DE102014213182A1

DE102014213182A1 - Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung sowie Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102014213182A1
Application number: DE201410213182
Authority: DE
Inventors: Oliver Berkemeier; Klemens Grieser; Uwe Reuter; David van Bebber; Jens Wojahn
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2015-03-19
Also published as: CN104454207A; US20150081195A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem eine Kraftstoffpumpe (3) und eine Mehrzahl von jeweils an einen Zylinder eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Einspritzventilen (7) aufweist, wobei die Kraftstoffpumpe (3) und/oder die Einspritzventile (7) Kraftstoffdruckfluktuationen hervorrufende Druckwellen erzeugen, und wobei in Abhängigkeit von einer jeweils aktuell im Verbrennungsmotor angeforderten Kraftstoffmenge die Kraftstoffeinspritzmenge dadurch verringert oder erhöht wird, dass unter Verwendung zumindest eines Aktuators (8) zusätzliche Druckwellen in dem Kraftstoffeinspritzsystem (1) erzeugt werden, welche zu druckwelleninduzierten Variationen der eingespritzten Kraftstoffmenge führen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung, sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem.
Im Betrieb von Kraftfahrzeugen mit einem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem tritt das Problem auf, dass durch die Öffnungs- und Schließvorgänge des Einspritzventils sowie auch durch den Betrieb der Kraftstoffpumpe Druckwellen hervorgerufen werden, die zu Kraftstoffdruckfluktuationen und unerwünschten Schwankungen der bei den einzelnen Einspritzvorgängen eingespritzten Kraftstoffmenge führen. Solche Kraftstoffdruckfluktuationen sind vor allem in solchen Betriebsphasen besonders kritisch, in denen vergleichsweise geringe Kraftstoffmengen angefordert werden, da die Kraftstoffdruckfluktuationen dann prozentual vergleichsweise große Variationen in der eingespritzten Kraftstoffmenge zur Folge haben.
Aus DE 103 16 946 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Dämpfung von Druckschwingungen in einer Hydraulikleitung bekannt. Hierbei wird über eine Steuer-/Regeleinrichtung ein z. B. ein Piezoelement aufweisender Aktor derart angesteuert, dass dieser Druckschwingungen erzeugt, die zumindest annähernd gegenphasig und amplitudengleich zu einer in der Hydraulikleitung sensorgestützt detektierten und von einer Druckquelle abgegebenen Druckschwingung ausgebildet sind. Bei Aufeinandertreffen der verschiedenen Druckschwingungen soll über die stattfindende Überlagerung im Idealfall eine Eliminierung der Schwingung erzielt werden.
Aus JP H10-288113 A ist u.a. ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, welches zur vorübergehenden Speicherung des Kraftstoffs eine Speicherkammer aufweist. Das Volumen dieser Speicherkammer wird bei Ventilöffnung über einen Aktuator verringert, woraufhin infolge einer sich von der Speicherkammer zur Austrittsöffnung des Kraftstoffeinspritzventils ausbreitenden Druckwelle eine Kraftstoffeinspritzung mit verbessertem Ansprechverhalten erfolgt.
Aus DE 10 2011 121 384 A1 ist u.a. ein Injektor für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannt, welcher ein Pilot- bzw. Steuerventil aufweist, das über ein Stellglied eines Aktuators betätigbar ist, wobei der Aktuator z.B. ein Piezo-Aktuator oder ein Magnetaktuator sein kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems bereitzustellen, welche eine präzisere Kraftstoffdosierung insbesondere in Betriebsphasen mit vergleichsweise geringer angeforderter Kraftstoffmenge ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie das Kraftstoffeinspritzsystem gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 9 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung eines Kraftstoffeinspritzsystems, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem eine Kraftstoffpumpe und eine Mehrzahl von jeweils an einen Zylinder eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Einspritzventilen aufweist und wobei die Kraftstoffpumpe und/oder die Einspritzventile Kraftstoffdruckfluktuationen hervorrufende Druckwellen erzeugen, wird in Abhängigkeit von einer jeweils aktuell im Verbrennungsmotor angeforderten Kraftstoffmenge die Kraftstoffeinspritzmenge dadurch verringert oder erhöht, dass unter Verwendung zumindest eines Aktuators zusätzliche Druckwellen in dem Kraftstoffeinspritzsystem erzeugt werden, welche zu druckwelleninduzierten Variationen der eingespritzten Kraftstoffmenge führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, durch gezielte Erzeugung von Druckwellen im Kraftstoffeinspritzsystem ohnehin aufgrund der Öffnungs- und Schließvorgänge des Einspritzventils oder durch den Betrieb der Kraftstoffpumpe vorhandene Kraftstoffdruckfluktuationen und ggf. das mittlere Druckniveau derart zu manipulieren, dass im Ergebnis eine Verbesserung der Präzision in der Kraftstoffdosierung erfolgt. Dies gilt insbesondere in Betriebsphasen, in denen die geforderte Kraftstoffmenge vergleichsweise gering ist.
