DE102015108112A1 - Befehle zum justieren eines pumpenvolumens für kraftstoff-direkteinspritzpumpen - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren zum Steuern einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) bereitgestellt, wobei ein Magnetüberströmventil gemäß bestimmten Bedingungen unter Spannung und spannungsfrei gesetzt wird. Es wird eine Steuerstrategie benötigt, um die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) außerhalb von Bereichen zu betätigen, in denen der Pumpenbetrieb variabel und ungenau sein kann, wobei die Bereiche durch kleinere Pumpenbefehle sowie kleinere Verdrängungsvolumen gekennzeichnet sein können. Um während des Betriebes außerhalb der Bereiche geringer Genauigkeit einen geeigneten Bereich von Pumpenbefehlen und Verdrängungen aufrechtzuerhalten, wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches das Beschneiden berechneter Pumpenbefehle einschließt, wenn die berechneten Pumpenbefehle in den Bereichen geringer Genauigkeit liegen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft im Allgemeinen ein Steuerschema für eine Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe eines Verbrennungsmotors, welches das Beschneiden von Befehlen in Bereichen auf festgelegte Befehle einschließt.
  • Kurzdarstellung der Erfindung / Stand der Technik
  • Einige Fahrzeugmotorsysteme, die eine Zylinderdirekteinspritzung von Kraftstoff verwenden, beinhalten ein Kraftstoffzufuhrsystem, das mehrere Pumpen zum Bereitstellen geeigneten Kraftstoffdrucks für Kraftstoffeinspritzdüsen aufweist. Diese Art Kraftstoffsystem, die Benzin-Direkteinspritzung (GDI – Gasoline Direct Injection), wird verwendet, um die Leistungseffizienz zu erhöhen und den Leistungsbereich, über den der Kraftstoff dem Zylinder zugeführt werden kann, zu vergrößern. GDI-Kraftstoffeinspritzdüsen können für das Einspritzen einen Hochdruckkraftstoff erfordern, um für eine effizientere Verbrennung eine verstärkte Zerstäubung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein GDI-System eine elektrisch betriebene Pumpe mit niedrigerem Druck (d. h. eine Kraftstoff-Saugpumpe) und einen mechanisch betriebene Pumpe mit höherem Druck (d. h. eine Direkteinspritzpumpe) verwenden, die entlang eines Kraftstoffdurchlassweges zwischen dem Kraftstofftank und den Kraftstoffeinspritzdüsen in Reihe angeordnet sind. Bei vielen GDI-Anwendungen kann die Hochdruck- oder Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe verwendet werden, um den Druck des den Kraftstoffeinspritzdüsen zugeführten Kraftstoffs zu erhöhen. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe kann ein magnetisch betätigtes Überströmventil (ÜV) oder einen magnetisch betätigten Kraftstoffvolumenregler (KVR) beinhalten, die betätigt werden können, um den Kraftstoffstrom in die Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu steuern. Für das Betreiben der Pumpe mit niedrigerem Druck und der Pumpe mit höherem Druck existieren verschiedene Steuerstrategien, um ein effizientes Kraftstoffsystem und einen effizienten Motorbetrieb zu gewährleisten.
  • Bei einem Ansatz zum Steuern der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe, der von Cinpinski und Lee in der US-Patentschrift 7950371 gezeigt ist, steuert ein Diagnosemodul ein Kraftstoffpumpenmodul, um eine Kraftstoffpumpe zu betreiben, die einem Kraftstoffverteilerrohr Kraftstoff zur Verfügung stellt. Das Diagnosemodul bestimmt eine festgelegte Kraftstoffmenge, die an das Kraftstoffverteilerrohr zu senden ist, bestimmt basierend auf der festgelegten Kraftstoffmenge einen geschätzten Druckanstieg in dem Kraftstoffverteilerrohr und vergleicht einen tatsächlichen Druckanstieg mit einem geschätzten Druckanstieg. Basierend auf dem Vergleich steuert das Kraftstoffpumpen-Steuermodul selektiv die Kraftstoffpumpe. Bei einem beispielhaften Steuerschema zum Betreiben der Hochdruck-Kraftstoffpumpe (Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe) werden mehrere Schritte ausgeführt, um den Druck in dem Kraftstoffverteilerrohr zu kompensieren, um einen tatsächlichen Druckanstieg stärker an einen geschätzten Druckanstieg des Verteilerrohrs anzugleichen. Mehrere Schritte schließen das Messen des Verteilerrohrdrucks und das Vergleichen dieses Wertes mit einem Grenzwert ein, woraufhin mit Hilfe des Betriebes der Kraftstoffpumpe ein befohlener Druckanstieg überwacht wird.
  • Die Erfinder des Vorliegenden haben jedoch potentielle Probleme beim Ansatz der US-Patentschrift 7950371 erkannt. Erstens kann zwar das Steuerverfahren von Cinpinski und Lee die Steuerung der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe bereitstellen, um einen Betrieb nahe einem gewünschten Grenzwertdruck aufrechtzuerhalten, doch löst das Verfahren mehrere Probleme nicht, die bei geringeren Pumpenfördervolumina auftreten. Geringere Pumpenfördervolumina können im Bereich von etwa 0 bis 40 % liegen, abhängig vom speziellen Kraftstoffsystem, wobei sich der Prozentsatz auf den Prozentsatz des Gesamtfördervolumens bezieht, das komprimiert und zum angefügten Kraftstoffverteilerrohr gesendet wird. Bei geringeren Fördervolumina kann die Steuerung der Direkteinspritzpumpe (über das Überströmventil) ungenau und variabel werden. Deshalb kann die Menge des in das Kraftstoffverteilerrohr gepumpten Kraftstoffs unbekannt sein, während die Befehlsgebung zu geringeren Fördervolumen mit geringer Genauigkeit erfolgt. Somit können Diagnose- und Steuerfunktionen infolge der Variabilität bei der Pumpensteuerung nicht exakt ausgeführt werden.
  • So können die oben genannten Probleme bei einem Beispiel zumindest teilweise durch ein Verfahren gelöst werden, das Folgendes umfasst: Ausgeben eines Nullfluss-Schmierungs-Befehls an ein Magnetüberströmventil der Kraftstoffpumpe, wenn ein berechneter Pumpenbefehl einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe zwischen 0 und dem Nullfluss-Schmierungs-Befehl liegt, Ausgeben eines Grenzwertbefehls, wenn der berechnete Pumpenbefehl zwischen dem Nullfluss-Schmierungs-Befehl und dem Grenzwertbefehl liegt, und Ausgeben des berechneten Pumpenbefehls, wenn der berechnete Pumpenbefehl größer als der Grenzwertbefehl ist. Auf diese Weise wird die Direkteinspritzpumpe außerhalb der Bereiche betrieben, in denen eine geringe Genauigkeit und variable Pumpenbefehle auftreten. Infolgedessen kann die Pumpe nur in Bereichen und mit Befehlen betrieben werden, in/bei denen eine genaue und wiederholbare Steuerung wahrscheinlicher auftritt. Da Kraftstoff- und Motorsysteme zwischen Fahrzeugen variieren, kann das Steuerverfahren dafür justiert werden zu lernen, was der Null-Fluss-Schmierungs- und der Grenzwertbefehl für eine spezielle Konfiguration sind. Das Ausgeben des Nullfluss-Schmierungs-Befehls kann das gewünschte Ergebnis des Nichtüberführens von Kraftstoff in das Kraftstoffverteilerrohr erreichen, während im Pumpenkolben ein Druckunterschied erzeugt wird, der Flüssigkeit in die Kolbenbohrungs-Grenzfläche presst, wodurch die Kolbenbohrungs-Grenzfläche geschmiert wird.
  • Bei einem weiteren Beispiel hängen die ausgegebenen Direkteinspritzpumpen-Befehle davon ab, ob ein gemessener Kraftstoffverteilerrohr-Druck kleiner oder größer als ein gewünschter Kraftstoffverteilerrohr-Druck ist oder nicht. Ist der gemessene Kraftstoffverteilerrohr-Druck kleiner als der gewünschte Kraftstoffverteilerrohr-Druck, werden die ausgegebenen Pumpenbefehle bestimmt wie oben beschrieben. Alternativ wird, wenn der gemessene Kraftstoffverteilerrohr-Druck größer als der gewünschte Kraftstoffverteilerrohr-Druck ist, die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe mit dem Nullfluss-Schmierungs-Befehl betrieben. Wie im Weiteren ausführlicher erläutert, kann der Nullfluss-Schmierungs-Befehl einer Zeitspanne entsprechen, in der das Magnetüberströmventil unter Spannung steht und welche die Bereichsgrenze zwischen einem gepumpten Kraftstoffvolumen von 0 und einem gepumpten Kraftstoffvolumen größer als 0 definiert. Die Pumpenbefehle bewirken das Auftreten spezieller Pumpenfassungsvolumina. Das Pumpenfassungsvolumen oder das Förder- oder gepumpte Volumen ist ein Maß dafür, wie viel Kraftstoff von der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe komprimiert und an ein Kraftstoffverteilerrohr ausgestoßen wird.
  • Bei einer beispielhaften Steuerungsstrategie wird der Grenzwertbefehl derart gewählt, dass der Grenzwertbefehl ausgegeben wird, wenn der vorausgehende Direkteinspritz-(DE)-Pumpenbefehl zwischen dem Nullfluss-Schmierungs-(NFS)-Befehl und dem Grenzwertbefehl liegt. Obwohl diese Steuerungsstrategie dem Kraftstoffverteilerrohr mehr Kraftstoff zuführt als sonst gewünscht, wird die Menge des gepumpten Kraftstoffs auf ein weniger variables Niveau erhöht. Somit bildet die Steuerungsstrategie effektiv ein in das Kraftstoffverteilerrohr gepumptes Minimalvolumen. Eine vorhersagbare Kraftstoffmenge zu pumpen, kann bei der Kraftstoffverteilerrohr-Drucksteuerung von Nutzen sein und die Dampferkennung am Kraftstoff-DE-Pumpeneinlass unterstützen. Die Unterstützung bei der Kraftstoffdampferkennung kann daraus entstehen, dass der Anstieg des Kraftstoffdrucks bei ausreichender Größe messbar wird, das heißt, durch Beschneiden der Pumpenbefehle auf den Grenzwertbefehl. Als Prozent vom Wert können kleine Pumpenvolumina stark variieren und deshalb können kleine Pumpenvolumina (d. h. Pumpenhübe) unerwünscht sein.
  • Es versteht sich, dass die vorangegangene Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstandes benennen, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die etwaige oben oder in einem Teil der Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
  • Kurzdarstellung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftstoffsystems, das an einen Motor gekoppelt ist.
  • 2 zeigt eine Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe und zugehörige Komponenten, die im Kraftstoffsystem von 1 enthalten sind.
  • 3 zeigt ein Modell einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe mit verschiedenen umrissenen Bereichen und dem Nullfluss-Schmierungs-Befehl.
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe, welches das Beschneiden bestimmter Pumpenbefehle auf festgelegte Befehle einschließt.
