DE102015111949A1

DE102015111949A1 - Stromimpuls-Steuerverfahren für Kraftstoffsaugpumpen

Info

Publication number: DE102015111949A1
Application number: DE102015111949.8A
Authority: DE
Inventors: Joseph Norman Ulrey; Ross Dykstra Pursifull
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2016-01-28
Also published as: RU2015129463A3; US20160025030A1; CN105317605A; US9587579B2; CN105317605B; RU2015129463A; RU2697583C2

Abstract

Es werden Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffsaugpumpe bereitgestellt, die konfiguriert ist, einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe unter Druck gesetzten Kraftstoff bereitzustellen, die den Kraftstoff, der an mehrere Direkteinspritzdüsen zu schicken ist, weiter unter Druck setzt. Es sind Steuerstrategien erforderlich, die einen zuverlässigen und robusten Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe durch das selektive Bereitstellen von Strom für die Pumpe bereitstellen, während sie den Energieverbrauch optimieren. Um einen Sollbereich des Betriebs der Kraftstoffsaugpumpe aufrechtzuerhalten, werden Verfahren vorgeschlagen, die das Senden von Stromimpulsen an die Kraftstoffsaugpumpe und das Wechseln zu einem kontinuierlichen Strom, wenn an einem Einlass der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe Kraftstoffdampf detektiert wird, umfassen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf Steuerschemata für eine Kraftstoffsaugpumpe einer Brennkraftmaschine, die das intermittierende Bereitstellen von Stromimpulsen für die Kraftstoffsaugpumpe basierend auf einer Anzahl vorgegebener Parameter umfassen.
Zusammenfassung/Hintergrund
Einige Fahrzeug-Kraftmaschinensysteme, die die Direkteinspritzung des Kraftstoffs in die Zylinder verwenden, enthalten ein Kraftstoffzufuhrsystem, das mehrere Kraftstoffpumpen zum Bereitstellen eines geeigneten Kraftstoffdrucks für die Kraftstoffeinspritzdüsen aufweist. Dieser Typ des Kraftstoffsystems, die Benzindirekteinspritzung (GDI), wird verwendet, um den Leistungswirkungsgrad zu erhöhen und den Bereich, über den der Kraftstoff dem Zylinder zugeführt werden kann, zu vergrößern. Die GDI-Kraftstoffeinspritzdüsen können einen Kraftstoff unter hohem Druck für die Einspritzung erfordern, um eine verbesserte Zerstäubung für eine effizientere Verbrennung zu erzeugen. Als ein Beispiel kann ein GDI-System eine elektrisch angetriebene Pumpe mit niedrigerem Druck (d. h., eine Kraftstoffsaugpumpe) und eine mechanisch angetriebene Pumpe mit höherem Druck (d. h., eine Direkteinspritzpumpe) verwenden, die jeweils zwischen dem Kraftstofftank und den Kraftstoffeinspritzdüsen entlang einem Kraftstoffkanal in Reihe angeordnet sind. In vielen GDI-Anwendungen setzt die Kraftstoffsaugpumpe den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank in einem Kraftstoffkanal, der die Kraftstoffsaugpumpe und die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe verbindet, anfangs unter Druck, wobei die Kraftstoff-Hochdruckpumpe oder die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe verwendet werden kann, um den Druck des Kraftstoffs, der den Kraftstoffeinspritzdüsen zugeführt wird, weiter zu erhöhen. Es gibt verschiedene Steuerstrategien zum Betreiben der Pumpen mit dem höheren und dem niedrigeren Druck, um einen effizienten Betrieb des Kraftstoffsystems und der Kraftmaschine sicherzustellen.
In einer durch Ulrey und Pursifull in US 7640916 gezeigten Herangehensweise zum Steuern der Kraftstoffsaugpumpe, kann eine Spannung (und ein Strom), die der Kraftstoffsaugpumpe bereitgestellt werden, basierend auf einer Anzahl von Parametern kontinuierlich oder pulsierend sein. Die Parameter enthalten ein Kraftstoffvolumen in einem Druckspeicher, der sich zwischen der Kraftstoffsaugpumpe und der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe befindet, die Drehzahl und die Last der Kraftmaschine und eine der Kraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge. In einem beispielhaften Steuerschema wird die Kraftstoffsaugpumpe erregt, wenn der Wirkungsgrad der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe unter einen Schwellenwert des Wirkungsgrads (oder der Effektivität) fällt. In diesem Beispiel kann die Energieeingabe in die Saugpumpe enden, wenn der Saugpumpendruck ansteigt und den Druckspeicher, der sich stromabwärts der Saugpumpe befindet, unter Druck setzt. In einer weiteren Ausführungsform wird der Wirkungsgrad der Saugpumpe verwendet, um zu bestimmen, wann die Aktivierung der Saugpumpe stattfindet. Wenn der Wirkungsgrad der Saugpumpe abnimmt, dann kann sich am Pumpeneinlass Kraftstoffdampf bilden, so dass der Saugpumpendruck erhöht werden muss, um den Wirkungsgrad der Einspritzdüsenpumpe zu erhöhen.
Die Erfinder haben hier jedoch potentielle Probleme bei der Herangehensweise nach US 7640916 identifiziert. Zuerst ist das Erregen der Saugpumpe mit einem Spannungsimpuls (und einem Stromimpuls), bis ein Schwellendruck erreicht ist oder bis der Saugpumpendruck ansteigt, möglicherweise nicht das energieeffizienteste Steuerschema, auf das das Pulsieren der Pumpe gestützt werden kann. Wie später ausführlicher erklärt wird, kann das Erregen der Kraftstoffsaugpumpe während eines vorgegebenen Zeitraums vorteilhafter für einen energieeffizienten Pumpenbetrieb sein. Außerdem hängt das Saugpumpen-Steuerschema von Sensoren, wie z. B. einem Drucksensor, ab, um zu bestimmen, wann das Anlegen einer Spannung an die Saugpumpe zu beenden ist (was zu einem Spannungsimpuls mit variabler Dauer führt). Es kann eine kontinuierliche und relativ genaue Rückkopplung als solche erforderlich sein, um einen zuverlässigen Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe sicherzustellen. Die Steuerschemata, die keine Rückkopplung benötigen (d. h., eine Steuerung), können für einen robusteren Pumpenbetrieb für bestimmte Kraftstoffsysteme vorteilhafter sein.
Folglich können in einem Beispiel die obigen Probleme wenigstens teilweise durch ein Verfahren behandelt werden, das Folgendes umfasst: Betreiben einer Kraftstoffsaugpumpe in einem Impuls-Energiemodus während eines diskreten Zeitraums nur bei der Detektion eines Kraftstoff-Schwellenvolumens, das durch eine Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe, die stromabwärts der Kraftstoffsaugpumpe positioniert ist, ausgestoßen wird; und Wechseln des Betriebs der Kraftstoffsaugpumpe in einen kontinuierlichen Energiemodus, wenn an einem Einlass der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe Kraftstoffdampf detektiert wird. In dieser Weise kann durch das Betreiben in dem Impuls-Energiemodus im Vergleich zum völligen Betreiben im kontinuierlichen Energiemodus Energie eingespart werden. Außerdem kann durch das Wechseln zwischen den beiden Energiemodi ein robuster Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe bereitgestellt werden, wobei der kontinuierliche Modus aktiviert wird, wenn Dampf detektiert wird, um dadurch zu ermöglichen, dass die Pumpe arbeitet und das Vorhandensein des Kraftstoffdampfs abschwächt.
In einigen Ausführungsformen kann der Algorithmus zum Steuern der Kraftstoffsaugpumpe alternativ durch das Detektieren eines Schwellenvolumens des eingespritzten Kraftstoffs anstelle eines durch die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe gepumpten Kraftstoff-Schwellenvolumens implementiert sein. Um die Kraftstoffsaugpumpe kontinuierlich zu betreiben, bis nicht länger Dampf detektiert wird, kann dies außerdem alternativ durch das Anwenden einer vorgegebenen Impulsdauer bei der Detektion des Dampfs und das kontinuierliche Wiederholen des Impulses, solange wie Dampf detektiert wird, implementiert sein. Dieses Verfahren als solches kann das Betreiben der Kraftstoffsaugpumpe überwiegend über ein Steuerketten-Pulsierungsschema enthalten, wobei dadurch ein Steuerschema mit minimaler Saugpumpenenergie ermöglicht wird, das mit einem Algorithmus gesichert sein kann, der die Saugpumpenenergie anwendet, falls eine Verdampfung am DI-Pumpeneinlass detektiert wird.
Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um eine Auswahl der Konzepte in vereinfachter Form einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind. Sie ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die auf die ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen eingeschränkt, die alle oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische graphische Darstellung eines beispielhaften Kraftstoffsystems, das an eine Kraftmaschine gekoppelt ist.
2 zeigt eine Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe und die zugeordneten Komponenten, die in dem Kraftstoffsystem nach 1 enthalten sind.
3 zeigt einen graphischen Vergleich zwischen den verschiedenen Betriebsmodi einer Kraftstoffsaugpumpe.
4 zeigt, wie sich der Wirkungsgrad der Kraftstoffsaugpumpe ändert, wenn die Durchflussmenge durch die Pumpe für verschiedene Drücke zunimmt.
5 zeigt einen beispielhaften Impuls-Energiemodus für eine Kraftstoffsaugpumpe.
6 zeigt einen weiteren beispielhaften Impuls-Energiemodus für eine Kraftstoffsaugpumpe.
7 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Betreiben der Kraftstoffsaugpumpe gemäß einem Impuls-Energiemodus.
8 zeigt mehrere graphische Darstellungen, die den Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe während verschiedener Situationen darstellen.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende ausführliche Beschreibung stellt Informationen hinsichtlich einer Kraftstoffsaugpumpe, ihrer zugeordneten Kraftstoff- und Kraftmaschinensysteme und mehrerer Steuerstrategien zum Erregen der Kraftstoffsaugpumpe, um den Kraftstoff durch das Kraftstoffsystem unter Druck zu setzen, bereit. In 1 ist eine vereinfachte schematische graphische Darstellung eines beispielhaften Kraftstoff-Direkteinspritzsystems und einer Kraftmaschine gezeigt, während 2 eine ausführliche Ansicht einer Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe nach 1 und ihrer zugeordneten Komponenten zeigt. 3 zeigt einen graphischen Vergleich zwischen zwei verschiedenen Steuerschemata zum Zuführen von Strom zu der Kraftstoffsaugpumpe. 4 zeigt, wie sich der Wirkungsgrad der Kraftstoffsaugpumpe ändert, wenn sich auch die Kraftstoffdurchflussmenge durch die Pumpe ändert. 5 veranschaulicht ein Verfahren zum Betreiben der Kraftstoffsaugpumpe gemäß einem Impuls-Energiemodus graphisch, während 6 eine weitere Ausführungsform des Impuls-Energiemodus zeigt. 7 zeigt einen Ablaufplan, der ein Verfahren zum Betreiben der Kraftstoffsaugpumpe gemäß einem Impuls-Energiemodus veranschaulicht. Schließlich zeigt 8 mehrere graphische Darstellungen eines beispielhaften Betriebs der Kraftstoffsaugpumpe.
Hinsichtlich der Terminologie, die überall in dieser ausführlichen Beschreibung verwendet wird, kann eine Kraftstoffpumpe mit höherem Druck oder eine Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe, die an einem Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler befestigten Einspritzdüsen unter Druck gesetzten Kraftstoff liefert, als eine DI- oder HP-Pumpe abgekürzt werden. Ähnlich kann eine Pumpe mit niedrigerem Druck (die den Kraftstoff auf Drücke komprimiert, die im Allgemeinen niedriger als der der DI-Pumpe sind) oder eine Kraftstoffsaugpumpe, die für die DI-Pumpe unter Druck gesetzten Kraftstoff von einem Kraftstofftank bereitstellt, als eine LP-Pumpe abgekürzt werden. Ein Solenoid-Überströmventil, das elektronisch erregt werden kann, um einen Rückschlagventilbetrieb zu ermöglichen, und das aberregt werden kann, um es zu öffnen (oder umgekehrt), kann unter anderen Namen auch als ein Kraftstoffvolumenregler, ein magnetisches Solenoidventil und ein digitales Einlassventil bezeichnet werden.
1 zeigt ein Direkteinspritz-Kraftstoffsystem 150, das an eine Brennkraftmaschine 110 gekoppelt ist, die als ein Teil eines Antriebssystems für ein Fahrzeug konfiguriert sein kann. Die Brennkraftmaschine 110 kann mehrere Verbrennungskammern oder Zylinder 112 umfassen. Der Kraftstoff kann den Zylindern 112 über Direkteinspritzdüsen 120 im Zylinder direkt bereitgestellt werden. Wie durch die Pfeile in 1 schematisch angegeben ist, kann die Kraftmaschine 110 außerdem Einlassluft empfangen und die Produkte des verbrannten Kraftstoffs entleeren. Der Einfachheit halber sind in 1 das Einlass- und das Auslasssystem nicht gezeigt. Die Kraftmaschine 110 kann einen geeigneten Typ der Kraftmaschine einschließlich einer Benzin- oder Dieselkraftmaschine einschließen. In anderen Ausführungsformen kann der verbrannte Kraftstoff andere einzelne Kraftstoffe oder eine Kombination verschiedener Kraftstoffe einschließen.
