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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mildern eines zu hohen Drucks in einem Common-Rail-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor.
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In heutigen Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, wird dem Verbrennungsraum mittels Injektoren Kraftstoff unter hohem Druck zugeführt. Bei steigender Last des Motors werden mehr Kraftstoff und hoher Druck benötigt, so dass eine dazu ausgebildete Hochdruckpumpe mehr Kraftstoff fördern muss, um den Kraftstoffbedarf decken zu können. Dies führt bei einem Lastwechsel von hoher Last zu geringer Last zu einem erhöhten Druck in einem Druckspeicher (Common-Rail) vor den Injektoren. Bleibt dieser erhöhte Druck bestehen kann zu einem erheblichen Anstieg von Verbrennungsgeräuschen und NOx-Emissionen führen. Aus diesem Grund wird der zu hohe Druck durch hydraulische Maßnahmen am Druckspeicher kompensiert.
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Beispielsweise ist es aus dem Stand der Technik bekannt, ein Druckregel- bzw. Druckabbauventil im Rail anzuordnen. Nachteilig an dem Druckregel- bzw. Druckabbauventil sind erhöhte Fertigungs- und Montagekosten. Eine andere Möglichkeit, den Druck im Rail zu reduzieren, ist eine gezielte Leckage der Injektoren, welche durch eine spezifische Ansteuerung der Injektoren erfolgt. Hierbei wird ein Teil des Kraftstoffes über die Injektoren in Rücklaufleitungen zurück zu einem Kraftstoffbehälter geführt, wodurch der Druck im Rail nachlässt. Letzteres setzt geeignete Injektoren voraus und geht mit einer Gefahr von Fehleinspritzungen einher.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Lösung zu finden, die Auswirkungen eines zu hohen Drucks in einem Common-Rail-Einspritzsystem zu kompensieren bzw. zu mildern, wobei die Gefahr von Fehleinspritzungen reduziert ist. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und den Ausführungsbeispielen.
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Mit der Erfindung wird ein Verfahren zum Mildern von Auswirkungen eines zu hohen Drucks in einem Common-Rail-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bereitgestellt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Detektieren eines Istwerts eines Raildrucks mittels eines Raildrucksensors; Vergleichen des Istwerts mit einem vorbestimmten Sollwert; Ermitteln einer Abweichung des Istwerts von dem Sollwert; Entscheiden, ob die Abweichung des Istwerts vom Sollwert eine vorbestimmte erste Schwelle überschreitet. Gleichzeitig mit, vor oder nach diesen Schritten wird eine Fahrsituation ermittelt; danach wird entschieden, ob in der ermittelten Fahrsituation eine Reduzierung von Betriebsgeräuschen und/oder Schadstoffemissionen vonnöten ist, und zumindest ein Einspritzparameter wird in Abhängigkeit von der Fahrsituation und der Abweichung des Istwerts des Raildrucks vom Sollwert zum Reduzieren von Betriebsgeräuschen und/oder Schadstoffemissionen modifiziert.
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Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird in erster Linie nicht angestrebt, den Druck im Rail abzubauen. Stattdessen wird mit dem Verfahren versucht, in vorgenannter Weise mit dem zu hohen Raildruck umzugehen. Mit dem Verfahren können störende Betriebsgeräusche und/oder Schadstoffemissionen wirkungsvoll reduziert werden. Negative Folgen des Betriebs mit einem zu hohen Raildruck werden somit gemildert. Da bei laufendem Motor ständig Einspritzungen stattfinden, wird der zu hohe Raildruck nach einiger Zeit automatisch abgebaut, falls die Hochdruckpumpe keinen zusätzlichen Kraftstoff fördert. Somit kann mit der Erfindung auf die oben genannten, im Stand der Technik vorhandenen hydraulischen Maßnahmen entweder ganz oder teilweise verzichtet werden. Im Vergleich zu Systemen mit gezielter Leckage der Injektoren erlaubt die Erfindung den Einsatz von leckage-reduzierten Injektoren. Hierdurch kann eine Gefahr von Fehleinspritzungen verringert werden. Außerdem können durch den Verzicht auf das Druckregel- bzw. Druckabbauventil Kosten gespart werden.
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Bei der Ermittlung der Fahrsituation können beispielsweise die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Ebenfalls ist es möglich für die Ermittlung der Fahrsituation eine Betriebstemperatur des Motors, eine Fahrpedalstellung, eine Gangwahl, einen Leistungsbedarf bzw. eine Leistungsanfrage von Hilfsaggregaten und/oder einen Betriebszustand von Abgasnachbehandlungssystemen zu berücksichtigen.