  • 5 zeigt eine grafische Darstellung davon, wie gemäß dem Verfahren von 4 der Kraftstoffverteilerrohrdruck basierend auf berechneten und beschnittenen Pumpenbefehlen fluktuiert.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die folgende ausführliche Beschreibung stellt Informationen betreffs einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe, ihrer zugehörigen Kraftstoff- und Motorsysteme und eine Steuerstrategie zum Regeln des Kraftstoffvolumens und -drucks bereit, die durch die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe für das Direkteinspritz-Kraftstoffverteilerrohr und die Einspritzdüsen bereitgestellt werden. Eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftstoff-Direkteinspritzsystems und -motors ist in 1 gezeigt, wohingegen 2 eine detaillierte Ansicht einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe von 1 und zugehörige Komponenten zeigt. 3 zeigt ein grafisches Modell einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe mit mehreren umrissenen Merkmalen. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe darstellt, wohingegen 5 eine grafische Darstellung davon zeigt, wie das Verfahren von 4 den Kraftstoffverteilerrohrdruck während des Motorbetriebes beeinflusst.
  • Hinsichtlich der Terminologie, die in der vorliegenden ausführlichen Beschreibung verwendet wird, kann eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe oder eine Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe, die für Einspritzdüsen, die an einem Direkteinspritz-Kraftstoffverteilerrohr angebracht sind, mit Druck beaufschlagten Kraftstoff bereitstellt, mit DE- oder HD-Pumpe abgekürzt werden. Desgleichen kann eine Pumpe mit niedrigerem Druck (die Kraftstoff auf einen Druck komprimiert, der im Allgemeinen geringer als der der DE-Pumpe ist) oder eine Saugpumpe, die mit Druck beaufschlagten Kraftstoff von einem Kraftstofftank für die DE-Pumpe bereitstellt, als ND-Pumpe abgekürzt werden. Nullfluss-Schmierung (NFS) kann Betriebsschemata von Direkteinspritzpumpen bezeichnen, die das Pumpen von im Wesentlichen keinem Kraftstoff einschließen, wodurch ein geringer Umfang an Kraftstoffdruck oder kein Kraftstoffdruck zum Kraftstoffverteilerrohr-Druck beträgt. Ein Magnetüberströmventil, das elektronisch unter Spannung gesetzt werden kann, um den Betrieb eines Sperrventils zu ermöglichen, und für das Öffnen spannungsfrei gesetzt werden kann (oder umgekehrt), kann u. a. auch als Kraftstoffvolumenregler, Magnetventil und Digitaleinlassventil bezeichnet werden. Abhängig davon, wann das Überströmventil während des Betriebes der DE-Pumpe unter Spannung gesetzt wird, kann während eines Förderhubes durch die DE-Pumpe eine Kraftstoffmenge erfasst und komprimiert werden, um diese an das Kraftstoffverteilerrohr und die Einspritzdüsen zu senden. Die von der DE-Pumpe komprimierte Kraftstoffmenge kann u. a. als Teilerfassungsvolumen, Kraftstoffverdrängungsvolumen, Pumpenfördervolumen oder gepumpte Kraftstoffmenge bezeichnet werden. Das Teilerfassungsvolumen kann numerisch als Bruch, Dezimalzahl oder Prozentsatz ausgedrückt werden. Obwohl ein Pumpenbefehl das gewünschte Teilerfassungsvolumen sein kann, kann sich das tatsächliche Teilerfassungsvolumen auch vom Pumpenbefehl unterscheiden. 1 zeigt ein Kraftstoff-Direkteinspritzsystem 150, das an einen Verbrennungsmotor 110 gekoppelt ist, der als Antriebssystem für ein Fahrzeug konfiguriert sein kann. Der Verbrennungsmotor 110 kann mehrere Verbrennungskammern oder Zylinder 112 umfassen. Kraftstoff kann über Zylinder-Direkteinspritzdüsen 120 direkt den Zylindern 112 zugeführt werden. Wie in 1 schematisch dargestellt, kann der Motor 110 Ansaugluft empfangen und Abgasprodukte des verbrannten Kraftstoffs ausstoßen. Der Einfachheit halber sind Ansaug- und Abgassystem in 1 nicht gezeigt. Der Motor 110 kann eine geeignete Motorart beinhalten, einschließlich eines Benzin- oder eines Dieselmotors.
  • Der Kraftstoff kann durch das im Allgemeinen mit 150 gekennzeichnete Kraftstoff-Direkteinspritzsystem über die Einspritzdüsen 120 dem Motor 110 zugeführt werden. Bei diesem speziellen Beispiel beinhaltet das Kraftstoffsystem 150 einen Kraftstofftank 152 zum Aufbewahren des Kraftstoffes an Bord des Fahrzeugs, eine Niederdruckpumpe 130 (z. B. eine Kraftstoff-Saugpumpe), eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe oder Direkteinspritz-(DE)-pumpe 140, ein Kraftstoffverteilerrohr 158 und verschiedene Kraftstoffdurchlässe 154 und 156. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel leitet der Kraftstoffdurchlass 154 Kraftstoff von der Niederdruckpumpe 130 zur DE-Pumpe 140 und der Kraftstoffdurchlass 156 leitet Kraftstoff von der DE-Pumpe 140 zum Kraftstoffverteilerrohr 158. Wegen der Position der Kraftstoffdurchlässe kann Durchlass 154 als Niederdruckdurchlass bezeichnet werden, während der Durchlass 156 als Hochdruck-Kraftstoffdurchlass bezeichnet werden kann. Somit kann der Kraftstoff in Durchlass 156 einen höheren Druck aufweisen als der Kraftstoff in Durchlass 154. Bei einigen Beispielen kann das Kraftstoffsystem 150 mehr als einen Kraftstofftank und zusätzliche Durchlässe, Ventile und andere Vorrichtungen zum Bereitstellen zusätzlicher Funktionalität für das Kraftstoff-Direkteinspritzsystem 150 beinhalten.
  • Beim vorliegenden Beispiel von 1 kann das Kraftstoffverteilerrohr 158 jeder der mehreren Kraftstoff-Direkteinspritzdüsen 120 Kraftstoff zuführen. Jede der mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen 120 kann derart in einem entsprechenden Zylinder 112 des Motors 110 positioniert sein, dass während des Betriebes der Kraftstoffeinspritzdüsen 120 Kraftstoff direkt in jeden entsprechenden Zylinder 112 eingespritzt wird. Alternativ (oder zusätzlich) kann der Motor 110 Kraftstoffeinspritzdüsen beinhalten, die derart am oder nahe des Saugrohrs jedes Zylinders positioniert sind, dass während des Betriebes der Kraftstoffeinspritzdüsen Kraftstoff zusammen mit der Ladeluft in ein oder mehrere Saugrohre jedes Zylinders eingespritzt wird. Diese Konfiguration von Einspritzdüsen kann Teil eines Saugrohreinspritzsystems sein, das im Kraftstoffsystem 150 enthalten sein kann. Bei der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Motor 110 vier Zylinder, die nur über Direkteinspritzung mit Kraftstoff versorgt werden. Es versteht sich jedoch, dass der Motor eine andere Anzahl an Zylindern beinhalten kann.
  • Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 130 kann durch einen Controller 170 betrieben werden, um über den Niederdruck-Kraftstoffdurchlass 154 der DE-Pumpe 140 Kraftstoff zuzuführen. Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 130 kann als das konfiguriert sein, was als Kraftstoff-Saugpumpe bezeichnet wird. Beispielsweise kann die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 130 einen Pumpenelektromotor beinhalten, wodurch der Druckanstieg in der Pumpe und/oder der Volumendurchsatz durch die Pumpe gesteuert werden kann, indem die elektrische Leistung variiert wird, die dem Pumpenmotor zugeführt wird, wodurch die Motordrehzahl erhöht oder verringert wird. Wenn zum Beispiel der Controller 170 die elektrische Leistung verringert, die der ND-Pumpe 130 zugeführt wird, können der Volumendurchsatz und/oder der Druckanstieg in der Pumpe verringert werden. Alternativ können der Volumendurchsatz und/oder der Druckanstieg in der Pumpe erhöht werden, indem die elektrische Leistung erhöht wird, die der Pumpe 130 zugeführt wird. Beispielsweise kann die elektrische Leistung, mit welcher der Niederdruckpumpenmotor versorgt wird, von einem Wechselstromerzeuger oder einer anderen Energiespeichereinheit an Bord des Fahrzeugs (nicht dargestellt) bezogen werden, wodurch das vom Controller 170 bereitgestellte Steuersystem die elektrische Last steuern kann, die verwendet wird, um die Niederdruckpumpe zu betreiben. Somit kann durch Variieren der Spannung und/oder Stromstärke, die der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 130 zugeführt werden, wie bei 182 angezeigt, der Durchsatz und der Druck des der DE-Pumpe 140 und letztlich dem Kraftstoffverteilerrohr 158 gelieferten Kraftstoffs durch den Controller 170 justiert werden.
  • Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 130 kann in Fluidverbindung mit einem Filter 106 stehen, der kleine Verunreinigungen entfernen kann, die im Kraftstoff enthalten sein und möglicherweise Kraftstoffhandhabungskomponenten beschädigen können. Der Filter 106 kann über den Niederdruckdurchlass 154 in Fluidverbindung mit einem Rückschlagventil 104 stehen. Das Rückschlagventil 104 kann die Kraftstoffzufuhr unterstützen und den Kraftstoffleitungsdruck aufrechterhalten. Insbesondere beinhaltet das Rückschlagventil 104 einen Kugel-und-Feder-Mechanismus, der bei einem spezifizierten Druckunterschied sitzt und abdichtet, um Kraftstoff stromab über den Niederdruckdurchlass 154 zu stromab angeordneten Komponenten zu führen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Kraftstoffsystem 150 eine Reihe von Rückschlagventilen beinhalten, die in Fluidverbindung mit der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 130 stehen, um das Zurücklaufen von Kraftstoff stromauf der Ventile weiter zu erschweren.
  • Als Nächstes kann Kraftstoff vom Rückschlagventil 104 zur Hochdruck-Kraftstoffpumpe (z. B. DE-Pumpe) 140 geführt werden. Die DE-Pumpe 140 kann den Druck des vom Rückschlagventil 104 empfangenen Kraftstoffs von einem ersten Druckniveau, das durch die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 130 erzeugt wurde, auf ein zweites Druckniveau heben, das höher als das erste ist. Die DE-Pumpe 140 kann Hochdruckkraftstoff über die Hochdruck-Kraftstoffleitung 156 zum Kraftstoffverteilerrohr 158 führen. Der Betrieb der DE-Pumpe 140 kann basierend auf Betriebsbedingungen des Fahrzeugs justiert werden, um ein effizienteres Kraftstoffsystem und einen effizienteren Motorbetrieb bereitzustellen. Die Komponenten und der Betrieb der Hochdruck-DE-Pumpe 140 wird im Weiteren anhand der 2 bis 5 näher beschrieben.