Der Kraftstoff kann der Kraftmaschine 110 über die Einspritzdüsen 120 über das Kraftstoff-Direkteinspritzsystem, das im Allgemeinen bei 150 angegeben ist, bereitgestellt werden. In diesem speziellen Beispiel enthält das Kraftstoffsystem 150 einen Kraftstofflagertank 152 zum Lagern des Kraftstoffs an Bord des Fahrzeugs, eine Kraftstoff-Niederdruckpumpe 130 (z. B. eine Kraftstoffsaugpumpe), eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe oder Direkteinspritzpumpe (DI-Pumpe) 140, einen Kraftstoffverteiler 158 und verschiedene Kraftstoffkanäle 154 und 156. In dem in 1 gezeigten Beispiel führt der Kraftstoffkanal 154 Kraftstoff von der Niederdruckpumpe 130 zu der DI-Pumpe 140, während der Kraftstoffkanal 156 Kraftstoff von der DI-Pumpe 140 zu dem Kraftstoffverteiler 158 führt. Aufgrund der Orte der Kraftstoffkanäle kann der Kanal 154 als ein Niederdruck-Kraftstoffkanal bezeichnet werden, während der Kanal 156 als ein Hochdruck-Kraftstoffkanal bezeichnet werden kann. Der Kraftstoff im Kanal 156 als solcher kann einen höheren Druck als der Kraftstoff im Kanal 154 aufweisen. In einigen Beispielen kann das Kraftstoffsystem 150 mehr als einen Kraftstofflagertank und zusätzliche Kanäle, Ventile oder andere Vorrichtungen zum Bereitstellen einer zusätzlichen Funktionalität für das Kraftstoff-Direkteinspritzsystem 150 enthalten.
In dem vorliegenden Beispiel nach 1 kann der Kraftstoffverteiler 158 den Kraftstoff an jede von mehreren Kraftstoff-Direkteinspritzdüsen 120 verteilen. Jede der mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen 120 kann in einem entsprechenden Zylinder 112 der Kraftmaschine 110 positioniert sein, so dass während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzdüsen 120 der Kraftstoff direkt in jeden entsprechenden Zylinder 112 eingespritzt wird. Alternativ (oder zusätzlich) kann die Kraftmaschine 110 Kraftstoffeinspritzdüsen enthalten, die in der oder in der Nähe der Einlassöffnung jedes Zylinders positioniert sind, so dass während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzdüsen der Kraftstoff mit der Ladungsluft in eine oder mehrere Einlassöffnungen jedes Zylinders eingespritzt wird. Diese Konfiguration der Einspritzdüsen kann Teil eines Kraftstoff-Kanaleinspritzsystems sein, das in dem Kraftstoffsystem 150 enthalten sein kann. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält die Kraftmaschine 110 vier Zylinder, die nur über Direkteinspritzung mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Es wird jedoch erkannt, dass die Kraftmaschine eine andere Anzahl von Zylindern zusammen mit einer Kombination aus sowohl der Kraftstoff-Kanaleinspritzung als auch der Kraftstoff-Direkteinspritzung enthalten kann.
Die Kraftstoff-Niederdruckpumpe 130 kann durch eine Steuerung 170 betrieben werden, um der DI-Pumpe 140 über den Kraftstoff-Niederdruckkanal 154 Kraftstoff bereitzustellen. Die Kraftstoff-Niederdruckpumpe 130 kann als das konfiguriert sein, was als eine Kraftstoffsaugpumpe bezeichnet werden kann. Als ein Beispiel kann die Kraftstoff-Niederdruckpumpe 130 einen Pumpenelektromotor enthalten, wodurch die Druckzunahme über der Pumpe und/oder die volumetrische Durchflussmenge durch die Pumpe durch das Variieren der dem Pumpenmotor bereitgestellten elektrischen Leistung, wobei dadurch die Motordrehzahl vergrößert oder verkleinert wird, gesteuert werden kann. Wenn die Steuerung 170 z. B. die elektrische Leistung verringert, die der LP-Pumpe 130 bereitgestellt wird, können die volumetrische Durchflussmenge und/oder die Druckzunahme über der Pumpe verringert werden. Alternativ können die volumetrische Durchflussmenge und/oder die Druckzunahme über der Pumpe durch das Erhöhen der elektrischen Leistung, die der Pumpe 130 bereitgestellt wird, vergrößert werden. Als ein Beispiel kann die dem Motor der Niederdruckpumpe zugeführte elektrische Leistung von einem (nicht gezeigten) Drehstromgenerator oder einer anderen Energiespeichervorrichtung an Bord des Fahrzeugs erhalten werden, wodurch das durch die Steuerung 170 bereitgestellte Steuersystem die elektrische Last steuern kann, die verwendet wird, um die Niederdruckpumpe mit Energie zu versorgen.
Folglich können durch das Variieren der Spannung und/oder des Stroms, die der Kraftstoff-Niederdruckpumpe 130 bereitgestellt werden, wie bei 182 angegeben ist, die Durchflussmenge und der Druck des Kraftstoffs, die der DI-Pumpe 140 und schließlich dem Kraftstoffverteiler 158 bereitgestellt werden, durch die Steuerung 170 eingestellt werden. Der Betrieb der Kraftstoff-Niederdruckpumpe 130 wird im Folgenden bezüglich der 3–8 ausführlicher erörtert.
Die Kraftstoff-Niederdruckpumpe 130 kann fluidtechnisch an ein Rückschlagventil 104 gekoppelt sein, das die Kraftstoffzufuhr fördern und den Kraftstoffleitungsdruck aufrechterhalten kann. Der Filter 106 kann über den Niederdruckkanal 154 fluidtechnisch an das Auslassrückschlagventil 104 gekoppelt sein. Der Filter 106 kann kleine Verunreinigungen entfernen, die im Kraftstoff enthalten sein können und die die Komponenten für die Handhabung des Kraftstoffs potentiell schädigen könnten. Mit dem Rückschlagventil 104 stromaufwärts des Filters 106 kann die Nachgiebigkeit des Niederdruckkanals 154 erhöht sein, weil der Filter physikalisch ein großes Volumen aufweisen kann. Außerdem enthält ein Überdruckventil 155 einen Kugel- und Federmechanismus, der sich bei einer spezifizierten Druckdifferenz einpasst und abdichtet, um für eine Druckentlastung des Kraftstoffs zu sorgen, um den Kraftstoffdruck bei 154 zu begrenzen. Ein Öffnungs-Rückschlagventil 157 kann mit einer Öffnung 159 in Reihe angeordnet sein, um es zu ermöglichen, dass Luft und/oder Kraftstoffdampf aus der Saugpumpe 130 abgelassen wird. Wie in 1 zu sehen ist, ist das Rückschlagventil 104 so orientiert, dass eine Kraftstoff-Rückströmung von der DI-Pumpe 140 zu der Niederdruckpumpe 130 im Wesentlichen verringert (d. h., eliminiert) ist. In einigen Ausführungsformen kann das Kraftstoffsystem 150 eine Folge von Rückschlagventilen enthalten, die fluidtechnisch an die Kraftstoff-Niederdruckpumpe 130 gekoppelt sind, um ferner zu verhindern, dass der Kraftstoff stromaufwärts der Ventile zurück ausfließt. In diesem Kontext bezieht sich eine Stromaufwärtsströmung auf eine Kraftstoffströmung, die sich vom Kraftstoffverteiler 158 zur Niederdruckpumpe 130 bewegt, während sich eine Stromabwärtsströmung auf die nominelle Richtung der Kraftstoffströmung von der Niederdruckpumpe zum Kraftstoffverteiler bezieht.
Als Nächstes kann der Kraftstoff vom Rückschlagventil 104 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe (z. B. der DI-Pumpe) 140 zugeführt werden. Die DI-Pumpe 140 kann den Druck des von dem Rückschlagventil 104 empfangenen Kraftstoffs von einem ersten Druckpegel, der durch die Kraftstoff-Niederdruckpumpe 130 erzeugt wird, auf einen zweiten Druckpegel, der höher als der erste Pegel ist, erhöhen. Die DI-Pumpe 140 kann den Kraftstoff über die Hochdruck-Kraftstoffleitung 156 unter hohem Druck dem Kraftstoffverteiler 158 zuführen. Der Betrieb der DI-Pumpe 140 kann basierend auf den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs eingestellt werden, um einen effizienteren Betrieb des Kraftstoffsystems und der Kraftmaschine bereitzustellen. Die Komponenten der Hochdruck-DI-Pumpe 140 werden im Folgenden bezüglich der 2 ausführlicher erörtert.
Die DI-Pumpe 140 kann durch die Steuerung 170 gesteuert sein, um den Kraftstoff dem Kraftstoffverteiler 158 über den Hochdruck-Kraftstoffkanal 156 bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die DI-Pumpe 140 ein Strömungssteuerventil, ein solenoid-betätigtes "Überströmventil" (SV) oder einen Kraftstoffvolumenregler (FVR) verwenden, um es dem Steuersystem zu ermöglichen, das wirksame Pumpenvolumen jedes Pumpenhubs zu variieren. Das Rückschlagventil, das in 2 ausführlicher beschrieben ist, kann von der DI-Pumpe 140 getrennt oder ein Teil der DI-Pumpe 140 (z. B. einteilig mit der DI-Pumpe 140 ausgebildet) sein. Die DI-Pumpe 140 kann im Gegensatz zu der motorangetriebenen Kraftstoff-Niederdruckpumpe oder Kraftstoffsaugpumpe 130 mechanisch durch die Kraftmaschine 110 angetrieben sein. Ein Pumpenkolben der DI-Pumpe 140 kann eine mechanische Eingabe von der Kurbelwelle oder Nockenwelle der Kraftmaschine über einen Nocken 146 empfangen. In dieser Weise kann die DI-Pumpe 140 gemäß dem Prinzip eine nockenangetriebenen Einzylinderpumpe betrieben werden. Außerdem kann die Winkelposition des Nockens 146 durch einen Sensor, der sich in der Nähe des Nockens 146 befindet und der über eine Verbindung 185 mit der Steuerung 170 kommuniziert, geschätzt (d. h., bestimmt werden). Insbesondere kann der Sensor einen Winkel des Nockens 146 messen, der in Grad gemessen wird, die gemäß der Kreisbewegung des Nockens 146 von 0 bis 360 reichen. Während der Nocken 146 in 1 außerhalb der DI-Pumpe 140 gezeigt ist, wird erkannt, dass der Nocken 146 in dem System der DI-Pumpe 140 enthalten sein kann.
Wie in 1 dargestellt ist, ist ein Kraftstoffsensor 148 stromabwärts der Kraftstoffsaugpumpe 130 angeordnet. Der Kraftstoffsensor 148 kann die Kraftstoffzusammensetzung messen und kann basierend auf der Kraftstoffkapazität oder der Molzahl eines dielektrischen Fluids innerhalb seines Messvolumens arbeiten. Eine Menge des Äthanols (z. B. des flüssigen Äthanols) in dem Kraftstoff kann (wenn z. B. eine Kraftstoff-Alkohol-Mischung verwendet wird) z. B. basierend auf der Kapazität des Kraftstoffs bestimmt werden. Der Kraftstoffsensor 148 kann über eine Verbindung 149 mit der Steuerung 170 verbunden sein und kann verwendet werden, um ein Niveau der Verdampfung des Kraftstoffs zu bestimmen, da Kraftstoffdampf eine kleinere Molzahl innerhalb des Messvolumens als flüssiger Kraftstoff aufweist. Die Kraftstoffverdampfung als solche kann durch einen Abfall der Kraftstoffkapazität angezeigt werden. In einigen Betriebsschemata kann der Kraftstoffsensor 148 verwendet werden, um das Niveau der Kraftstoffverdampfung des Kraftstoffs zu bestimmen, so dass die Steuerung 170 den Saugpumpendruck einstellen kann, um die Kraftstoffverdampfung innerhalb der Kraftstoffsaugpumpe 130 zu verringern. Ein Kraftstoffdrucksensor kann sich in dem Niederdruckkanal 154 zwischen der Saugpumpe 130 und der DI-Pumpe 140 befinden, obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist. An diesem Ort kann der Sensor als der Saugpumpen-Drucksensor oder der Niederdrucksensor bezeichnet werden.
