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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Mechanik und des Maschinenbaus und ist mit besonderem Vorteil in der Kraftfahrzeugtechnik, jedoch auch auf anderen Gebieten anwendbar, auf denen Verbrennungsmotoren Einsatz finden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors unter Verwendung einer Kraftstoffpumpe.
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Bei modernen Kraftfahrzeugen, die mit Verbrennungsmotoren oder wenigstens teilweise mit Verbrennungsmotoren angetrieben werden, werden üblicherweise solche Motoren verwendet, die mittels einer Kraftstoffpumpe mit Kraftstoff versorgt werden, wobei für eine Optimierung des Betriebes in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen sowie einer Lastanforderung die Betriebsparameter der Kraftstoffpumpe gesteuert werden. Insbesondere ist es dabei wichtig, einen bestimmten Kraftstoffdruck auf der Motorseite (Druckseite) der Kraftstoffpumpe zu erzeugen.
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Es ist zu diesem Zweck auch bekannt, Hochdruckpumpen für Kraftstoff unter Zugrundelegung von Kennlinienfeldern zu steuern. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 198 53 823 A1 für eine Hochdruckpumpe beschrieben. Dort wird über ein Kennlinienfeld eine solche Pumpe derart gesteuert, dass in einem Druckspeicher ein Solldruck erreicht wird.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 49 237 A1 ist ein Regelverfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung bekannt, bei dem zwischen mehreren Betriebsarten gewechselt werden kann und entsprechend der Steuerung der Hochdruck-Einspritzpumpe wechselweise unterschiedliche Kennlinien zugrunde gelegt werden.
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Für Verfahren zur Pumpensteuerung, insbesondere für Kraftstoffpumpen, die in einem Fahrzeug Kraftstoff beispielsweise von einem Tank in einem Niederdruckkreis zu einer Hochdruckpumpe fördern, ergeben sich im Zuge einer weiteren Optimierung folgende Wünsche:
Einerseits besteht der Wunsch, eine direkte Druckmessung mittels eines Sensors im Niederdruckkreis, das heißt zwischen der Kraftstoffpumpe und einer Hochdruckpumpe oder einfacher ausgedrückt, auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe einzusparen, um Kosten und konstruktiven Aufwand zu verringern. Es werden deshalb Verfahren angewandt, die den Druck auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe im Niederdruckkreis, das heißt vor der Hochdruckpumpe, mittels der Betriebsparameter der Kraftstoffpumpe und anderer Einflussgrößen über Ermittlungsverfahren bzw. Kennlinienfelder bestimmen und einstellen.
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Andererseits unterliegen derartige Ermittlungsverfahren und auch Kennlinienfelder Veränderungen durch Verschleiß von Pumpenteilen und anderen Teilen des Hochdruckkreislaufs, und zudem können nicht alle Einflussgrößen unmittelbar gemessen und in ein vieldimensionales Kennlinienfeld mit aufgenommen werden.
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Aus diesem Grund beschränkt man sich üblicherweise auf ein Kennlinienfeld der Kraftstoffpumpe und versucht, dieses an die übrigen, nicht im Kennlinienfeld aufgelösten Größen und die sonstigen Einflüsse durch eine Kalibriermessung anzupassen. Die notwendigen Kalibriermessungen können beispielsweise bei der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors, beispielsweise beim Start einer Fahrt mit einem Kraftfahrzeug, durchgeführt und durch weitere Kalibriermessungen verfeinert werden.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, zwischen einer Pumpe und dem Verbrennungsmotor ein Referenzventil vorzusehen, dessen Druckverhalten bekannt ist, d. h., das bei Überschreiten eines bestimmten Referenzdrucks öffnet. Ein solches Ventil kann durch gezielte Veränderung von Betriebsparametern der Kraftstoffpumpe derart angefahren werden, dass das Öffnen des Ventils erkannt wird und damit unter bestimmten Betriebsbedingungen das Erreichen des Referenzdrucks registriert werden kann. Derartige Kalibriermethoden können ergänzt und verfeinert werden, um nicht nur die Steigung von Referenzkennlinien, sondern auch die Spreizung eines Kennlinienfeldes ermitteln zu können.