  • Die DE-Pumpe 140 kann von einem Controller 170 gesteuert werden, um dem Kraftstoffverteilerrohr 158 über den Hochdruck-Kraftstoffdurchlass 156 Kraftstoff zuzuführen. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann die DE-Pumpe 140 ein Strömungssteuerventil, ein magnetisch betätigtes Überströmventil (MÜV) oder einen Kraftstoffvolumenregler (KVR) verwenden, um das Steuersystem in die Lage zu versetzen, das effektive Pumpenvolumen jedes Pumpenhubs zu variieren. Das Überströmventil, detaillierter in 2 beschrieben, kann einzeln stehen oder Teil der DE-Pumpe 140 sein (d. h. integral mit dieser gebildet). Die DE-Pumpe 140 kann durch den Fahrzeugmotor 110 mechanisch betrieben werden, im Gegensatz zu der mit einem Elektromotor betriebenen Niederdruck-Kraftstoffpumpe oder Kraftstoff-Saugpumpe 130. Ein Pumpenkolben der DE-Pumpe 140 kann eine mechanische Eingabe von der Motorkurbel- oder -nockenwelle über einen Steuernocken 146 empfangen. Auf diese Weise kann die DE-Pumpe 140 gemäß den Prinzipien einer nockenbetriebenen Einzelzylinderpumpe betrieben werden. Darüber hinaus kann die Winkelposition des Steuernockens 146 von einem Sensor geschätzt (d. h. bestimmt) werden, der nahe dem Steuernocken 146 angeordnet ist und über eine Verbindung 185 mit dem Controller 170 kommuniziert. Insbesondere kann der Sensor einen in Grad gemessenen Winkel des Steuernockens 146 messen, der gemäß der Kreisbewegung des Steuernockens 146 im Bereich von 0 bis 360° liegt. Obwohl der Steuernocken 146 in 1 als außerhalb der DE-Pumpe 140 liegend dargestellt ist, versteht es sich, dass der Steuernocken 146 im System der DE-Pumpe 140 enthalten sein kann.
  • Wie in 1 dargestellt, ist prozessabwärts der Kraftstoffsaugpumpe 130 ein Kraftstoffsensor 148 angeordnet. Der Kraftstoffsensor 148 kann eine Kraftstoffzusammensetzung messen und basierend auf einer Kraftstoffkapazität oder der Anzahl der Mole eines dielektrischen Fluids in seinem Abtastvolumen arbeiten. Zum Beispiel kann eine Menge an Ethanol (z. B. flüssiges Ethanol) im Kraftstoff bestimmt werden (z. B. wenn eine Kraftstoff-Alkohol-Mischung verwendet wird), basierend auf der Kapazität des Kraftstoffs. Der Kraftstoffsensor 148 kann über eine Verbindung 149 mit dem Controller 170 verbunden sein und dafür verwendet werden, einen Grad der Kraftstoffverdampfung zu bestimmen, da Kraftstoffdampf eine kleinere Molzahl im Abtastvolumen aufweist als flüssiger Kraftstoff. Somit kann eine Kraftstoffverdampfung angezeigt werden, wenn die Kraftstoffkapazität fällt. Bei einigen Betriebsschemata kann der Kraftstoffsensor 148 verwendet werden, um den Grad der Kraftstoffverdampfung des Kraftstoffs zu bestimmen, so dass der Controller 170 den Saugpumpendruck justieren kann, um die Kraftstoffverdampfung in der Kraftstoffsaugpumpe 130 zu verringern. Obwohl in 1 nicht gezeigt, kann im Niederdruckdurchlass 154, zwischen der Saugpumpe 130 und der DE-Pumpe 140 ein Kraftstoffdrucksensor angeordnet sein. An dieser Position kann der Sensor als Saugpumpendrucksensor oder Niederdrucksensor bezeichnet werden.
  • Des Weiteren kann die DE-Pumpe 140 bei einigen Beispielen als der Kraftstoffsensor 148 betrieben werden, um den Grad der Kraftstoffverdampfung zu bestimmen. Zum Beispiel bildet eine Kolben-Zylinder-Anordnung der DE-Pumpe 140 einen fluidgefüllten Kondensator. Somit ermöglicht es die Kolben-Zylinder-Anordnung der DE-Pumpe 140, das kapazitive Element im Kraftstoffzusammensetzungssensor zu sein. Bei einigen Beispielen kann die Kolben-Zylinder-Anordnung der DE-Pumpe 140 der heißeste Punkt im System sein, so dass sich dort zuerst Kraftstoffdampf bildet. Bei einem derartigen Beispiel kann die DE-Pumpe 140 als Sensor zum Erkennen der Kraftstoffverdampfung verwendet werden, da die Kraftstoffverdampfung zuerst in der Kolben-Zylinder-Anordnung auftreten kann, bevor sie an anderer Stelle im System auftritt. Es sind möglicherweise weitere Kraftstoffsensorkonfigurationen möglich, die zum Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung gehören.
  • Wie in 1 gezeigt, beinhaltet das Kraftstoffverteilerrohr 158 einen Kraftstoffverteilerrohrdruck-Sensor 162 zum Bereitstellen einer Anzeige des Kraftstoffverteilerrohrdrucks an den Controller 170. Ein Motordrehzahlsensor 164 kann verwendet werden, um eine Anzeige der Motordrehzahl für den Controller 170 bereitzustellen. Die Anzeige der Motordrehzahl kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit der DE-Pumpe 140 zu identifizieren, da die Pumpe 140 mechanisch vom Fahrzeugmotor 110 betrieben wird, zum Beispiel über die Kurbel- oder Nockenwelle. Es kann ein Abgassensor 166 verwendet werden, um eine Anzeige der Abgaszusammensetzung für den Controller 170 bereitzustellen. Als ein Beispiel kann der Gassensor 166 einen Universalauspuffgassensor (UEGO) beinhalten. Der Abgassensor 166 kann vom Controller 170 als Rückkopplung verwendet werden, um die Kraftstoffmenge zu justieren, die dem Motor 110 über die Einspritzdüsen 120 zugeführt wird. Auf diese Weise kann der Controller 170 das dem Motor zugeführte Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen vorgegebenen Sollwert steuern.
  • Darüber hinaus kann der Controller 170 weitere Motor/Abgasparametersignale von anderen Motorsensoren empfangen, wie beispielsweise Motorkühlmitteltemperatur, Motordrehzahl, Drosselklappenposition, Abgaskrümmer-Absolutdruck, Temperatur der Emissionssteuervorrichtung usw. Des Weiteren kann der Controller 170 basierend auf Signalen, die u. a. vom Kraftstoffsensor 148, Drucksensor 162 und Motordrehzahlsensor 164 empfangen wurden, eine Rückkopplungssteuerung bereitstellen. Zum Beispiel kann der Controller 170 Signale aussenden, um einen gegenwärtigen Pegel, eine gegenwärtige Anstiegsgeschwindigkeit, eine Pulsbreite eines Magnetventils (MÜV) der DE-Pumpe 140 und dergleichen über die Verbindung 184 justieren, um den Betrieb der DE-Pumpe 140 zu justieren. Außerdem kann der Controller 170 Signale aussenden, um einen Kraftstoffdruck-Sollwert des Kraftstoffdruckreglers und/oder eine Kraftstoff-Einspritzmenge und/oder einen Zeitablauf basierend auf Signalen vom Kraftstoffsensor 148, vom Drucksensor 162, vom Motordrehzahlsensor 164 und dergleichen zu justieren. Um den Motor 110 und das Kraftstoffsystem 150 herum können weitere, in 1 nicht gezeigte Sensoren positioniert sein.
  • Der Controller 170 kann über einen Kraftstoffeinspritztreiber 122 jede der Einspritzdüsen 120 einzeln betätigen. Der Controller 170, der Treiber 122 und andere geeignete Motorsystemcontroller können ein Steuersystem umfassen. Obwohl der Treiber 122 als sich außerhalb des Controllers 170 befindend gezeigt ist, kann der Controller 170 bei anderen Beispielen den Treiber 122 beinhalten oder dafür konfiguriert sein, die Funktionalität des Treibers 122 bereitzustellen. Der Controller 170 beinhaltet in diesem speziellen Beispiel eine elektronische Steuereinheit, die ein oder mehrere Ein-/Ausgabegeräte 172, eine Zentraleinheit (CPU) 174, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 176, einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 177 und einen batteriebetrieben Speicher (KAM) 178 umfasst. Das Speichermedium ROM 176 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die nichtflüchtige Befehle darstellen, die vom Prozessor 174 ausgeführt werden können, um die im Weiteren beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten auszuführen, die in Erwägung gezogen aber nicht speziell aufgeführt sind. Zum Beispiel kann der Controller 170 gespeicherte Befehle zum Ausführen verschiedener Steuerschemata der DE-Pumpe 140 und der ND-Pumpe 130, basierend auf mehreren, von den zuvor genannten Sensoren gemessenen Betriebsbedingungen, enthalten.
  • Wie in 1 gezeigt, ist das Kraftstoff-Direkteinspritzsystem 150 ein Kraftstoffsystem ohne Rückführung und kann ein mechanisches Kraftstoffsystem ohne Rückführung (MRFS – Mechanical Returnless Fuel System) oder ein elektronisches Kraftstoffsystem ohne Rückführung (ERFS – Electronic Returnless Fuel System) sein. Im Fall eines MRFS kann der Kraftstoffverteilerrohrdruck über einen Druckregler (nicht gezeigt) gesteuert werden, der am Kraftstofftank 152 positioniert ist. Bei einem ERFS kann ein Drucksensor 162 an dem Kraftstoffverteilerrohr 158 montiert sein, um den Kraftstoffverteilerrohrdruck im Verhältnis zum Abgaskrümmerdruck zu messen. Das Signal vom Drucksensor 162 kann zurück zum Controller 170 geführt werden, der den Treiber 122 steuert, wobei der Treiber 122 die Spannung der DE-Pumpe 140 moduliert, um die Einspritzdüsen mit dem korrekten Druck und Kraftstoffdurchsatz zu versorgen.
  • Obwohl in 1 nicht gezeigt, kann das Kraftstoff-Direkteinspritzsystem 150 bei anderen Beispielen eine Rückführleitung beinhalten, durch die überschüssiger Kraftstoff vom Motor über einen Kraftstoffdruckregler über eine Rückführleitung zurück zum Kraftstofftank geführt wird. Der Kraftstoffdruckregler kann in die Rückführleitung eingekoppelt sein, um Kraftstoff zu regeln, welcher dem Kraftstoffverteilerrohr 158 mit einem Solldruck zugeführt wird. Um den Kraftstoffdruck auf den Sollwert zu regeln, kann der Kraftstoffdruckregler überschüssigen Kraftstoff über die Rückführleitung zum Kraftstofftank 152 zurückführen, wenn der Kraftstoffverteilerrohrdruck den Sollwert erreicht. Es versteht sich, dass der Betrieb des Kraftstoffdruckreglers justiert werden kann, um den Sollwert des Kraftstoffdrucks zu verändern, um Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen.
  • 2 zeigt die DE-Pumpe 140 von 1 detaillierter. Die DE-Pumpe 140 saugt während eines Saughubs Kraftstoff aus dem Niederdruckdurchlass 154 an und führt den Kraftstoff während eines Förderhubs über den Hochdruckdurchlass 156 dem Motor zu. Die DE-Pumpe 140 beinhaltet einen Kompressionskammereinlass 203 in Fluidverbindung mit einer Kompressionskammer 208, der über die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 130 Kraftstoff zugeführt werden kann, wie in 1 gezeigt. Der Kraftstoff kann bei seinem Durchlass durch die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe 140 mit Druck beaufschlagt und durch den Pumpenauslass 204 dem Kraftstoffverteilerrohr 158 (und den Direkteinspritzdüsen 120) zugeführt werden. Beim dargestellten Beispiel kann die Direkteinspritzpumpe 140 eine mechanisch betriebene Verdrängerpumpe sein, die einen Pumpenkolben 206 und eine Kolbenstange 220, eine Pumpenkompressionskammer 208 und einen Stufenraum 218 aufweist. Ein Durchlass, der den Stufenraum 218 mit einem Pumpeneinlass 299 verbindet, kann einen Akkumulator 209 beinhalten, wobei der Durchlass den Rückeintritt des Kraftstoffs aus dem Stufenraum 218 in die Niederdruckleitung ermöglicht, die den Einlass 299 umgibt. Der Kolben 206 beinhaltet außerdem eine Oberseite 205 und eine Unterseite 207. Der Stufenraum 218 und die Kompressionskammer 208 können Hohlräume beinhalten, die an entgegengesetzten Seiten des Pumpenkolbens positioniert sind. Bei einem Beispiel kann der Motorcontroller 170 dafür konfiguriert sein, durch Antreiben des Steuernockens 146 den Kolben 206 in die Direkteinspritzpumpe 140 zu treiben. Bei einem Beispiel beinhaltet der Steuernocken 146 vier Nocken und vollführt eine Umdrehung auf zwei Umdrehungen der Motorkurbelwelle.