Ferner kann in einigen Beispielen die DI-Pumpe 140 als der Kraftstoffsensor 148 betrieben werden, um das Niveau der Kraftstoffverdampfung zu bestimmen. Eine Kolben-Zylinder-Anordnung der DI-Pumpe 140 bildet z. B. einen fluidgefüllten Kondensator. Die Kolben-Zylinder-Anordnung als solche ermöglicht, dass die DI-Pumpe 140 das kapazitive Element in dem Kraftstoffzusammensetzungssensor ist. In einigen Beispielen kann die Kolben-Zylinder-Anordnung der DI-Pumpe 140 der heißeste Punkt in dem System sein, so dass sich dort der Kraftstoffdampf zuerst bildet. In einem derartigen Beispiel kann die DI-Pumpe 140 als der Sensor zum Detektieren der Kraftstoffverdampfung verwendet werden, da die Kraftstoffverdampfung in der Kolben-Zylinder-Anordnung auftreten kann, bevor sie irgendwo sonst in dem System auftritt. Es können andere Kraftstoffsensorkonfigurationen möglich sein, während sie zum Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung gehören.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Kraftstoffverteiler 158 einen Kraftstoffverteiler-Drucksensor 162 zum Bereitstellen einer Angabe des Kraftstoffverteilerdrucks für die Steuerung 170. Ein Kraftmaschinen-Drehzahlsensor 164 kann verwendet werden, um der Steuerung 170 eine Angabe der Kraftmaschinendrehzahl bereitzustellen. Die Angabe der Kraftmaschinendrehzahl kann verwendet werden, um die Drehzahl der DI-Pumpe 140 zu identifizieren, weil die Pumpe 140 mechanisch durch die Kraftmaschine 110, z. B. über die Kurbelwelle oder die Nockenwelle, angetrieben ist. Ein Abgassensor 166 kann verwendet werden, um der Steuerung 170 eine Angabe der Abgaszusammensetzung bereitzustellen. Als ein Beispiel kann der Abgassensor 166 einen universellen Abgassensor (UEGO) enthalten. Der Abgassensor 166 kann durch die Steuerung 170 als eine Rückkopplung verwendet werden, um die Kraftstoffmenge einzustellen, die der Kraftmaschine 110 über die Einspritzdüsen 120 zugeführt wird. In dieser Weise kann die Steuerung 170 das der Kraftmaschine zugeführte Luft-/Kraftstoffverhältnis auf einen vorgeschriebenen Sollwert steuern.
Außerdem kann die Steuerung 170 andere Kraftmaschinen-/Abgasparametersignale von anderen Kraftmaschinensensoren, wie z. B. die Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur, die Kraftmaschinendrehzahl, die Drosselklappenposition, den Krümmerabsolutdruck, die Abgasreinigungsvorrichtungstemperatur usw., empfangen. Noch weiter kann die Steuerung 170 basierend auf den unter anderen von dem Kraftstoffsensor 148, dem Drucksensor 162 und dem Kraftmaschinen-Drehzahlsensor 164 empfangenen Signalen eine Regelung bereitstellen. Die Steuerung 170 kann z. B. Signale, um einen Strompegel, eine Stromanstiegsrate, eine Impulsbreite eines Solenoidventils (SV) der DI-Pumpe 140 und dergleichen einzustellen, über eine Verbindung 184 senden, um den Betrieb der DI-Pumpe 140 einzustellen. Außerdem kann die Steuerung 170 Signale senden, um einen Kraftstoffdruck-Sollwert eines Kraftstoffdruckreglers und/oder eine Kraftstoffeinspritzmenge und/oder eine Kraftstoffspritz-Zeitsteuerung basierend auf den Signalen von dem Kraftstoffsensor 148, dem Drucksensor 162, dem Kraftmaschinen-Drehzahlsensor 164 und dergleichen einzustellen. Andere Sensoren, die in 1 nicht gezeigt sind, können um die Kraftmaschine 110 und das Kraftstoffsystem 150 positioniert sein.
Die Steuerung 170 kann jede der Einspritzdüsen 120 einzeln über einen Kraftstoffeinspritztreiber 122 betätigen. Die Steuerung 170, der Treiber 122 und andere geeignete Steuerungen des Kraftmaschinensystems können ein Steuersystem umfassen. Während der Treiber 122 außerhalb der Steuerung 170 gezeigt ist, kann die Steuerung 170 in anderen Beispielen den Treiber 122 enthalten oder kann die Steuerung in anderen Beispielen konfiguriert sein, die Funktionalität des Treibers 122 bereitzustellen. Die Steuerung 170 enthält in diesem speziellen Beispiel eine elektronische Steuereinheit, die eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung 172 und/oder eine Zentraleinheit (CPU) 174 und/oder einen Festwertspeicher (ROM) 176 und/oder einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) 177 und/oder einen Haltespeicher (KAM) 178 umfasst. Der ROM 176 des Speichermediums kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die nichtflüchtige Anweisungen repräsentieren, die durch den Prozessor 174 zum Ausführen sowohl der im Folgenden beschriebenen Verfahren als auch anderer Varianten, die vorausgesehen werden, aber nicht spezifisch aufgelistet sind, ausführbar sind. Die Steuerung 170 kann z. B. gespeicherte Anweisungen zum Ausführen verschiedener Steuerschemata der DI-Pumpe 140 und der LP-Pumpe 130 basierend auf mehreren gemessenen Betriebsbedingungen von den obenerwähnten Sensoren enthalten.
Wie in 1 gezeigt ist, ist das Kraftstoff-Direkteinspritzsystem 150 ein rückführungsloses Kraftstoffsystem, wobei es ein mechanisches rückführungsloses Kraftstoffsystem (MRFS) oder ein elektronisches rückführungsloses Kraftstoffsystem (ERFS) sein kann. In dem Fall eines MRFS kann der Kraftstoffverteilerdruck über einen Druckregler (ein Überdruckventil 155), der an dem Kraftstofftank 152 positioniert ist, gesteuert sein. In einem ERFS kann ein Drucksensor 162 am Kraftstoffverteiler 158 angebracht sein, um den Kraftstoffverteilerdruck zu messen; wobei jedoch das hier beschriebene Steuerkettenschema den Drucksensor 162 lediglich zu Diagnosezwecken nutzt, wobei folglich die Einbeziehung des Drucksensors wahlfrei ist. Das Signal von dem Drucksensor 162 kann zu der Steuerung 170 rückgekoppelt werden, die den Treiber 122 steuert, wobei der Treiber 122 die Spannung für die DI-Pumpe 140 zum Zuführen des richtigen Drucks und der richtigen Kraftstoffdurchflussmenge zu den Einspritzdüsen moduliert.
In anderen Beispielen kann das Kraftstoff-Direkteinspritzsystem 150 eine Rückleitung enthalten, obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, wodurch überschüssiger Kraftstoff von der Kraftmaschine über einen Kraftstoffdruckregler über eine Rückleitung zum Kraftstofftank zurückgeführt wird. Der Kraftstoffdruckregler kann mit der Rückleitung in Reihe gekoppelt sein, um den dem Kraftstoffverteiler 158 zugeführten Kraftstoff auf einen Sollwert-Druck zu regeln. Um den Kraftstoffdruck auf den Sollwert zu regeln, kann der Kraftstoffdruckregler den überschüssigen Kraftstoff über die Rückleitung zum Kraftstofftank 152 zurückführen, wenn der Kraftstoffverteilerdruck den Sollwert erreicht. Es wird erkannt, dass der Betrieb des Kraftstoffdruckreglers eingestellt werden kann, um den Sollwert des Kraftstoffdrucks zu ändern, um den Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen.
2 zeigt die DI-Pumpe 140 nach 1 ausführlicher. Die DI-Pumpe 140 nimmt während eines Saughubs Kraftstoff vom Niederdruckkanal 154 auf und führt den Kraftstoff während eines Förderhubs über den Hochdruckkanal 156 der Kraftmaschine zu. Die DI-Pumpe 140 enthält einen Kompressionsraumeinlass 203, der mit einem Kompressionsraum 208 fluidtechnisch in Verbindung steht, dem Kraftstoff über die Kraftstoff-Niederdruckpumpe 130 zugeführt werden kann, wie in 1 gezeigt ist. Der Kraftstoff kann bei seinem Durchgang durch die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe 140 unter Druck gesetzt werden und durch den Pumpenauslass 204 dem Kraftstoffverteiler 158 (und den Direkteinspritzdüsen 120) zugeführt werden. In dem dargestellten Beispiel kann die Direkteinspritzpumpe 140 eine mechanisch angetriebene Verdrängerpumpe sein, die einen Pumpenkolben 206 und eine Kolbenstange 220, einen Kompressionsraum 208 und einen Stufenraum 218 enthält. Ein Kanal, der den Stufenraum 218 mit einem Pumpeneinlass 299 verbindet, kann einen Druckspeicher 209 enthalten, wobei es der Kanal ermöglicht, dass Kraftstoff von dem Stufenraum 218 erneut in die den Einlass 299 umgebende Niederdruckleitung eintritt. Der Druckspeicher 209 kann den Kraftstoff absorbieren, der von dem Kompressionsraum 208 durch das Ventil 212 zurückfließt. Der Kolben 206 enthält außerdem ein Oberteil 205 und ein Unterteil 207. Der Stufenraum 218 und der Kompressionsraum 208 können Hohlräume enthalten, die auf gegenüberliegenden Seiten des Pumpenkolbens positioniert sind. In einem Beispiel kann die Kraftmaschinen-Steuerung 170 konfiguriert sein, den Kolben 206 in der Direkteinspritzpumpe 140 durch das Antreiben des Nockens 146 über die Drehung der Kraftmaschinen-Kurbelwelle anzutreiben. In einem Beispiel enthält der Nocken 146 vier Nockenvorsprünge, wobei er für je zwei Drehungen der Kurbelwelle der Kraftmaschine eine Drehung abschließt.
Der DI-Pumpen-Einlass 299 ermöglicht Kraftstoff zu dem Überströmventil 212, das sich entlang dem Kanal 235 befindet. Das Überströmventil 212 steht mit der Kraftstoff-Niederdruckpumpe 130 und der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 140 in Fluidverbindung. Der Kolben 206 bewegt sich gemäß den Saug- und Förder-/Verdichtungshüben innerhalb des Kompressionsraums 208 aufwärts und abwärts hin und her. Die DI-Pumpe 140 befindet sich in einem Förder-/Verdichtungshub, wenn sich der Kolben 206 in einer Richtung bewegt, die das Volumen des Kompressionsraums 208 verringert. Alternativ befindet sich die DI-Pumpe 140 in einem Saug-/Ansaughub, wenn sich der Kolben 206 in einer Richtung bewegt, die das Volumen des Kompressionsraums 208 vergrößert. Ein Vorwärtsströmungs-Auslassrückschlagventil 216 kann stromabwärts eines Auslasses 204 des Kompressionsraums 208 angekoppelt sein. Das Auslassrückschlagventil 216 öffnet sich, um es zu ermöglichen, dass Kraftstoff von dem Kompressionsraumauslass 204 nur in den Kraftstoffverteiler 158 strömt, wenn ein Druck am Auslass der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe 140 (z. B. ein Kompressionsraum-Auslassdruck) höher als der Kraftstoffverteilerdruck ist. Der Betrieb der DI-Pumpe 140 kann den Kraftstoffdruck im Kompressionsraum 208 erhöhen, wobei beim Erreichen eines Druck-Sollwerts der Kraftstoff durch das Auslassventil 216 zum Kraftstoffverteiler 158 strömen kann. Ein Überdruckventil 214 kann so angeordnet sein, dass das Ventil den Druck in dem DI-Kraftstoffverteiler 158 begrenzt. Das Ventil 214 kann vorgespannt sein, um die Strömung des Kraftstoffs stromabwärts zum Kraftstoffverteiler 158 zu sperren, wobei es aber die Kraftstoffströmung aus dem DI-Kraftstoffverteiler 158 zum Pumpenauslass 204 ermöglichen kann, wenn der Kraftstoffverteilerdruck größer als ein vorgegebener Druck (d. h., die Druckeinstellung des Ventils 214) ist.
Das Solenoid-Überströmventil 212 kann an den Kompressionsraumeinlass 203 gekoppelt sein. Wie oben dargestellt worden ist, können die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe oder die Kraftstoff-Hochdruckpumpe, wie z. B. die Pumpe 140, Kolbenpumpen sein, die gesteuert sind, um einen Bruchteil ihrer vollen Verdrängung durch das Variieren der Schließzeitsteuerung des Solenoid-Überströmventils zu komprimieren. Ein voller Bereich der Bruchteile des Pumpvolumens als solcher kann in Abhängigkeit davon, ob das Überströmventil 212 erregt ist oder nicht erregt ist, dem Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler 158 und den Direkteinspritzdüsen 120 bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Steuerung 170 ein Pumpsignal senden, das moduliert sein kann, um den Betriebszustand (z. B. offen oder geschlossen, Rückschlagventil) des SV 212 einzustellen. Die Modulation des Pumpensignals kann das Einstellen eines Strompegels, einer Stromanstiegsrate, einer Impulsbreite, eines Arbeitszyklus oder eines anderen Modulationsparameters enthalten. Die Steuerung 170 kann konfiguriert sein, die Kraftstoffströmung durch das Überströmventil 212 durch das Erregen oder das Aberregen des Solenoids (basierend auf der Konfiguration des Solenoidventils) synchron mit dem Antriebsnocken 146 zu regeln, was oben erwähnt worden ist. Dementsprechend kann das Solenoid-Überströmventil 212 in zwei Modi betrieben werden. In einem ersten Modus ist das Solenoid-Überströmventil 212 in eine offene Position nicht erregt (deaktiviert oder gesperrt), um es zu ermöglichen, dass sich der Kraftstoff stromaufwärts und stromabwärts eines Rückschlagventils, das in dem Solenoidventil 212 enthalten ist, bewegt. Während dieses Modus kann das Pumpen von Kraftstoff in den Kanal 156 nicht stattfinden, da der Kraftstoff stromaufwärts durch das nicht erregte offene Überströmventil 212 anstatt aus dem Auslassrückschlagventil 216 gepumpt wird.
