-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines für ein Wiederanlassen einer Common-Rail-Brennkraftmaschine ausreichenden Drucks in einem Common Rail.
-
Stand der Technik
-
Moderne Brennkraftmaschinen sind häufig mit einer sogenannten Start/Stopp-Automatik ausgestattet. Bei einer solchen Start/Stopp-Automatik ist vorgesehen, dass abhängig von bestimmten Bedingungen die Brennkraftmaschine automatisch abgeschaltet wird. Üblicherweise erfolgt dies, wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt. Sobald der Fahrer weiterfahren will und dies durch die Betätigung eines Bedienelements, wie beispielweise des Gas- oder Kupplungspedals, anzeigt, startet die Brennkraftmaschine selbständig. Dies wird im Rahmen dieser Erfindung als Wiederanlassen bezeichnet.
-
Wird bei einer Brennkraftmaschine, die mit einer solchen Start/Stopp-Automatik ausgestattet ist, der Raildruck beim Abschalten der Brennkraftmaschine abgebaut, so verzögert sich der Neustart der Brennkraftmaschine unter Umständen erheblich. Des Weiteren werden die hydraulischen Komponenten stark belastet. Die
DE 10 2008 007 668 A1 offenbart daher, den Raildruck nach dem Abstellen auf dem Leerlauf-Solldruck zu belassen, um das Wiederanlassen zu beschleunigen. Bei solchen Start/Stopp-Systemen ist es vorgesehen, den Leerlaufdruck von ca. 300 bar, der vor dem Abstellen des Motors eingestellt wird, im Stillstand des Motors möglichst lange aufrecht zu erhalten. Ziel ist, dass beim Wiederstart bzw.
-
Wiederanlassen der Raildruck sicher oberhalb jenes Drucks liegt, bei dem die Einspritzfreigabe erfolgt (üblicherweise ca. 100 bar). In der Folge kann beim Wiederanlassen sofort eingespritzt werden, ohne dass zuvor Druck im Rail aufgebaut werden müsste und dafür Startzeit verlorenginge. Besonders vorteilhaft kann dies bei Systemen eingesetzt werden, bei denen der Injektor keine Leckagespalte aufweist.
-
Allerdings können bei den eingesetzten Injektoren in der Praxis mehr oder weniger große Leckagen vorhanden sein, die im Stillstand zu einem unerwünscht schnellen Druckabbau führen. Dies gilt insbesondere für ältere Injektoren, bei denen durch Partikel im Kraftstoff leichte Beschädigungen am Dichtsitz des Ventils entstanden sein können, welche dann wiederum zu unerwünschter (Schwitz)Leckage und unerwünscht schnellem Druckabbau im Stillstand führen.
-
Es ist daher wünschenswert, insbesondere auch bei leckagebehafteten Injektoren einen zum Wiederanlassen notwendigen Druck beim Start/Stopp-Betrieb zur Verfügung zu haben.
-
Insbesondere ist auch eine Vereinheitlichung des Start/Stopp-Betriebsverhalten unterschiedlicher Einzelsysteme einer Gesamtpopulation von Common-Rail-Systemen zweckmäßig. Insbesondere ist somit wünschenswert, einen einheitlichen Zeitraum, während dessen ein ausreichender Raildruck aufrechterhalten kann, für die verschiedenen Einzelsysteme einer Population zur Verfügung zu stellen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Vorteile der Erfindung
-
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem für jedes Einzelsystem einer Population von Common-Rail-Systemen eine das Leckageverhalten beschreibende Appoximationskurve ermittelt wird, kann in sehr einfacher und zuverlässiger Weise das Leckageverhalten jedes Einzelsystems einer Population von Common-Rail-Systemen festgestellt werden, wodurch durch entsprechende Anhebung oder Absenkung eines Raildrucks nach einer Stopp-Anforderung und/oder während eines sich an die Stopp-Anforderung anschließenden Motorstops ein über die Population hinweg gleichförmiges Start/Stopp-Betriebsverhalten gewährleistet werden kann. Wird beispielsweise festgestellt, dass bei einem bestimmten Einzelsystem eine etwas höhere Leckage vorliegt, kann nach einer Stopp-Anforderung eine etwas stärkere Erhöhung des Raildrucks verglichen mit einem Einzelsystem, welches eine geringere Leckage aufweist, durchgeführt werden. Insgesamt ist so beispielsweise gewährleistet, dass ein Zeitraum, über welchen ein bestimmter Regeldruck bzw. Mindestdruck, mit dem ein schnelles Wiederanlassen des Motors möglich ist (sog. Einspritzfreigabedruck), für alle Einzelsysteme einer Population im Wesentlichen gleich ist.