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Falls die Geschwindigkeit des Fahrzeuges eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, ist es möglich, dass die erhöhten Betriebsgeräusche, die durch den zu hohen Einspritzdruck entstehen, durch die Geräusche des Fahrzeugs aufgrund der hohen Geschwindigkeit für den Fahrer und Insassen des Fahrzeuges nicht mehr wahrnehmbar sind. In diesem Fall brauchen die Einspritzparameter nicht modifiziert zu werden, sofern die gesetzlichen Emissionsgrenzwerte auch eingehalten werden. Auch eine Beschleunigung des Fahrzeuges kann ab einer vorbestimmten Schwelle zu größeren Geräuschen als die erhöhten Betriebsgeräusche führen, wodurch die Einspritzparameter unverändert bleiben können. Bevorzugt werden also die Einspritzparameter nur dann geändert, wenn die aufgrund des zu hohen Drucks erhöhten Betriebsgeräusche für den Fahrer wahrnehmbar werden oder erhöhte Schadstoffemissionen entstehen können. So kann es bei einer geringen Geschwindigkeit vorteilhaft sein, die Schadstoffemissionen zu begrenzen, beispielsweise, beim Übergang von einer Landstraße in eine Ortschaft.
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Der Einspritzparameter ist beispielsweise ein Einspritzzeitpunkt, eine Einspritzmenge, eine Einspritzdauer, eine Anzahl von Teileinspritzungen und/oder ein zeitlicher Abstand zwischen Teileinspritzungen und/oder ein mehrere Parameter umfassendes Einspritzmuster.
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Bei der Modifikation des zumindest einen Einspritzparameters kann der Einspritzzeitpunkt verstellt werden; es kann zum Beispiel für die Geräuschreduktion später eingespritzt werden. Hierbei kann unter Einspritzzeitpunkt ein Schwerpunkt der Einspritzung, auch ein Beginn einer Voreinspritzung oder ein Beginn einer Haupteinspritzung verstanden werden.
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Ferner kann die Einspritzmenge erhöht werden. Neben einer Geräuschreduktion wird hierdurch auch in vorteilhafter Weise der zu hohe Raildruck schneller abgebaut.
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Ein weiterer Vorteil einer späteren Einspritzung ist eine erhöhte Abgastemperatur, was bei niedriglastigem Betrieb des Motors unter Umständen eine erhöhte Aktivität einer Abgasnachbehandlung zur Folge hat, so dass Ruß- CO- und HC-Emissionen verringert werden können.
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Weiterhin ist es möglich, die Einspritzdauer von einzelnen Teileinspritzungen zu verlängern oder zu verkürzen. Es können außerdem zusätzliche oder weniger Teileinspritzungen stattfinden, und/oder die zeitlichen Abstände von Teileinspritzungen können modifiziert werden.
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Für jede Fahrsituation und jeden zu hohen Druck im Rail können somit viele Parameter variiert werden, um möglichst effektiv Betriebsgeräusche und/oder Schadstoffemissionen zu verringern und eventuelle Verbrauchsnachteile zu minimieren.
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In einer Weiterbildung der Erfindung können für die Ermittlung der Fahrsituation eine Pedalstellung mittels eines Fahrpedalsensors und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit mittels eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors bestimmt werden. Diese Sensoren sind heutzutage standardmäßig in Fahrzeugen verbaut, weshalb keine zusätzlichen Kosten entstehen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ermittelt, wie viele Einspritzungen mit dem modifizierten Einspritzparameter notwendig sind, um den vom Sollwert abweichenden Istwert des Raildrucks dem Sollwert anzugleichen. Bevorzugt wird außerdem zu jedem Zeitpunkt bestimmt oder abgeschätzt, wie viele Einspritzungen mit dem modifizierten Einspritzparameter notwendig sind. Hierdurch kann das Verfahren genauer durchgeführt werden.
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Falls die Abweichung des Raildruck-Istwerts vom Sollwert eine vorgestimmte zweite Schwelle unterschreitet und/oder falls in der ermittelten Fahrsituation die Reduzierung von Betriebsgeräuschen und/oder Schadstoffemissionen nicht mehr vonnöten ist, wird der modifizierte Einspritzparameter vorzugsweise zurückgestellt. Hierbei kann der modifizierte Einspritzparameter beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Kennlinie oder eines Kennfeldes des Einspritzparameters in einen Normalzustand zurückgestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform erfolgen nur wenige Einspritzungen mit dem zumindest einen modifizierten Einspritzparameter. Eine Zeitspanne, in der mit dem modifizierten Einspritzparameter eingespritzt wird, kann bis zu 5 Minuten betragen, vorzugsweise aber kürzer.
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Vorzugsweise ist eine elektronische Steuervorrichtung dazu ausgebildet, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten 1 erläutert.
