DE102014214284A1

DE102014214284A1 - Verfahren zum Adaptieren eines Kraftstoffdrucks in einem Niederdruckbereich eines Kraftstoffdirekteinspritzungssystems

Info

Publication number: DE102014214284A1
Application number: DE102014214284.9A
Authority: DE
Inventors: Klaus Joos; Joerg Kuempel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-01-28
Also published as: KR20160011585A; CN105275685B; CN105275685A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Adaptieren eines Kraftstoffdrucks p in einem Niederdruckbereich eines Kraftstoffdirekteinspritzungssystems eines Kraftfahrzeugs. Diese umfasst ein Ermitteln einer Hochdrucktemperatur T141 in einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffdirekteinspritzungsssystems, ein Einstellen des Kraftstoffdrucks p in dem Niederdruckbereich auf einen Wert, bei dem ein Referenzkraftstoff sich bei der Hochdrucktemperatur T141 in der flüssigen Phase befindet, ein Absenken des Kraftstoffdrucks p in dem Niederdruckbereich bis ein Abfall der Förderleistung der Hochdruckpumpe des Kraftstoffdirekteinspritzsystems durch einen Druckabfall in einem Verteilerrohr des Kraftstoffdirekteinspritzungssystems detektiert wird, ein Erhöhen des Kraftstoffdrucks p in dem Niederdruckbereich um einen applizierbaren ersten Offset O1, und ein Erhöhen des Kraftstoffdrucks p in dem Niederdruckbereich um einen zweiten Offset O2 auf einen adaptierten Kraftstoffdruck padap wobei der zweite Offset O2 in Abhängigkeit von einer temperaturabhängigen Änderung eines Solldrucks psoll gewählt wird, bei dem sich der Referenzkraftstoff in der flüssigen Phase befindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Adaptieren eines Kraftstoffdrucks in einem Niederdruckbereich eines Kraftstoffdirekteinspritzungssystems. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um einen Kraftstoffdruck in einem Niederdruckbereich eines Kraftstoffdirekteinspritzungssystems eines Kraftfahrzeugs mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu adaptieren.
Stand der Technik
Bei der Benzindirekteinspritzung wird Kraftstoff mit Drücken von bis zu 20 MPa über ein Hochdruckeinspritzventil direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Der Druck wird von einer Hochdruckpumpe erzeugt, die von einem Antriebsnocken auf der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Kraftstoffzuführung erfolgt über ein Niederdrucksystem des Kraftstoffsystems. Eine sichere Kraftstoffförderung ist nur möglich, wenn die Hochdruckpumpe flüssigen Kraftstoff ansaugen kann. Aufgrund des direkten Anbaus der Hochdruckpumpe an die Brennkraftmaschine kann die Hochdruckpumpe sehr heiß werden. Der Kraftstoff bleibt dort nur dann flüssig, wenn er im Niederdrucksystem auf einen Druck gebracht wird, der über dem Dampfdruck des gerade verwendeten Kraftstoffes liegt. Mögliche Druckverluste im Einlassventil sind separat zu berücksichtigen. Da Kraftstoffe jahreszeitabhängig und abhängig vom Ethanolanteil stark unterschiedliche Dampfdrücke aufweisen können, orientiert sich die Niederdruckvorgabe an der Dampfdruckkurve des kritischsten Kraftstoffes der in der Praxis erwartet wird.
Der Niederdruck wird von einer Elektrokraftstoffpumpe im Tank erzeugt. Diese ist typischerweise Teil eines Kraftstoffversorgungssystems zur bedarfsgerechten Kraftstoffversorgung (demand controlled supply – DECOS), welches variable Niederdruckvorgaben umsetzen kann, indem es den Niederdruck misst und auf einen Sollwert einstellt. Der Sollwert wird auf den ungünstigsten denkbaren Fall ausgelegt und als eine temperaturabhängige Niederdrucksollkennlinie appliziert. Dies erfordert allerdings eine unnötig hohe Ansteuerleistung der Elektrokraftstoffpumpe und verursacht daher unnötig hohe Kohlendioxidemissionen des Fahrzeugs.