Dabei erfolgt erfindungsgemäß nicht etwa eine hydraulische Unterdrückung bzw. Dämpfung vorhandener Kraftstoffdruckfluktuationen wie in dem eingangs beschriebenen herkömmlichen Ansatz, sondern die vorhandenen Kraftstoffdruckfluktuationen werden unter zeitweiser Verstärkung oder Verringerung stabilisiert und gezielt dazu genutzt, die Kraftstoffeinspritzmenge je nach Bedarf zu erhöhen oder zu verringern. Hierbei können die Maxima und Minima ("Täler" bzw. "Spitzen") in der Variation gezielt dazu genutzt werden, die eingespritzte Kraftstoffeinspritzmenge je nach Bedarf zu erhöhen oder zu verringern. Mittels des erfindungsgemäßen Aktuators können Druckwellen oder eine Mitteldruckanpassung immer dann erzeugt werden, wenn diese zur Variation der eingespritzten Kraftstoffmenge aktuell benötigt werden.
Dabei kann etwa eine gezielte Verringerung der Kraftstoffeinspritzmenge in Situationen gewünscht bzw. vorteilhaft sein, in denen der minimale Durchfluss des Kraftstoff-Einspritzventils bzw. dessen Variabilität nicht mehr ausreichend durch die Ansteuerung des Einspritzventils einstellbar ist. Gemäß einer Ausführungsform wird daher die Erzeugung zusätzlicher Druckwellen in dem Kraftstoffeinspritzsystem unter Verwendung des Aktuators zumindest zeitweise zur Verringerung der Kraftstoffeinspritzmenge genutzt.
Die erfindungsgemäße Manipulation bzw. Steuerung der Kraftstoffdosierung kann ferner auch dazu eingesetzt werden, Einspritzventilvariabilitäten auszugleichen, wie sie etwa "von Stück-zu-Stück" herstellungs- oder alterungsbedingt auftreten, wobei insbesondere in herkömmlichen Ansätzen für einen solchen Ausgleich vorgesehene Regelungsvorrichtungen zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung entbehrlich werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird durch die unter Verwendung des Aktuators erzeugten zusätzlichen Druckwellen der mittlere Kraftstoffdruck im Kraftstoffeinspritzsystem zeitweise modifiziert.
Gemäß einer Ausführungsform werden die durch die Kraftstoffpumpe und/oder die Einspritzventile hervorgerufenen Kraftstoffdruckfluktuationen durch die unter Verwendung des Aktuators erzeugten zusätzlichen Druckwellen wenigstens zeitweise verstärkt.
Die erfindungsgemäße Manipulation bzw. Steuerung kann insbesondere unter Verwendung eines wenigstens ein Piezoelement aufweisenden Aktuators (z. B. in Form eines schnellen Piezo- oder Magnetaktuators) realisiert werden, Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz von Piezoelementen bzw. -schaltern zur Erzeugung der Druckwellen begrenzt. So kann in weiteren Ausführungsformen auch eine magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit verwendet werden, indem über ein variabel anlegbares magnetisches bzw. elektrisches Feld in für sich bekannter Weise eine Viskositätsänderung bzw. Versteifung der Flüssigkeit herbeigeführt und zur Steuerung eines Aktuators verwendet wird, welcher zur Erzeugung der Druckwellen genutzt wird.
Bei der elektrorheologischen Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um eine elektrorheologische Suspension von Polyurethanpartikeln in Silikonöl als Trägerfluid handeln. Als magnetorheologische Flüssigkeit kann eine Suspension von magnetisch polarisierbaren (z. B. Eisen-)Partikeln in einem Trägerfluid, z. B. ebenfalls einem Mineralöl oder einem synthetischen Öl, verwendet werden.
Im Ergebnis werden gemäß der Erfindung druckwelleninduzierte Variationen der eingespritzten Kraftstoffmenge gezielt erzeugt und dazu genutzt, die Genauigkeit der Kraftstoffdosierung insbesondere bei Anforderung vergleichsweise geringer Kraftstoffmengen zu verbessern.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Abbildung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt in lediglich schematischer Darstellung den möglichen grundsätzlichen Aufbau eines Kraftstoffeinspritzsystems in Form eines "Common Rail Systems", in welchem die vorliegende Erfindung beispielsweise realisierbar ist.
