DE102014208558A1

DE102014208558A1 - Einsspritzsystem sowie Verfahren zum Betreiben eines Einsspritzsystems

Info

Publication number: DE102014208558A1
Application number: DE102014208558.6A
Authority: DE
Inventors: Siamend Flo; Frank Nitsche; Willi Strohl; Thorsten Allgeier; Juergen Koreck; Walter Maeurer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2015-11-12
Also published as: WO2015169467A1; CN106460745A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem, umfassend einen Injektor (2), eine Kolbenpumpe (3) zur Förderung von Kraftstoff zum Injektor (2), wobei die Kolbenpumpe (3) einen ersten Aktor (4) zur Betätigung eines Kolbens (30) umfasst, und eine Steuereinheit (6), welche eingerichtet ist, die Kolbenpumpe (3) in Abhängigkeit von einer Ansteuerung des Injektors (2) anzusteuern.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Motorrad, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Einspritzsystems.
Einspritzsysteme bei Zweirädern müssen üblicherweise sehr robust und kompakt aufgebaut sein. Der Injektor wird üblicherweise von einem Motorsteuergerät angesteuert, welches in Abhängigkeit eines Motorbetriebszustands eine Kraftstoffeinspritzung vornimmt. Die Kolbenpumpe wird üblicherweise mit konstanter Frequenz betrieben, um einen notwendigen Einspritzdruck am Injektor bereitzustellen. Hierbei wurde nun festgestellt, dass es im Betrieb zu Druckpulsationen am Injektoreinlass kommen kann, was eine Zumessgenauigkeit des Injektors negativ beeinträchtigt. Ferner kommt es im Betrieb teilweise zu unerwünschten Geräuschentwicklungen an der Kolbenpumpe.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Einspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine unerwünschte Geräuschentwicklung und insbesondere unerwünschte Druckpulsationen im Bereich vor dem Injektor des Einspritzsystems wirksam reduziert werden können. Hierdurch kann erfindungsgemäß eine exakte Zumessung von Einspritzmengen bei allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine erreicht werden. Erfindungsgemäß ist hierzu ein Steuergerät vorgesehen, welches eingerichtet ist, eine Kolbenpumpe, welche den Kraftstoff zum Injektor fördert, in Abhängigkeit von einer Ansteuerung des Injektors anzusteuern. Erfindungsgemäß wird somit eine gezielte Ansteuerung der Kolbenpumpe ausgeführt, welche an eine Ansteuerung des Injektors angepasst ist, so dass unerwünschte Druckpulsationen in einem Bereich vor dem Injektor vermieden werden können.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Vorzugsweise ist die Steuereinheit eingerichtet, die Kolbenpumpe hinsichtlich eines Betätigungszeitpunkts relativ zu einem Betätigungszeitpunkt des Injektors und/oder hinsichtlich einer Betätigungsfrequenz relativ zu einem Betätigungszeitpunkt des Injektors anzusteuern. Somit kann die Kolbenpumpe hinsichtlich Timing und Frequenz auf die Ansteuerung des Injektors abgestimmt werden und durch eine Änderung des Timings und/oder der Frequenz bei geänderten Betriebszuständen und somit geänderten Einspritzzyklen auf diese geänderten Einspritzzyklen angepasst werden.
Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, die Kolbenpumpe und den Injektor synchron anzusteuern. Alternativ kann für die Kolbenpumpe auch eine separate Steuereinheit vorgesehen werden und der Injektor wird beispielsweise mittels eines bekannten Motorsteuergeräts angesteuert.
Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, die Kolbenpumpe anzusteuern, um einen Saughub auszuführen, während der Injektor angesteuert ist, um eine Einspritzung vorzunehmen.
Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, den Injektor und die Kolbenpumpe derart anzusteuern, dass eine Förderung durch die Kolbenpumpe genau dann beginnt, wenn eine Einspritzung durch den Injektor beendet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit eingerichtet, den Injektor und die Kolbenpumpe derart anzusteuern, dass eine Förderung durch die Kolbenpumpe gleichzeitig mit einer Einspritzung durch den Injektor erfolgt. Somit überlappen sich Förderung durch die Kolbenpumpe und Einspritzung durch den Injektor in zeitlicher Hinsicht.
Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, die Kolbenpumpe in Abhängigkeit einer Ansteuerung des Injektors derart anzusteuern, dass ein maximaler Druckunterschied in einem Bereich des Einspritzsystems vor dem Injektor nicht größer als 2 × 10⁵ Pa beträgt. Dies ist 50% geringer als im Stand der Technik, wodurch eine deutliche Reduzierung von Geräuschen und reduzierte Abweichungen von einer gewünschten Einspritzmenge erhalten werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems mit einem Injektor und einer Kolbenpumpe zur Förderung von Kraftstoff zum Injektor, wobei eine abgestimmte Ansteuerung der Kolbenpumpe zu einer Ansteuerung des Injektors erfolgt. Dadurch können die vorstehend erwähnten Vorteile erhalten werden.
Bevorzugt ist ein gemeinsames Steuergerät vorgesehen, um Injektor und Kolbenpumpe anzusteuern.
Besonders bevorzugt werden Kolbenpumpe und Injektor derart angesteuert, dass eine Kraftstoffförderung erfolgt, während noch eine Einspritzung durch den Injektor ausgeführt wird. Alternativ kann eine Ansteuerung der Kolbenpumpe auch derart erfolgen, dass eine Förderung durch die Kolbenpumpe unmittelbar nach Beendigung eines Einspritzvorgangs erfolgt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Motorrad, umfassend ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem.
Wenn die Kraftstofffördermenge der Kolbenpumpe die Kraftstoffeinspritzung des Injektors bei Volllast ausreichend abdeckt, dann werden vorzugsweise die Kolbenpumpe und der Injektor mit der gleichen Frequenz angesteuert und betrieben.
Wenn die Kolbenpumpe aus Gründen eines kleineren Bauraums oder aus energetischen Gründen kleiner dimensioniert ist, sodass eine Einzelförderung des Kraftstoffs nicht die Einspritzmenge des Kraftstoffs beim Injektor abdeckt, muss die Kolbenpumpe mit einer höheren Frequenz betrieben werden. Hierzu wird die Kolbenpumpe vorzugsweise mit einem Vielfachen der Injektorfrequenz angesteuert, um die Vorteile einer synchronen Einspritzung teilweise aufrecht zu erhalten.
Je nach Fördermenge der Kolbenpumpe kann eine temporäre bzw. betriebspunktabhängige Erhöhung der Pumpfrequenz als Vielfaches der Injektorfrequenz erforderlich sein, z.B. im Kaltstart mit Gemischanreicherung, bzw. einer temporären Kraftstoffanreicherung im Dynamikfall zur Kompensation des Kraftstoffwandfilms im Saugrohr.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Ansicht eines Einspritzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein Diagramm, welches eine Ansteuerung einer Kolbenpumpe und eines Injektors über die Zeit verdeutlicht, wobei die entsprechenden Druckunterschiede im Diagramm gekennzeichnet sind,
3 ein alternatives Diagramm, welches eine Ansteuerung einer Kolbenpumpe und eines Injektors über die Zeit verdeutlicht, wobei die entsprechenden Druckunterschiede im Diagramm gekennzeichnet sind, und
4 ein Diagramm, welches eine Ansteuerung von Kolbenpumpe und Injektor gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein Einspritzsystem 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Das Einspritzsystem 1 umfasst einen Injektor 2 sowie eine Kolbenpumpe 3. Die Kolbenpumpe 3 ist über eine Druckleitung 7 mit dem Injektor 2 verbunden.
Die Kolbenpumpe 3 ist nur schematisch in 1 dargestellt und umfasst einen in einem Zylinder 34 hin- und herbewegbaren Kolben 30 (Doppelpfeil A), einen Förderraum 31, ein Einlassventil 32 und ein Auslassventil 33. Die Druckleitung 7 ist dabei in Strömungsrichtung des Kraftstoffs nach dem Auslassventil 33 angeordnet.
Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Kraftstoffzuleitung, über welche Kraftstoff durch ein geöffnetes Einlassventil 32 in den Förderraum 31 in bekannter Weise angesaugt werden kann (Pfeil C).