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Bei der Kalibrierung eines Dieselverbrennungsmotors, insbesondere im Schubbetrieb, ergibt sich zudem das Problem, dass die gemeinsam mit derartigen Motoren eingesetzten Hochdruckpumpen auch in dem Zustand, in dem der Motor keinen Kraftstoff verbraucht, dennoch eine Kraftstoffmenge fördern, die als Bypassvolumenstrom bezeichnet werden kann und die die Hochdruckpumpe praktisch spült, kühlt und schmiert. Der Volumenstrom, welcher dafür benötigt wird, ist unter anderem auch von den mechanischen Toleranzen, dem anliegenden Druck und dem Verschleißgrad der Dieselhochdruckpumpe abhängig. Da diese Spülmenge also schwierig zu bestimmen ist, ist die Kalibrierung eines solchen Systems, sofern es die Druckbestimmung anhand eines Referenzventils auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe vor der Hochdruckpumpe im Niederdruckkreis vornimmt, schwierig, da der Kalibrierpunkt der Kraftstoffpumpe von der schwierig zu bestimmenden Bypassfördermenge mit abhängig ist. Gerade im unteren, typischen Arbeitsbereich der Fördermengen fallen Spülmengen von Dieselhochdruckpumpen zwischen 8–30 l/h ins Gewicht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kalibrierung und dem Betrieb eines Verbrennungsmotors zu schaffen, bei dem dem Verbrennungsmotor mittels einer Kraftstoffpumpe Kraftstoff zugeführt wird, insbesondere das Kraftstoffsystem eine Rückleitung zum Tank besitzt und wobei zur Druckbestimmung ein Kalibrierventil auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe zwischen dieser und einer Hochdruckpumpe verwendet wird.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren der eingangs genannten Art geschaffen, bei dem dem Verbrennungsmotor mittels einer Kraftstoffpumpe sowie einer zwischen der Kraftstoffpumpe und dem Verbrennungsmotor angeordneten Hochdruckpumpe Kraftstoff zugeführt wird und bei dem die Drehzahl der Kraftstoffpumpe und/oder der elektrische Strom zur Speisung der Kraftstoffpumpe (Pumpenstrom) in Abhängigkeit von einer Anforderungsgröße unter Berücksichtigung einer Ermittlungsvorschrift, insbesondere eines Kennlinienfeldes, gesteuert wird,
und bei dem, insbesondere im Falle eines Wechsels der Betriebsart in einen Schubbetrieb, eine Kalibrierung durchgeführt wird, wobei die Kraftstoffpumpe derart angesteuert wird, dass der Druck auf ihrer Druckseite ansteigt, dass insbesondere bei einem Wechsel der Betriebsart in einen Schubbetrieb die Drehzahl der Kraftstoffpumpe erfasst und im Wesentlichen unverändert beibehalten wird,
dass bei Erreichen des Auslösedrucks eines auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe angeordneten Kalibrierventils der Pumpenstrom erfasst wird,
ein Bypassvolumenstrom der Hochdruckpumpe, der durch die Kraftstoffpumpe gefördert wird, während der Kalibrierung anhand von Betriebsparametern ermittelt wird,
und der Auslösedruck des Kalibrierventils, die ermittelte Drehzahl, der Bypassvolumenstrom und der ermittelte Pumpenstrom zur Kalibrierung der Ermittlungsvorschrift verwendet werden.
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Dadurch, dass die Drehzahl der Kraftstoffpumpe im Wesentlichen konstant gehalten wird, wird gegebenenfalls jede Unruhe vermieden, die durch ein Abfahren von Drehzahlen durch die Kraftstoffpumpe entstehen würde und die durch einen Fahrer wahrnehmbar wäre. Stattdessen wird ein beim Wechsel in den Schubbetrieb häufig auftretender "Overshoot"-Vorgang ausgenutzt, der darin besteht, dass die mangelnde Abnahme von Kraftstoff durch den Motor im Schubbetrieb zu einem Überschießen des Kraftstoffdrucks auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe im Niederdruckkreis vor der Hochdruckpumpe führt. Beim Überschießen des Drucks löst ein Referenzventil aus, das den Druck begrenzt und Kraftstoff in einen Kraftstofftank zurück abführt. Wird bei diesem Kalibriervorgang die Drehzahl der Kraftstoffpumpe konstant gehalten, so kann der Auslösedruck des Kalibrierventils anhand des Pumpenstroms bestimmt werden, welcher bei Erreichen des Auslösedrucks fortan nur noch gering ansteigt oder gleichbleibt.
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Das Referenzventil befindet sich im Niederdruckkreis auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe zwischen dieser und einer Hochdruckpumpe bzw. dem Motor, insbesondere im Tank. Bei dieselbetriebenen Kraftfahrzeugen gibt es typischerweise einen Rücklauf vom Niederdruckkreis zum Tank, in den auch Kraftstoff aus dem Hochdruckkreis, beispielsweise von den Injektoren oder von einem Ventil aus dem Hochdruckkreis, zurückgeführt wird. Die Hochdruckseite der Hochdruckpumpe ist somit auch mit einem Rücklauf zum Tank verbunden.
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Die Rücklaufmenge wird von der Hochdruckpumpe gemeinsam mit dem überschüssigen Kraftstoff aus den Hochdruck-Rail/Injektoren über einen Druckminderer in den Rücklauf geführt.