Alternativ ist in dem zweiten Modus das Überströmventil 212 durch die Steuerung 170 in eine geschlossene Position erregt (aktiviert), so dass die Fluidverbindung über das Ventil unterbrochen ist, um die Kraftstoffmenge, die sich stromaufwärts durch das Solenoid-Überströmventil 212 bewegt, zu begrenzen (z. B. zu sperren). Im zweiten Modus kann das Überströmventil 212 als ein Rückschlagventil wirken, das es ermöglicht, dass Kraftstoff beim Erreichen des festgelegten Druckdifferentials über dem Ventil 212 in die Kammer 208 eintritt, aber im Wesentlichen verhindert, dass Kraftstoff aus der Kammer 208 rückwärts in den Kanal 235 strömt. In Abhängigkeit von der Zeitsteuerung des Erregens und des Aberregens des Überströmventils 212 wird eine gegebene Menge der Pumpenverdrängung verwendet, um ein gegebenes Kraftstoffvolumen in den Kraftstoffverteiler 158 zu bewegen, wobei folglich ermöglicht wird, dass das Rückschlagventil 212 als ein Kraftstoffvolumenregler arbeitet. Die Zeitsteuerung des Solenoidventils 212 als solche kann die wirksame Pumpenverdrängung steuern. Die Steuerung 170 nach 1 ist in 2 zum Betreiben des Solenoid-Überströmventils 212 über die Verbindung 184 enthalten. Außerdem ist in 2 die Verbindung 185, um die Winkelposition des Nockens 146 zu messen, gezeigt.
In einigen Steuerschemata kann die Winkelposition (d. h., die Zeitsteuerung) des Nockens 146 verwendet werden, um die Öffnungs- und die Schließzeitsteuerung des Überströmventils 212 zu bestimmen.
Das Solenoid-Überströmventil 212 als solches kann konfiguriert sein, die Masse (oder das Volumen) des in die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe komprimierten Kraftstoffs zu regeln. In einem Beispiel kann die Steuerung 170 eine Schließzeitsteuerung des Solenoid-Überströmventils einstellen, um die Masse des komprimierten Kraftstoffs zu regeln. Ein spätes Schließen des Überströmventils 212 kann z. B. die Menge der Kraftstoffmasse verringern, die in den Kompressionsraum 208 aufgenommen wird. Die Öffnungs- und die Schließzeitsteuerung des Solenoid-Überströmventils können bezüglich der Hubzeitsteuerungen der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe koordiniert sein.
Während der Bedingungen, wenn der Betrieb der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe nicht angefordert ist, kann die Steuerung 170 das Solenoid-Überströmventil 212 aktivieren und deaktivieren, um während des Verdichtungs-(Förder-)Hubs die Kraftstoffströmung und den Kraftstoffdruck in dem Kompressionsraum 208 auf einen Druck, der niedriger als der Kraftstoffverteilerdruck ist, zu regeln. Die Steuerung der DI-Pumpe 140 in dieser Weise kann in Nullströmungsschmierverfahren (ZFL-Verfahren, ZFL: Zero Flow Lubrication) enthalten sein. Während des ZFL-Betriebs ändert sich beim Saughub der Druck im Kompressionsraum 208 auf einen Druck in der Nähe des Drucks der Saugpumpe 130 und gerade unterhalb des Kraftstoffverteilerdrucks. Anschließend steigt der Pumpendruck am Ende des Förder-(Verdichtungs-)Hubs auf einen Druck in der Nähe des Kraftstoffverteilerdrucks. Falls der Kompressionsraum-(Pumpen-)Druck unter dem Kraftstoffverteilerdruck bleibt, ergibt sich eine Null-Kraftstoffströmung. Wenn sich der Kompressionsraumdruck etwas unter dem Kraftstoffverteilerdruck befindet, ist der ZFL-Arbeitspunkt erreicht worden. Mit anderen Worten, der ZFL-Arbeitspunkt ist der höchste Kompressionsraumdruck, der zu einer Null-Durchflussmenge führt, (d. h., es wird im Wesentlichen kein Kraftstoff in den Kraftstoffverteiler 158 geschickt). Die Schmierung der Kolben-Zylinder-Grenzfläche der DI-Pumpe kann stattfinden, wenn der Druck in dem Kompressionsraum 208 den Druck im Stufenraum 218 übersteigt. Dieser Unterschied der Drücke kann außerdem zur Pumpenschmierung beitragen, wenn die Steuerung 170 das Solenoid-Überströmventil 212 deaktiviert. Die Deaktivierung des Überströmventils 212 kann außerdem das durch das Ventil 212 verursachte Geräusch verringern. Anders gesagt, selbst wenn das Solenoidventil 212 erregt ist, kann dann, wenn sich das Auslassrückschlagventil 216 nicht öffnet, die Pumpe 140 weniger Geräusch als während anderer Betriebsschemata erzeugen. Ein Ergebnis dieses Regelverfahrens ist, dass der Kraftstoffverteiler auf einen Druck geregelt wird, der davon abhängig ist, wann das Solenoid-Überströmventil während des Förderhubs erregt ist. Spezifisch wird der Kraftstoffdruck im Kompressionsraum 208 während des Verdichtungs-(Förder-)Hubs der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe 140 geregelt. Folglich wird während wenigstens des Förderhubs der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe 140 der Pumpe Schmierung bereitgestellt. Wenn die DI-Pumpe in einen Ansaughub eintritt, kann der Kraftstoffdruck im Kompressionsraum verringert werden, während immer noch irgendein Niveau der Schmierung bereitgestellt werden kann, solange wie die Druckdifferenz bleibt.
Als ein Beispiel kann eine Nullströmungsschmierstrategie befohlen sein, wenn die Kraftstoff-Direkteinspritzung nicht erwünscht (d. h., durch die Steuerung 170 angefordert) ist. Wenn die Direkteinspritzung endet, ist es erwünscht, dass der Druck im Kraftstoffverteiler 158 auf einem annähernd konstanten Pegel bleibt. Das Überströmventil 212 als solches kann in die offene Position deaktiviert werden, um es zu ermöglichen, dass der Kraftstoff frei in den Pumpenkompressionsraum 208 eintritt und aus dem Pumpenkompressionsraum 208 austritt, wobei folglich kein Kraftstoff in den Kraftstoffverteiler 158 gepumpt wird. Ein bereits deaktiviertes Überströmventil entspricht einem Auffangvolumen von 0 %, d. h., 0 aufgefangenes Volumen oder 0 Verdrängung. Die Schmierung und die Kühlung der DI-Pumpe als solche können verringert sein, während kein Kraftstoff komprimiert wird, was dadurch zu einer Pumpenverschlechterung führt. Deshalb kann es gemäß den ZFL-Verfahren vorteilhaft sein, das Überströmventil 212 zu erregen, um eine kleine Kraftstoffmenge zu pumpen, wenn die Direkteinspritzung nicht angefordert ist. Der Betrieb der DI-Pumpe 140 als solcher kann eingestellt werden, um einen Druck am Auslass der DI-Pumpe auf dem oder unter dem Kraftstoffverteilerdruck des Direkteinspritz-Kraftstoffverteilers 158 aufrechtzuerhalten und dadurch Kraftstoff an der Kolben-Bohrungs-Grenzfläche der DI-Pumpe vorbei zu zwingen. Durch das Aufrechterhalten des Auslassdrucks der DI-Pumpe gerade unter dem Kraftstoffverteilerdruck und ohne es zu ermöglichen, dass Kraftstoff aus dem Auslass der DI-Pumpe in den Kraftstoffverteiler strömt, kann die DI-Pumpe geschmiert gehalten werden, wobei dadurch die Pumpenverschlechterung verringert wird. Dieser allgemeine Betrieb kann als Nullströmungsschmierung (ZFL) bezeichnet werden.
Es sei angemerkt, dass die DI-Pumpe 140 nach 2 ein veranschaulichendes, vereinfachtes Beispiel einer möglichen Konfiguration für eine DI-Pumpe ist. Die in 2 gezeigten Komponenten können entfernt und/oder geändert werden, während zusätzliche Komponenten, die gegenwärtig nicht gezeigt sind, zu der Pumpe 140 hinzugefügt werden können, während immer noch die Fähigkeit aufrechterhalten wird, einen Kraftstoff unter hohem Druck einem Direkteinspritz-Kraftstoffverteiler zuzuführen. Insbesondere können die oben beschriebenen Nullströmungsschmierverfahren in verschiedenen Konfigurationen der DI-Pumpe 140 implementiert sein, ohne den Normalbetrieb der Pumpe 140 nachteilig zu beeinflussen.
Es können verschiedene Techniken verwendet werden, um die Energieeingabe in die Kraftstoffsaugpumpe 130 nach 1 zu steuern, wobei die Energie der Pumpe über die Verbindung 182 bereitgestellt wird, wie vorher beschrieben worden ist. Einige der Techniken arbeiten mit einem Pegel der Saugpumpen-Eingangsleistung, der höher als ein Pegel ist, der notwendig ist, um die Dampfbildung am DI-Pumpeneinlass zu verhindern. Mit anderen Worten, einige Techniken verwenden eine übermäßige Saugpumpen-Eingangsleistung, um einen robusten und zuverlässigen Betrieb der Saugpumpe während eines Bereichs der Kraftmaschinenbedingungen bereitzustellen, wobei variierende Pegel des Saugpumpenbetriebs (d. h., variierende Pegel der Eingangsleistung) erwünscht sind. Die Techniken, die eine übermäßige Leistung verwenden, können unerwünscht zusätzliche Leistung verbrauchen, für die mit einem zusätzlichen Kraftstoffverbrauch bezahlt wird. Da die Energieeffizienzstandards für Fahrzeuge strenger werden, können diese zusätzliche Leistung verbrauchenden Techniken bei modernen Fahrzeugen unerwünscht sein. Alternativ optimieren andere Techniken den Saugpumpen-Leistungspegel durch das Verringern der Leistungseingabe. Diese Techniken können eine Priorität auf das Einsparen von Energie gegenüber dem Bereitstellen eines DI-Einlassdrucks, der den Kraftstoffdampfdruck im schlimmsten Fall übersteigt, setzen. Diese Techniken, die die Saugpumpenleistung optimieren, während sie die Leistungsaufnahme verringern, können jedoch nicht zuverlässig einen DI-Einlassdruck über dem Kraftstoffdampfdruck für alle Kraftmaschinenbedingungen bereitstellen, wobei sie dadurch die Zuverlässigkeit der Techniken verringern. Verschiedene Betriebsschemata weisen verschiedene Vorteile und Nachteile auf. Die Erfinder haben hier als solches erkannt, dass eine Lösung erforderlich ist, die eine minimale Saugpumpenleistung anwendet, während sie einen Kraftstoffdruck über dem momentanen Kraftstoffdampfdruck robust bereitstellt. Bei einer derartigen Lösung kann die Haltbarkeit der Saugpumpe (über das Betreiben bei einem niedrigeren durchschnittlichen Leistungspegel) erhöht sein, während die Dampfbildung am Einlass der DI-Pumpe im Wesentlichen verhindert ist.
Die Erfinder haben hier ein Kraftstoffsaugpumpen-Steuerverfahren vorgeschlagen, das das intermittierende Bereitstellen elektrischer Leistung für die Saugpumpe gemäß mehrerer Steuermodi oder -schemata umfasst. Mit anderen Worten, durch das Bereitstellen des Pulsierens des elektrischen Stroms für die Kraftstoffsaugpumpe, wann immer ein oder mehrere Bedingungen erfüllt sind, kann Leistung eingespart werden, während gleichzeitig ein effizienter und zuverlässiger Pumpenbetrieb sichergestellt ist. Das Pulsieren verursacht, dass die Saugpumpe höhere Durchflussmengen erzeugt, die im Vergleich zum kontinuierlichen Betrieb der Saugpumpe höheren Wirkungsgraden entsprechen können. Außerdem kann das Steuerverfahren das Ausführen eines kontinuierlichen Energiemodus enthalten, wenn am Einlass der DI-Kraftstoffpumpe Kraftstoffdampf detektiert wird, wobei dadurch das Auftreten eines ineffizienten Pumpbetriebs mit Dampf verringert wird. In einigen Fällen kann sich Kraftstoffdampf bilden, wenn das Auslassrückschlagventil (das Ventil 104 nach 1) in einer blockierten offenen Position ausfällt oder in eine blockierte offene Position gelangt.