Es werden allerdings auch DECOS-Systeme ohne Niederdrucksensor verwendet. Um in diesen Rückschlüsse auf einen erforderlichen Niederdruck zu ziehen, wird im Motorbetrieb die Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe und damit der Niederdruck stufenweise abgesenkt bis die Hochdruckpumpe nicht mehr ausreichend fördert und der Hochdruck beginnt von seinem Sollwert abzuweichen. Dann ist der Punkt erreicht, in dem die Hochdruckpumpe unzulässig im Dampf betrieben wird. Dieser Ansteuerwert der Elektrokraftstoffpumpe muss dann um einen Offset erhöht werden. Damit wird der Niederdruck wieder auf einen ausreichend hohen Wert angehoben. In diesem Konzept ist allerdings nicht nur der Kraftstoff eine unbekannte Größe, sondern vor allem auch die Förderleistung der Elektrokraftstoffpumpe unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Deshalb muss in diesem Konzept häufig in den Dampf gefahren und nachadaptiert werden. Über die Lebensdauer des Kraftstoffversorgungssystems sind 30.000 bis 40.000 Lernzyklen zu erwarten. Ein häufiger Betrieb der Hochdruckpumpe im Dampf kann diese allerdings schädigen, da in der Hochdruckpumpe an manchen Stellen die hydraulische Dämpfung durch flüssigen Kraftstoff fehlt oder die Schmierung durch flüssigen Kraftstoff nicht mehr sichergestellt ist. Dies ist besonders kritisch, wenn ein Hochdruckerhalten noch möglich ist aber der aktuelle Niederdruck in der Hochdruckpumpe bereits zu lokaler Dampfbildung führt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Adaptieren eines Kraftstoffdrucks in einem Niederdruckbereich eines Kraftstoffdirekteinspritzungssystems eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines DECOS-Systems, umfasst die folgenden
Schritte:

– Ermitteln einer Hochdrucktemperatur in einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffdirekteinspritzungsssystems,
– Einstellen des Kraftstoffdrucks in dem Niederdruckbereich auf einen Wert, bei dem ein Referenzkraftstoff sich bei der Niederdrucktemperatur in der flüssigen Phase befindet,
– Absenken des Kraftstoffdrucks in dem Niederdruckbereich bis ein Abfall der Förderleistung einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffdirekteinspritzsystems durch einen Druckabfall in einem Verteilerrohr des Kraftstoffdirekteinspritzungssystems detektiert wird,
– Erhöhen des Kraftstoffdrucks in dem Niederdruckbereich um einen applizierbaren ersten Offset,
– Erhöhen des Kraftstoffdrucks in dem Niederdruckbereich um einen zweiten Offset auf einen adaptierten Kraftstoffdruck wobei der zweite Offset in Abhängigkeit von einer temperaturabhängigen Änderung eines Solldrucks gewählt wird, bei dem sich der Referenzkraftstoff in der flüssigen Phase befindet.

Als Referenzkraftstoff wird insbesondere der Kraftstoff mit der ungünstigsten Dampfdruckkurve verwendet, der in der Praxis zu erwarten ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Kraftstoffdirekteinspritzungssystem mit geringer Ansteuerleistung der Elektrokraftstoffpumpe betrieben werden, ohne dass eine hohe Anzahl von Lernzyklen notwendig wäre, bei denen die Hochdruckpumpe im Dampf betrieben wird. Hierbei wird ein variabler aber für den sicheren Betrieb des Kraftstoffdirekteinspritzungssystems ausreichend hoher Niederdruck sichergestellt.
Die Hochdrucktemperatur ist insbesondere die Temperatur des in der Hochdruckpumpe befindlichen Kraftstoffes oder eine Temperatur, welche zu der Temperatur des in der Hochdruckpumpe befindlichen Kraftstoffes proportional ist.
Wenn die Hochdrucktemperatur mittels eines Temperaturmodells ermittelt wird, ist es bevorzugt, dass der erste Offset in Abhängigkeit von einer Toleranz des Temperaturmodells appliziert wird. Auf diese Weise können Plus-Minus-Toleranzen des Temperaturmodells in dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt werden, und so verhindert werden, dass die Hochdruckpumpe ungewollt im Dampf betrieben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise für mehrere unterschiedliche Hochdrucktemperaturen wiederholt. Aus den jeweiligen adaptierten Kraftstoffdrücken wird eine Temperaturabhängigkeit des adaptierten Kraftstoffdrucks ermittelt. Dies ermöglicht es, mit wenigen Lernzyklen eine optimale Niederdruckkennlinie des Kraftstoffdirekteinspritzungssystems abzuleiten.