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Besonders bei Kraftstoffsystemen mit Rücklauf/Rückführung von Kraftstoff aus dem Bereich der Einspritzung zum Tank besteht das Problem, dass zur genaueren Bestimmung des Auslösedrucks des Referenzventils der Volumenstrom durch das Referenzventil selbst berücksichtigt werden soll. Zur Ermittlung des Volumenstroms ist jedoch die Ermittlung des Bypassvolumenstroms der Hochdruckpumpe notwendig, da er gemeinsam mit dem durch das Referenzventil ausströmenden Volumen von der Kraftstoffpumpe bereit gestellt wird. Zudem kann, falls eine Abnahmemenge des Motors größer als null ist, auch vorteilhaft zusätzlich der Kraftstoffabnahmestrom des Motors ermittelt und zum Bypassvolumenstrom hinzuaddiert werden, um die Korrekturgröße für den Auslösedruck des Kalibrierventils zu ermitteln. Der Bypassvolumenstrom oder gegebenenfalls die Summe dieser beiden Ströme kann durch Betriebsparameter der Kraftstoffpumpe sowie einen vorläufig angenommenen Wert des Schaltdrucks des Kalibrierventils ermittelt werden.
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Somit wird gemäß der Erfindung zunächst der Bypassvolumenstrom und gegebenenfalls auch der Kraftstoffabnahmestrom des Motors, anhand von Betriebsparametern ermittelt und aus dem Bypassvolumenstrom oder gegebenenfalls aus der Summe dieser beiden Volumenströme insbesondere zusammen mit anderen Größen, beispielsweise der Drehzahl und dem Pumpenstrom der Kraftstoffpumpe der genauere Auslösedruck des Kalibrierventils berechnet. Ist dieser bekannt, so kann das entsprechende Datentripel, bestehend aus dem Auslösedruck, der Drehzahl und dem Pumpenstrom, als Datensatz für eine Kalibrierung der Kraftstoffpumpe verwendet werden.
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Der Bypassvolumenstrom kann in einer Ausgestaltung bestimmt werden indem das durch die Kraftstoffpumpe geförderte Volumen mit dem tatsächlich durch den Motor verbrannten Volumen verglichen wird. Selbstverständlich sind beide Faktoren von Kraftstoffdruck, Motordrehzahl und Temperatur abhängig. Anhand dieser Parameter werden im laufenden Betrieb kontinuierlich Daten gesammelt, welche die Bestimmung des Bypassvolumenstroms unter verschiedenen Bedingungen erlauben.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass während der Kalibrierung vor, bei oder nach Erreichen des Auslösedrucks des Kalibrierventils der Bypassvolumenstrom der Hochdruckpumpe unter Berücksichtigung eines geschätzten Druckwertes auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe und/oder der Drehzahl der Kraftstoffpumpe ermittelt wird.
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Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung wird zunächst der Bypassvolumenstrom der Pumpe oder die Summe aus Bypassvolumenstrom der Pumpe und Kraftstoffabnahmestrom des Motors unter Berücksichtigung eines zunächst geschätzten Druckwertes ermittelt. Der Auslösedruck des Referenzventils ist zumindest näherungsweise bekannt und hängt nicht so stark von dem Volumenstrom ab, dass nicht ein sinnvoller Schätzwert angenommen werden könnte. Angenommen der Auslösedruck ist 6 bar, und es wird ein Volumen von 20 l/h gefördert, so würde sich bei einer Toleranz von 10 l/h der Auslösedruck des Referenzventils um typisch 0,1 bar ändern. Der Auslösedruck kann zudem von der Drehzahl der Kraftstoffpumpe abhängen, die ebenfalls üblicherweise eine Fördermenge der Pumpe definiert.
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Es kann vorteilhaft auch vorgesehen sein, dass bei der Ermittlung des Bypassvolumenstroms der Hochdruckpumpe die Temperatur und/oder die Umdrehungszahl des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden. Ist der Bypassvolumenstrom einmal aufgrund des geschätzten Auslösedrucks des Kalibrierventils geschätzt worden, so kann aus dem Bypassvolumenstrom, insbesondere einem erfassten Kraftstoffabnahmestrom des Motors und der Drehzahl der Pumpe der Auslösedruck des Kalibrierventils genauer berechnet werden. Der auf diese Weise genauer ermittelte Auslösedruck des Referenzventils ist für eine Kalibrierung ausreichend genau.
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Für die Durchführung der erfindungsgemäßen Kalibrierung ist es vorteilhaft, dass der Kraftstoffdruck auf der Hochdruckseite der Hockdruckpumpe während des Kalibriervorganges konstant gehalten wird, da eine Veränderung des Drucks an der Fuel Rail (der Hochdruckversorgungsleitung der Injektoren) auch eine Änderung des Bypassvolumenstroms durch die Rückführung bewirken würde. Auf diese Weise kann sich der Auslösedruck des Referenzventils stabiler einstellen.