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Die 1 zeigt ein Common-Rail-Speichereinspritzsystem 1 insbesondere für ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor nach dem Stand der Technik. Das Speichereinspritzsystem umfasst einen Niederdruck- sowie einen Hochdruckteil. Dabei ist der Niederdruckteil ausgelegt, Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 2 durch Kraftstoffleitungen 3 mittels einer Vorförderpumpe 4 zu fördern. Die Vorförderpumpe 4 hat die Aufgabe, eine Hochdruckpumpe 5 mit genügend Kraftstoff zu versorgen. Bevor der Kraftstoff durch die Vorförderpumpe 4 geleitet wird, wird dieser durch einen Kraftstofffilter 6 gefiltert. Weiterhin ist ein Thermometer 7 angeordnet, um die Temperatur des Kraftstoffes zu messen. Das Thermometer 7 ist mit einem elektronischen Steuergerät 8 (electronic control unit, ECU) verbunden. Das ECU 8 ist mit einer Vielzahl von weiteren Sensoren, insbesondere einem Drucksensor 9, einem Fahrpedalsensor 10, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11 und einem Kurbelwellendrehzahlsensor 11‘, verbunden. Das ECU 8 vermag die von den Sensoren 9, 10, 11, 11‘ gemessenen Größen auszuwerten.
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Meistens wird der Kraftstoff vor dem Erreichen der Hochdruckpumpe 5 noch einmal durch einen zusätzlichen Kraftstofffilter (nicht dargestellt) gefiltert. Vor der Hochdruckpumpe 5 ist üblicherweise ein Ventil 12 angeordnet, welches das Befüllen der Hochdruckpumpe 5 regelt.
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Die Hochdruckpumpe 5 bildet die Schnittstelle zwischen dem Nieder- und dem Hochdruckteil. Die Hochdruckpumpe 5 erzeugt einen Druck für das Rail 13 (den Hochdruckspeicher). Das Rail 13 hat die Aufgabe, den Kraftstoff unter hohem Druck zu speichern. Dabei sollen Druckschwingungen, die durch Pumpenförderung und Einspritzung entstehen, durch das Speichervolumen des Rails 13 gedämpft werden. Der Druck im Rail wird mittels des Drucksensors 9 überwacht.
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Am Rail sind mehrere Injektoren (hier beispielhaft 4) Injektoren 20, 21, 22, 23 über Zulaufleitungen angeschlossen, welche den laufenden Motor (nicht dargestellt) mit Kraftstoff versorgen, indem sie zu bestimmten Zeiten Kraftstoff in Brennräume des Verbrennungsmotors spritzen. Die Injektoren 20, 21, 22, 23 können beispielsweise als Piezoinjektoren oder Magnetventilinjektoren ausgebildet sein. Die Injektoren 20, 21, 22, 23 weisen Kraftstoffrückläufe 24 auf, welche einen Teil des Kraftstoffs zum Kraftstoffbehälter 2 zurückleiten. Die Injektoren sind mit dem ECU 8 verbunden und werden durch dieses gesteuert.
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Es kann während des Betriebs des Fahrzeugs vorkommen, dass der Druck im Rail 13 einen zu hohen Wert aufweist. Ein zu hoher Raildruck kann eine Folge eines Lastwechsels sein. Beispielsweise wird bei einer hohen Last dem Motor mehr Kraftstoff zugeführt als bei einer kleinen Last. Die Hochdruckpumpe 5 wird also bei hoher Last mehr Kraftstoff fördern, damit der Raildruck ausreicht, um die Injektoren 20, 21, 22, 23 und somit den Motor mit genügend Kraftstoff zu versorgen. Bei einem Übergang von hoher zu kleiner Last wird plötzlich weniger Kraftstoff und somit weniger Druck im Rail benötigt. Da sich aber der Raildruck aufgrund des Speichervolumens des Rails 13 zunächst nicht ändert, kann der Raildruck einen Wert aufweisen, der deutlich größer ist als ein bei der kleinen Last erforderliche Druck. Dieser zu hohe Raildruck hat negative Auswirkungen auf Betriebsgeräusche, beispielsweise Verbrennungsgeräusche, und Schadstoffemissionen des Motors.