Es ist besonders bevorzugt, dass bis zur nächsten Betankung des Kraftfahrzeugs mit Kraftstoff der Druck im Niederdruckbereich in Abhängigkeit von der Hochdrucktemperatur auf einen Wert eingestellt wird, der sich aus der ermittelten Temperaturabhängigkeit des adaptierten Kraftstoffdrucks ergibt. Bei beispielsweise acht Lernzyklen pro Tankfüllung reduziert sich die Gesamtzyklenanzahl über die Lebensdauer des Kraftstoffdirekteinspritzungssystems somit auf ca. 3.000 bis 5.000.
Der zweite Offset kann in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit von der ersten Ableitung der temperaturabhängigen Änderung des Solldrucks nach der Temperatur gewählt werden. Dies kann erfolgen, indem bei der Hochdrucktemperatur eine Tangente an die Niederdruckkurve, d. h. die temperaturabhängige Änderung des Solldrucks nach der Temperatur, des Referenzkraftstoffes angelegt wird und so die erste Ableitung ermittelt. Der zweite Offset leitet sich dann aus dem Unterschied der Temperaturtoleranz und der Steigung der Tangente ab.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zweite Offset in Abhängigkeit von der Steigung der temperaturabhängigen Änderung des Solldrucks zwischen zwei Stütztemperaturen gewählt. Die erste Stütztemperatur ist größer als die Hochdrucktemperatur und die zweite Stütztemperatur ist kleiner als die Hochdrucktemperatur. Dieses Vorgehen bietet sich besonders dann an, wenn die temperaturabhängige Änderung des Solldrucks über viele Stützstellen abgelegt ist.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Auf diese Weise ermöglicht es die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem vorhandenen Rechengerät oder Steuergerät, ohne daran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Zum Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein Rechengerät oder Steuergerät ist das erfindungsgemäße maschinenlesbare Speichermedium vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um einen Kraftstoffdruck in einem Niederdruckbereich eines Kraftstoffdirekteinspritzungssystems eines Kraftfahrzeugs mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu adaptieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch ein Kraftstoffdirekteinspritzungssystem eines Kraftfahrzeugs, dessen Kraftstoffdruck in einem Niederdruckbereich mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens adaptiert werden kann.
2 stellt in einem p-T Diagramm die Adaption eines Kraftstoffdrucks in einem Niederbereich eines Kraftstoffdirekteinspritzungssystems gemäß 1 mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Der Ablauf eines Verfahrens gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung wird im Folgenden am Beispiel der Adaption eines Kraftstoffdrucks in einem Niederdruckbereich eines DECOS-Systems erläutert. Dieses weist ein in 1 dargestelltes Kraftstoffdirekteinspritzungssystem 1 auf. Kraftstoff 111 wird in einem Kraftstofftank 11 bevorratet. Eine Kraftstoffleitung führt aus dem Kraftstofftank 11 durch einen Kraftstoffilter 12 in eine Elektrokraftstoffpumpe 131. Diese fördert Kraftstoff 111 aus dem Kraftstofftank 11 in einen Niederdruckbereich 13 des Kraftstoffdirekteinspritzungssystems 1. Ein erster Drucksensor 132 ist vorgesehen, um den Kraftstoffdruck p in dem Niederdruckbereich 13 zu messen. Eine Hochdruckpumpe 141 verdichtet den Kraftstoff 111 und transportiert ihn in einen Hochdruckbereich 14 des Kraftstoffdirekteinspritzungssystems 1. Im Hochdruckbereich 14 wird der verdichtete Kraftstoff 111 von der Hochdruckpumpe 141 in ein Verteilerrohr 142 geleitet, welches auch als Rail bezeichnet wird. Ein zweiter Drucksensor 143 ist in dem Hochdruckbereich 14 angeordnet, um den dort vorherrschenden Druck zu ermitteln. Vier Injektoren 144a, 144b, 144c, 144d injizieren Kraftstoff 111 aus dem Verteilerrohr 142 in eine Brennkraftmaschine (nicht dargestellt). Ein elektronisches Steuergerät 2 steuert die Komponenten des Kraftstoffdirekteinspritzungssystems 1.