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Die Erfindung kann zudem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass nach Erkennen des Wechsels der Betriebsart in einen Schubbetrieb die Drehzahl der Kraftstoffpumpe ermittelt und nur unter der Bedingung, dass eine festgelegte Drehzahlschwelle überschritten ist, eine Kalibrierung durchgeführt wird.
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Die Kalibrierung ist sinnvoll im Fall eines Overshoot durchzuführen, für den jedoch eine bestimmte Minimaldrehzahl der Kraftstoffpumpe oberhalb einer Drehzahlschwelle notwendig ist. Liegt die Drehzahl der Pumpe oberhalb dieser Schwelle, so steigt der Druck im Niederdruckkreis auf der Druckseite der Kraftstoffpumpe aufgrund der schnell sinkenden Abnahme durch den Motor so weit an, bis der Auslösedruck des Referenzventils erreicht ist.
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Vorteilhaft kann zudem vorgesehen sein, dass nach Erkennen des Wechsels der Betriebsart in einen Schubbetrieb die Drehzahl der Kraftstoffpumpe ermittelt und unter der Bedingung, dass eine festgelegte Drehzahlschwelle unterschritten ist, die Drehzahl verringert, insbesondere die Pumpe abgeschaltet wird. Liegt die Drehzahl der Pumpe unterhalb des Overshoot-Bereichs, so ist es sinnvoll, keine Kalibrierung durchzuführen und die Drehzahl zur Ersparnis von Kraftstoff weiter abzusenken, insbesondere bis auf null.
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Die Erfindung kann auch derart ausgestaltet werden, dass vor oder während einer Kalibrierung die Drehzahl der Kraftstoffpumpe derart verändert wird, dass sie einen Wert aus einer vorgegebenen Menge von festgelegten Werten annimmt.
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Kalibriermessungen können grundsätzlich bei jeder Drehzahl der Pumpe durchgeführt werden, jedoch kann es vorgesehen sein, dass bestimmte Drehzahlen bevorzugt zur Durchführung einer Kalibrierungsmessung verwendet werden, beispielsweise solche Drehzahlen, für die Kennlinien bereits in einem Speicher abgespeichert sind. Es kann auch sinnvoll sein, solche Kennlinien zur Kalibrierung auszuwählen, die markante Werte, beispielsweise glatte Werte in Form von vollen Hunderten von Umdrehungen pro Minute, annehmen.
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Da üblicherweise mehrere Kalibriermessungen vorgenommen werden, kann auch sinnvoll sein, dass bestimmte äquidistant verteilte Werte für Drehzahlen der Pumpe vorgegeben sind, bei denen entsprechende Kalibriermessungen durchgeführt werden sollen. In diesem Fall kann bei jeder Kalibriermessung eine Drehzahl der Pumpe angesteuert werden, die einem der vorgegebenen Werte entspricht, bei dem bisher noch keine Kalibriermessung durchgeführt worden ist.
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Es kann zudem vorteilhaft vorgesehen sein, dass nach der Ermittlung eines Pumpenstromes beim Auslösen des Kalibrierventils überprüft wird, ob die Zahl der Kalibrierpunkte eine vorgegebene Mindestanzahl erreicht hat. Ist die Zahl der Kalibriermessungen ausreichend, so kann von dem gegebenen Zeitpunkt an auf Kalibriermessungen verzichtet werden.
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Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass nach der Kalibrierung die Drehzahl der Kraftstoffpumpe reduziert wird. Ein Minimalbetrieb der Pumpe wird zur Schmierung der Hochdruckkomponenten, insbesondere auch der Hochdruckpumpe, benötigt, da diese mit dem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt sind und auch dann Kraftstoff gefördert wird, wenn keine Verbrennung stattfindet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass bei einer laufenden Kalibrierung, sobald der Schubbetrieb beendet wird, insbesondere durch Änderung der Anforderungsgröße, ermittelt wird, wie weit die Kalibrierung fortgeschritten ist, die Kalibrierung beendet wird und in Abhängigkeit vom Fortschritt der Kalibrierung die ermittelten Werte gewichtet werden.
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Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass bei einer laufenden Kalibrierung, sobald der Schubbetrieb beendet wird, insbesondere durch Änderung der Anforderungsgröße, ermittelt wird, wieweit die Kalibrierung fortgeschritten ist, die Kalibrierung beendet wird und in Abhängigkeit vom Fortschritt der Kalibrierung die ermittelten Werte nicht berücksichtigt werden.