  • Der DE-Pumpeneinlass 299 ermöglicht den Kraftstoffstrom zum Überströmventil 212, das am Durchlass 235 angeordnet ist. Das Überströmventil 212 steht in Fluidverbindung mit der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 130 und der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 140. Der Kolben 206 bewegt sich in der Kompressionskammer 208 gemäß den Saug- und Förder-/Kompressionshüben auf und nieder. Die DE-Pumpe 140 befindet sich im Förder-/Kompressionshub, wenn sich der Kolben 206 in eine Richtung bewegt, die das Volumen der Kompressionskammer 208 verringert. Alternativ befindet sich die DE-Pumpe 140 in einem Ansaughub, wenn sich der Kolben 206 in eine Richtung bewegt, die das Volumen der Kompressionskammer 208 vergrößert. Ein Vorwärtsflussauslass-Rückschlagventil 216 kann stromab eines Auslasses 204 aus der Kompressionskammer 208 eingekoppelt sein. Das Auslassrückschlagventil 216 öffnet sich, um es Kraftstoff nur dann zu gestatten, vom Kompressionskammerauslass 204 in das Kraftstoffverteilerrohr 158 zu strömen, wenn ein Druck am Auslass der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe 140 (z. B. ein Kompressionskammerauslass-Druck) höher als der Druck des Kraftstoffverteilerrohrs ist. Der Betrieb der DE-Pumpe 140 kann den Kraftstoffdruck in der Kompressionskammer 208 erhöhen und bei Erreichen eines Drucksollwertes kann Kraftstoff durch das Auslassventil 216 zum Kraftstoffverteilerrohr 158 strömen. Ein Druckablassventil 214 kann parallel zum Rückschlagventil 216 angeordnet sein. Das Ventil 214 kann vorgespannt sein, das Strömen von Kraftstoff stromab zum Kraftstoffverteilerrohr 158 zu hemmen, kann aber das Ausströmen des Kraftstoffs aus dem DE-Kraftstoffverteilerrohr 158 hin zum Pumpenauslass 204 ermöglichen, wenn der Kraftstoffverteilerrohrdruck größer als ein festgelegter Druck ist (d. h. Druckeinstellung des Ventils 214).
  • Das Magnetüberströmventil 212 kann an den Kompressionskammereinlass 203 gekoppelt sein. Wie oben dargestellt, können Direkteinspritz- oder Hochdruck-Kraftstoffpumpen wie beispielsweise die Pumpe 140 Kolbenpumpen sein, die gesteuert werden, einen Teil ihres vollen Verdrängungsvolumens durch Variieren der Schließzeiten des Magnetüberströmventils zu komprimieren. Somit kann dem Direkteinspritz-Kraftstoffverteilerrohr 158 und den Direkteinspritzdüsen 120 ein voller Umfang von Pumpenvolumenbruchteilen bereitgestellt sein, abhängig davon, wann das Überströmventil 212 unter Spannung oder spannungsfrei gesetzt wird. Insbesondere kann der Controller 170 ein Pumpensignal aussenden, das moduliert sein kann, um den Betriebszustand des MÜV 212 zu justieren (z. B. geöffnet oder geschlossen, Rückschlagventil). Das Modulieren des Pumpensignals kann das Justieren eines gegenwärtigen Pegels, einer gegenwärtigen Anstiegsgeschwindigkeit, einer Pulsbreite, eines Taktzyklus oder eines anderen Modulationsparameters beinhalten. Wie oben erwähnt, kann der Controller 170 dafür konfiguriert sein, den Kraftstoffstrom durch das Überströmventil 212 zu regeln, indem der Magnet im Gleichklang mit dem Antriebssteuernocken 146 unter Spannung oder spannungsfrei gesetzt wird (basierend auf der Magnetventilkonfiguration). Dementsprechend kann das Magnetüberströmventil 212 in zwei Modi betrieben werden. In einem ersten Modus ist das Magnetüberströmventil 212 für eine geöffnete Position spannungsfrei gesetzt (deaktiviert), um die Bewegung des Kraftstoffs stromauf und srtomab eines Rückschlagventils zu ermöglichen, das im Magnetventil 212 enthalten ist. Während dieses Modus kann kein Kraftstoff in den Durchlass 156 gepumpt werden, da der Kraftstoff durch das spannungsfrei gesetzte, geöffnete Überströmventil 212 stromauf statt aus dem Auslasssperrventil 216 gepumpt wird.
  • Alternativ, im zweiten Modus, ist das Überströmventil 212 durch den Controller 170 derart in eine geschlossene Position unter Spannung gesetzt (aktiviert), dass die Fluidverbindung im Ventil unterbrochen ist, um die Menge des Kraftstoffs, die sich stromauf durch das Magnetüberströmventil 212 bewegt, zu begrenzen (z. B. zu hemmen). Im zweiten Modus kann das Überströmventil 212 als Rückschlagventil dienen, das bei Erreichen des Solldruckdifferentials im Ventil 212 den Eintritt des Kraftstoffs in die Kammer 208 ermöglicht, aber das Zurückströmen des Kraftstoffs aus der Kammer 208 in den Durchlass 235 im Wesentlichen verhindert. Abhängig vom Zeitpunkt des Unter-Spannung-Setzens und des Spannungsfrei-Setzens des Überströmventils 212 wird ein gegebener Umfang der Pumpenverdrängung verwendet, um ein gegebenes Kraftstoffvolumen in das Kraftstoffverteilerrohr 158 zu drücken, was es ermöglicht, dass das Überströmventil 212 als Kraftstoffvolumenregler fungiert. Somit kann die Zeiteinstellung des Magnetventils 212 die effektive Pumpenverdrängung steuern. Der Controller 170 von 1 ist in 2 enthalten, um das Magnetüberströmventil 212 über die Verbindung 184 zu steuern. Des Weiteren ist in 2 eine Verbindung 185 zum Messen der Winkelposition des Steuernockens 146 gezeigt. Bei einigen Steuerschemata kann die Winkelposition (d. h. Zeiteinstellung) des Steuernockens 146 verwendet werden, um die Zeitpunkte zum Öffnen und Schließen des Überströmventils 212 zu bestimmen.
  • Somit kann das Magnetüberströmventil 212 dafür konfiguriert sein, die Menge (oder das Volumen) des in die Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe komprimierten Kraftstoffes zu regulieren. Bei einem Beispiel kann der Controller 170 einen Zeitpunkt zum Schließen des Magnetüberströmventils justieren, um die Menge des komprimierten Kraftstoffs zu regeln. Zum Beispiel kann ein spätes Schließen des Überströmventils 212 die Kraftstoffmenge verringern, die in die Kompressionskammer 208 eingelassen wird. Die Zeitpunkte zum Öffnen und Schließen des Magnetüberströmventils können in Bezug auf die Hubzeiten der Direkteinspritz-Kraftstoffpumpe koordiniert werden.
  • Während Bedingungen, unter denen kein Betrieb der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe angefordert wird, kann der Controller 170 das Magnetüberströmventil 212 aktivieren und deaktivieren, um den Kraftstofffluss sowie den Kraftstoffdruck in der Kompressionskammer 208 während des Großteils des Kompressions-(Förder-)hubs auf einen einzelnen im Wesentlichen konstanten Druck zu regeln. Die Steuerung der DE-Pumpe 140 auf diese Weise kann in Nullfluss-Schmierungs-Verfahren (NFS-Verfahren) enthalten sein. Während eines derartigen NFS-Betriebes fällt der Druck in der Kompressionskammer 208 beim Saughub auf einen Druck nahe dem der Saugpumpe 130. Danach steigt der Pumpendruck am Ende des Förder-(Kompressions-)hubs auf einen Druck nahe dem des Kraftstoffverteilerrohrs. Wenn der Druck der Kompressionskammer (Pumpe) unter dem des Kraftstoffverteilerrohrs bleibt, führt das zu einem Null-Kraftstoffstrom. Liegt der Druck der Kompressionskammer (Pumpe) leicht unter dem des Kraftstoffverteilerrohrs, ist der NFS-Betriebspunkt erreicht. Anders ausgedrückt ist der NFS-Betriebspunkt der höchste Kompressionskammerdruck, der zu Nulldurchfluss führt (d. h. es wird im Wesentlichen kein Kraftstoff zum Kraftstoffverteilerrohr 158 gesendet). Das Schmieren der DE-Pumpe 140 kann auftreten, wenn der Druck in der Kompressionskammer 208 den Druck im Stufenraum 218 übersteigt. Diese Druckdifferenz kann auch zur Pumpenschmierung beitragen, wenn der Controller 170 das Magnetüberströmventil 212 deaktiviert. Die Deaktivierung des Überströmventils 212 kann außerdem vom Ventil 212 erzeugte Geräusche reduzieren. Anders ausgedrückt kann die Pumpe 140, auch wenn das Magnetventil 212 unter Spannung gesetzt ist, weniger Geräusche erzeugen als während anderer Betriebsschemata, wenn sich das Auslassrückschlagventil 216 nicht öffnet. Ein Ergebnis dieses Regelungsverfahrens besteht darin, dass das Kraftstoffverteilerrohr auf einen Druck geregelt wird, der davon abhängt, wann das Magnetüberströmventil während des Förderhubs unter Spannung gesetzt wird. Insbesondere wird der Kraftstoffdruck in der Kompressionskammer 208 während des Kompressions-(Förder-)hubs der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe 140 geregelt. Somit wird für die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe 140 mindestens während des Kompressionshubs der Pumpe eine Schmierung bereitgestellt. Wenn die DE-Pumpe in einen Saughub eintritt, kann der Druck in der Kompressionskammer verringert werden, während immer noch ein gewisser Umfang an Schmierung bereitgestellt werden kann, so lange der Druckunterschied besteht.