-
Die Erfindung nutzt insbesondere aus, dass in einem Start/Stopp-Betrieb ein ausreichender Raildruck über eine längere Zeit aufrechterhalten werden kann, wenn der Raildruck kurz vor dem Motorstillstand auf einen ersten Solidruck erhöht wird.
-
Ein derartiger Solldruck kann erfindungsgemäß, in Abhängigkeit von der berechneten, die Leckage eines Einzelsystems beschreibende Approximationskurve, für jedes Einzelsystem einer Population gewählt werden, um insgesamt ein gleiches oder vergleichbares Start/Stopp-Betriebsverhalten über die gesamte Population hinweg zu gewährleisten.
-
Diese Erhöhung des Raildrucks erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, dass der Raildruck-Regelkreis aufgetrennt und in einem bestimmten gesteuerten Modus betrieben wird. Dieser gesteuerte Modus zeichnet sich bspw. dadurch aus, dass im Falle einer saugseitig vor der Hochdruckpumpe angebrachten Zumesseinheit diese in ihren voll geöffneten Zustand gebracht wird und dass bei Vorhandensein eines hochdruckseitigen Druckregelventils dieses in seinen vollständig geschlossenen Zustand gebracht wird. Alternativ können diese Stelleingriffe auch bei geschlossenem Raildruckregelkreis bspw. durch deutliches Anheben des Raildrucksollwerts über den Regeldruck hinaus ausgelöst werden. In der Folge wird während der Restlaufzeit des Motors bis zum Motorstillstand die Hochdruckpumpe auf Vollförderung gestellt, so dass die von der Pumpe noch ins Rail geförderte Kraftstoffmenge einen zusätzlichen Druckaufbau im Rail bewirkt. Somit liegt der Raildruck zu Beginn des Motorstillstands (Stopp-Phase) erheblich über dem Regeldruck (bspw. Leerlauf-Solldruck). In der Folge wird insbesondere bei Systemexemplaren mit Leckage die Zeitdauer, innerhalb derer der Raildruck oberhalb des Einspritzfreigabedrucks verbleibt, erheblich verlängert und so die Wahrscheinlichkeit, dass beim Wiederstart bzw. Wiederanlassen zusätzliche Zeit für den Druckaufbau im Rail benötigt wird, erheblich reduziert. Es ist ein sehr schneller Wiederstart der Brennkraftmaschine im StarUStopp-Betrieb möglich. Außerdem werden durch den eingesparten Druckabbau-/-aufbauzyklus die hydraulischen Komponenten deutlich weniger belastet. Das Zeitintervall, innerhalb dessen der Raildruck oberhalb des Einspritzfreigabedrucks für Wiederstart liegt, verlängert sich erheblich und im Wesentlichen um jene Zeitdauer, die der Raildruck nun benötigt, um von dem überhöhten Startwert zurück auf den Leerlauf-Solldruck abzusinken.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Approximationskurve für den Druckverlauf mittels einer quadratischen Gleichung unter Verwendung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate ermittelt. Dieses Verfahren erweist sich als sehr robust und zuverlässig. Insbesondere können auch in einfacher Weise Leckagewerte für höhere Drücke, welche sich nach einer Erhöhung des Raildruck ergeben, berechnet bzw. abgeschätzt werden.
-
In besonders vorteilhafter Weise werden bei der Berechnung der Approximationskurve Umgebungsparameter, insbesondere Temperatur, Viskosität des verwendeten Kraftstoffs oder Art des verwendeten Kraftstoffs, berücksichtigt. Es ist hierbei insbesondere möglich, eine zunächst berechnete Approximationskurve, bei der bestimmte Umgebungsparameter vorlagen bzw. festgestellt wurden, zu einem späteren Zeitpunkt lediglich durch Berücksichtigung von Änderungen in den Umgebungsparametern zu adaptieren.