Gemäß 1 weist ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 eine unter Hochdruck betriebene Kraftstoffpumpe 3 auf, welche Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 2 über eine Pumpenleitung 4 hin zu einer Mehrzahl von Injektorleitungen 6 fördert, welche entlang einer der Kraftstoffpumpe 3 nachgeschalteten "Common Rail" 5 angeordnet sind. Die Injektorleitungen 6 führen jeweils zu einem Injektor bzw. Einspritzventil 7 zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in jeweils einen Zylinder eines Verbrennungsmotors.
Sowohl durch die Öffnungs- und Schließvorgänge der Einspritzventile 7 als auch durch den Betrieb der Kraftstoffpumpe 3 werden in dem Kraftstoffeinspritzsystem 1 Druckwellen induziert. Die hierdurch hervorgerufenen Kraftstofffluktuationen werden nun gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch modifiziert, dass mittels wenigstens eines Aktuators 8 (welcher z. B. als Piezoschalter ausgelegt sein kann und für den lediglich beispielhafte mögliche Positionen in 1 angedeutet sind) zusätzliche Druckwellen erzeugt werden, über welche die jeweils über die Einspritzventile 7 eingespritzte Kraftstoffmenge je nach aktuell angeforderter Kraftstoffmenge gezielt verringert oder erhöht wird. Dabei werden die durch die Kraftstoffpumpe 3 und/oder die Einspritzventile 7 hervorgerufenen Kraftstoffdruckfluktuationen insbesondere zumindest zeitweise auch verstärkt, um über die so im Ergebnis resultierenden, stabilisierten Kraftstofffluktuationen oder kurzfristige Veränderung des mittleren Kraftstoffdrucks eine präzise Kraftstoffdosierung zu erzielen. Hierbei werden jeweils die durch den Aktuator 8 zu bestimmten Zeitpunkten erzeugten Druckschwankungen gezielt zur Erhöhung oder Verringerung der Einspritzmenge genutzt. Eine weitere vorteilhafte Position des Aktuators 8 ist das Common Rail 5.
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 10316946 A1 [0003]
JP 10-288113 A [0004]
DE 102011121384 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung eines Kraftstoffeinspritzsystems, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem (1) eine Kraftstoffpumpe (3) und eine Mehrzahl von jeweils an einen Zylinder eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Einspritzventilen (7) aufweist, wobei die Kraftstoffpumpe (3) und/oder die Einspritzventile (7) Kraftstoffdruckfluktuationen hervorrufende Druckwellen erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einer jeweils aktuell im Verbrennungsmotor angeforderten Kraftstoffmenge die Kraftstoffeinspritzmenge dadurch verringert oder erhöht wird, dass unter Verwendung zumindest eines Aktuators (8) zusätzliche Druckwellen in dem Kraftstoffeinspritzsystem (1) erzeugt werden, welche zu druckwelleninduzierten Variationen der eingespritzten Kraftstoffmenge führen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung zusätzlicher Druckwellen in dem Kraftstoffeinspritzsystem (1) unter Verwendung des Aktuators (8) zumindest zeitweise zur Verringerung der Kraftstoffeinspritzmenge genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die unter Verwendung des Aktuators (8) erzeugten zusätzlichen Druckwellen der mittlere Kraftstoffdruck im Kraftstoffeinspritzsystem (1) zeitweise modifiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Kraftstoffpumpe (3) und/oder die Einspritzventile (7) hervorgerufenen Kraftstoffdruckfluktuationen durch die unter Verwendung des Aktuators (8) erzeugten zusätzlichen Druckwellen wenigstens zeitweise verstärkt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (8) wenigstens ein Piezoelement aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (8) durch eine magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeit gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (8) wenigstens einen Magnetaktuator aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzventile an eine gemeinsame Kraftstoffleitung (Common-Rail) (5) angeschlossen sind, wobei der Aktuator (8) in dieser gemeinsamen Kraftstoffleitung angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem, welches eine Kraftstoffpumpe (3) und eine Mehrzahl von jeweils an einen Zylinder eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Einspritzventilen (7) aufweist, wobei die Kraftstoffpumpe (3) und/oder die Einspritzventile (7) Kraftstoffdruckfluktuationen hervorrufende Druckwellen erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass dieses dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.