  • Beispielsweise kann eine Nullfluss-Schmierungs-Strategie angewiesen werden, wenn keine Kraftstoffdirekteinspritzung gewünscht (d. h. vom Controller 170 angefordert) ist. Wenn die Direkteinspritzung endet, ist es erwünscht, dass der Druck in dem Kraftstoffverteilerrohr 158 auf einem nahezu konstanten Niveau bleibt. Somit kann das Überströmventil 212 in die geöffnete Position deaktiviert werden, um den freien Ein- und Austritt von Kraftstoff in/aus der Pumpenkompressionskammer 208 zu ermöglichen, so dass kein Kraftstoff in das Kraftstoffverteilerrohr 158 gepumpt wird. Ein stets deaktiviertes Überströmventil entspricht einem Erfassungsvolumen von 0 %, das heißt, 0 erfasstes Volumen oder 0 Verdrängung. Somit kann eine Schmierung und eine Kühlung der DE-Pumpe reduziert werden, während kein Kraftstoff komprimiert wird, was zu einer Pumpenschädigung führt. Daher kann es gemäß NFS-Verfahren von Vorteil sein, das Überströmventil 212 unter Spannung zu setzen, um eine kleine Menge Kraftstoff zu pumpen, wenn keine Direkteinspritzung angefordert ist. Somit kann der Betrieb der DE-Pumpe 140 so justiert werden, dass ein Druck am Auslass der DE-Pumpe bei oder unter dem Druck des Direkteinspritz-Kraftstoffverteilerrohrs 158 gehalten wird, wodurch Kraftstoff an der Kolbenbohrungs-Grenzfläche der DE-Pumpe vorbeigepresst wird. Durch Halten des Auslassdruckes der DE-Pumpe knapp unter dem Kraftstoffverteilerrohrdruck und ohne Möglichkeit zum Ausströmen des Kraftstoffs aus dem Auslass der DE-Pumpe in das Kraftstoffverteilerrohr, kann die DE-Pumpe geschmiert gehalten werden, wodurch die Pumpenschädigung verringert wird. Dieser allgemeine Vorgang kann als Nullfluss-Schmierung (NFS) bezeichnet werden.
  • Hierzu sei angemerkt, dass die DE-Pumpe 140 von 2 als ein veranschaulichendes, vereinfachtes Beispiel einer möglichen Konfiguration einer DE-Pumpe dargestellt ist. In 2 gezeigte Komponenten können entfernt und/oder verändert werden, während zusätzliche, hier nicht dargestellte Komponenten zur Pumpe 140 hinzugefügt werden können, während die Fähigkeit zur Zuführung eines Hochdruck-Kraftstoffes an ein Direkteinspritz-Kraftstoffverteilerrohr beibehalten wird. Darüber hinaus können die hier im Weiteren dargestellten Verfahren zusammen mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftstoffsystems 150 von 1 auf verschiedene Konfigurationen der Pumpe 140 angewandt werden. Insbesondere können die oben beschriebenen Nullfluss-Schmierungs-Verfahren in verschiedenen Konfigurationen der DE-Pumpe 140 umgesetzt werden, ohne den normalen Betrieb der Pumpe 140 nachteilig zu beeinflussen.
  • Benzin-Direkteinspritzpumpen, wie die Pumpe 140, sind gewöhnlich Verdrängerpumpen mit variabler Verdrängung, die durch ein Magnetventil, wie beispielsweise das MÜV 212, gesteuert werden. Der Hauptzwecke derartiger Pumpen besteht im Bereitstellen eines variablen gesteuerten Kraftstoffdrucks für das Kraftstoffverteilerrohr. Für viele Kraftstoff- und Motorsysteme kann es von Vorteil sein, zwecks einer hochwertigen Steuerung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks eine bekannte Menge Kraftstoff in das Kraftstoffverteilerrohr zu pumpen. Wenn der Kraftstoff, der in das Kraftstoffverteilerrohr gepumpt wird, von größerer Genauigkeit ist, als der anderer Systeme, können mehrere Funktionen aktiviert werden. Diese Funktionen können das Ermöglichen einer verringerten Stromstärke für das Magnetventil beinhalten, um von der Hochdruckpumpe erzeugte Tickgeräusche zu verringern. Eine weitere Funktion kann eine genauere Kraftstoffdampferkennung am Einlass der Hochdruckpumpe beinhalten, was von Vorteil für das rechtzeitige Erkennen und Mildern der mit der Dampfbildung verbundenen Probleme ist. Schließlich kann eine genauere Pumpensteuerung das Erkennen (d. h. Messen) des Kompressionsmoduls des Kraftstoffs ermöglichen, eines Parameters, der nützlich für das Überwachen der Leistung des Kraftstoff- und Motorsystems ist.
  • Die Erfinder des Vorliegenden haben erkannt, dass bei kleinen angewiesenen Pumpenvolumina, d. h. Unter-Spannung-Setzen des MÜV 212 nahe der oberen Totpunktposition des Kolbens 206, um eine kleine Menge Kraftstoff zu komprimieren und an das Kraftstoffverteilerrohr 158 zu senden, die gepumpte Kraftstoffmenge relativ ungenau sein kann. Anders ausgedrückt kann bei einem einzelnen Befehl, eine kleine Menge zu pumpen, wie beispielsweise 9 %, die Menge des an das Kraftstoffverteilerrohr 158 gesendeten Kraftstoffs zwischen aufeinanderfolgenden Pumpzyklen der DE-Pumpe 140 deutlich variieren. Diese Variabilität zwischen gepumpten Volumen bei diesen „kleinen“ Befehlen verringert die Genauigkeit der DE-Pumpe, was es möglicherweise nicht ermöglicht, dass die zuvor erwähnten Funktionalitäten eintreten.
  • Als ein Beispiel zur Veranschaulichung, wie unerwünscht kleine Pumpvolumen sind, wird ein Pumpenbefehl zum Pumpen von 2 % des gesamten Pumpenvolumens ausgegeben. Somit weist der Controller 170 die NFS-Menge (z. B. 8 %) plus den 2%-Befehl für eine Summe von 10 % an. Da die DE-Pumpenbefehle jedoch eine Variabilität von ±4 % des gesamten Pumpenvolumens aufweisen können, kann die tatsächliche Menge des gepumpten Kraftstoffvolumens 2 % ± 4 % des gesamten Kraftstoffvolumens betragen. Quantitativ ist die Unsicherheit im schlimmsten Fall eine Abweichung von 200 Prozent vom Wert. Alternativ beträgt das tatsächliche gepumpte Volumen 40 % ± 4 % des gesamten Volumens, wenn ein Minimalvolumen von 40 % angefordert wird. Quantitativ ist die Unsicherheit im schlimmsten Fall eine Abweichung von 10 Prozent vom Wert. Es sei angemerkt, dass zum Ausführen der 40%-Volumen-Anforderung der ausgegebene Befehl 40 % + 8 % NFS = 48 % als tatsächlicher Befehl lautet, unter Berücksichtigung des NFS-Betriebspunkts. Der NFS-Wert ist ein Versatz zwischen dem gewünschten Prozentsatz des gesamten Volumens und dem tatsächlich angewiesenen Volumen. Auf diese Weise wird ersichtlich, dass „kleinere“ Pumpenbefehle infolge möglicher höherer Ungenauigkeiten im Vergleich zur geringeren Ungenauigkeiten „größerer“ Pumpenbefehle (relativ zu den kleineren Pumpenbefehlen) unerwünscht sein können.
  • Wenn der Pumpenbefehl ansteigt, wie beispielsweise auf über 20 %, wird die Menge zugeführten Kraftstoffs genauer und ist im Verhältnis zur voraussichtlichen Kraftstoffzufuhrmenge (als Prozent vom Wert) wiederholbar. In diesem Zusammenhang kann die Wiederholbarkeit der DE-Pumpe 140 das Pumpen von im Wesentlichen gleichen Kraftstoffmengen in aufeinanderfolgenden Pumpzyklen bei Beibehaltung des im Wesentlichen gleichen Pumpenbefehls bezeichnen. Es sei angemerkt, dass die größeren oder geringeren Genauigkeiten im Verhältnis zueinander stehen. Die Erfinder des Vorliegenden haben erkannt, dass die allgemeine Neigung dazu geht, dass die Genauigkeit zunimmt, wenn der Pumpenbefehl zunimmt (von 0 % bis 100 %).
  • 3 zeigt eine Grafik 300 des Betriebes der DE-Pumpe 140, wenn der Pumpenbefehl variiert wird. Die Grafik 300 kann ein Modell der DE-Pumpe 140 sein, bei dem eine oder mehrere Gleichungen und Variablen verwendet werden können, um die in der Grafik 300 gezeigten Linien zu erzeugen. Die horizontale Achse ist der DE-Pumpen-Befehl, der auch als angewiesener Taktzyklus, der angewiesene zu pumpende Teil des flüssigen Kraftstoffvolumens oder das angewiesene Erfassungsvolumen bekannt sein kann. Der Begriff Erfassungsvolumen bezeichnet die Menge des Kraftstoffs, die im Inneren der Kompressionskammer 208 erfasst wird, wenn das MÜV 212 geschlossen (unter Spannung gesetzt) ist, wobei das erfasste Kraftstoffvolumen durch den Kolben 206 komprimiert und an das Kraftstoffverteilerrohr 158 gesendet wird. Die Werte der horizontalen Achse sind als Prozentwerte dargestellt, können aber stattdessen gleichwertig als Bruchteile von 0 bis 1 gezeigt werden. Die vertikale Achse der Grafik 300 ist das tatsächliche Teilvolumen des gepumpten Kraftstoffs oder die gemessene Teilmenge des von der DE-Pumpe 140 komprimierten und an das Kraftstoffverteilerrohr 158 gesendeten Kraftstoffs. Die Werte der vertikalen Achse reichen von 0 bis 1, da das gepumpte Bruchteilvolumen in der Grafik 300 gezeigt ist. Alternativ kann das tatsächlich gepumpte Volumen (nicht als Bruchteil) auf der vertikalen Achse dargestellt werden, wobei die Einheiten Kubikzentimeter (cm3) sein können und der Maximalwert von 1 durch 0,25 cm3, das gesamte Verdrängungsvolumen einer typischen DE-Pumpe, ersetzt wird. Wie in 3 zu erkennen, sind in der Grafik 300 mehrere Linien dargestellt, wobei jede Linie einem Kraftstoffverteilerrohrdruck entspricht. Idealerweise würde zwischen den angewiesenen zu pumpenden Teilvolumen und den tatsächlichen gepumpten Teilvolumen ein lineares Verhältnis bestehen, das von einer Linie dargestellt wird, die durch den Ursprung verläuft. Wegen verschiedener Faktoren wird jedoch nicht so viel Kraftstoff gepumpt wie angewiesen. Beim vorliegenden Beispiel kann die Linie 305 einem Kraftstoffverteilerrohrdruck (KVD) von 2 MPa entsprechen, wohingegen die Line 315 einem KVD von 7 MPa und die Linie 325 einem KVD von 12 MPa entsprechen kann. In der Grafik 300 können weitere Linien enthalten sein, der Einfachheit halber sind jedoch nur drei Linien gezeigt.
  • Basierend auf Prüfungen und der zwischen Pumpvolumina aufeinander folgender Pumpzyklen gemessenen Variabilität können mehrere qualitative Zonen eingerichtet werden, um zu unterscheiden, wo die relativ genaueste und die relativ ungenaueste DE-Pumpen-Steuerung vorliegt. In der Grafik 300 sind mehrere dieser Zonen dargestellt, die der Linie 315 entsprechen, bei der der KVD 7 MPa beträgt. Es versteht sich, dass die Genauigkeitszonen abhängig von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise dem KVD und speziellen Kraftstoff- und Motorsystemen, variieren können. Der relativ genaueste Pumpenbetrieb kann in einem Bereich hoher Genauigkeit 354 vorliegen, in dem die Pumpenbefehle für dieses spezielle Beispiel im Bereich von etwa 40 % bis 100 % liegen. Die höchste Genauigkeit kann vorliegen, wenn der Pumpenbefehl 100 % lautet, was auch als voller Förderhub bekannt ist. Ein Bereich geringer Genauigkeit 353 befindet sich links des Bereichs hoher Genauigkeit 354, wobei die Pumpenbefehle des Bereiches geringer Genauigkeit 353 im Bereich von etwa 17 % bis 40 % liegen können. In diesem Bereich kann eine größere Volumenvariabilität als im Vergleich zur Variabilität des Bereiches hoher Genauigkeit 354 auftreten.