Um die Energieeinsparungen zwischen dem kontinuierlichen und dem Impulsbetrieb der Kraftstoffsaugpumpe zu quantifizieren, zeigt 3 eine graphische Darstellung 300 des Impulsbetriebs der Kraftstoffsaugpumpe. Im Kontext der vorliegenden Offenbarung enthält der kontinuierliche Pumpenbetrieb das Zuführen eines im Wesentlichen konstanten Stroms (d. h., Leistung oder Energie) zu der Saugpumpe. Wenn sich jedoch der Kraftstoffströmungsbedarf ändert, dann kann der Strom auf einen anderen Pegel eingestellt werden, wobei der andere Pegel im Wesentlichen konstant gehalten wird, während die Kraftstoff-Sollströmung bereitgestellt wird. Alternativ enthält der Impuls-Pumpenbetrieb das Zuführen von Strom zu der Saugpumpe während eines eingeschränkten Zeitraums. Innerhalb dieses Kontextes kann der eingeschränkte Zeitraum ein Schwellenwert, wie z. B. 0,3 Sekunden, oder irgendein anderes geeignetes Maß in Abhängigkeit von dem Kraftmaschinen- und dem Kraftstoffsystem sein. Zwischen den Pumpen-Pulsationsereignissen wird der Saugpumpe im Wesentlichen kein Strom (d. h., keiner) bereitgestellt, wodurch der Pumpenbetrieb zwischen den Pulsationsereignissen eingestellt ist.
In 3 zeigen die graphischen Darstellungen 320 und 322 die kontinuierliche Pumpenstromsteuerung. Insbesondere veranschaulicht die graphische Darstellung 320 die Änderung des Eingangsstroms in die Kraftstoffsaugpumpen als eine Funktion der Zeit. Die graphische Darstellung 322 veranschaulicht die entsprechenden Druckänderungen in dem Niederdruck-Kraftstoffkanal als eine Funktion der Zeit. Die Druckänderungen können sich wenigstens teilweise aus den Änderungen der Stromeingabe in die Saugpumpe ergeben. In einigen Beispielen kann der Niederdruck-Kraftstoffkanal der Kanal 154 sein, der sich unmittelbar stromabwärts der LP-Pumpe 130 in 1 befindet. Wie in 3 beschriftet ist, wird der Strom in Ampere gemessen, während der Druck in Bar (absolut) gemessen wird.
Bei dem gemäß dem kontinuierlichen Strommodus in der graphischen Darstellung 320 der LP-Pumpe bereitgestellten Strom kann während des in 3 dargestellten Zeitraums der Strom etwas um einen Strom-Sollpegel 325 fluktuieren. Der Sollstrom 325 kann von dem speziellen Pumpensystem und anderen Systemen abhängig sein. Der Sollstrom 325 ist z. B. für einige Systeme 8 Ampere. Wie in 3 zu sehen ist, fluktuiert der Strompegel der graphischen Darstellung 320 kontinuierlich um den Strom-Sollpegel 325. Die Fluktuation kann ein Ergebnis des Rückkopplungssystems zum Bereitstellen von Kraftstoffdruckdaten und anderen Betriebsdaten der Kraftmaschine für die Steuerung (die Steuerung 170 nach 1) sein. Der Eingangsstrom als solcher kann etwas eingestellt werden, um ihn an die Echtzeitvariationen in dem Kraftstoffsystem anzupassen. Überdies fluktuiert der LP-Kraftstoffkanaldruck der graphischen Darstellung 322 außerdem wenigstens teilweise aufgrund der Fluktuation des Eingangsstroms der graphischen Darstellung 320. Mit anderen Worten, der durch die LP-Pumpe 130 unter Druck gesetzte Kraftstoff tritt in den LP-Kanal 154 ein, wobei der Kraftstoff aufgrund des im Wesentlichen konstanten, von der LP-Pumpe bereitgestellten Drucks auf einem im Wesentlichen konstanten Druck bleiben kann.
Alternativ kann gemäß dem im Folgenden beschriebenen Impuls-Pumpenstrommodus der Strom sporadisch und vorübergehend während eines begrenzten Zeitraums vor dem Zurückkehren zu einem anderen Pegel, wie z. B. 0 Ampere in einigen Beispielen, zunehmen. Die Stromimpulse des Impuls-Strommodus als solche können größer als die Stromfluktuationen der graphischen Darstellung 320 sein. Zwischen jedem Impuls kann der LP-Pumpe im Wesentlichen kein Strom bereitgestellt werden. Ferner können sich sowohl der Zeitraum zwischen den Impulsen als auch die Intensität (d. h., der Strompegel) und die Dauer der Impulse ändern. In Abhängigkeit von dem Kraftmaschinenbedarf und anderen Parametern können sich diese Faktoren und die Anzahl der Impulse pro Zeitraum ändern, um es zu ermöglichen, dass der erwünschte Betrieb der LP-Pumpe gemäß einem Impulsstrom-Steuerschema aufrechterhalten wird. Die Pulsationsereignisse führen im Allgemeinen zu entsprechenden Zunahmen des Kraftstoffdrucks stromabwärts der LP-Pumpe. Außerdem kann zwischen den Pulsationsereignissen, wenn der LP-Pumpe im Wesentlichen kein Strom bereitgestellt wird, der Kraftstoffdruck des LP-Kanals in Abhängigkeit sowohl vom Betrieb der stromabwärts gelegenen HP-Pumpe 140 als auch von dem Kraftstoffverlust von den Kraftstoffeinspritzdüsen und anderen Komponenten etwas zunehmen und/oder abnehmen. Es wird angegeben, dass sowohl die Form der graphischen Darstellungen nach 3 als auch ihre Beziehung und Abhängigkeit voneinander für Veranschaulichungs- und Erklärungszwecke gezeigt sind. Es versteht sich, dass Variationen der graphischen Darstellungen der Stromeingabe und des Kraftstoffdrucks möglich sind, wobei innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung geblieben wird.
In 3 sind die Strompegel der Pulsationsereignisse des Impuls-Strommodus größer als der beinahe stationäre Strompegel der graphischen Darstellung 320. In einigen Fällen umfassen die Pulsationsereignisse Ströme, die 10 Ampere übersteigen, während der kontinuierliche Strom nur 6 Ampere sein kann. Mit anderen Worten, die Pulsationsereignisse können Übergangsströme verwenden, die größer als der kontinuierliche Strom sind. Weil die Pulsationsereignisse durch Zeiträume getrennt sind, in denen im Wesentlichen kein Strom zu der LP-Pumpe geleitet wird, kann der Impulsmodus etwa die gleiche oder weniger Energie als der kontinuierliche Modus verbrauchen, der bei dem gleichen Kraftstoff- und Kraftmaschinensystem verwendet wird. In dem aktuellen Beispiel kann der durchschnittliche Eingangsstrom des Pumpenelektronikmoduls (PEM) der graphischen Darstellung 320 bei kontinuierlichem Strom 5,5 Ampere sein, was einer durchschnittlichen Leistungsaufnahme von etwa 75 Watt (W) entspricht. Außerdem kann der durchschnittliche PEM-Strom des Impuls-Strommodus bei Impulsstrom 0,87 Ampere sein, was einer durchschnittlichen Leistungsaufnahme von etwa 12 W entspricht. Obwohl der Impuls-Energiemodus höhere Ströme als jene verwendet, die bei dem kontinuierlichen Energiemodus der graphischen Darstellung 320 verwendet werden, können die kurzen Impulse des Impuls-Energiemodus mehr Energie als die niedrigeren, konstanteren Strompegel der graphischen Darstellung 320 einsparen.
Weil die pulsierende Kraftstoffsaugpumpe nur während des Einschaltzeitraums (oder des Betriebszeitraums) der Pumpe pumpt, kann die Kraftstoffdurchflussmenge durch die Saugpumpe während des Einschaltzeitraums höher als die der Herangehensweise einer kontinuierlichen Pumpenenergie sein. Die Stromimpulse als solche können eine vergrößerte Strömung erzeugen, während der kontinuierliche Strom eine niedrigere Kraftstoffströmung erzeugen kann. Es ist anzumerken, dass die durchschnittliche Kraftstoffdurchflussmenge bei dem kontinuierlichen und dem Impuls-Pumpensystem ähnlich sein kann, weil die Durchflussmenge durch den Kraftmaschinenbedarf bestimmt ist.
Die Erfinder haben hier erkannt, dass das Betreiben der Kraftstoffsaugpumpe gemäß dem oben erwähnten Impulssteuermodus den Energieverbrauch verringern kann, während es die Robustheit gegenüber anderen Steuermodi, wie z. B. dem kontinuierlichen Strommodus, vergrößert. Die Verringerung des Energieverbrauchs kann wenigstens teilweise auf die Abhängigkeit des Pumpenwirkungsgrads von der Durchflussmenge zurückzuführen sein. 4 zeigt eine graphische Darstellung 400, die für zwei verschiedene Kraftstoffdrücke darstellt, wie sich der Pumpenwirkungsgrad ändert, wenn die Durchflussmenge zunimmt. Insbesondere ist die Kraftstoffdurchflussmenge entlang der horizontalen Achse gezeigt, während der Pumpenwirkungsgrad entlang der vertikalen Achse gezeigt ist. Die graphische Darstellung 425 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Wirkungsgrad und der Kraftstoffdurchflussmenge für einen Kraftstoffdruck von 3,5 bar (absolut), während die graphische Darstellung 435 die Beziehung für einen Kraftstoffdruck von 5,2 bar (absolut) veranschaulicht. Wie zu sehen ist, folgen beide graphische Darstellungen 425 und 435 einem ähnlichen Trend, d. h., der Pumpenwirkungsgrad nimmt zu und die Durchflussmenge nimmt zu. In dem vorliegenden Beispiel nach 4 kann die Kraftstoffsaugpumpe eine Turbinenpumpe sein, die ein Verhalten aufweist, das in der graphischen Darstellung 400 gezeigt ist, wenn die Pumpe ein Teil eines Fahrzeugsystems in einer Testumgebung ist. Außerdem ist ein zweiter allgemeiner Trend, dass, wenn der durch die Saugpumpe bereitgestellte Kraftstoffdruck zunimmt, der Pumpenwirkungsgrad über alle Durchflussmengen abnimmt.
In 4 kann während einiger kontinuierlicher Strommodi der kontinuierliche Strom relativ niedrigen Durchflussmengen entsprechen, wie z. B. 1 Kubikzentimeter pro Sekunde (cm³/s). Wie in 4 als kontinuierlicher Arbeitspunkt 412 angegeben ist, entspricht eine Durchflussmenge von 1 cm³/s einem Pumpenwirkungsgrad von etwa 1 % für beide Drücke der graphischen Darstellungen 425 und 435. Bei einem Impulsmodus können höhere Durchflussmengen im Ergebnis der höheren Ströme, die dem Impulsmodus zugeordnet sind, erzeugt werden. Bei einer Kraftstoffdurchflussmenge von z. B. 25 cm³/s im Impulsmodus sind die zugeordneten Wirkungsgrade des Impuls-Arbeitspunkts 414 etwa 13 % für die graphische Darstellung 425 und 12 % für die graphische Darstellung 435. Wie zu sehen ist, können die erhöhten Durchflussmengen des Impulsmodus es ermöglichen, dass die Kraftstoffsaugpumpe mit Wirkungsgraden arbeitet, die wenigstens 10-mal so hoch wie die niedrigeren Wirkungsgrade sind, die dem kontinuierlichen Modus zugeordnet sind. Die erhöhten Wirkungsgrade des Impulsmodus können es unterstützen, die Günstigkeit des Impulsmodus gegenüber anderen Betriebsschemata der Saugpumpe bezüglich des Optimierens des Energieverbrauchs und des Gesamt-Energiewirkungsgrads des Fahrzeugs zu zeigen. Während andere spezifische Werte als 25 cm³/s bzw. 1 cm³/s für die Durchflussmengen, die dem Impuls- und dem kontinuierlichen Energiemodus zugeordnet sind, verwendet werden können, sind die Durchflussmengen des Impulsmodus im Allgemeinen höher als die Durchflussmengen des kontinuierlichen Modus, wobei die Pumpenwirkungsgrade als solche, die den Pulsationsereignissen zugeordnet sind, außerdem höher als die Wirkungsgrade des kontinuierlichen Modus sind.
