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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffversorgungseinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffversorgungseinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise der
DE 103 23 874 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird eine Hochdruckpumpe von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben und zum Fördern von Kraftstoff verwendet. Dies bedeutet, dass die Hochdruckpumpe von der Verbrennungskraftmaschine mechanisch angetrieben wird. Hierzu ist wenigstens ein Übertragungselement, beispielsweise ein Umschlingungselement wie eine Kette oder ein Riemen, vorgesehen, über welches die Hochdruckpumpe mit einer Abtriebswelle, insbesondere einer Kurbelwelle, der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist. Über das Übertragungselement können Drehmomente von der Verbrennungskraftmaschine an die Hochdruckpumpe übertragen werden, so dass die Hochdruckpumpe mittels der Drehmomente angetrieben wird. Dadurch wird mittels der Hochdruckpumpe Kraftstoff gefördert. Mittels der Hochdruckpumpe wird beispielsweise in einem Kraftstoffdruckspeicher ein vorgebbarer Druck des Kraftstoffs erzeugt.
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Die Kraftstoffversorgungseinrichtung umfasst darüber hinaus wenigstens ein Ventilelement, das als Volumenstromregelventil ausgebildet ist, wobei die Hochdruckpumpe über das Volumenstromregelventil mit dem zu fördernden Kraftstoff versorgt wird. Bezogen auf die Strömungsrichtung des Kraftstoffes ist das Volumenstromregelventil stromauf der Hochdruckpumpe angeordnet.
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Ferner offenbart die
EP 0 299 337 A2 eine Kraftstoffversorgungseinrichtung, mit einer Hochdruckpumpe zum Fördern von Kraftstoff und mit einem Ventilelement, über welches die Hochdruckpumpe mit zu förderndem Kraftstoff versorgt wird. Mittels des Ventilelements wird ein Kraftstofffluss des der Hochdruckpumpe zuzuführenden und mittels dieser zu fördernden Kraftstoffes eingestellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf das Übertragungselement wirkende und übermäßig hohe Belastungen auf einfache Weise vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass übermäßige, auf ein Übertragungselement, über welches die Hochdruckpumpe von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, wirkende Belastungen auf einfache Weise vermieden werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Kraftstofffluss des der Hochdruckpumpe zuzuführenden und mittels dieser zu fördernden Kraftstoffes mittels des Ventilelements in Abhängigkeit von wenigstens einem vorgebbaren, von der Verbrennungskraftmaschine an die Hochdruckpumpe übertragbaren Maximal-Antriebsmoment derart eingestellt wird, dass während des Betriebs der Hochdruckpumpe ein Überschreiten des Maximal-Antriebsmoments durch von der Verbrennungskraftmaschine an die Hochdruckpumpe übertragene Ist-Antriebsmomente unterbleibt.
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Mit anderen Worten wird mittels des Ventilelements eine solche gezielte Androsselung des der Hochdruckpumpe zuzuführenden Kraftstoffflusses bewirkt, dass während des Betriebs der Hochdruckpumpe ihr Antriebsmoment, welches von der Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen und über wenigstens ein Übertragungselement an die Hochdruckpumpe zu übertragen ist, stets unterhalb des Maximal-Antriebsmoments bleibt oder höchstens dem Maximal-Antriebsmoment entspricht. Dies bedeutet, dass das Ventilelement derart betrieben, das heißt derart angesteuert wird, dass das Antriebsmoment, mittels welchem die Hochdruckpumpe von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, das Maximal-Antriebsmoment nicht überschreitet. Dadurch kann das Antriebsmoment während des Betriebs der Hochdruckpumpe auf besonders einfache Weise, nämlich durch entsprechendes Ansteuern des Ventilelements und damit einhergehendem Einstellen des Kraftstoffflusses, in einem unkritischen Bereich gehalten beziehungsweise in einen unkritischen Bereich abgesenkt werden, in dem es nicht zu übermäßigen, auf das Übertragungselement wirkenden Belastungen kommt.
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Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee ist, dass es beim Betrieb von Kraftstoffversorgungseinrichtungen üblicherweise zu sehr hohen Antriebsmomenten der Hochdruckpumpe kommt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Hochdruckpumpe in der Betriebsart „Vollförderung” betrieben wird. Derartig hohe Antriebsmomente werden über das Übertragungselement der Verbrennungskraftmaschine an die Hochdruckpumpe übertragen, woraus übermäßig hohe Belastungen des Übertragungselements resultieren können.