Nachdem der Kraftstofftank 11 mit einer neuen Füllung von Kraftstoff 111 betankt wurde, wird ein Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gestartet, um einen Kraftstoffdruck p in dem Niederdruckbereich 13 zu adaptieren. Hierzu wird zunächst mittels eines Temperaturmodells die Temperatur T₁₄₁ des Kraftstoffes 111 in der Hochdruckpumpe 141 ermittelt. In dem Steuergerät 2 ist eine Niederdruckkennlinie hinterlegt, welche einen Sollwert p_soll des Kraftstoffdrucks p in dem Niederdruckbereich 13 in Abhängigkeit von der Hochdrucktemperatur T₁₄₁ in der Hochdruckpumpe 141 für den Referenzkraftstoff RSG E10 angibt. Mittels der Elektrokraftstoffpumpe 131 wird der Kraftstoffdruck p in dem Niederdruckbereich 13 zunächst auf diesen Solldruck p_soll für die mittels des Temperaturmodells ermittelte Hochdrucktemperatur T₁₄₁ eingestellt. Hierdurch nimmt der Kraftstoffdruck p in dem Niederdruckbereich 13 einen ersten Wert p₁ an, wie in 2 dargestellt ist. Anschließend wird der Kraftstoffdruck p in dem Niederdruckbereich durch Absenken der Leistung der Elektrokraftstoffpumpe 131 so lange verringert, bis der Kraftstoffdruck p auf einen zweiten Wert p₂ abgefallen ist, bei dem mittels des zweiten Drucksensors 142 ein Abfall der Förderleistung der Hochdruckpumpe 141 und somit ein kleiner Druckeinbruch im Verteilerrohr 142 erkannt wird. Dies weist darauf hin, dass der zweite Druck p₂ für den vorliegend getankten Kraftstoff 111 bei der Hochdrucktemperatur T₁₄₁unter der Dampfdruckkurve p_gas dieses Kraftstoffes 111 liegt. Nun wird der Kraftstoffdruck p in dem Niederdruckbereich 13 zunächst durch Erhöhung der Leistung der Elektrokraftstoffpumpe 131 um einen ersten Offset O₁ auf einen dritten Druck p₃ erhöht. Der erste Offset O₁ wird in Abhängigkeit von der Toleranz des verwendeten Temperaturmodells gewählt. Anschließend wird die Leistung der Elektrokraftstoffpumpe 131 noch weiter erhöht, um den Kraftstoffdruck p in dem Niederdruckbereich 13 um einen zweiten Offset O₂ auf einen vierten Druck p₄ zu erhöhen. Um den zweiten Offset O₂ zu ermitteln, wird zunächst die erste Ableitung dp_soll/dT der Niederdruckkurve p_soll des Referenzkraftstoffes bei der mittels des Temperaturmodells bestimmten Hochdrucktemperatur T₁₄₁ ermittelt. Aus dieser Ableitung dp_soll/dT ergibt sich eine Tangente an die Dampfdruckkurve des Referenzkraftstoffes p_soll, welcher auf den dritten Druck p₃ verschoben und bis zu einer weiteren Temperatur T₊ verlängert wird. Die Differenz zwischen der Hochdrucktemperatur T₁₄₁ und dieser weiteren Temperatur T₊ entspricht der Toleranz des verwendeten Temperaturmodells. Aus dem Anstieg der Tangente über diesen Temperaturbereich ergibt sich der zweite Offset O₂. Der vierte Druck p₄ stellt einen Wert auf einer adaptierten Niederdruckkurve p_adap des aktuellen getankten Kraftstoffes 111 dar. Indem das erfindungsgemäße Verfahren für mehrere unterschiedliche Hochdrucktemperaturen T₁₄₁ wiederholt wird, ist es möglich, mehrere vierte Druckwerte p₄ zu ermitteln und aus diesen die gesamte Niederdruckkurve des adaptierten Niederdrucks p_adap zu fitten. Für den weiteren Betrieb des Kraftstoffdirekteinspritzungssystems 1 mit dem aktuell getankten Kraftstoff 111 wird der Kraftstoffdruck p in dem Niederdruckbereich 13 nun mittels der Elektrokraftstoffpumpe 131 stets auf den Wert p_adap gemäß der so gelernten Niederdruckkurve eingestellt.