  • Die Zone ganz links, Nullfluss-Bereich 351 genannt, ist durch das Ausgeben eines Pumpenbefehls gekennzeichnet, es wird aber kein Kraftstoff in das Kraftstoffverteilerrohr 158 gepumpt. Bei diesem Beispiel kann der Nullfluss-Bereich 351 Pumpenbefehlen im Bereich von 0 % bis etwa 17 % entsprechen, wobei die Linie 315 entlang der horizontalen Achse liegt. Wenn Nullfluss-Schmierungs-Pumpenbefehle wie zuvor erwähnt ausgegeben werden, ist es wünschenswert, am Auslass 204 der DE-Pumpe 140 einen Druck gleich oder unter dem Kraftstoffverteilerrohrdruck des DE-Kraftstoffverteilerrohrs 158 zu halten, wodurch Kraftstoff an der Kolbenbohrungs-Grenzfläche der DE-Pumpe 140 vorbeigepresst wird, um die Pumpe zu schmieren. Der Pumpenbefehl, der dieses Ergebnis erzielen kann, kann bei dem Befehl auftreten, bei dem jegliche Erhöhung des Befehls eine Steigerung des gepumpten Volumens von 0 auf eine messbare Menge bewirken würde. Beim vorliegenden Beispiel von Linie 315, die einem KVD von 7 MPa entspricht, kann dieses Ereignis bei Punkt 352 oder dem Nullfluss-Schmierungs-Befehl 352 eintreten. Bei diesem Beispiel entspricht der Punkt 352 einem 17%-Pumpenbefehl (gewünschtes Verdrängungsvolumen), wobei der Übergang vom Nullfluss-Bereich 351 zum Bereich mit geringer Genauigkeit 353 eintritt. Physikalisch ist Punkt 352 der Punkt, an dem eine Erhöhung des Pumpenbefehls das Auftreten eines gepumpten Nicht-Nullfluss-Kraftstoffvolumens bewirkt. Aus der Grafik 300 wird ersichtlich, dass KVD- und DE-Pumpensteuerung am genauesten ist, wenn größere, keine kleineren Pumpvolumina angewiesen werden. Das Anweisen in diesem Sinn kann den Zeitpunkt des Unter-Spannung-Setzens des MÜV 212 bezeichnen, wie es zum Beispiel vom Controller 170 über die Verbindung 184 gesteuert wird.
  • Zum Steuern der DE-Pumpe 140 mittels Aktivierung des MÜV 212 kann der Controller 170 ein Kraftstoffverteilerrohrdruck-Modul enthalten. Das Modul kann einen gewünschten KVD aus einer Berechnung bestimmen, die auf Parametern wie beispielsweise dem Kraftstoffeinspritzdüsen-Erfordernissen und dem Motorbedarf basiert. Somit können Eingaben in das KVD-Modul einen gewünschten KVD, einen tatsächlichen KVD und eine gegenwärtige Kraftstoffeinspritzrate beinhalten. Bei einigen Beispielen basiert der gewünschte KVD auf dem Motorbedarf und der Kraftstoffeinspritzdüsen-Leistung, wie sie durch den Controller 170 bestimmt sind. Der tatsächliche KVD kann eine vom KVD-Sensor 162 gemessene Größe sein, während die gegenwärtige Kraftstoffeinspritzrate vom Kraftstoffeinspritztreiber 122 empfangen werden kann. Aus diesen Eingängen kann ein angewiesenes DE-Pumpenvolumen errechnet und an das MÜV 212 gesendet werden. Bei einem beispielhaften DE-Pumpen-Betriebsschema weist der Controller 170 oder ein anderer geeigneter Controller während eines gegebenen DE-Pumpenzyklus basierend auf einer von den Einspritzdüsen 120 eingespritzten Kraftstoffmenge ein bestimmtes Pumpenvolumen an. Als Nächstes bestimmt der Controller, ob der tatsächliche KVD höher oder geringer als der gewünschte KVD ist. Basierend auf dem Vergleich kann ein Kraftstoffvolumen zum DE-Pumpenbefehl addiert oder von diesem subtrahiert werden. Somit werden zwei Kraftstoffvolumina addiert oder subtrahiert, die das Volumen sind, das benötigt wird, um die Einspritzdüsen 120 mit Kraftstoff und den KVD nahezu konstant zu halten, und das Volumen, das benötigt wird, um den KVD zu erhöhen oder zu senken.
  • Die Erfinder des Vorliegenden haben ein DE-Pumpen-Steuerverfahren vorgeschlagen, welches das Beschneiden (d. h. Modifizieren) der DE-Pumpenbefehle einschließt, um eine bessere Steuerung der Variabilität kleiner Befehle sicherzustellen. Anders ausgedrückt können nach der Berechnung verschiedener Variablen, wie im Weiteren beschrieben, Pumpenbefehle ausgegeben werden, welche die DE-Pumpe 140 außerhalb des Bereiches geringer Genauigkeit 353 und des Nullfluss-Bereiches 351 von 3 betreiben. Darüber hinaus kann das vorgeschlagene Steuerverfahren, abhängig von den Variablen, dennoch einen Bereich von Befehlen zulassen, die einem Bereich von Pumpenverdrängungsvolumina entsprechen. Somit kann die Zone variabler und ungenauer Pumpimpulse oder -befehle vermieden werden. Auf diese Weise können verschiedene Diagnose- und Erkennungsverfahren des Controllers 170 besser ausgeführt werden, indem die entstandenen wiederholbaren und genauen DE-Pumpvolumina verwendet werden. Das vorgeschlagene Verfahren schließt die Eingabe berechneter DE-Pumpenbefehle und die Ausgabe modifizierter Befehle basierend auf einer Anzahl von Variablen ein, wie im Weiteren detaillierter erläutert wird.
  • 4 zeigt ein beispielhaftes Steuerverfahren 400 zum Betreiben einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe wie beispielsweise der Pumpe 140 von 1. Das Steuerverfahren 400 kann, wie oben angeführt, als ein ausführbarer Satz computerlesbarer Befehle zum Ein- und Ausgeben verschiedener Variablen und/oder Befehle im Controller 170 enthalten sein. In diesem Zusammenhang werden die DE-Pumpbefehle als winkelmäßige Zeiteinteilung der elektrischen Leistung implementiert, die dem Magnetventil 212 über die Verbindung 184 zugeführt wird. Zum Beispiel lässt ein 100%-DE-Pumpenbefehl das Einlassrückschlagventil 212 durch eine untere Totpunktposition des Kolbens 206 aktivieren, wohingegen ein 50%-Befehl das Einlassrückschlagventil auf halbem Wege zwischen der unteren und der oberen Totpunktposition des Kolbens aktivieren lässt. In der Beschreibung des Steuerverfahrens 400 wird Bezug auf 3 und die grafische Darstellung des DE-Pumpenbefehls gegenüber dem Kraftstoffverteilerrohrdruck genommen.
  • Zuerst, bei 401, beinhaltet das Verfahren das Bestimmen einer Anzahl von Motorbetriebsbedingungen. Diese Bedingungen können abhängig von der Konfiguration des Motor- und Kraftstoffsystems variieren und zum Beispiel Motordrehzahl, gewünschten KVD, tatsächlichen KVD, Kraftstoffzusammensetzung und -temperatur, Kraftstoffbedarf des Motors, vom Fahrer angefordertes Drehmoment, einen Grenzwert-DE-Pumpenbefehl, einen NFS-Befehl und die Motortemperatur beinhalten. Der NFS-Befehl kann, wie bezüglich 3 erläutert, basierend auf dem speziellen Kraftstoff- und Motorsystem bestimmt werden. Zum Beispiel könnte der gegenwärtige NFS-Befehl 17 % sein. Der Grenzwertbefehl kann als der Befehl zwischen der Zone geringer Genauigkeit 353 und der Zone hoher Genauigkeit 354 von 3 definiert sein. Wie zum Beispiel in 3 zu erkennen ist, kann der Grenzwertbefehl (gewünschtes Verdrängungsvolumen) 40 % sein. Als Nächstes, bei 402, empfängt der Controller 170 eine Anzahl von Eingabeparametern. Wie oben umrissen, können die Eingabeparameter (d. h. Variablen) einen gewünschten KVD, einen tatsächlichen KVD, die gegenwärtige Einspritzrate und das gegenwärtige gepumpte Kraftstoffvolumen beinhalten. Bei 403 beinhaltet das Verfahren das Berechnen des DE-Pumpenbefehls aus diesen und/oder anderen Parametern. Wenn zum Beispiel das gepumpte Kraftstoffvolumen zu einem gegebenen Zeitpunkt während des DE-Pumpenzyklus bekannt ist, wird das gegenwärtig gepumpte Kraftstoffvolumen als gleich einem ersten Pumpenverdrängungsvolumen eingestellt. Darüber hinaus wird, wenn der tatsächliche KVD geringer als der gewünschte KVD ist, ein zweites Verdrängungsvolumen zum ersten Pumpenverdrängungsvolumen addiert. Der Controller 170 kann eine Reihe von Kalibrierungstabellen aufweisen, die Kraftstoffverteilerrohrdruck-Reaktionen zu einer Reihe von Pumpenverlagerungsvolumina in Beziehung setzen. Somit kann das zweite Verdrängungsvolumen basierend auf der Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem gewünschten Kraftstoffverteilerrohrdruck gewählt werden. Mit dem ersten und dem zweiten Volumen kann ein berechnetes Verdrängungsvolumen bestimmt werden. Schließlich kann das berechnete Verdrängungsvolumen in einen berechneten DE-Pumpenbefehl umgewandelt werden. Da der DE-Pumpenbefehl als Prozentsatz oder Bruchteil der gesamten Verdrängung der DE-Pumpen ausgedrückt wird, kann der Zusammenhang zwischen dem berechneten Volumen und dem Befehl abhängig von der Pumpengröße und dem Verdrängungsvolumen variieren. Der berechnete DE-Pumpenbefehl kann zwischen 0 % und 100 % variieren.
  • Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei 404 das Bestimmen, ob der berechnete DE-Pumpenbefehl kleiner als der NFS-Befehl ist. Dieser Schritt schließt das Bestimmen ein, ob der berechnete DE-Pumpenbefehl im Nullfluss-Bereich liegt, wie beispielsweise dem Nullfluss-Bereich 351 von 3. Ist der berechnete DE-Pumpenbefehl geringer als der NFS-Befehl, beinhaltet das Verfahren bei 405 das Ausgeben des NFS-Befehls. Somit wird jeder berechnete DE-Pumpenbefehl, der unter dem NFS-Befehl liegt, auf den NFS-Befehl beschnitten, was eine relativ kleinere Verdrängung sein kann, wie beispielsweise die in 3 gezeigten 17%. Alternativ beinhaltet das Verfahren bei 406 das Bestimmen, ob der berechnete DE-Pumpenbefehl unter dem Grenzwertbefehl liegt, wenn der berechnete DE-Pumpenbefehl größer als der NFS-Befehl ist. Da der Grenzwertbefehl größer als der NFS-Befehl ist, wie beispielsweise 40 % in 3, bestimmt das Verfahren bei 406, ob der berechnete DE-Pumpenbefehl im Bereich geringer Genauigkeit liegt, wie beispielsweise dem Bereich geringer Genauigkeit 353 von 3. Wenn der berechnete DE-Pumpenbefehl kleiner als der Grenzwertbefehl ist, beinhaltet das Verfahren bei 407 das Ausgeben des Grenzwertbefehls. Somit wird jeder berechnete DE-Pumpenbefehl, der zwischen dem NFS- und dem Grenzwertbefehl liegt, auf den Grenzwertbefehl beschnitten. Alternativ beinhaltet das Verfahren bei 408 das Ausgeben des berechneten DE-Pumpenbefehls, der in Schritt 403 berechnet wurde, wenn der berechnete DE-Pumpenbefehl größer als der Grenzwertbefehl ist. Somit wird jeder berechnete DE-Pumpenbefehl, der im Bereich hoher Genauigkeit liegt, wie beispielsweise dem Bereich hoher Genauigkeit 354 von 3, nicht beschnitten und der berechnete DE-Pumpenbefehl wird ausgegeben. In diesem Zusammenhang kann das Ausgeben des Pumpenbefehls das Senden des entsprechenden elektronischen Signals zum Unter-Spannung-Setzen des Magnetventils 212 bezeichnen.
  • Beispielsweise wird unter Verwendung der Bereiche und Werte von 3 jeder berechnete Pumpenbefehl im Bereich von 0 % bis 17 % (Nullfluss-Bereich 351) auf gleiche Höhe wie der NFS-Befehl 352 erhöht, der durch den Punkt definiert ist, an dem jede weitere Befehlserhöhung zu einem in Reaktion gepumpten Kraftstoffvolumen führen würde. Darüber hinaus wird jeder berechnete Pumpenbefehl im Bereich von 17 % bis 40 % (Bereich geringer Genauigkeit 353) auf gleiche Höhe wie der Grenzwertbefehl erhöht. Der Grenzwertbefehl kann als der qualitative Punkt definiert sein, an dem jeder größere Pumpenbefehl genau und wiederholbar ist. Schließlich bleibt jeder berechnete Pumpenbefehl im Bereich von 40 % bis 100 % (Bereich hoher Genauigkeit 354) unverändert, und der berechnete Pumpenbefehl wird an das Magnetventil 212 ausgegeben. Wie zu sehen ist, erhöht das Verfahren 400 den berechneten DE-Pumpenbefehl auf bestimmte Werte (NFS- und Grenzwertbefehl), wenn die berechneten Befehle niedrig sind und im Bereich geringer Genauigkeit liegen, der durch ungenaue und stark variable Pumpenbefehle gekennzeichnet ist. In einigen Fällen kann der Grenzwertbefehl auf höhere Werte eingestellt werden, wie beispielsweise 100 %.
  • Bei einem weiteren Beispiel kann das Verfahren 400 ausgeführt werden, wenn ein gemessener Kraftstoffverteilerrohrdruck geringer als ein gewünschter Kraftstoffverteilerrohrdruck ist. Unter einer derartigen Bedingung kann das Verfahren 400 ausgeführt werden, das das Betreiben der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe bei einem Nullfluss-Schmierungs-Befehl beinhaltet, wenn der berechnete Pumpenbefehl der DE-Pumpe zwischen 0 % und dem NFS-Befehl größer als 0 % liegt. Alternativ wird die DE-Pumpe beim Grenzwertbefehl betrieben, wenn der berechnete Pumpenbefehl zwischen dem Nullfluss-Schmierungs-Befehl und einem größeren Grenzwertbefehl liegt. Alternativ wird die DE-Pumpe-Kraftstoffpumpe beim berechneten Pumpenbefehl betrieben, wenn der berechnete Pumpenbefehl zwischen dem Grenzwertbefehl und 100 % liegt. Ist der gemessene Kraftstoffverteilerrohrdruck größer als der gewünschte Kraftstoffverteilerrohrdruck, kann die DE-Kraftstoffpumpe beim NFS-Befehl betrieben werden, wobei nur Schritt 405 des Verfahrens 400 verwendet wird.
  • 5 zeigt verschiedene Kurven von DE-Pumpenvariablen und wie sich diese basierend aufeinander über eine Zeitspanne verändern. Kurve 510 zeigt den Kraftstoffverteilerrohrdruck entlang der vertikalen Achse, wie er sich mit der Zeit ändert, die entlang der horizontalen Achse gezeigt ist. Wie zu sehen ist, kann der Kraftstoffverteilerrohrdruck abhängig von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise dem Motorbedarf und wie oft die Direkteinspritzdüsen 120 arbeiten, schwanken. Kurve 520 zeigt den berechneten DE-Pumpenbefehl entlang der vertikalen Achse, wie er sich mit der Zeit ändert, die ebenfalls entlang der horizontalen Achse gezeigt ist. Zuletzt zeigt Kurve 530 den beschnittenen DE-Pumpenbefehl entlang der vertikalen Achse, wie er sich mit der Zeit ändert, die ebenfalls entlang der horizontalen Achse gezeigt ist. Der berechnete und der beschnittene DE-Pumpenbefehl entsprechen den Begriffen, wie sie hinsichtlich des Verfahrens 400 von 4 beschrieben wurden. 5 ist eine grafische Darstellung des Verfahrens 400, das während des Betriebes der DE-Pumpe 140 mehrere Male wiederholt wird. Es sei angemerkt, dass sich die Formen der Kurven 510, 520, und 530 ihrem Wesen nach als beispielhaft zu verstehen sind und abhängig vom speziellen Kraftstoff- und Motorsystem anders sein können.
  • In 5 kann der Kraftstoffverteilerrohrdruck 505 der gewünschte Kraftstoffverteilerrohrdruck während der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t1 und t6 sein. Der gewünschte KVD kann von verschiedenen Betriebsbedingungen abhängen und sich während des Motorbetriebes ändern, beim vorliegenden Beispiel aber bleibt der gewünschte KVD vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t6 konstant. Darüber hinaus ist der Grenzwertbefehl 542 als horizontale Linie durch die Kurven 520 und 530 gezeigt. Der Nullfluss-Schmierungs-Befehl 544 ist ebenfalls als eine horizontale Linie durch die Kurven 520 und 530 dargestellt, als eine zweite Linie, wobei der Nullfluss-Schmierungs-Befehl 544 kleiner als der Grenzwertbefehl 542 ist. Zum Beispiel kann der Grenzwertbefehl 542 40 % sein, wohingegen der NFS-Befehl 17 % sein kann. Es sei angemerkt, dass es sich versteht, dass zwar im Weiteren zum Zweck des Verstehens numerische Werte angegeben sind, jedoch jegliche spezifischen Werte verwendet werden können und sich dennoch auf das Verfahren 400 und seine in 5 gezeigte grafische Darstellung beziehen. Darüber hinaus können die Befehle 542 und 544, welche die Übergänge zwischen der Zone geringer Genauigkeit, der NFS-Zone und der Zone hoher Genauigkeit für einen speziellen KVD definieren, mit sich veränderndem KVD schwanken, obwohl sie als horizontale Linien gezeigt sind.
  • Der Einfachheit halber wird jedoch angenommen, dass der Bereich schwankender Kraftstoffverteilerrohrdrücke, die in Kurve 510 angezeigt sind, etwa dem gleichen Grenzwertbefehl 542 und Nullfluss-Schmierungs-Befehl 544 entsprechen. In der Realität ändern sich die Befehle abhängig vom KVD ein wenig, wie in 3 zu sehen ist.
  • Die Kurven von 5 zeigen ein Beispiel dafür, wie sich der KVD, der berechnete und der beschnittene DE-Pumpenbefehl während einer Zeitspanne ändern. Anfänglich liegt der KVD 510 unter dem gewünschten KVD 505, wie zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 zu sehen ist. Die im Kraftstoff- und Motorsystem angeordneten Sensoren wie beispielsweise Sensor 162 können den Druck in dem Kraftstoffverteilerrohr 158 erkennen. Nach dem Erkennen eines Druckes, der geringer als gewünscht ist, kann der Controller 170 einen angehobenen berechneten DE-Pumpenbefehl ausgeben, was einem früheren Unter-Spannung-Setzen des Magnetventils 212 während des Förderhubs als beim vorherigen DE-Pumpenbefehl zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 entspricht. Da der zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 gezeigte angehobene Pumpenbefehl über dem Grenzwertbefehl 542 liegt, ist der beschnittene DE-Pumpenbefehl gleich dem berechneten DE-Pumpenbefehl. Es sei angemerkt, dass der berechnete DE-Pumpenbefehl bestimmt und dann beschnitten werden kann und der beschnittene Befehl an das Magnetventil 212 ausgegeben wird. Vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t2 steigt der KVD in Reaktion auf den angehobenen Pumpenbefehl, bis er zum Zeitpunkt t2 den gewünschten KVD 505 erreicht. Um den gewünschten KVD 505 zu halten, während von dem Kraftstoffverteilerrohr 158 Kraftstoffvolumen in die Zylinder 112 eingespritzt wird, wird der berechnete Pumpenbefehl auf einen Wert wie beispielsweise 30 % abgesenkt, der unter dem Grenzwertbefehl 542 (40 %) liegt. Somit wird der Befehl gemäß dem Verfahren 400 auf gleiche Höhe wie der Grenzwertbefehl von 40 % beschnitten, wie in 5 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 zu sehen ist.
  • Als Nächstes kann zum Zeitpunkt t3 der Kraftstoffverteilerrohrdruck erneut beginnen, über den gewünschten KVD 505 zu steigen. Der KVD kann aus einer Anzahl an Gründen steigen, einschließlich verringerten Motorbedarfs, so dass eine geringere Einspritzrate angefordert wird, wodurch der Aufbau eines höheren Drucks in dem Kraftstoffverteilerrohr 158 ermöglicht wird. Somit kann zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 der Kraftstoffverteilerrohrdruck steigen. Während dieser Zeit bleibt der ausgegebene (beschnittene) Pumpenbefehl auf dem gleichen Grenzwertbefehl. Zum Zeitpunkt t4 kann in Reaktion darauf, dass der Kraftstoffverteilerrohrdruck über den oberen Grenzwert oder eine ähnliche Sicherheitskontrolle ansteigt, der Controller 170 einen niedrigen DE-Pumpenbefehl berechnen, z. B. 5 %. Wie im Bereich geringer Genauigkeit 353 von 3 zu sehen ist, kann ein niedriger Pumpenbefehl von 5 % in der Realität zu nicht gepumptem Volumen führen. Nicht gepumptes Volumen ist in dieser Situation erwünscht, da das Pumpen von mehr Kraftstoff in das Kraftstoffverteilerrohr 158 den Kraftstoffverteilerrohrdruck unerwünscht erhöhen kann. Gemäß dem Verfahren 400 wird der berechnete Befehl von 5 % (oder eines anderen Wertes) auf den Nullfluss-Schmierungs-Befehl 544 (17 %) beschnitten. Während für die Kolbenbohrungs-Grenzfläche der DE-Pumpe eine Schmierung bereitgestellt wird, pumpt der Nullfluss-Schmierungs-Befehl auch keinen Kraftstoff in das Kraftstoffverteilerrohr 158, wodurch das Ziel eines Nullverdrängungsvolumens erreicht wird. Vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t5 kann der Kraftstoffverteilerrohrdruck in Reaktion auf das Nullverdrängungsvolumen und aufgrund kontinuierlicher Direkteinspritzung unter den gewünschten KVD 505 fallen. Nach dem Erkennen, dass der Kraftstoffverteilerrohrdruck unter einen unteren Grenzwert fällt, kann der Controller 170 einen erhöhten DE-Pumpenbefehl berechnen, z. B. 75 %. Da 75 % über dem Grenzwertbefehl 542 (40 %) liegt, ist der beschnittene Befehl ebenfalls 75 %. Vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t6 wird der erhöhte Pumpenbefehl bei 75 % gehalten, bis der Kraftstoffverteilerrohrdruck den gewünschten KVD 505 erreicht. Danach kann der Controller 170, um den gewünschten KVD zu halten, einen Befehl von 15 % berechnen, der dann auf den NFS-Befehl 544 (17 %) beschnitten wird. Somit kann eine Nullfluss-Schmierung stattfinden, obwohl kein Kraftstoff in das Kraftstoffverteilerrohr 158 gepumpt wird.