5 zeigt eine graphische Darstellung 500 eines beispielhaften Impuls-Strommodus für eine Kraftstoffsaugpumpe. Die graphische Darstellung 510 veranschaulicht den Strompegel, der zu der Kraftstoffsaugpumpe geschickt wird. In einigen Ausführungsformen der Pumpe kann dies das Schicken eines Stroms von der Steuerung zu einem Pumpenelektronikmodul (PEM) enthalten, das die Saugpumpe direkt betreibt. Die graphische Darstellung 520 zeigt den durch die Saugpumpe erzeugten Kraftstoffdruck im Ergebnis der Stromeingabe, um die Pumpe anzutreiben, der außerdem als der Druck des Niederdruck-Kraftstoffkanals bekannt ist. Es ist anzumerken, dass der Druckanstieg aufgrund des Stromimpulses und der Abfall aufgrund des Kraftstoffverbrauchs vorhersagbar sind und nicht gemessen werden müssen, wobei folglich die Kosten eines Saugpumpen-Drucksensors eingespart werden. In einigen Ausführungsformen kann dieser Kraftstoffdruck (bei Direkteinspritz-Kraftstoffsystemen) im Wesentlichen der gleiche wie der Kraftstoffdruck am Einlass der Direkteinspritzpumpe sein. Schließlich zeigt die graphische Darstellung 530 ein Niveau des Kraftstoffverbrauchs, das durch einen Kraftstoffverbrauchszähler gemessen wird. Der Zähler oder ein anderes Verfahren zum Bestimmen des Kraftstoffverbrauchs kann als die Grundlage verwendet werden, um die Pulsationsereignisse auszulösen. Die Zeit ist für alle graphischen Darstellungen, die in 5 gezeigt sind, als die horizontale Achse dargestellt. Die Zeitpunkte t1 und t2 können außerdem als die Strompulsationsereignisse bezeichnet werden, wie im Folgenden ausführlicher erklärt wird.
In 5 kann vor dem Zeitpunkt t1 der Pumpeneingangsstrom auf einem im Wesentlichen konstanten Pegel, wie z. B. 0 Ampere, aufrechterhalten werden, um Energie einzusparen. Wenn der Kraftstoff in dem Niederdruck-Kraftstoffkanal als solcher in den Kraftstoffverteiler gepumpt wird (und dann zu den Direkteinspritzdüsen geschickt und durch die Kraftmaschine verbrannt wird), nimmt der Druck in dem LP-Kanal ab. Damit in Beziehung stehend zeigt der Kraftstoffverbrauchszähler während dieses Zeitraums eine abnehmende vorhandene Kraftstoffmenge. In der graphischen Darstellung 530 ist ein Kraftstoff-Schwellenpegel 532 gezeigt, wobei der Schwellenpegel für die Menge des verbrauchten Kraftstoffs repräsentiert, bei der ein Strompulsationsereignis ausgelöst wird (d. h., befohlen wird oder erwünscht ist). Mit anderen Worten, der Kraftstoff-Schwellenpegel 532 ist ein Zählerschwellenwert, der auf eine Sollmenge des verbrauchten Kraftstoffs voreingestellt ist. In dem vorliegenden Beispiel ist der Kraftstoff-Sollverbrauch 3 Kubikzentimeter (cm³). Die horizontale Linie 533 repräsentiert 0 cm³ des Kraftstoffs, der Pegel sein kann, der vom Zähler erreicht ist, wenn ein Pulsationsereignis ausgelöst wird. Mit anderen Worten, die graphische Darstellung 530 veranschaulicht eine Abwärtszählungsvariable. Wenn das Kraftstoffvolumen von 3 cm³ zu 0 cm³ abwärts gezählt worden ist, wird die Kraftstoffpumpe für einen kurzen Impuls neu erregt. Zusammengefasst wird die Kraftstoffpumpe jedes Mal für einen kurzen Zeitraum erregt, wenn ein gegebenes Kraftstoffvolumen in den Kraftstoffverteiler gepumpt wird (oder alternativ ein gegebenes Kraftstoffvolumen in die Kraftmaschine eingespritzt wird).
Wenn zum Zeitpunkt t1 der Kraftstoffverbrauchszähler der graphischen Darstellung 530 von dem vorgegebenen Schwellenwert 532 (3 cm³ in diesem Fall) auf 0 cm³ abnimmt, dann wird ein Pulsationsereignis ausgelöst. In einigen Beispielen kann das Auslösen das Senden eines Signals von dem Kraftstoffverbrauchszähler und den zugeordneten Sensoren an die Steuerung 170 nach 1 umfassen, woraufhin die Steuerung ein elektrisches Signal (d. h., einen Strom) an die Saugpumpe sendet. Der Eingangsstrom in die Kraftstoffsaugpumpe der graphischen Darstellung 510 kann als solcher kurz, nachdem der Schwellenwert 532 erreicht worden ist, oder nah beim Zeitpunkt t1 zunehmen. In Reaktion auf den Eingangsstrom kann die Saugpumpe arbeiten, um dem Niederdruck-Kraftstoffkanal einen Kraftstoff unter Druck bereitzustellen. Die Zunahme des Drucks in dem LP-Kraftstoffkanal oder des Kraftstoffsaugpumpendrucks ist in der graphischen Darstellung 520 zu sehen. Nach dem Abschluss eines vorgegebenen Zeitraums kann der Eingangsstrom in die Saugpumpe zurück auf im Wesentlichen 0 abnehmen. Der vorgegebene Zeitraum kann in einigen Beispielen ein Wert, wie z. B. 200 Millisekunden, sein. Außerdem kann der Zeitraum durch ein Zählerprogramm, das in der Steuerung 170 oder in einer anderen geeigneten Vorrichtung codiert ist, berechnet und aufgezeichnet werden. Der vorgegebene Zeitraum quantifiziert die Länge jedes Pulsationsereignisses.
Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, wenn im Wesentlichen kein Strom zu der Saugpumpe geschickt wird, nimmt der Saugpumpendruck stetig ab, da Kraftstoff durch die DI-Pumpe geschickt und in die Kraftmaschine eingespritzt wird. Außerdem wird der Kraftstoffverbrauchszähler reaktiviert, wobei er beginnt, das Volumen des durch die Kraftmaschine verbrauchten Kraftstoffs zu messen. Hinsichtlich 5 repräsentieren die gezeigten Daten den Fall eines konstanten Kraftstoffverbrauchs und eines konstanten Kraftstoffverteilerdrucks. Die stetige, lineare Abnahme als solche kann in der graphischen Darstellung 530 gesehen werden. Mit anderen Worten, der Kraftstoffverbrauch entspricht einer Abnahme in der graphischen Darstellung 530, wohingegen das Zurücksetzen des Zählers den vertikalen Zunahmen in der graphischen Darstellung 530 entspricht.
Zum Zeitpunkt t3, wenn der Kraftstoffverbrauchszähler der graphischen Darstellung 530 abermals den vorgegebenen Schwellenwert 532 erreicht, wird ein weiteres Strompulsationsereignis ausgelöst. Beim Auslösen des Ereignisses sendet der Steuerung 170 den geeigneten Strompegel an die Kraftstoffsaugpumpe, woraufhin der Eingangsstrom der graphischen Darstellung 510 schnell zunimmt. In Reaktion auf die Zunahme des Stroms, die es ermöglicht, dass die Saugpumpe eine Strömung und einen Druck im Kraftstoff erzeugt, nimmt der Druck der Saugpumpe (und der Druck am Einlass der DI-Pumpe) ähnlich zu der zum Zeitpunkt t1 gezeigten Zunahme ebenfalls zu, wie in der graphischen Darstellung 520 zu sehen ist. Nach dem Ablauf des vorgegebenen Zeitraums (200 Millisekunden) nimmt der Eingangsstrom auf den Anfangswert, wie z. B. 0, ab. Nach dem Zeitpunkt t2 und der Verringerung des Stroms nimmt der Saugpumpendruck als solcher in einer im Allgemeinen linearen Weise ab, da Kraftstoff in die DI-Pumpe geschickt wird. Außerdem wird zum Zeitpunkt t2 der Kraftstoffverbrauchszähler zurückgesetzt, wobei er beginnt, abzunehmen, da durch die Kraftmaschine Kraftstoff verbraucht wird. Die Prozesse vor den, zu den und nach den Zeitpunkten t1 und t2 können während des Betriebs des Fahrzeugs wiederholt werden.
Wie in den beiden Pulsationsereignissen der Zeitpunkte t1 und t2 gemäß 5 zu sehen ist, können Fluktuationen im Eingangsstrom als ein normales Ergebnis des in dem elektrischen System zwischen der Steuerung und ihren angeschlossenen Systemen vorhandenen Rauschens auftreten. Außerdem kann als Folge der Fluktuationen des Stroms der Kraftstoffsaugpumpendruck vor dem stetigen Abnehmen ebenfalls fluktuieren, nachdem der Eingangsstrom abgeschaltet worden ist. Es ist anzumerken, dass die graphische Darstellung 500 eine beispielhafte Visualisierung des gegenwärtigen Saugpumpen-Pulsationssteuerschemas darstellt. Andere Beispiele ähnlicher Pulsationssteuerschemata können als solche andere Formen der graphischen Darstellungen 510 und 520 und 530 enthalten. Der Zeitraum kann z. B. länger sein, so dass der Saugpumpendruck auf ein höheres Niveau als in 5 gezeigt zunimmt.
Der minimale DI-Einlassdruck kann in erster Linie von der Kraftstofftemperatur abhängig sein. Höhere Kraftstofftemperaturen können einen höheren minimalen DI-Einlassdruck erfordern. In einem beispielhaften Betriebsmodus wird ein einziger minimaler DI-Einlassdruck gewählt. Eine weitere Optimierung kann jedoch durch das Variieren des minimalen DI-Einlassdrucks erhalten werden. Falls z. B. der minimale DI-Einlassdruck als 3 bar gewählt worden ist, würde der DI-Einlassdruck zwischen 3 und 6,4 bar variieren. Dies könnte durch das Wählen eines anderen Kraftstoffvolumens zwischen den Impulsen und außerdem durch das Wählen einer anderen Impulsdauer erreicht werden. Wenn der minimale Druck niedriger ist, kann das Volumenintervall zwischen den Impulsen vergrößert werden, wobei aber die Impulsdauer etwas verlängert werden könnte.
Andere Steuerschemata, wie z. B. der kontinuierliche Saugpumpenmodus, können im Hinblick auf einen berechneten, variablen Zieldruck für den DI-Pumpeneinlass steuern und können den Kraftstoffdruck über das Pulsieren der Pumpe unter Verwendung der Daten von der Drucksensorrückkopplung variieren. Die Herangehensweise der pulsierenden Pumpe kann es alternativ ermöglichen, dass der Druck variiert, aber einen minimalen DI-Pumpeneinlassdruck erzwingen, der optional berechnet werden und variabel sein kann,. Der variable Druck als solcher kann ohne die Verwendung einer Niederdrucksensor-Rückkopplung zuverlässig erreicht werden.
6 zeigt ein weiteres Beispiel einer graphischen Darstellung 600 eines Impuls-Strommodus für eine Kraftstoffsaugpumpe. Der Kraftstoffsaugpumpendruck ist in der graphischen Darstellung 660 gezeigt, wobei die horizontale Achse das Kraftstoffvolumen ist, während die vertikale Achse der Druck der Kraftstoffsaugpumpe ist. Der Wert des Anstiegs 622 (d. h., die Steilheit) kann wenigstens teilweise von der Nachgiebigkeit des Niederdruck-Kraftstoffkanals abhängen, der sich zwischen der LP- und der DI-Pumpe befindet, wie mit Bezug auf 1 beschrieben worden ist. Die Nachgiebigkeit des Kanals kann einen Druck in dem Kraftstoff aufrechterhalten, der sich innerhalb des Kanals befindet, wenn der Kraftstoff durch die DI-Pumpe gepumpt und durch die Kraftmaschine verbraucht wird. Insbesondere kann der Anstieg 622 ein Maß der Nachgiebigkeit des Systems repräsentieren. Der Wert des Anstiegs 622 (der Nachgiebigkeit) kann z. B. 0,6 bar/cm³ des Kraftstoffs sein. Abermals kann die Schwellenmenge des verbrauchten Kraftstoffs, um die Pulsationsereignisse der Zeitpunkte t1 und t2 auszulösen, 3,0 cm³ sein.