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Ferner liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass das Antriebsmoment der Hochdruckpumpe im Wesentlichen eine Funktion des Kraftstoffflusses und des von der Hochdruckpump zu erzeugenden Druckes beziehungsweise Hochdrucks des Kraftstoffes ist. Da der Kraftstofffluss der Hochdruckpumpe zugeführt wird und die Hochdruckpumpe mit dem mittels des Ventilelements eingestellten Kraftstoffflusses befüllt wird, wird der Kraftstofffluss üblicherweise auch als „Befüllvolumenstrom” bezeichnet. Bei dem Befüllvolumenstrom handelt es sich somit um den Volumenstrom des Kraftstoffes durch das Ventilelement. Um die Belastungen des Übertragungselements nun gering zu halten, wird der Befüllvolumenstrom mittels des Ventilelements entsprechend gedrosselt, wodurch aufgrund des oben beschriebenen Zusammenhangs übermäßige Antriebsmomente der Hochdruckpumpe vermieden werden können.
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Bei dem Übertragungselement handelt es sich beispielsweise um ein Umschlingungselement in Form eines Riemens oder insbesondere einer Kette, welche auch als „Steuerkette” bezeichnet wird. Um einen übermäßigen Verschleiß sowie aus den hohen Antriebsmomenten resultierende Schäden des Übertragungselements zu vermeiden, muss dieses üblicherweise besonders massiv ausgestaltet werden. Dies führt zu einem hohen Bauraumbedarf und zu einem hohen Gewicht des Übertragungselements.
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Da nun mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens übermäßig hohe Antriebsmomente und somit übermäßige Belastungen des Übertragungselements vermieden werden können, kann das Übertragungselement filigran, das heißt gewichts- und bauraumgünstig ausgestaltet werden. Gleichzeitig ist es möglich, die Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff zu gewährleisten, da das Ventilelement vorzugsweise derart betrieben wird, dass zumindest ein minimaler Kraftstofffluss zur Hochdruckpumpe gelangen kann.
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Das Ventilelement ist ein sogenanntes Einlassventil, über welches beispielsweise ein Kompressionsraum der Hochdruckpumpe mit dem Kraftstoff befüllt wird. Dies bedeutet, dass die Befüllung des Kompressionsraums mittels des Ventilelements eingestellt, das heißt gesteuert oder geregelt, werden kann.
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Das Ventilelement ist beispielsweise als Volumenstromregelventil ausgebildet, welches auch als „Proportionalventil” bezeichnet wird. Hierbei wird beispielsweise eine gezielte Androsselung des Kraftstoffflusses derart realisiert, dass ein minimal zulässiger Ansteuerstrom zum Ansteuern des Ventilelements vorgegeben wird. Das Proportionalventil (Volumenstromregelventil) weist beispielsweise einen variablen Drosselquerschnitt auf und kann in einem Zulauf der Hochdruckpumpe angeordnet sein. Das Volumenstromregelventil weist einen Durchströmquerschnitt auf, welcher von dem der Hochdruckpumpe zuzuführenden Kraftstoff durchströmbar ist. Dieser Durchströmquerschnitt ist einstellbar und abhängig von dem Ansteuerstrom, so dass der Durchströmquerschnitt durch Variation des Ansteuerstroms variiert, das heißt eingestellt werden kann.
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Alternativ kann das Ventilelement als schaltbares Ventil ausgebildet sein. Mit anderen Worten ist das Ventilelement hierbei steuerbar ausgebildet. Das Ventilelement kann dabei als Magnetventil ausgebildet sein und zwischen einem offenen Zustand und einem geschlossenen Zustand umgeschaltet werden. Das schaltbare Ventil umfasst beispielsweise einen Elektromagneten, welcher zum Schalten des Ventils mit elektrischem Strom versorgbar ist. Hierbei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das schaltbare Ventil stromlos offen ist. Dies bedeutet, dass das Ventil offen ist, wenn der Elektromagnet beziehungsweise eine Spule des Elektromagneten nicht mit Strom versorgt wird beziehungsweise wenn keine elektrische Spannung angelegt wird.