  • Zusammenfassend schließt das Steuerverfahren 400 (in 5 grafisch dargestellt) das Betreiben der DE-Pumpe 140 außerhalb kleinerer Pumpenbefehle ein, während der Pumpe dennoch gestattet wird, einen großen Bereich von Verdrängungen vom Grenzwertbefehl bis zu 100 % zu erreichen, was einem großen Bereich von zum Kraftstoffverteilerrohr 158 gepumpten Kraftstoffvolumina entspricht. Auf diese Weise werden die Bereiche ungenauer und variabler Pumpvolumina vermieden, wodurch es dem Controller 170 möglich wird, zusätzliche Diagnose und Funktionen auszuführen, die von genauen Pumpvolumina abhängen. Zum Beispiel kann bei genauen Pumpvolumina eine Dampferkennung am Einlass 299 der DE-Pumpe 140 auf effektivere Weise erfolgen. Das Dampferkennungsverfahren kann das Vermerken der Kraftstoffmenge, deren Eintritt in das Kraftstoffverteilerrohr angewiesen wurde, und das Vergleichen des Wertes mit dem tatsächlichen Anstieg des KVD beinhalten. Pumpungenauigkeit kann vorliegen, wenn kleine Kraftstoffmengen angewiesen werden, und außerdem, wenn kleine Druckanstiege gemessen werden. Deshalb können größere Pumpenbefehle eine robuste Kraftstoffdampferkennung ermöglichen, da sowohl die tatsächliche Menge des Kraftstoffs, der in das Kraftstoffverteilerrohr eintritt, als auch der Kraftstoffdruckanstieg mit größerer Genauigkeit gemessen werden. Bei diesem Beispiel kann sich die Genauigkeit auf Prozent des Wertes statt auf Prozent des vollen Skalenwertes beziehen. Bei einem anderen Beispiel hängt das genaue Erkennen des Kompressionsmoduls des Kraftstoffs von genauen Pumpenbefehlen ab. Während diese Funktionen aktiviert sind, ermöglicht das Steuerverfahren 400 außerdem eine effektive Kraftstoffverteilerrohrdruck-Steuerung, die von gleicher Qualität sein kann, wie bei anderen DE-Pumpen-Steuerverfahren.
  • Angemerkt sei, dass die im Vorliegenden enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in nichtflüchtigen Speichern gespeichert sein. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie beispielsweise ereignisgesteuerte, interruptgesteuerte, mehrprozessige, mehrsträngige und dergleichen. Somit können verschiedene dargestellte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Folge oder gleichzeitig ausgeführt oder in einigen Fällen auch ausgelassen werden. Desgleichen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht zwingend vorgeschrieben, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern sie ist zwecks Klarheit der Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können wiederholt ausgeführt werden, abhängig von der konkret verwendeten Strategie. Des Weiteren können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmieren ist.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese speziellen Ausführungsformen nicht in einem beschränkenden Sinn zu betrachten sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die oben beschriebene Technologie auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxermotoren und andere Motorenarten angewandt werden. Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder dessen Entsprechung beziehen. Derartige Ansprüche sind als eines oder mehrere dieser Elemente einschließend zu verstehen, wobei zwei oder mehr Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob im Geltungsbereich weiter oder enger gefasst, gleich oder abweichend, werden ebenfalls als in den Erfindungsgegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7950371 [0003, 0004]

Claims (20)

  1. Verfahren, Folgendes umfassend: Ausgeben eines Nullfluss-Schmierungs-Befehls an ein Magnetüberströmventil (212) der Kraftstoffpumpe, wenn ein berechneter Pumpenbefehl einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) zwischen 0 und dem Nullfluss-Schmierungs-Befehl liegt, Ausgeben eines Grenzwertbefehls, wenn der berechnete Pumpenbefehl zwischen dem Nullfluss-Schmierungs-Befehl und dem Grenzwertbefehl liegt, und Ausgeben des berechneten Pumpenbefehls, wenn der berechnete Pumpenbefehl größer als der Grenzwertbefehl ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Grenzwertbefehl und der Nullfluss-Schmierungs-Befehl Verdrängungsvolumina des Kraftstoffs entsprechen, die durch die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) während eines Förderhubes in ein Direkteinspritz-Kraftstoffverteilerrohr (158) gepumpt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Verdrängungsvolumina durch eine Aktivierungszeit des Magnetüberströmventils (212) gesteuert werden, das stromauf eines Kompressionskammereinlasses (203) der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) in Fluidverbindung eingekoppelt ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausgeben des Nullfluss-Schmierungs-Befehls das Halten eines angehobenen Drucks in einer Kompressionskammer (208) der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) ohne wesentliche Beeinflussung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks beinhaltet.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der angehobene Druck Kraftstoff an einer Kolbenbohrungs-Grenzfläche der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) vorbeipresst, um die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) zu schmieren und zu kühlen.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei während des Ausgebens des Nullfluss-Schmierungs-Befehls im Wesentlichen kein Kraftstoff von der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) in ein Direkteinspritz-Kraftstoffverteilerrohr (158) gepumpt wird, das an einen Auslass (204) der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) gekoppelt ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausgeben des berechneten Pumpenbefehls das Anweisen von Verdrängungsvolumina der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) basierend auf dem gewünschten Kraftstoffverteilerrohrdruck, dem gemessenen Kraftstoffverteilerrohrdruck und einer Kraftstoffeinspritz-Volumenrate beinhaltet.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner das Ausgeben des Nullfluss-Schmierungs-Befehls umfassend, wenn ein gemessener Kraftstoffverteilerrohrdruck größer als ein gewünschter Kraftstoffverteilerrohrdruck ist, wobei der gewünschte Kraftstoffverteilerrohrdruck auf Berechnungen eines Controllers (170) basiert, der Befehle an das Magnetüberströmventil (212) ausgibt.
  9. Verfahren, Folgendes umfassend: wenn ein gemessener Kraftstoffverteilerrohrdruck kleiner als ein gewünschter Kraftstoffverteilerrohrdruck ist: Betreiben der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) beim Nullfluss-Schmierungs-Befehl, wenn ein berechneter Pumpenbefehl einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) zwischen 0 % und einem Nullfluss-Schmierungs-Befehl größer 0 % liegt, Betreiben der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) beim Grenzwertbefehl, wenn der berechnete Pumpenbefehl zwischen dem Nullfluss-Schmierungs-Befehl und einem größeren Grenzwertbefehl liegt, und Betreiben der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) beim berechneten Pumpenbefehl, wenn der berechnete Pumpenbefehl zwischen dem Grenzwertbefehl und 100 % liegt, und Betreiben der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) beim Nullfluss-Schmierungs-Befehl, wenn der gemessene Kraftstoffverteilerrohrdruck größer als der gewünschte Kraftstoffverteilerrohrdruck ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der gewünschte Kraftstoffverteilerrohrdruck auf einem Motorbedarf und einer Kraftstoff-Einspritzdüsen-Leistung basiert, wie von einem Controller (170) bestimmt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der gemessene Kraftstoffverteilerrohrdruck von einem Drucksensor (162) gemessen wird, der in einem Direkteinspritz-Kraftstoffverteilerrohr positioniert ist, das in Fluidverbindung an einen Auslass (204) der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) gekoppelt ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Betreiben beim Nullfluss-Schmierungs-Befehl das Halten eines angehobenen Drucks in einer Kompressionskammer (208) der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) ohne wesentliche Beeinflussung des Kraftstoffverteilerrohrdrucks beinhaltet.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der angehobene Druck Kraftstoff an einer Kolbenbohrungs-Grenzfläche der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) vorbeipresst, um die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) zu schmieren und zu kühlen.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei während des Betreibens beim Nullfluss-Schmierungs-Befehl im Wesentlichen kein Kraftstoff von der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) in ein Direkteinspritz-Kraftstoffverteilerrohr gepumpt wird, das an einen Auslass (204) der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) gekoppelt ist.
  15. Kraftstoffsystem, Folgendes umfassend: eine Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140), die stromauf eines Direkteinspritz-Kraftstoffverteilerrohrs mit mehreren Einspritzdüsen (120) in Fluidverbindung eingekoppelt ist, wobei die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) ein Magnetüberströmventil (212) beinhaltet, das an einem Einlass (203) der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) positioniert ist, wobei das Magnetüberströmventil (212) zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Position aktiviert beziehungsweise deaktiviert wird, eine Saugpumpe (130), die stromauf der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) in Fluidverbindung eingekoppelt ist, wobei die Saugpumpe (130) einem Einlass (203) der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) Kraftstoff zuführt, und einen Controller (170) mit computerlesbaren Befehlen, die für Folgendes in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind: Beschneiden eines berechneten Pumpenbefehls auf einen ersten Grenzwertbefehl, wenn der berechnete Pumpenbefehl in einem ersten Bereich liegt, und Beschneiden des berechneten Pumpenbefehls auf einen zweiten Grenzwertbefehl, wenn der berechnete Pumpenbefehl in einem zweiten Bereich liegt.
  16. System nach Anspruch 15, wobei der erste Bereich (351) von 0 bis zum ersten Grenzwertbefehl reicht und der zweite Bereich (353) vom ersten Grenzwertbefehl bis zum zweiten Grenzwertbefehl reicht.
  17. System nach Anspruch 15, wobei der erste Grenzwertbefehl ein Nullfluss-Schmierungs-Befehl ist und der zweite Grenzwertbefehl auf einer Bereichsgrenze (352) zwischen Pumpenbefehlen geringerer Genauigkeit und Pumpenbefehlen größerer Genauigkeit basiert.
  18. System nach Anspruch 15, wobei das Beschneiden des berechneten Pumpenbefehls, wenn sich der berechnete Pumpenbefehl im ersten oder zweiten Bereich (351, 353) befindet, Verdrängungsvolumina der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) außerhalb des ersten und des zweiten Bereichs betätigt.
  19. System nach Anspruch 15, wobei die geschlossene Position des Magnetüberströmventils (212) beinhaltet, dass das Strömen von Kraftstoff stromauf aus einer Kompressionskammer (208) der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) hin zur Saugpumpe (130) wesentlich gehemmt wird.
  20. System nach Anspruch 15, wobei die geöffnete Position des Magnetüberströmventils (212) beinhaltet, dass das Strömen von Kraftstoff stromauf und stromabwärts durch das Magnetüberströmventil (212) ermöglicht wird, und wobei komprimierter Kraftstoff in der Kompressionskammer (208) stromauf durch das Magnetüberströmventil (212) strömt.
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