Alternativ zur Bestimmung des zweiten Offsets O₂ in der oben beschriebenen Weise ist es in einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, bei einer Temperatur T₊, die über der Hochdrucktemperatur T₁₄₁ liegt und einer weiteren Temperatur T_–, die unter der Hochdrucktemperatur T₁₄₁ liegt, Stütztemperaturen an die Niederdruckkurve p_soll des Referenzkraftstoffes anzulegen und zwischen diesen eine Gerade zu ermitteln, welche anstelle der im ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Tangente zur Ermittlung des zweiten Offsets verwendet wird. Als Stütztemperaturen können die in 2 dargestellten Temperaturen T₊ und T_– der Toleranz des Temperaturmodells verwendet werden. Alternativ kann auch jede andere Temperatur oberhalb und unterhalb der Hochdrucktemperatur T₁₄₁ verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Adaptieren eines Kraftstoffdrucks p in einem Niederdruckbereich (13) eines Kraftstoffdirekteinspritzungssystems (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte: – Ermitteln einer Hochdrucktemperatur T₁₄₁ in einer Hochdruckpumpe (141) des Kraftstoffdirekteinspritzungsssystems (1), – Einstellen des Kraftstoffdrucks p in dem Niederdruckbereich (13) auf einen Wert, bei dem ein Referenzkraftstoff sich bei der Hochdrucktemperatur T₁₄₁ in der flüssigen Phase befindet, – Absenken des Kraftstoffdrucks p in dem Niederdruckbereich (13) bis ein Abfall der Förderleistung der Hochdruckpumpe (141) des Kraftstoffdirekteinspritzsystems (1) durch einen Druckabfall in einem Verteilerrohr (142) des Kraftstoffdirekteinspritzungssystems (1) detektiert wird, – Erhöhen des Kraftstoffdrucks p in dem Niederdruckbereich (13) um einen applizierbaren ersten Offset O₁, – Erhöhen des Kraftstoffdrucks p in dem Niederdruckbereich (13) um einen zweiten Offset O₂ auf einen adaptierten Kraftstoffdruck p_adap wobei der zweite Offset O₂ in Abhängigkeit von einer temperaturabhängigen Änderung eines Solldrucks p_soll gewählt wird, bei dem sich der Referenzkraftstoff in der flüssigen Phase befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdrucktemperatur T₁₄₁ die Temperatur des in der Hochdruckpumpe (141) befindlichen Kraftstoffes (111) ist, oder eine Temperatur ist, welche zu der Temperatur des in der Hochdruckpumpe (141) befindlichen Kraftstoffes (111) proportional ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdrucktemperatur T₁₄₁ mittels eines Temperaturmodells ermittelt wird und der erste Offset O₁ in Abhängigkeit von einer Toleranz des Temperaturmodells appliziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es für mehrere unterschiedliche Hochdrucktemperaturen T₁₄₁ wiederholt wird und aus den jeweiligen adaptierten Kraftstoffdrücken p_adap eine Temperaturabhängigkeit des adaptierten Kraftstoffdrucks p_adap ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bis zur nächsten Betankung des Kraftfahrzeugs mit Kraftstoff (111) der Druck p im Niederdruckbereich (13) in Abhängigkeit von der Hochdrucktemperatur T₁₄₁ auf einen Wert eingestellt wird, der sich aus der ermittelten Temperaturabhängigkeit des adaptierten Kraftstoffdrucks p_adap ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Offset O₂ in Abhängigkeit von der ersten Ableitung dp_soll/dT der temperaturabhängigen Änderung des Solldrucks p_soll nach der Temperatur T bei der Hochdrucktemperatur T₁₄₁ gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Offset O₂ in Abhängigkeit von der Steigung der temperaturabhängigen Änderung des Solldrucks p_soll zwischen zwei Stütztemperaturen gewählt wird, wobei die erste Stütztemperatur T₊ größer als die Hochdrucktemperatur T₁₄₁ ist und die zweite Stütztemperatur T_– kleiner als die Hochdrucktemperatur T₁₄₁ ist.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät (2), welches eingerichtet ist, um einen Kraftstoffdruck p in einem Niederdruckbereich (13) eines Kraftstoffdirekteinspritzungssystems (1) eines Kraftfahrzeugs mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zu adaptieren.