansteuerung (331, 332) über einen so kurzen Zeitraum erfolgt, dass sie nicht zu einem Öffnen und Schließen eines Injektorventils (176, 177) des Common-Rail-Einspritzsystems (1) führt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Voreinspritzungsansteuerung (331, 332), die über einen so kurzen Zeitraum erfolgt, dass sie nicht zu einem Öffnen und Schließen eines Injektorventils (176, 177) des Common-Rail-Einspritzsystems (1) führt, mindestens über einen so langen Zeitraum erfolgt, dass sie zum Öffnen und Schließen eines Steuerventils (171) eines Injektors (17) der Verbrennungskraftmaschine führt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder zweiten Kraftstoff-Haupteinspritzung (312, 314) eine Voreinspritzungsansteuerung (331, 332) vorangeht, die über einen so kurzen Zeitraum erfolgt, dass sie nicht zu einem Öffnen und Schließen eines Injektorventils (176, 177) des Common-Rail-Einspritzsystems (1) führt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kraftstoffhaupteinspritzung (311, 312, 333, 334) eine Voreinspritzungsansteuerung (321, 322, 323, 324, 331, 332) vorangeht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kraftstoffhaupteinspritzung (333, 334) mehrere Voreinspritzungsansteuerungen (322, 323, 324, 332) vorangehen und mindestens eine Voreinspritzungsansteuerung (332), welche einer anderen Voreinspritzungsansteuerung (324) vorangeht, über einen so kurzen Zeitraum erfolgt, dass sie nicht zu einem Öffnen und Schließen eines Injektorventils (176, 177) des Common-Rail-Einspritzsystems (1) führt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kraftstoffhaupteinspritzung (333, 334) zwei Voreinspritzungsansteuerungen (322, 323, 324, 332) vorangehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Kalibrierung ein Einspritzmuster ermittelt wird, das die Haupteinspritzungen (311, 312, 333, 334) und die Voreinspritzungsansteuerungen (321, 322, 323, 324, 331, 332) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kalibrierung um eine Nullmengenkalibrierung handelt.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät (19) abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät (19) ausgeführt wird.