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Durch Anlegen einer elektrischen Spannung kann das schaltbare Ventil gezielt und bedarfsgerecht geschlossen werden. Ist das Ventilelement zu einem gewünschten, vorgebbaren Zeitpunkt geschlossen, so beginnt vorzugsweise erst dann eine durch die Hochdruckpumpe bewirkte Kompression des Kraftstoffes. Bleibt oder ist das Ventilelement offen, so wird der zuvor mittels der Hochdruckpumpe beispielsweise in deren Kompressionsraum angesaugte Kraftstoff unverdichtet aus dem Kompressionsraum, beispielsweise in einen Zu- oder Rücklauf, ausgeschoben.
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Um beispielsweise bei der Herstellung, insbesondere Serienfertigung, von Kraftstoffversorgungseinrichtungen mit jeweiligen Hochdruckpumpen pumpenindividuelle Streuungen der Hochdruckpumpen zu berücksichtigen, ist es beispielsweise vorgesehen, dass im Rahmen der Herstellung der das Maximal-Antriebsmoment der jeweiligen Hochdruckpumpe bewirkende Kraftstofffluss als Schwellen-Kraftstofffluss ermittelt wird. In der Folge kann der Kraftstofffluss während des Betriebs der jeweiligen Hochdruckpumpe derart mittels des Volumenregelventils eingestellt werden, dass ein Überschreiten des Schwellen-Kraftstoffflusses durch den während des Betriebs der jeweiligen Hochdruckpumpe dieser zuzuführenden Kraftstoff unterbleibt. Bei dem Schwellen-Kraftstofffluss handelt es sich somit um einen Schwellenwert oder einen Korrekturwert, anhand dessen das Ventilelement derart betrieben, das heißt derart angesteuert werden kann, dass die jeweilige Hochdruckpumpe während ihres Betriebs mit einem solchen Kraftstofffluss versorgt wird, dass während des Betriebs der Hochdruckpumpe das Antriebsmoment dieser stets im unkritischen Bereich bleibt.
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Ferner ist es denkbar, mehrere Korrekturwerte und/oder zumindest eine Korrekturkennlinie zu ermitteln, um ein Überschreiten des Maximal-Antriebsmoments zu vermeiden.
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Im Rahmen der Herstellung, insbesondere einer Serienfertigung, von mehreren Kraftstoffversorgungseinrichtungen mit jeweiligen Hochdruckpumpen und Ventilelementen ist es somit möglich, für jeder der Hochdruckpumpen individuell den Schwellen-Kraftstofffluss zu ermitteln und somit jede der Hochdruckpumpen entsprechend individuell zu charakterisieren und für jede der Hochdruckpumpen wenigstens einen entsprechenden Korrekturwert zu ermitteln und mit der zugehörigen Hochdruckpumpe zu verknüpfen. Hierzu wird beispielsweise der Korrekturwert beziehungsweise ein den Korrekturwert charakterisierendes Element wie beispielsweise ein Data-Matrix-Code auf eine außenseitige Oberfläche der Hochdruckpumpe, insbesondere eines Pumpengehäuses der Hochdruckpumpe, aufgebracht. Beispielsweise wird der Korrekturwert beziehungsweise die Korrekturkennlinie als Data-Matrix-Code auf einem Typenschild der Hochdruckpumpe aufgebracht.
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Der Korrekturwert beziehungsweise die Korrekturkennlinie kann beispielsweise im Rahmen eines sogenannten Bandende-Tests ermittelt werden. Die Herstellung der mehreren Kraftstoffversorgungseinrichtungen erfolgt beispielsweise an einem Montageband. Im Rahmen der Montage der Hochdruckpumpe, das heißt im Rahmen des Einbaus der Hochdruckpumpe in die Kraftstoffversorgungseinrichtung, wird der Korrekturwert der jeweiligen Hochdruckpumpe am Ende des Montagebandes, das heißt zum Ende der Montage hin ermittelt und mit der zugehörigen Hochdruckpumpe verknüpft. Wird dann beispielsweise die Kraftstoffversorgungseinrichtung später an der Verbrennungskraftmaschine verbaut, so kann der Korrekturwert beziehungsweise die Korrekturkennlinie in ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine eingelesen werden. Hierzu wird beispielsweise der Data-Matrix-Code auf dem Typenschild eingescannt.
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Anhand des eingelesenen und beispielsweise in einer Speichereinrichtung des Steuergeräts gespeicherten Korrekturwerts (Korrekturkennlinie) kann dann im späteren Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und der zugehörigen Kraftstoffversorgungseinrichtung das Ventilelement mittels des Steuergeräts in Abhängigkeit vom für die verbaute Hochdruckpumpe ermittelten Korrekturwert (Korrekturkennlinie) betrieben werden, so dass das Maximal-Antriebsmoment nicht überschritten wird.