-
Die Erfindung entfaltet bei hochdruckseitig öffnenden Injektoren besondere Vorteile. Sind die für die Schwitzleckage ggf. verantwortlichen Schaltventile der Injektoren nach innen öffnend ausgeführt, können ggf. vorhandene Schwitzleckagespalte am Sitz bei höherem Raildruck durch die erhöhte Schließkraft des Ventils verkleinert oder ganz geschlossen werden.
-
Die Druckerhöhung beginnt vorteilhafterweise, nachdem die letzte Einspritzung vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine stattgefunden hat. Es handelt sich hierbei um einen besonders günstigen Zeitpunkt, um die Funktionalität der Brennkraftmaschine vor dem Abstellen aufrechtzuerhalten und nach dem Abstellen möglichst viel Zeit für den Druckaufbau zur Verfügung zu haben.
-
Wenn der Druckverlauf im Stillstand zeigt, dass keine nennenswerte Leckage vorliegt, kann die Drucküberhöhung reduziert oder ganz unterdrückt werden. Aus dem Druckverlauf im Stillstand kann auf die Höhe der Leckage geschlossen werden. In Abhängigkeit hiervon kann bei der Variante mit erhöhtem Raildrucksollwert die Höhe der Sollwerterhöhung angepasst werden. Im Falle eines rein gesteuerten Eingriffs kann ebenfalls in Abhängigkeit von der Höhe der Leckage bei Erreichen eines bestimmten Grenzdrucks ein weiterer Druckanstieg unterbunden werden, z. B. durch Schließen der Zumesseinheit vor der Pumpe oder durch Einstellen eines definierten, vom Sollwert des zu erreichenden Drucks abhängigen Stromwerts an einem hochdruckseitig angebrachten Druckregelventil.
-
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z. B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine Common-Rail-Brennkraftmaschine gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren anzusteuern.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt schematisch ein Common-Rail-System, anhand dessen eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wird.
-
2 zeigt ein gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erhältliches Raildruck/Zeit-Diagramm.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
Ein typisches Common-Rail-System wird anhand 1 erläutert, in der ein Einspritzsystem, wie es der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen kann, abgebildet ist. 1 zeigt als schematisches Diagramm ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 für einen Verbrennungsmotor 116, z. B. einen Dieselmotor. In einem teilweise angeschnitten gezeigten, mit Kühlwasser 114 gekühlten Zylinder 124 des Verbrennungsmotors 116 ist ein Kolben 126 beweglich angeordnet. Ein Injektor 109 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder ist am Zylinder 124 montiert.
-
Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen Kraftstofftank 101, der in nahezu gefülltem Zustand gezeigt ist. Innerhalb des Kraftstofftanks 101 ist eine Vorförderpumpe 103 angeordnet, die durch ein Vorfilter 102 Kraftstoff aus dem Tank 101 ansaugt und mit niedrigem Druck von 1 bar bis maximal 10 bar durch eine Kraftstoffleitung 105 bis zu einem Kraftstofffilter 104 befördert. Von dem Kraftstofffilter 104 führt eine weitere Niederdruckleitung 105' zu einer Hochdruckpumpe 106, die den zugeführten Kraftstoff bis auf einen hohen Druck komprimiert, der je nach System typischerweise zwischen 100 bar und 2000 bar liegt. Die Hochdruckpumpe 106 weist eine Zumesseinheit (ZME) 113 zum Einstellen einer Kraftstoffmenge auf. Die Hochdruckpumpe 106 speist den komprimierten Kraftstoff in eine Hochdruckleitung 107 und ein mit dieser verbundenes Rail 108, das sog. Common Rail, ein. Vom Rail 108 führt eine weitere Hochdruckleitung 107' zum Injektor 109.
-
Ein System von Rücklaufleitungen 110 ermöglicht den Rückfluss überschüssigen Kraftstoffs aus dem Kraftstofffilter 104, der Hochdruckpumpe 106 bzw. Zumesseinheit 113, dem Injektor 109 und dem Rail 108 in den Kraftstofftank 101. Dabei ist zwischen das Rail 108 und die Rückflussleitung 110 ein Druckregelventil (DRV) 112 geschaltet, das durch Verändern der vom Rail 108 in die Rückflussleitung 110 abfließenden Kraftstoffmenge den im Rail 108 herrschenden hohen Druck, den sog. Raildruck, auf einen konstanten Wertregeln kann.