7 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens 700 zum Betreiben der Kraftstoffsaugpumpe. Insbesondere enthält das Verfahren 700 das Betreiben der Kraftstoffsaugpumpe in dem obenerwähnten Impuls-Pumpenstrommodus, der außerdem äquivalent als der Impuls-Energiemodus bezeichnet werden kann. Zuerst enthält das Verfahren bei 701 das Bestimmen einer Anzahl von Betriebsbedingungen der Kraftmaschine. Diese Bedingungen können in Abhängigkeit von den Konfigurationen der Kraftmaschine und des Kraftstoffsystems variieren, wobei sie die Kraftmaschinendrehzahl, den Kraftstoffverbrauch und die Kraftstofftemperatur, den Kraftstoffbedarf der Kraftmaschine, das vom Fahrer angeforderte Drehmoment, einen vorgegebenen Zeitraum, ein Kraftstoffverbrauchs-Schwellenvolumen und eine Kraftmaschinentemperatur enthalten können, aber nicht darauf eingeschränkt sind. Als Nächstes enthält das Verfahren bei 402 das Eingeben der Parameter in die Steuerung. Die Parameter können die von einem oder mehreren Sensoren, die überall in dem Kraftmaschinensystem positioniert sind, gesammelten Daten enthalten. Insbesondere können die Druck- und anderen Daten sowohl von den LP- und DI-Pumpen als auch von dem LP-Kanal, der die beiden Pumpen verbindet, zur Unterstützung bei den folgenden Schritten des Verfahrens 700 an die Steuerung gesendet werden. Bei 703 kann ein Kraftstoffverbrauchszähler aktiviert werden, wobei der Zähler ein durch die Kraftmaschine verbrauchtes (in den Zylindern verbranntes) Kraftstoffvolumen über einen oder mehrere Sensoren misst. In einigen Beispielen beginnt der Zähler von einem Anfangswert, wie z. B. 0, wobei er dann den Kraftstoffverbrauch verfolgt, bis ein Kraftstoffverbrauchs-Schwellenvolumen erreicht ist, wie im Folgenden erklärt wird. Es ist anzumerken, dass sich während der Anfangsschritte 701, 702 und 703 die LP-Pumpe in einem Ausschaltzustand befindet, so dass der Pumpe von der Steuerung oder irgendeiner anderen Energiequelle im Wesentlichen kein Strom bereitgestellt wird.
Bei 704 enthält das Verfahren das Berechnen, ob das aktuelle Kraftstoffverbrauchsvolumen größer als das Kraftstoffverbrauchs-Schwellenvolumen ist. Wenn das aktuelle Volumen kleiner als das Schwellenvolumen ist, dann kehrt das Verfahren zu 704 zurück, wobei es die Berechnung wiederholt. Wenn alternativ der Kraftstoffverbrauch größer als das Schwellenvolumen ist, dann geht das Verfahren zu 705 weiter. In einem Beispiel ist das Schwellenvolumen 3 cm³. Bei 705 enthält das Steuerschema das Senden des Impulsstroms während des vorgegebenen Zeitraums von der Steuerung an die Kraftstoffsaugpumpe. Mit anderen Worten, der Strom wird geschickt, um die LP-Pumpe zu erregen (d. h., zu aktivieren), so dass die Pumpe während des vorgegebenen Zeitraums arbeitet, der in einigen Beispielen 200 Millisekunden sein kann. Im Ergebnis des Impulsstromsignals kann die LP-Pumpe den Kraftstoff in dem LP-Kraftstoffkanal unter Druck setzen, bevor der Kraftstoff in die DI-Pumpe geleitet wird. Schließlich enthält das Verfahren bei 706 das Zurücksetzen des Kraftstoffverbrauchszählers auf den Anfangswert, wie z. B. 0. In dieser Weise kann das Verfahren 700 wiederholt werden, um zu bestimmen, wann das Schwellenvolumen des verbrauchten Kraftstoffs abermals erreicht worden ist, um die LP-Pumpe zu aktivieren.
Falls die volle Fahrzeugspannung an die Saugpumpe angelegt wird, kann sich ein hoher Spitzenstrom ergeben. Falls bestimmt wird, dass der hohe Spitzenstrom als solcher unerwünscht ist, kann der Saugpumpen-Spitzenstrom (oder der Spitzen-PEM-Strom) dadurch verringert werden, dass die Rate des Anlegens der Spannung während des Impuls-Energiebetriebs verringert wird. Während dieser Situation kann z. B. das Anlegen von 8 Volt während 50 Millisekunden, dann 10 Volt während 50 Millisekunden und dann 12 Volt während 100 Millisekunden eine effektive Weise sein, um den Spitzenstrom zu begrenzen, damit er etwa gleich einem stationären Strom ist.
Der Impuls-Pumpenstrommodus kann ohne die Verwendung eines Saugpumpen-Drucksensors und ohne einen Dampfdetektionsalgorithmus betrieben werden. In einigen Kraftstoffsystemen kann der Drucksensor am Auslass der LP-Pumpe angeordnet sein, während der Dampfdetektionsalgorithmus verwendet wird, um zu bestimmen, wann der Kraftstoff zwischen der LP- und der DI-Pumpe verdampft. Das Impuls-Stromverfahren als solches, wie oben beschrieben worden ist, kann mit Steuerprozessen ausgeführt werden. Alternativ können der Drucksensor und der Dampfdetektionsalgorithmus mit dem Impuls-Stromverfahren verwendet werden, um für das System eine Rückkopplung und eine Diagnose bereitzustellen. Außerdem können die an die LP-Pumpe gesendeten Energie-(Strom-)Impulse geformt sein, um den maximalen PEM- oder Motorstrom in Situationen zu verringern, in denen die Haltbarkeit des PEM oder des Motors besser bewahrt wird. Die vorgegebene Zeitdauer und der Kraftstoffverbrauchs-Volumenschwellenwert können während des Betriebs der Kraftmaschine und des Kraftstoffsystems eingestellt werden. Das Kraftstoffvolumen kann z. B. verringert werden, falls die Kraftstofftemperatur oder die Kraftstoffflüchtigkeit zunimmt. Im Ergebnis nimmt der minimale Kraftstoffsaugpumpendruck (d. h., der minimale DI-Pumpen-Einlassdruck) zu. In einigen Ausführungsformen können die Stromimpulse außerdem zu der LP-Pumpe geleitet werden, wenn Schwellenabnahmen der Effektivität oder des Wirkungsgrads der LP-Pumpe detektiert werden, um zu der Robustheit des Impuls-Energiemodus beizutragen.
In dieser Weise kann durch das Pulsieren der Saugpumpe, wenn eine Kraftstoffmenge verbraucht wird, im Vergleich zum kontinuierlichen Betreiben der Saugpumpe mehr elektrische Energie eingespart werden. Die Erfinder haben jedoch hier erkannt, dass eine Fehlfunktion des Saugpumpen-Rückschlagventils Auswirkungen auf den richtigen Betrieb während des Impuls-Energiemodus haben kann. Wenn insbesondere das Rückschlagventil, wie z. B. das Ventil 104 nach 1, in einer offenen Position blockiert ist, ist ein Algorithmus erforderlich, um die Fehlfunktion zu detektieren und die Fehlfunktion dementsprechend abzuschwächen.
In Kraftstoffsystemen, die einen Drucksensor enthalten, der sich im Niederdruckkanal 154 nach 1 befindet, kann eine Störung des Rückschlagventils 104 in der folgenden Weise detektiert werden. Wenn das Rückschlagventil ausfällt (in der offenen Position blockiert wird), kann der Druck des LP-Kanals sofort auf den Dampfdruck des Kraftstoffs oder der anderen gepumpten Flüssigkeit abnehmen. Wenn sich ein Drucksensor als solcher an der Stelle befindet, kann der plötzliche Abfall des Drucks durch den Drucksensor detektiert werden. Um dieses Problem abzuschwächen, kann der obenerwähnte Impuls-Energiemodus ausgesetzt werden, und es kann ein anderer Betriebsmodus aktiviert werden. Der andere Betriebsmodus kann ein kontinuierlicher Energiemodus sein, wobei ein im Wesentlichen konstanter Strom für die LP-Pumpe bereitgestellt wird, wie zuvor beschrieben worden ist. Außerdem kann der kontinuierliche Energiemodus entweder eine Steuerung oder eine Regelung umfassen. Bei einer Steuerung werden in einigen Beispielen die Parameter der LP-Pumpe, wie z. B. die Eingangsleistung, die Spannung, der Strom, das Drehmoment und die Drehzahl, geplant. Alternativ können bei einer Regelung die Parameter wenigstens teilweise von der Rückkopplung von einem oder mehreren Sensoren und/oder Steuerprogrammen abhängen.
In Kraftstoffsystemen, die keinen Drucksensor enthalten, der sich im Niederdruckkanal 154 gemäß 1 befindet, können zusätzliche Pulsationsereignisse zusätzlich zu jenen, die regelmäßig geplant sind, in Reaktion auf das Kraftstoffverbrauchs-Schwellenvolumen befohlen werden. Bei diesem Verfahren kann angenommen werden, dass der Dampf am Einlass der DI-Pumpe durch eine Störung des Rückschlagventils (ein blockiertes offenes Ventil) verursacht wird. Mit anderen Worten, während des Impuls-Strommodus, in dem die Pumpe jedes Mal, wenn 3 cm³ Kraftstoff verbraucht worden sind, während 200 Millisekunden gepulst wird, wird die Pumpe z. B. außerdem gepulst, wenn ein Dampfbildungsereignis detektiert wird. 8 zeigt mehrere graphische Darstellungen 800, die den Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe während verschiedener Situationen darstellen. Die graphische Darstellung 810 zeigt den Normalbetrieb der Kraftstoffsaugpumpe während des Impuls-Energiemodus, während die graphische Darstellung 820 ebenfalls den Normalbetrieb zeigt, aber in einer anderen Weise als der, der in 810 gezeigt ist. Die graphische Darstellung 830 zeigt alternativ den Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe, wenn ein defektes Rückschlagventil detektiert wird. Es ist anzumerken, dass anstelle des Befehlens der Saugpumpenimpulse, die in Intervallen eines 3-cm³-Kraftstoffverbrauchs ausgelöst werden, die Saugpumpenimpulse öfter auftreten können und folglich durch die Detektion von Dampf und nicht durch den Kraftstoffvolumenzähler ausgelöst werden können. Dieses Beispiel gibt an, dass das Auslassrückschlagventil der Saugpumpe undicht sein kann. Das Rückschlagventil kann nur funktionieren, wenn die Saugpumpe einen niedrigen oder keinen Kraftstoffdruck bereitstellt. Das Ausschalten der Saugpumpe als solches, wie es durch das Saugpumpen-Impulsschema befohlen ist, ermöglicht, dass das Auslassrückschlagventil funktionsfähig bleibt. Die horizontale Achse für die drei graphischen Darstellungen ist als das verbrauchte Kraftstoffvolumen gezeigt, das in Kubikzentimetern gemessen ist. Die vertikale Achse für die drei graphischen Darstellungen ist als der Druck im Niederdruck-Kraftstoffkanal, gemessen in Bar (absolut), gezeigt. Jede der drei graphischen Darstellungen enthält vertikale Abschnitte, die mit geneigten Linien verbunden sind. Bei den graphischen Darstellungen 810 und 820 ist jeder vertikale Abschnitt auf die verbrauchten Kraftstoffvolumina, die durch 3 teilbar sind, mit Ausnahme von 0 cm³, dem anfänglich verbrauchten Volumen, ausgerichtet. Bei den Impuls-Energiemodi, die den graphischen Darstellungen 810 und 820 zugeordnet sind, ist das Schwellenvolumen des verbrauchten Kraftstoffs 3 cm³. Wenn 3 cm³ des Kraftstoffs als solche verbraucht worden sind, wird der Strom zu der LP-Pumpe gepulst, wobei dadurch der Kraftstoffdruck stromabwärts der Pumpe erhöht wird, was zu den vertikalen Segmenten der graphischen Darstellungen führt. Sobald der Impuls endet, nimmt der Druck im LP-Kraftstoffkanal ab, wie gezeigt ist, bis weitere 3 cm³ des Kraftstoffs verbraucht worden sind. Es wird angemerkt, dass außer 3 cm³ andere Werte für das Schwellenvolumen des verbrauchten Kraftstoffs verwendet werden können.
Es ist anzumerken, dass der Druckbereich niedriger sein kann, wenn der minimale Solldruck abfällt. Eine Nachgiebigkeit von 0,6 bar pro cm³ kann eine feste Konstante der gegebenen Bauform des Kraftstoffsystems sein. Wenn der Kraftstoffdruck abnimmt, aber der maximale Druck konstant gehalten wird, dann wächst das Volumen (d. h., größer als 3 cm³). Falls z. B. der Kraftstoffdruck um zusätzliche 0,6 bar abnimmt, muss das Volumen um 1 cm³ vergrößert werden.