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Da im Rahmen der Herstellung der mehreren Kraftstoffversorgungseinrichtungen für jede der Hochdruckpumpen individuell wenigstens ein jeweiliger Korrekturwert ermittelt wird, kann im späteren Betrieb der Kraftstoffversorgungseinrichtung eine pumpenindividuelle Steuerung oder Regelung erfolgen. Durch die pumpenindividuelle Ermittlung des jeweiligen Korrekturwerts können somit pumpenindividuelle Streuungen, das heißt Toleranzen hinsichtlich des Maximal-Antriebsmoments beziehungsweise hinsichtlich des jeweiligen, das Maximal-Antriebsmoment bewirkenden Kraftstoffflusses berücksichtigt werden. Somit kann im Gegensatz zu einer bei allen hergestellten Kraftstoffversorgungseinrichtungen gleichen Ansteuerung des Ventilelements sicher gewährleistet werden, dass für jede individuelle Hochdruckpumpe das maximal zulässige Antriebsdrehmoment, das heißt das Maximal-Antriebsmoment, nicht überschritten wird und dass gleichzeitig für die individuelle Hochdruckpumpe der minimal benötigte, maximale Hochdruck-Volumenstrom nicht unterschritten wird. Die Optimierung der maximal möglichen Hochdruckpumpenantriebslast lässt sich beispielsweise durch die Berücksichtigung von Parametern wie der Hochdruckpumpendrehzahl, des Korrekturwerts beziehungsweise der Kennlinie, dem Hochdruckniveau und/oder der Kraftstoffzulauftemperatur darstellen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben einer Kraftstoffversorgungseinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem ein Kraftstofffluss eines einer Hochdruckpumpe der Kraftstoffversorgungseinrichtung zuzuführenden und mittels dieser zu fördernden Kraftstoffes mittels eines Ventilelements der Kraftstoffversorgungseinrichtung in Abhängigkeit von wenigstens einem vorgebbaren, von der Verbrennungskraftmaschine an die Hochdruckpump übertragbaren Maximal-Antriebsmoment derart eingestellt wird, dass während des Betriebs der Hochdruckpumpe ein Überschreiten des Maximal-Antriebsmoments durch von der Verbrennungskraftmaschine an die Hochdruckpumpe übertragene Ist-Antriebsmomente unterbleibt.
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Die Fig. veranschaulicht ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffversorgungseinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Im Rahmen einer Massenfertigung von Kraftwagen werden beispielsweise zunächst mehrere Kraftstoffversorgungseinrichtungen hergestellt. Jede der herzustellenden beziehungsweise hergestellten Kraftstoffversorgungseinrichtungen umfasst wenigstens eine Hochdruckpumpe, mittels welcher im Rahmen des Verfahrens Kraftstoff gefördert wird. Bei dem Kraftstoff handelt es sich um flüssigen Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff. Die zum Fördern des Kraftstoffs verwendete Hochdruckpumpe wird dabei mechanisch von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und umfasst eine Abtriebswelle in Form einer Kurbelwelle, wobei Drehmomente, das heißt Antriebsmomente zum Antreiben der Hochdruckpumpe von der Abtriebswelle auf eine Welle der Hochdruckpumpe übertragbar sind. Hierzu ist die Hochdruckpumpe mit der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise über eine Steuerkette gekoppelt oder koppelbar. Die Antriebsmomente zum Antreiben der Hochdruckpumpe werden somit von der Verbrennungskraftmaschine über ihre Abtriebswelle bereitgestellt und über die Steuerkette an die Hochdruckpumpe übertragen. Bei der Steuerkette handelt es sich somit um ein Übertragungselement, über das die Antriebsmomente zum Antreiben der Hochdruckpumpe von der Verbrennungskraftmaschine an die Hochdruckpumpe übertragen werden.
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Die jeweilige Kraftstoffversorgungseinrichtung umfasst darüber hinaus wenigstens ein Ventilelement, über welches die Hochdruckpumpe mit dem zu fördernden Kraftstoff versorgt wird. Das Ventilelement ist vorliegend als Volumenstromregelventil (Proportionalventil) ausgebildet, könnte jedoch alternativ als schaltbares Ventil ausgebildet sein. Das Volumenstromregelventil weist einen von dem zu fördernden Kraftstoff durchströmbaren Strömungsquerschnitt auf, welcher variabel einstellbar ist. Zum Einstellen des Strömungsquerschnitts wird das Volumenstromregelventil mit einem Ansteuerstrom versorgt. Durch Variieren des Ansteuerstroms kann der Durchströmungsquerschnitt eingestellt werden.