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Aus diesem Grund befindet sich in Common-Rail-Einspritzsystemen gemäß dem Stand der Technik am Rail 13 ein gestrichelt gezeichnetes Druckregel- bzw. Druckabbauventil 25, welches den Druck im Rail 13 zu regeln vermag.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sowohl auf das Druckregel- bzw. Druckabbauventil 25 als auch auf induzierte Leckagen an den Injektoren 20, 21, 22, 23 verzichtet werden. Aus Sicherheitsgründen kann statt des Druckregel- bzw. Druckabbauventils 25 ein deutlich billigeres passives Überdruckventil bzw. Druckbegrenzungsventil an das Rail angeschlossen werden, welches den Druck im Rail 13 zu begrenzen vermag. Um die negativen Folgen des zu hohen Drucks, d.h. erhöhte Betriebsgeräusche sowie Schadstoffemissionen, zu verringern, wird in einem ersten Schritt des Verfahrens ein Istwert des Raildrucks mittels des Raildrucksensors 9 detektiert. Dieser Istwert wird mit einem vorbestimmten Sollwert verglichen, wobei der Sollwert des Raildrucks beispielsweise aus einer in der ECU 8 vorgespeicherten Kennlinie oder einem Kennfeld bekannt ist. Durch Vergleich einer Abweichung des Istwerts vom Sollwert mit einer vorbestimmten ersten Schwelle wird entschieden, ob die Abweichung des Istwerts vom Sollwert die erste Schwelle überschreitet. Wenn die Schwelle überschritten ist, ist der Druck im Rail 13 zu hoch. Folglich nehmen, wenn nichts unternommen werden würde, Verbrennungsgeräusche im Verbrennungsraum des Motors zu. Außerdem können hierdurch NOx-Emissionen erhöht sein.
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Gleichzeitig mit, vor oder nach diesen Schritten wird eine Fahrsituation ermittelt. Die Fahrsituation kann zum Beispiel durch eine bestimmte Geschwindigkeit des Fahrzeuges gekennzeichnet sein, welche mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11 ermittelt wird. Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist als eine vorbestimmte Geschwindigkeit, können die erhöhten Verbrennungsgeräusche als störend für den Fahrer sowie andere Insassen des Fahrzeuges empfunden werden. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als die vorbestimmte Geschwindigkeit ist, können die erhöhten Verbrennungsgeräusche vernachlässigt werden in Bezug auf Geräusche, die wegen der größeren Fahrzeuggeschwindigkeit auftreten und beispielsweise verursacht werden durch Wind- und Straßeneinflüsse sowie eine höhere Drehzahl des Motors. Für die Fahrsituation kann auch eine Beschleunigung gemessen werden. Ebenso ist es möglich, einen Fahrerwunsch für die Fahrsituation zu berücksichtigen. Hierzu wird beispielsweise eine Stellung eines Fahrpedals mittels des Fahrpedalsensors 10 ermittelt. Neben einer Reduzierung von Verbrennungsgeräuschen können gleichzeitig auch Schadstoffemissionen begrenzt werden.
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Nach der Ermittlung der Fahrsituation wird entschieden, ob in der ermittelten Fahrsituation eine Reduzierung von Betriebsgeräuschen und/oder Schadstoffemissionen erforderlich ist. Anschließend wird zumindest ein Einspritzparameter in Abhängigkeit von der Fahrsituation und dem vom Sollwert abweichenden Istwert modifiziert.
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Der Einspritzparameter kann hierbei ein Einspritzzeitpunkt, eine Einspritzmenge, eine Einspritzdauer, eine Anzahl von Teileinspritzungen und/oder ein Einspritzmuster sein. Dabei können die genannten Einspritzparameter voneinander abhängen oder auch unabhängig voneinander eingestellt und/oder modifiziert werden.
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Bei der Modifikation des zumindest einen Einspritzparameters kann die Einspritzmenge erhöht werden. Für eine Verringerung der Verbrennungsgeräusche wird der Einspritzzeitpunkt vorzugweise spätverstellt. Ferner kann die Einspritzdauer verlängert werden. Es können zusätzliche Teileinspritzungen stattfinden und außerdem können die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Teileinspritzungen verändert werden. Vorzugsweise wird zu jedem Zeitpunkt bestimmt, ob und wie der Einspritzparameter modifiziert werden muss.
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In Abhängigkeit vom Raildruck und der Fahrsituation wird geschätzt, wie viele Einspritzungen mit dem modifizierten Einspritzparametern notwendig sind, um den die Verbrennungsgeräusche und die Schadstoffemissionen zu begrenzen.
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Bei Nullförderung der Hochdruckpumpe 5 und gleichzeitig modifizierten Einspritzungen wird dabei der vom Sollwert abweichende Istwert des Raildrucks automatisch dem Sollwert angeglichen. Aus diesem Grund, kann auf das oben genannte Druckregel- bzw. Druckabbauventil 25 verzichtet werden. Die Injektoren 20, 21, 22, 23 können außerdem leckage-reduziert werden.
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Der modifizierte Einspritzparameter wird vorzugsweise zurückgestellt, falls die Abweichung des Raildruck-Istwerts vom Sollwert eine vorbestimmte zweite Schwelle unterschreitet, und/oder falls in der ermittelten Fahrsituation die Reduzierung von Betriebsgeräuschen nicht mehr vonnöten ist. Die zweite Schwelle kann einen größeren oder kleineren Wert aufweisen als die erste Schwelle. Die erste und die zweite Schwelle können aber auch einen selben Wert aufweisen.