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Um möglichst reibungslos beim Übergang in den Schubbetrieb einen Beginn eines Kalibriervorgangs starten zu können, kann gemäß der Erfindung weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Wechsel in einen Schubbetrieb der Pumpensteuerung mittels elektronischer Signale, insbesondere mittels eines BUS-Systems, übermittelt wird. In diesem Fall muss der Wechsel zum Schubbetrieb nicht durch Analyse von Betriebsparametern der Kraftstoffpumpe festgestellt werden, sondern dieser Betrieb kann beispielsweise mittels Sensoren am Gaspedal oder am Verbrennungsmotor festgestellt und mittels einer elektrischen Signalleitung, insbesondere eines BUS-Systems, mitgeteilt werden.
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Bei der Kalibrierung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass vor oder während einer Kalibrierung die Drehzahl der Kraftstoffpumpe derart verändert wird, dass sie einen Wert aus einer vorgegebenen Menge von festgelegten Werten annimmt, bei dem noch keine Kalibrierungsmessung stattgefunden hat.
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Dabei kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Drehzahl der Kraftstoffpumpe zum Erreichen eines Wertes aus der vorgegebenen Menge von festgelegten Werten, bei dem noch keine Kalibrierungsmessung stattgefunden hat, verringert wird. Das Senken der Drehzahl nach dem Übergang in einen Schubbetrieb stellt in diesem Fall einen Zwischenschritt zum weiteren Herunterfahren der Drehzahl nach der Kalibriermessung dar. Damit werden die Änderungen der Drehzahl der Pumpe minimiert.
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Die Erfindung bezieht sich außer auf ein Verfahren der oben erläuterten Art auch auf ein Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor dem mittels einer rotierenden Kraftstoffpumpe sowie einer Hochdruckpumpe mit Kraftstoffrücklauf Kraftstoff zugeführt wird und bei dem die Drehzahl der Kraftstoffpumpe und/ oder der elektrische Strom zur Speisung der Kraftstoffpumpe (Pumpenstrom) in Abhängigkeit von einer Anforderungsgröße unter Berücksichtigung einer Ermittlungsvorschrift, insbesondere eines Kennlinienfeldes, gesteuert wird, sowie mit einer Kalibriereinrichtung zur Kalibrierung von Parametern der Ermittlungsvorschrift, wobei die Kalibriereinrichtung aufweist:
- – eine Ansteuereinrichtung, die die Drehzahl der Kraftstoffpumpe auf einem konstanten Wert hält,
- – eine Erfassungseinrichtung, die das Auslösen eines Kalibrierventils erfasst,
- – eine Ermittlungseinrichtung, die einen Bypassvolumenstrom der Hochdruckpumpe anhand von Betriebsparametern ermittelt,
- – eine Messeinrichtung, die den Pumpenstrom ermittelt, sowie insbesondere eine Korrekturermittlungseinrichtung, die aus einer oder mehreren Kalibrierungen eine Korrekturgröße der Ermittlungsvorschrift ermittelt.
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Besonders bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang die Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung des Bypassvolumenstroms der Pumpe, wobei der Bypassvolumenstrom im folgenden Schritt gemeinsam mit der Drehzahl der Pumpe zur Ermittlung eines tatsächlichen Volumenstroms durch ein Referenzventil dient und damit die genauere Bestimmung des Auslösedrucks des Referenzventils anhand des Volumenstroms und einer entsprechenden Kennlinie gestattet. Somit kann die Kalibrierung nach dem Übergang in einen Schubbetrieb anhand des Overshoot-Verfahrens auch für Dieselmotoren angewendet werden, deren Hochdruckpumpen bei modernen Common-Rail-Einspritzsystemen sich durch eine merkliche Spülmenge/ein Bypassfördervolumen auszeichnen. Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform dabei stellt die Kalibrierung anhand des Overshoot-Verfahrens, insbesondere nach dem Übergang in einen Schubbetrieb dar.
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Praktisch ist es möglich, auch mehrere Kalibrierpunkte zu vermessen, jedoch führt die Variation der Drehzahl der Kraftstoffpumpe möglicherweise dazu, dass das Verhalten als störend wahrgenommen wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorsehen, dass auch in dem Schubbetrieb eine Variation der Drehzahl oder die Ansteuerung mehrerer Kalibrierpunkte vorgenommen wird. Mehrere nacheinander vermessene Kalibrierpunkte sollten vorteilhaft dann im Sinne schrittweise sich verringernder Drehzahlen vermessen werden.
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Selbst bei nur einem Referenzpunkt/Kalibrierpunkt, der durch Öffnen des Kalibrierventils bei einer Steigerung des Drucks über den Öffnungs-Schaltdruck hinaus definiert ist, kann nach der erfolgreichen Messung und Speicherung der Daten durch eine Reduzierung der Drehzahl ein weiterer Punkt beim Schließen des Ventils aufgenommen werden. Dieser Punkt unterscheidet sich bezüglich des Schaltdrucks vom Schaltdruck für die Ventilöffnung bei sonst gleichen Bedingungen/Parametern durch eine bekannte Hysterese.