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Im Zuge der genannten Massenherstellung wird nun jede der Hochdruckpumpen einem Bandendetest BA unterzogen. Dieser Bandendetest BA wird im Rahmen der Montage der jeweiligen Hochdruckpumpe beispielsweise am Ende eines Montagebands durchgeführt, mittels welchem die mehreren Kraftstoffversorgungseinrichtungen hergestellt werden. Im Rahmen des Bandendetests BA wird ein Kraftstofffluss als Schwellen-Kraftstofffluss ermittelt, welcher ein Maximal-Antriebsmoment der jeweiligen Hochdruckpumpe bewirkt. Das Maximal-Antriebsmoment der Hochdruckpumpe ist ein maximal zulässiges Drehmoment beziehungsweise Antriebsmoment, welches während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine und der Kraftstoffversorgungseinrichtung nicht überschritten werden sollte. Mit anderen Worten ist das Maximal-Antriebsmoment ein Schwellenwert. Dieser Schwellenwert wird auf einem Typenschild der jeweiligen Hochdruckpumpe vermerkt und kann – wie im Folgenden noch erläutert wird – als Korrekturwert während des Betriebs der Hochdruckpumpe verwendet werden, so dass das Maximal-Antriebsmoment nicht überschritten wird und auf das Übertragungselement wirkende Belastungen gering gehalten werden können.
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Bei einem späteren Verbau VB der hergestellten, jeweiligen Kraftstoffversorgungseinrichtung wird der vermerkte Schwellenwert in ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine eingelesen, wobei im späteren Betrieb der Kraftstoffversorgungseinrichtung und der Verbrennungskraftmaschine die Verbrennungskraftmaschine und zumindest das Volumenstromregelventil mittels des Steuergeräts betrieben werden. Schließlich wird im Rahmen des Verfahrens zum Betreiben der jeweiligen Kraftstoffversorgungseinrichtung, das heißt im späteren Betrieb B der jeweiligen Kraftstoffversorgungseinrichtung, der Kraftstofffluss des der Hochdruckpumpe zuzuführenden und mittels dieser zu fördernden Kraftstoffes mittels des Volumenstromregelventils (Ventilelement) in Abhängigkeit von dem Korrekturwert und somit in Abhängigkeit von dem Maximal-Antriebsmoment derart eingestellt, dass während des Betriebs der Hochdruckpumpe ein Überschreiten des Maximal-Antriebsmoments durch von der Verbrennungskraftmaschine an die Hochdruckpumpe über die Steuerkette übertragene Ist-Antriebsmomente unterbleibt.
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Da der anhand der Fig. geschilderte Prozess für jede Hochdruckpumpe individuell durchgeführt wird, können beispielsweise fertigungsbedingte Toleranzen der Hochdruckpumpen berücksichtigt werden. Diese Toleranzen bewirken beispielsweise, dass bei einer ersten der Hochdruckpumpen das Maximal-Antriebsmoment dieser ersten Hochdruckpumpe bei einem ersten Kraftstofffluss und bei einer zweiten der Hochdruckpumpen das maximal zulässige Maximal-Antriebsmoment dieser zweiten Hochdruckpumpe bei einem vom ersten Kraftstofffluss unterschiedlichen, zweiten Kraftstofffluss bewirkt oder überschritten wird. Diese toleranzbedingten Unterschiede zwischen Hochdruckpumpen können ermittelt und berücksichtigt werden, so dass die jeweiligen Volumenstromregelventile (Ventilelemente) im jeweiligen späteren Betrieb pumpenindividuell, das heißt auf die jeweils verbaute Hochdruckpump abgestimmt betrieben werden können. So kann im späteren Betrieb bei jeder der Kraftstoffversorgungseinrichtungen sichergestellt werden, dass das Maximal-Antriebsmoment nicht überschritten wird. In der Folge können übermäßige, auf die Steuerkette wirkende Belastungen in Form von übermäßigen, zu übertragenden Drehmomenten vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10323874 A1 [0002]
- EP 0299337 A2 [0004]