Die Kolbenpumpe 3 wird mittels eines ersten Aktors 4 betätigt. Ein zweiter Aktor 5 ist zur Betätigung des Injektors 2 vorgesehen.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der erste Aktor 4 der Kolbenpumpe mit einer Steuereinheit 6 verbunden. Der zweite Aktor 5 des Injektors ist ebenfalls mit der Steuereinheit 6 verbunden. Die gemeinsame Steuereinheit 6 ist eingerichtet, den Injektor 2 und die Kolbenpumpe 3 durch Ansteuerung der Aktoren 4, 5 anzusteuern.
Eine Ansteuerung des Aktors 5 des Injektors 2 erfolgt dabei in Abhängigkeit eines Betriebszustands einer Brennkraftmaschine und eines durch einen Fahrer gewünschten Betriebszustands, z.B., wenn dieser Gas gibt. Die Steuereinheit 6 ist nun eingerichtet, eine Ansteuerung der Kolbenpumpe 3 hinsichtlich einer Ansteuerung des Injektors 2 zu synchronisieren. Dadurch wird die Kolbenpumpe 3 in Abhängigkeit einer Ansteuerung des Injektors 2 angesteuert.
In den 2 und 3 sind beispielhaft zwei Diagramme dargestellt, welche die zeitliche Ansteuerung der Kolbenpumpe 3 in Abhängigkeit einer Ansteuerung des Injektors 2 zeigen. Dabei zeigt 2 ein optimales Timing mit geringsten Pulsationen und gleichmäßig wiederkehrendem Verlauf und 3 einen synchronen Betrieb mit ungünstigerem Timing mit höheren Pulsationen, aber trotzdem gleichmäßig wiederkehrendem Verlauf.
In 2 ist eine Ansteuerung der Kolbenpumpe 3 und des Injektors 2 über die Zeit t in Sekunden (s) dargestellt. Die gestrichelte Linie I kennzeichnet dabei die Ansteuerung des Injektors und die durchgezogene Linie K die Ansteuerung der Kolbenpumpe. Die jeweils angelegte Spannung U in Volt (V) ist auf der rechten Abszisse eingezeichnet und ein Druckniveau eines Druckes p in Pascal (Pa) in der Druckleitung 7 vor dem Injektor 2 ist auf der linken Abszisse dargestellt.
Wie aus den Ansteuerungskurven I und K von 2 ersichtlich, erfolgt eine Ansteuerung der Kolbenpumpe 3 durch Steuereinheit 6 kurz vor einer Beendigung einer Ansteuerung des Injektors 2. Mit Beginn der Ansteuerung der Kolbenpumpe erfolgt ein Saughub. Die Einspritzung durch den Injektor 2 wird vor Beendigung des Saughubs beendet. Dabei ist die Ansteuerung der Kolbenpumpe 3 über die Zeit t und die Ansteuerung des Injektors 2 jeweils konstant. Ein Druckniveau des Kraftstoffs in der Druckleitung 7 liegt dabei in einer Bandbreite B von ca. 2,2 bis 4,2 × 10⁵ Pa. Wie deutlich aus 2 ersichtlich ist, kann eine wiederkehrende Druckschwankung innerhalb dieser Bandbreite B über die Zeit t erreicht werden.
3 zeigt eine alternative erfindungsgemäße Ansteuerung der Kolbenpumpe 3 in Abhängigkeit einer Ansteuerung des Injektors 2. Bei der in 2 gezeigten Ansteuerung wird die Kolbenpumpe 3 immer dann durch die Steuereinheit 6 angesteuert, wenn auch der Injektor 2 angesteuert ist, d.h., wenn eine Einspritzung von Kraftstoff durch den Injektor ausgeführt wird. Bei Ansteuerung der Kolbenpumpe 3 durch die Steuereinheit 2 erfolgt dabei ein Ansaugvorgang durch die Kolbenpumpe 3, so dass sich eine Druckkurve P ergibt, welche sich innerhalb einer im Vergleich mit 2 ungefähr doppelt so großen Bandbreite B von 4 × 10⁵ Pa befindet. Wie unmittelbar aus 3 ersichtlich ist, ist zwar die Bandbreite B größer als bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, allerdings sind die Druckschwankungen bei jedem Kolbenhub synchron, so dass keine unerwünschten Pulsationen in der Druckleitung 7 vorkommen, welche zu den unerwünschten Einspritzergebnissen und einer Geräuschentwicklung führen können.