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Die Daten zur Ermittlung des Bypassvolumens müssen ebenso wie andere Messwerte nicht im Pumpensteuergerät gesammelt und verarbeitet werden, sondern die Informationen können auch auf verschiedene Geräte verteilt sein oder im Motorsteuergerät oder einem Softwaremodul in einem anderen Aggregat des Fahrzeugs gesammelt und verarbeitet werden. Auch der Kalibriervorgang kann beispielsweise von der Motorsteuerung oder einem anderen Modul gesteuert werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in den Figuren einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt
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1 schematisch den Aufbau eines Diesel-Verbrennungsmotors, einer Kraftstoffpumpe und entsprechender Steuer- und Sensoreinrichtungen,
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2 ein typisches Kennlinienfeld einer Kraftstoffpumpe in Verbindung mit einem Dieselmotor sowie
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3 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Prozesses.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1, der durch eine Motorsteuerung (ECU) 40 gesteuert und mittels einer Kraftstoffleitung 2 mit Kraftstoff unter hohem Druck durch die Hochdruckpumpe/Einspritzpumpe 38 versorgt wird, wobei der Kraftstoff über vier Einspritzventile 3, 4, 5, 6 in einzelne, nicht dargestellte Zylinder eingespritzt wird. Der Hochdruckpumpe 38 wird zu diesem Zweck durch die Kraftstoffpumpe 7 über einen Niederdruckkreis 39 aus einem Tank 8 Kraftstoff zugeführt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geht es darum, die Kraftstoffpumpe 7, die im Tank 8 angeordnet sein kann, zu kalibrieren. Die Pumpe 7 wird mittels eines in diese integrierten Elektromotors angetrieben und weist zur Förderung des Kraftstoffs einen Rotor 9 auf. Dieser ist schematisch dargestellt, wobei beispielsweise als Pumpe eine Verdrängerpumpe oder auch eine andere Rotorpumpe eingesetzt werden kann.
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Der Elektromotor der Pumpe 7 wird über eine Stromleitung 10 mit einem Strom (Pumpenstrom) gespeist, wobei die Stromstärke mittels eines Stromsensors 11 erfasst wird. Die Drehzahl der Pumpe wird über einen Sensor 12 erfasst und an eine Steuereinrichtung 13 der Pumpe (Pumpensteuerung) übermittelt. Die Steuereinrichtung 13 wird über ein Gaspedal 14 mit der Anforderungsgröße angesteuert und berücksichtigt bei der Ansteuerung der Pumpe 7 sowohl die Drehzahl des Pumpenrotors 9, die durch den Sensor 12 übermittelt wird, als auch die Stromstärke des Pumpenstroms. Die Drehzahl des Pumpenrotors 9, die Stromstärke des Pumpenstroms und der Druck im Niederdruckkreis zwischen der Kraftstoffpumpe 7 und der Hochdruckpumpe 38 sind miteinander durch ein Kennlinienfeld verknüpft. Hierzu weist die Steuerung 13 einen Datenverarbeitungsteil 15 auf, in dem entsprechende Ermittlungsalgorithmen und/oder Kennlinienfelder hinterlegt sind. Der übrige Teil 16 der Steuereinrichtung 13 übernimmt die unmittelbare Ansteuerung der Pumpe 7.
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Mit dem unter einem gegenüber dem Tank 8 erhöhten Kraftstoffdruck stehenden Niederdruckkreis 39 zwischen der Kraftstoffpumpe 7 einerseits und der Hochdruckpumpe 38 und dem Motor 1 andererseits ist ein Referenzventil 18 verbunden, das im Kraftstofftank 8 oder auch außerhalb des Tanks angeordnet sein kann und das bei Überschreiten eines Referenzdrucks öffnet und über einen Auslasskanal 19 Kraftstoff ableitet. Das Referenzventil 18 wird in der erfindungsgemäßen Weise zum Kalibrieren der Steuerung 13 und/oder des Datenverarbeitungsteils 15 verwendet. Der Kalibriervorgang kann durch die Motorsteuerung 40 oder die Pumpensteuerung oder ein in einem anderen Aggregat des Fahrzeugs integriertes Softwaremodul gesteuert werden.
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Da die Hochdruckpumpe 38 als Bestandteil eines Diesel-commonrail-Einspritzsystems üblicherweise einen Bypassvolumenstrom zulässt, ist sie mit einer Rückführung, das heißt mit einem Rücklaufkanal 41 zum Tank 8 versehen, über den überschüssiger Kraftstoff zurückfließt. Der entsprechende Bypass-Volumenstrom, der auf dem Weg zur Hochdruckpumpe 38 durch die Kraftstoffpumpe 7 gefördert wird und durch den Niederdruckkreis 39 strömt, beeinflusst den Auslösedruck des Kalibrierventils 18 und wird deshalb gemäß der Erfindung zunächst ermittelt und dann bei der Kalibrierung berücksichtigt.