In der graphischen Darstellung 810 ist ein abgeleiteter Dampfdruck 815 beschriftet, der einem Druck von 4 bar entspricht. Der abgeleitete Dampfdruck 815 kann eine Schätzung sein, die auf verschiedenen Parametern, einschließlich der Zusammensetzung, der Temperatur, des Volumens, der Durchflussmenge usw. des Kraftstoffs, basiert. Da es erwünscht sein kann, die Saugpumpe über dem abgeleiteten Dampfdruck zu betreiben, befindet sich die Kurve 810, die die Pulsationsereignisse des Impuls-Energiemodus repräsentiert, über dem abgeleiteten Druck 815. In dieser Weise wird der Druck des LP-Kraftstoffkanals über dem Dampfdruck (4 bar im vorliegenden Beispiel) aufrechterhalten, während der Normalbetrieb im Impuls-Energiemodus ausgeführt wird. Ähnlich zeigt die graphische Darstellung 820 den Normalbetrieb der Saugpumpe während des Impuls-Energiemodus, wobei aber der abgeleitete Dampfdruck 825 anders als der abgeleitete Dampfdruck 815 der graphischen Darstellung 810 ist. Insbesondere ist der abgeleitete Dampfdruck 825 3 bar (anstelle von 4 bar), wie an den Beschriftungen der vertikalen Achse zu sehen ist. Der Druckbereich der graphischen Darstellung 820 als solcher ist niedriger als der Druckbereich der graphischen Darstellung 810. Es stellt sich heraus, dass sich der Druckbereich der graphischen Darstellung 810 zwischen etwa 5 bar und 7 bar befindet, wohingegen es sich herausstellt, dass sich der Druckbereich der graphischen Darstellung 820 zwischen etwa 4 bar und 7 bar befindet. Wenn der abgeleitete Dampfdruck niedriger ist, kann in dieser Weise der Impuls-Energiemodus implementiert sein, so dass der Druckbereich der Saugpumpe höher ist, um die Saugpumpe über dem abgeleiteten Dampfdruck zu betreiben.
In der graphischen Darstellung 830 ist der Abschwächungsbetrieb der Saugpumpe gezeigt, wobei eine Dampfbildung am Einlass der DI-Pumpe oder im LP-Kraftstoffkanal wahrscheinlich ist. Im Vergleich zu den graphischen Darstellungen 810 und 820, bei denen die Kurven den abgeleiteten Dampfdruck nicht schneiden, schneidet sich die graphische Darstellung 830 mit einer Linie, die als der tatsächliche Dampfdruck 835 definiert ist. Der tatsächliche Dampfdruck ist in dem aktuellen Beispiel etwa 2 bar. Der Abschnitt am weitesten links der graphischen Darstellung 830 wird als der Impulsabschnitt 837 bezeichnet, in dem die LP-Pumpe gepulst ist, um den Kraftstoffdruck zu erhöhen, um die Bildung von Kraftstoffdampf zu verringern. Während die Form des Impulsabschnitts 837 ähnlich zu den graphischen Darstellungen 810 und 820 erscheint, sind ihre Funktionen unterschiedlich. Während die graphischen Darstellungen 810 und 820 ein Ergebnis des Normalbetriebs der LP-Pumpe gemäß dem Impuls-Energiemodus sind, ist die graphische Darstellung 830 (und der Impulsabschnitt 837) ein Ergebnis eines Betriebsmodus, der versucht, die Dampfbildung in dem LP-Kraftstoffkanal abzuschwächen. Anstatt des Pulsierens der Pumpe gemäß einem Plan, wie z. B. 3 cm³ (wie bei den graphischen Darstellungen 810 und 820), sendet der Impulsabschnitt 837 Stromimpulse an die LP-Pumpe, um den Kraftstoffdruck über den durch die Linie 835 gezeigten Dampfdruck zu erhöhen. Außerdem sind in der graphischen Darstellung 830 im Vergleich zu den Intervallen der graphischen Darstellungen 810 und 820 die Intervalle zwischen folgenden Pulsationsereignissen verkürzt. Außerdem kann die Länge der Pulsationsereignisse der graphischen Darstellung 830 länger als jene der graphischen Darstellungen 810 und 820 sein, wie durch die horizontalen Segmente im Impulsabschnitt 837 zu sehen ist. Es ist anzumerken, dass ein minimaler Einlassdruck der DI-Pumpe, der den aktuellen Kraftstoffdampfdruck übersteigt, durch die Steuerung oder eine andere geeignete Vorrichtung gewählt werden kann.
Bei Abschluss einer Bedingung, wie z. B. eines verbrauchtes Kraftstoffvolumen während des Ausführens der gepulsten Abschwächungshandlung des Abschnitts 837, eines Zeitraums oder einer Anzahl von Pulsationsereignissen, kann der Betrieb der LP-Pumpe vom Impuls-Energiemodus zum kontinuierlichen Energiemodus wechseln, wie bei dem Übergang 838 angegeben ist. In einem weiteren Beispiel kann die Bedingung die Folgerung enthalten, dass die Dampfbildung durch eine Störung des Rückschlagventils verursacht wird, wenn es in der offenen Position blockiert ist. Wenn der Übergang 838 auftritt, kann ein kontinuierlicher Strom während des kontinuierlichen Energiemodus zu der LP-Pumpe geleitet werden, wie durch den Abschnitt 839 gezeigt ist. Der kontinuierliche Energieabschnitt erhält einen kleineren Kraftstoffdruckbereich als den Druckbereich des Impulsabschnitts 837 aufrecht. Insbesondere stellt sich heraus, dass der Kraftstoffdruckbereich des Impulsabschnitts 837 etwa 2 bar bis 7 bar ist, wohingegen es sich herausstellt, dass der Kraftstoffdruckbereich des kontinuierlichen Abschnitts 839 etwa 5,5 bar bis 6,5 bar ist. Der erhöhte Druck des kontinuierlichen Abschnitts 839 kann sowohl die Dampfbildung verringern als auch das defekte Rückschlagventil abschwächen.
In dieser Weise kann durch das selektive Betreiben der Niederdruck-Kraftstoffpumpe (der Saugpumpe) über den Impuls- oder den kontinuierlichen Energiemodus der Energieverbrauch optimiert werden, während ein robuster Betrieb der Saugpumpe bereitgestellt wird. Es können verschiedene Kombinationen des Impuls- und des kontinuierlichen Energiemodus verwendet werden, um den Betrieb der Saugpumpe gemäß den verschiedenen Betriebsbedingungen zu ändern. Der Impuls-Energiemodus kann z. B. während aller Betriebsbedingungen der Saugpumpe implementiert sein, wobei er ferner keinen Drucksensor enthält. In einem weiteren Beispiel können sowohl der Impuls- als auch der kontinuierliche Energiemodus unter Verwendung eines Drucksensors zum Detektieren der Dampfbildung, um das Wechseln zwischen den beiden Modi auszulösen, implementiert sein. Es sind andere Beispiele möglich, während innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung geblieben wird. Außerdem kann die durch die Störung des Rückschlagventils verursachte Dampfbildung detektiert und abgeschwächt werden, während der Impuls-Energiemodus oder eine Kombination aus dem Impuls- und dem kontinuierlichen Energiemodus verwendet wird. Während des Impuls-Energiemodus können Parameter, wie z. B. das Schwellenvolumen des verbrauchten Kraftstoffs und der vorgegebene Impulszeitraum, kontinuierlich eingestellt werden, um sie an den sich ändernden Bedarf der Kraftmaschine und des Kraftstoffsystems anzupassen. Dies kann die technische Wirkung des Bereitstellens eines effektiven Saugpumpenbetriebs während verschiedener Kraftmaschinenbedingungen erreichen, während der Energieverbrauch optimiert (d. h., verringert) wird.
Es sei angemerkt, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystems verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere aus irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, repräsentieren. Als solche können die veranschaulichten verschiedenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen Code graphisch darstellen, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinen-Steuersystem zu programmieren ist.
Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann z. B. auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder dessen Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer in Beziehung stehenden Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche, ob ihr Umfang umfassender als der, enger als der oder gleich dem Umfang der ursprünglichen Ansprüche ist oder vom Umfang der ursprünglichen Ansprüche verschieden ist, werden außerdem als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7640916 [0003, 0004]

Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Betreiben einer Kraftstoffsaugpumpe (130) in einem Impuls-Energiemodus während eines diskreten Zeitraums nur bei der Detektion eines Kraftstoff-Schwellenvolumens, das durch eine Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140), die stromabwärts der Kraftstoffsaugpumpe (130) positioniert ist, ausgestoßen wird; und Wechseln des Betriebs der Kraftstoffsaugpumpe (130) in einen kontinuierlichen Energiemodus, wenn an einem Einlass der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) Kraftstoffdampf detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Impuls-Energiemodus das Senden einer Folge diskreter elektrischer Signale an einen Leistungseingang der Kraftstoffsaugpumpe (130) enthält, um den Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe (130) einzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der kontinuierliche Energiemodus das Senden eines im Wesentlichen kontinuierlichen elektrischen Signals an einen Leistungseingang der Kraftstoffsaugpumpe (130) enthält, um den Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe (130) einzuleiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der diskrete Zeitraum 200 Millisekunden ist und das Kraftstoff-Schwellenvolumen 3 Kubikzentimeter ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner das Schätzen des Vorhandenseins eines Dampfdrucks über einen Drucksensor umfasst, der sich in einem Niederdruck-Kraftstoffkanal (154) befindet, der die Kraftstoffsaugpumpe (130) mit der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) verbindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner das Schätzen des Vorhandenseins eines Dampfdrucks über die Zeitsteuerung der Energiepulsationsereignisse und den Zeitraum zwischen Ereignissen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kraftstoffsaugpumpe (130) eine elektrisch angetriebene Pumpe ist, die den Kraftstoff auf einen niedrigeren Druck als den Druck des Kraftstoffs, der durch die Direkteinspritzpumpe (140) gepumpt wird, die eine mechanisch angetriebene Verdrängerpumpe ist, unter Druck setzt.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Aktivieren einer Kraftstoffsaugpumpe (130) während eines diskreten Zeitraums nur bei der Detektion des Ausstoßens eines Schwellenvolumens des Kraftstoffs aus einer oder mehreren Direkteinspritzdüsen (120), wobei der diskrete Zeitraum auf einer Sollzunahme des Drucks, der durch die Kraftstoffsaugpumpe (130) bereitgestellt wird, basiert.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Aktivieren der Kraftstoffsaugpumpe (130) das Senden einer Folge von diskreten elektrischen Signalen an die Kraftstoffsaugpumpe (130) enthält.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei der diskrete Zeitraum 200 Millisekunden ist und das Schwellenvolumen des Kraftstoffs 3 Kubikzentimeter ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, das ferner bei der Detektion von Kraftstoffdampf an einem Auslass der Kraftstoffsaugpumpe (130) das Bereitstellen eines kontinuierlichen Stroms zu der Kraftstoffsaugpumpe (130) umfasst, um sie während eines verlängerten Zeitraums, der länger als der diskrete Zeitraum ist, zu aktivieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei ein Drucksensor, der sich stromabwärts der Kraftstoffsaugpumpe (130) befindet, den durch die Kraftstoffsaugpumpe (130) bereitgestellten Kraftstoffdruck misst, um eine Rückkopplung bereitzustellen, um die Kraftstoffsaugpumpe (130) zu steuern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Aktivieren der Kraftstoffsaugpumpe (130) während des diskreten Zeitraums das Steuern der Kraftstoffsaugpumpe (130) in einer Steuerung enthält.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Steuerung das Bereitstellen keiner Rückkopplung, um die Kraftstoffsaugpumpe (130) zu steuern, enthält, wobei die Rückkopplung Kraftstoffdruck-Messwerte von einem Drucksensor, der sich an einem Auslass der Kraftstoffsaugpumpe befindet, und einen Algorithmus zum Detektieren von Kraftstoffdampf stromabwärts der Kraftstoffsaugpumpe enthält.
System, das Folgendes umfasst: eine Kraftstoffsaugpumpe (130), die einer Kraftstoffleitung (154) Kraftstoff bereitstellt; eine Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140), die stromabwärts der Kraftstoffsaugpumpe (130) fluidtechnisch an die Kraftstoffleitung (154) gekoppelt ist, wobei die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) den Kraftstoff in einen Kraftstoffverteiler (158), der ein oder mehrere Direkteinspritzdüsen (120) enthält, unter Druck setzt; und eine Steuerung (170) mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Betreiben der Kraftstoffsaugpumpe (1399 in einem Impuls-Energiemodus und Wechseln des Betriebs der Kraftstoffsaugpumpe zu einem kontinuierlichen Energiemodus, wenn an einem Einlass der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) ein Dampfdruck detektiert wird.
System nach Anspruch 15, wobei die Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) den Kraftstoff auf einen höheren Druck als den Druck, der durch die Kraftstoffsaugpumpe (130) bereitgestellt wird, unter Druck setzt.
System nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, wobei die Steuerung 170 ferner computerlesbare Anweisungen zum Steuern des Betriebs der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) umfasst.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei sich ein Drucksensor in einer Kraftstoffleitung(154) befindet, die zwischen der Kraftstoffsaugpumpe (130) und der Kraftstoff-Direkteinspritzpumpe (140) positioniert ist.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Impuls-Energiemodus das Senden einer Folge diskreter elektrischer Signale an einen Leistungseingang der Kraftstoffsaugpumpe (130) enthält, um den Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe (139) einzuleiten.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der kontinuierliche Energiemodus das Senden eines im Wesentlichen kontinuierlichen elektrischen Signals an einen Leistungseingang der Kraftstoffsaugpumpe (139) enthält, um den Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe einzuleiten.