Im Unterschied zu der in den 2 und 3 dargestellten Erfindung ist beim Stand der Technik, wie in 4 dargestellt, eine unregelmäßige Druckkurve P mit sehr großer Amplitude erhältlich. Dies beruht auf der nicht synchronen Ansteuerung von Kolbenpumpe und Injektor, wie aus den Ansteuerungskurven für den Injektor (gestrichelte Linie I) und der Kolbenpumpe (durchgezogene Linie K) ersichtlich ist. Hierdurch ergibt sich eine unregelmäßige Druckschwankung im Bereich der Druckleitung und eine deutlich erhöhte Bandbreite B‘ der unterschiedlichen maximalen und minimalen Drücke, was zu den unerwünschten Druckpulsationen im Bereich vor dem Injektor führt.
Erfindungsgemäß wird somit eine synchrone Ansteuerung von Kolbenpumpe 3 und Injektor 2 durchgeführt, so dass signifikante reduzierte Druckschwankungen im Bereich vor dem Injektor 2 erhalten werden.
Die Ansteuerung von Injektor 2 und Kolbenpumpe 3 kann dabei durch eine gemeinsame Steuereinheit 6 erfolgen oder alternativ auch durch zwei separate Steuereinheiten, welche z.B. über ein Bus-System miteinander verbunden sind.

Claims

Einspritzsystem, umfassend: – einen Injektor (2), – eine Kolbenpumpe (3) zur Förderung von Kraftstoff zum Injektor (2), wobei die Kolbenpumpe (3) einen Aktor (4) zur Betätigung eines Kolbens (30) umfasst, und – eine Steuereinheit (6), welche eingerichtet ist, die Kolbenpumpe (3) in Abhängigkeit von einer Ansteuerung des Injektors (2) anzusteuern.
Einspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, die Kolbenpumpe hinsichtlich eines Betätigungszeitpunkts relativ zu einem Betätigungszeitpunkt des Injektors anzusteuern und/oder die Kolbenpumpe hinsichtlich einer Betätigungsfrequenz relativ zu einem Betätigungszeitpunt des Injektors anzusteuern.
Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, den Injektor (2) und die Kolbenpumpe (3) synchron ansteuern.
Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, die Kolbenpumpe (3) anzusteuern, um einen Saughub auszuführen, während der Injektor (2) angesteuert ist, um eine Einspritzung auszuführen.
Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, den Injektor (2) und die Kolbenpumpe (3) derart anzusteuern, dass eine Förderung durch die Kolbenpumpe (3) genau dann beginnt, wenn eine Einspritzung durch den Injektor (2) beendet ist.
Einspritzsystem nach Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, den Injektor (2) und die Kolbenpumpe (3) derart anzusteuern, dass eine Förderung durch die Kolbenpumpe (3) gleichzeitig mit einer Einspritzung durch den Injektor (2) erfolgt.
Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, die Kolbenpumpe (3) in Abhängigkeit einer Ansteuerung des Injektors (2) derart anzusteuern, dass eine maximaler Druckunterschied (B) in einer Druckleitung (7) zwischen der Kolbenpumpe (3) und dem Injektor (2) in einem Bereich von kleiner oder gleich 2 × 10⁵ Pa liegt.
Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems (1), umfassend einen Injektor (2) und eine Kolbenpumpe (3) zur Förderung von Kraftstoff zum Injektor (2) derart, dass eine zeitlich abgestimmte Ansteuerung von Injektor (2) und Kolbenpumpe (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung der Kolbenpumpe (3) zur Ausführung eines Saughubs erfolgt, während der Injektor (2) angesteuert ist, Kraftstoff einzuspritzen.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (2) und die Kolbenpumpe (3) mittels eines gemeinsamen Steuergeräts (6) angesteuert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (2) und die Kolbenpumpe (3) derart angesteuert werden, dass eine Förderung durch die Kolbenpumpe (3) genau dann beginnt, wenn eine Einspritzung durch den Injektor (2) gerade beendet ist.
Fahrzeug, insbesondere Motorrad, umfassend ein Einspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7.