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Zusätzlich zu den Eingangsgrößen der Lastanforderung durch das Gaspedal 14, der Drehzahl der Pumpe 7, des Pumpenstroms sowie gegebenenfalls anderer Einflussgrößen, wie der Luftfeuchtigkeit und der Betriebstemperatur, kann der Steuereinrichtung 13 vom Stator oder vom Rotor 20 des Verbrennungsmotors auch dessen Drehzahl übermittelt werden. Der Motor oder die Motorsteuerung kann beispielsweise über einen CAN-BUS 21, 21‘ der Steuereinrichtung 13 ein Signal übermitteln, das die Drehzahl und gegebenenfalls den Wechsel in den Schubbetrieb signalisiert. Zur Identifizierung des Schubbetriebs kann zudem auch ein Signal vom Gaspedal 14 mitverarbeitet werden. Der Vorgang der Kalibrierung, der sowohl im Normalbetreib, als auch im Schubbetrieb stattfinden kann, wird weiter unten anhand der 3 näher erläutert.
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In 2 ist ein Diagramm dargestellt, in dem auf der y-Achse der Kraftstoffdruck p in Bar gegenüber der Drehzahl auf der x-Achse, gemessen in Umdrehungen pro Minute, aufgetragen ist. Es sind mehrere Kurven/Kennlinien 22, 23, 24 eingezeichnet, von denen jede einen festen Stromstärkewert des Pumpenstroms, d. h. des Stroms, mit dem der die Pumpe antreibende Elektromotor gespeist wird, darstellt. Für jede einzelne dieser Kennlinien 22, 23, 24 ist der Zusammenhang zwischen dem Kraftstoffdruck und der Drehzahl der Pumpe dargestellt. Die obere Grenzlinie 25 des Diagramms bezeichnet vereinfacht und unter Vernachlässigung einer Hysterese (s. u.) den Auslösedruck des Referenzventils 18, d. h., sobald der Kraftstoffdruck zu höheren Drücken hin diese Grenze überschreitet, öffnet das Referenzventil, und die Pumpe kann keinen höheren Druck erzeugen. Die beiden gestrichelten Linien 25a und 25b sind nur schematisch und nicht maßstabsgerecht dargestellt und bezeichnen Auslösedruckwerte des Referenz/Kalibrierventils unter einer genaueren Berücksichtigung einer Hysterese, das bedeutet, dass das Ventil bei einer Erhöhung des Drucks erst bei dem höheren der beiden Druckwerte (auf der Linie 25a gelegen) öffnet, jedoch beim Senken des Drucks bei dem niedrigeren Druckwert (auf der Linie 25b gelegen) wieder schließt.
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Zur Erweiterung der Kalibrierungsmöglichkeiten kann bei einem Overshoot-Vorgang im Schubbetrieb zusätzlich zur der Auslösung des Referenzventils bei der Druckerhöhung auch der Schaltdruck des Ventils bei der Drucksenkung erfasst und somit bei einem einzigen Vorgang zwei Referenzpunkte jeweils mit Pumpendrehzahl/Pumpenvolumenstrom und Pumpenstrom aufgenommen werden. Die Begrenzungslinie 26 bezeichnet die maximale durch die Pumpe erreichbare Drehzahl, die Begrenzungslinie 27 die Werte der maximalen mit der Pumpe erreichbaren Fördermenge und die Linie 28 die Grenze der Fördermenge der Pumpe, die nicht unterschritten werden kann.
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Entsprechende Kennlinienfelder in anderer Darstellung, jedoch mit demselben Informationsgehalt, existieren auch für Linien konstanter Drehzahl der Pumpe, wobei in diesem Fall die Stromstärke variabel ist.
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Wird bei konstanter Drehzahl der Druck erhöht, so steigt die Stromstärke bis der Druck die Linie 25 oder genauer 25a erreicht. Bei Erreichen des Auslösedrucks der Referenzpumpe liegt die eingestellte Drehzahl der Pumpe sowie die an dieser Stelle erreichte Stromstärke des Pumpenstroms vor, so dass ein Datentripel aus den drei Werten Pumpenstrom, Drehzahl und Druck als Referenz gespeichert werden kann. Dazu ist zudem zu beachten, dass der Auslösedruck der Pumpe, dargestellt durch die Linien 25, 25a, 25b abhängig vom Volumenstrom im Niederdruckkreis 39, das heißt auch von der Drehzahl der Pumpe ist, so dass der Auslösedruck anhand der Drehzahl und des Pumpenstroms korrigiert werden kann. Allerdings muss zunächst, wie oben beschrieben, der Volumenstrom, der im wesentlichen durch den Bypass-Volumenstrom der Hochdruckpumpe 38 bestimmt ist, bestimmt werden, was im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens geschieht.