-
Das gesamte Common-Rail-Einspritzsystem 100 wird durch ein Steuergerät 111 gesteuert, das über elektrische Leitungen 128 u. a. mit der Vorförderpumpe 103, der Hochdruckpumpe 106, der Zumesseinheit 113, dem Injektor 109, einem Drucksensor 134 am Rail 108, dem Druckregelventil 112 sowie Temperatursensoren 132, 122 am Verbrennungsmotor 116 bzw. an der Kraftstoffzulaufleitung 105 verbunden ist. Das Steuergerät steht über ein Bussystem 136 mit weiteren, nicht gezeigten Steuergeräten in Verbindung, mittels derer es auf weitere Daten, wie die Umgebungstemperatur, die Fahrgeschwindigkeit oder die Motordrehzahl, zurückgreifen kann. Des Weiteren ist eine StarUStopp-Automatik (Steuerung) 150 vorgesehen, die ein Signal S liefert. Diese StarUStopp-Steuerung ist derart ausgebildet, dass sie die Brennkraftmaschine unter bestimmten Bedingungen abschaltet. Beispielsweise wird die Brennkraftmaschine abgeschaltet, wenn die StarUStoppSteuerung erkennt, dass das Fahrzeug steht. Erkennt die StarUStopp-Steuerung, dass der Fahrer weiterfahren will, so startet die Start/Stopp-Steuerung die Brennkraftmaschine und ermöglicht ein Weiterfahren.
-
In 2 wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Raildruck/Zeit-Diagramms 200 erläutert. In dem Diagramm 200 sind verschiedene Verläufe des Raildrucks p gegen die Zeit t aufgetragen. In dem Diagramm ist der Einspritzfreigabedruck, d. h. der für eine erfolgreiche Einspritzung mindestens bereitzustellende Druck, mit Po gekennzeichnet. Dieser liegt bei herkömmlichen Systemen bei etwa 100 bar.
-
Zur Berechnung einer Approximationskurve eines Raildruckverlaufs für ein erstes Einzelsystem nach einer Stopp-Anforderung werden zunächst z.B. fünf Messpunkte a1 bis a5 erfasst. Anhand dieser Messpunkte wird eine Approximationskurve 201 ermittelt, welche den Raildruckverlauf ohne Druckerhöhung nach einer Stopp-Anforderung darstellt.
-
Das Leckageverhalten des Einzelsystems kann anhand dieser Approximationskurve bewertet werden:
Es sei davon ausgegangen, dass eine derartige Stopp-Anforderung zu einem Zeitpunkt t0 erfolgt. Zu diesem Zeitpunkt t0 erfolgt die Stopp-Anforderung und es findet die letzte Einspritzung vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine statt. Der Stillstand wird zum Zeitpunkt t1 erreicht. Ausgehend hiervon sinkt der Raildruck in Abhängigkeit von der Größe einer gegebenenfalls vorhandenen Leckage ab, bis er zu einem Zeitpunkt t2 unter den Einspritzfreigabedruck p0 sinkt, sodass ab diesem Zeitpunkt kein direktes Wiederanlassen mehr möglich ist. Vielmehr müsste nun für das Wiederanlassen zunächst der Raildruck erhöht werden (nicht gezeigt), was eine gewisse Zeit erfordert und damit zu Komforteinbußen führt und darüber hinaus die hydraulischen Systeme der Brennkraftmaschine belastet.
-
Die Approximationskurve 201 ist als quadratische Gleichung darstellbar, und unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate berechnet.
-
Ist nun beispielsweise gewünscht, den Einspritzfreigabedruck p0 bis zu einem Zeitpunkt t3 aufrecht zu erhalten, wird nun, auf der Grundlage der Approximationskurve 201, zum Zeitpunkt t0 der Raildruck in dem Rail 108 erhöht. Eine entsprechend erhöhte Raildruckkurve, mit der zum Zeitpunkt t3 der Einspritzfreigabedruck p0 gewährleistet werden kann ist mit 202 bezeichnet.
-
Die Erhöhung kann insbesondere erfolgen, indem die Hochdruckpumpe 106 auf Vollförderung gestellt, die Zumesseinheit 113 vollständig geöffnet und das Druckregelventil 112 vollständig geschlossen wird. Auf diese Weise wird der Raildruck bis zu dem Zeitpunkt t1 auf einen ersten Soll-Druck p1 von hier ca. 700 bar erhöht. Ausgehend von diesem Druck p1 sinkt der Raildruck anschließend erneut ab, erreicht jedoch erst zu einem Zeitpunkt t3 den Einspritzfreigabedruck, sodass auf diese Weise die für das Wiederanlassen zur Verfügung stehende Zeitspanne bereits um t3 – t2 verlängert wird.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit ein für ein Wiederanlassen der Brennkraftmaschine im Start/Stopp-Betrieb ausreichender Raildruck über längere Zeiträume hin aufrechterhalten werden und damit insbesondere zu Zeitpunkten bereitgestellt werden, zu denen im Stand der Technik der Einspritzfreigabedruck bereits unterschritten ist.
-
Unter Bezugnahme auf 2 wurde zunächst die Approximationskurve 201 sowie ein einzustellender Raildruckverlauf für ein erstes Einzelsystem bzw. -element einer Population von Common-Rail-Systemen dargestellt.
-
Werden nun für ein zweites Einzelsystem Messpunkte b1 bis b4 gemessen, folgt unmittelbar, dass dieses Einzelsystem eine größere Leckage aufweist als das soeben beschriebene erste System, bei welchem die Messpunkte a1 bis a5 aufgenommen wurden. Eine entsprechend erhältliche Approximationskurve ist gestrichelt dargestellt und mit 201' bezeichnet. Wie unmittelbar klar wird muss zur Gewährleistung eines Einspritzfreigabedruckes p0 zu dem Zeitpunkt t3 für dieses zweite Einzelsystem eine stärkere Druckanhebung durchgeführt werden. Insgesamt kann somit für unterschiedliche Einzelsysteme bzw. Elemente einer Population gewährleistet werden, dass ein Einspritzfreigabedruck p0 über eine vorbestimmte Zeitdauer aufrecht erhalten werden kann.
-
Aus den Approximationskurven 201 oder 201' kann über die Änderung des Druckes mit der Zeit in effektiver Weise die druckabhängige Leckage berechnet werden, wobei hier insbesondere die Formel dV/dt = dp/dt·V/B verwendet wird. Hierbei bezeichnet dV/dt die Volumenänderung pro Zeit, dp/dt die Druckänderung pro Zeit, V das gesamte leckagebehaftete Hochdruckvolumen und B das B-Modul des komprimierten Kraftstoffs, dessen Wert sich abhängig von der Kraftstoffart, der Temperatur und dem Druck ergibt.
-
Eine Adaption an veränderte Bedingungen, beispielsweise veränderte Temperaturen, kann zweckmäßiger Weise über die Viskosität des Kraftstoffs erfolgen, falls nicht auch andere Komponenten innerhalb des Common-Rail-Systems ein verändertes Leckageverhalten bei z.B. veränderten Temperaturen bewirken. Beispielsweise ist es möglich, eine ursprünglich ermittelte Leckage durch Multiplikation mit einem Faktor, welcher eine ursprünglich gegebene Viskosität und einer aktuell gegebenen Viskosität berücksichtigt, zu berechnen. Beispielsweise lässt sich die Leckage nach einer Formel der Form dV/dtneu = dV/dtalt·valt/vneu berechnen, wobei dV/dtneu die aktuelle Leckage, dV/dtalt die ursprünglich berechnete Leckage (z.B. gemäß Approximationskurve 201 oder 201'), valt die bei Berechnung der ursprünglichen Leckage vorherrschende Viskosität, und vneu die aktuelle Viskosität des Kraftstoffs ist.
-
Zur Vermeidung von Schäden der druckbeauftragten Komponenten eines Common-Rail-Systems sollte darauf geachtet werden, dass bei der Berechnung der Kurve 202, welche den Einspritzfreigabedruck p0 zum Zeitpunkt t3 gewährleistet, keine Maximaldrücke, welche zu einer Beschädigung des Systems führen könnten, überschritten werden. Gegebenenfalls muss, um ein gleichmäßiges Start/Stopp-Verhalten einer Population von Common-Rail-Systemen zu gewährleisten, mit einer gegenüber dem Zeitintervall t0 bis t3 etwas verkürzte Zeitdauer angestrebt werden.
-
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 102008007668 A1 [0003]