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Messungen verschiedener Datentripel, d. h. verschiedener Stromstärken bei verschiedenen Drehzahlen der Pumpe jeweils bei Erreichen des Auslösedrucks des Referenzventils (gemäß der Erfindung bei konstant gehaltener Drehzahl der Pumpe), ergeben eine Möglichkeit, das gesamte Kennlinienfeld zu kalibrieren.
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Anhand der 3 sei für eine mögliche Ausführungsform beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.
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In einem fakultativen ersten Schritt 29 wird der Pumpensteuerung 13 oder einem anderen zuständigen Modul in einem Aggregat des Fahrzeugs signalisiert, dass ein Wechsel in den Schubbetrieb aktuell stattfindet bzw. stattgefunden hat. Im zweiten Schritt 30 wird geprüft, ob die momentane Drehzahl der Pumpe 7 oberhalb einer für die Kalibrierung notwendigen Mindestdrehzahl liegt.
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Ist das nicht der Fall, so wird das Kalibrierverfahren durch Übergang in einen Abschlussschritt 31 gestoppt, und es kann beispielsweise die Kraftstoffpumpe auf eine geringe Drehzahl heruntergefahren werden, die noch das Bypassvolumen der Hochdruckpumpe bedient. Liegt die Drehzahl der Pumpe oberhalb des Schwellenwertes, so wird im nächsten Verfahrensschritt 32 überprüft, ob die momentane Drehzahl der Pumpe für eine Kalibrierung geeignet ist und ob bereits ein Kalibrierungspunkt für diese Drehzahl vorliegt. Ist die Drehzahl für eine Kalibrierung geeignet und liegt auch noch keine Eichmessung bei dieser Drehzahl vor, so wird unmittelbar zum Schritt 34 gesprungen. Ist dies nicht der Fall, so wird in einem Verfahrensschritt 33 die Drehzahl der Pumpe geringfügig geändert, insbesondere bis zu einem vorgewählten Wert und/oder bis zu einem "glatten" Wert verringert.
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Im nächsten Verfahrensschritt 34 wird dann der elektrische Pumpenstrom erfasst. Dies kann in kleinen, diskreten Schritten oder stetig erfolgen. Nach jeder Erhöhung kann im Verfahrensschritt 35 überprüft werden, ob eine Stromerhöhung zu einer Druckerhöhung geführt hat bzw. ob das Referenzventil ausgelöst hat (signifikant geringere Stromerhöhung). Wird dies nicht unmittelbar durch Beobachten der Last der Pumpe ermittelt, so kann es auch durch einen am Kalibrierventil/Referenzventil angeordneten Sensor gemeldet werden.
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Erhöht sich der Strom nicht oder wird unmittelbar ein Auslösen des Referenzventils signalisiert, so wird vom Schritt 35 zu einem Schritt 36 gesprungen, in dem das Datentripel aus der Stromstärke des Pumpenstroms, der Drehzahl und dem Auslösedruck des Referenzventils oder einem korrigierten Wert des Auslösedrucks unter Berücksichtigung von Drehzahl und Pumpenstrom abgespeichert wird. Die für die Korrektur des Auslösedrucks erforderliche Größe ist der Volumenstrom, welcher aus der Pumpendrehzahl bestimmt werden kann und seinerseits auf den Öffnungsdruck des Kalibrierventils Einfluss hat. Da der Auslöse-/Öffnungsdruck des Kalibrierventils in Abhängigkeit vom Volumenstrom steht, kann der nach Erreichen des Öffnungsdrucks bestimmte Volumenstrom dazu verwendet werden, mittels einer Schätzung den Öffnungsdruck des Kalibrierventils zu korrigieren.
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Daraufhin ist der Kalibrierungsmesspunkt erfasst, und die Drehzahl der Pumpe kann im letzten Verfahrensschritt 37 abgesenkt werden, insbesondere bis auf null. Die Kalibrierungsmessung kann später insbesondere bei anderen Startdrehzahlen der Pumpe wiederholt werden, um eine Mehrzahl von Datentripeln zu sammeln, die gemeinsam dazu dienen können, ein Kennlinienfeld zu korrigieren, das im Bereich 15 der Steuereinrichtung 13 gespeichert ist.
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Im Verfahrensschritt 37 wird zusätzlich ein Datentupel, insbesondere ein Datentripel, abgespeichert, das die Drehzahl der Pumpe, den Pumpenstrom und den Auslösedruck enthält. Diese Daten bilden einen von gegebenenfalls mehreren Datensätzen, mit deren Hilfe beispielsweise ein Kennlinienfeld der Kraftstoffpumpe oder eine entsprechende Ermittlungsvorschrift kalibriert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19853823 A1 [0003]
- DE 10149237 A1 [0004]
