DE102016206429A1

DE102016206429A1 - Verfahren zur Steuerung einer Fördereinheit eines Hochdruckeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016206429A1
Application number: DE102016206429.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kieferle; Markus Strasser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2017-10-19
Also published as: CN107299863B; CN107299863A; KR20170118615A; KR102218949B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Fördereinheit eines Hochdruckeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei die Ansteuerung der Fördereinheit in Abhängigkeit einer gewünschten Rücklaufmenge vorgegebenen wird, wobei die gewünschte Rücklaufmenge, ausgehend von wenigstens einer ersten Rücklaufmenge, die wenigstens abhängig von dem Umgebungsdruck vorgegeben wird, ermittelt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung einer Fördereinheit für ein Kraftstoffsystem eines Hochdruckeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine.
Aus der DE 10 2008 001 240 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Fördereinheit eines Hochdruckeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei diesem Verfahren wird ausgehend von der Rücklaufmenge ein Sollwert für den Druck in der Rücklaufleitung ermittelt. Ausgehend von dem Vergleich des Sollwerts für den Druck in der Rücklaufleitung mit dem Istwert wird die Fördereinheit entsprechend angesteuert.
Zur Sicherstellung der Funktion und der Robustheit der Hochdruckpumpe in einem Hochdruckeinspritzsystem darf ein absoluter Zulaufdruck vor der Hochdruckpumpe nicht unterschritten werden. Üblicher Weise bildet sich dieser Zulaufdruck im Niederdruckkreislauf aus der Summe der Differenzdrücke eines so genannten Überströmventils in oder vor der Hochdruckpumpe und der durchflussabhängigen Drosselwirkung der Rücklaufleitung und dem im Tank herrschenden Druck. Dabei entspricht der im Tank herrschende Druck näherungsweise dem Atmosphärendruck.
Um in der Höhe bei abnehmenden Atmosphärendruck den erforderlichen absoluten Zulaufdruck vor der Hochdruckpumpe nicht zu unterschreiten, wird bisher bei der Auslegung der Differenzdruck des Überströmventils so hoch gewählt, dass auch in der maximalen Höhe die Zulaufdruckanforderung eingehalten wird. Der Differenzdruck entspricht der Druckdifferenz über das Überströmventil, bei dem dieses öffnet. Deshalb wird diese Druckdifferenz auch als Öffnungsdruck bezeichnet.
Nachteilig bei dieser Auslegung mit sehr hoch eingestelltem Öffnungsdruck des Überströmventils ist, dass bei einem Betrieb in einer geringen Höhe, mit hierbei höheren Atmosphärendruck, der aktuelle Zulaufdruck vor der Hochdruckpumpe deutlich über dem erforderlichen Zulaufdruck liegt.
Die Kraftstoffversorgung eines Hochdruckeinspritzsystems wird üblicher Weise mittels der im Tank verbauten Fördereinheit sichergestellt. Für die Fördereinheit wird üblicher Weise eine elektrische Kraftstoffförderpumpe verwendet. Diese Pumpe hat die Eigenschaft, dass der benötigte Strom und der damit benötigte Leistungsbedarf direkt mit dem erforderlichen Förderdruck der Fördereinheit korreliert. Bei der oben beschriebenen Wahl des Öffnungsdrucks des Überströmventils und dem damit verbundenen hohen Zulaufdruck der Hochdruckpumpe bei geringer geodätischer Höhe, wird ein größerer Leistungsbedarf bei der Fördereinheit verbraucht als hydraulisch benötigt wird. Dies führt zu einer unnötigen Energie und einem unnötigen Kraftstoffverbrauch.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die Ansteuerung der Fördereinheit in Abhängigkeit einer gewünschten Rücklaufmenge vorgegebenen wird, die gewünschte Rücklaufmenge wird ausgehend von wenigstens einer ersten Rücklaufmenge, die wenigstens abhängig von dem Umgebungsdruck vorgegeben wird, ermittelt.
Diese erste Rücklaufmenge entspricht einer umgebungsdruckabhängigen Rücklaufmenge, die erforderlich ist um einen Abfall des Umgebungsdrucks zu kompensieren.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass bei beliebigen Atmosphärendruck der notwendige Zulaufdruck vor der Hochdruckpumpe erreicht wird, ohne dass dabei unnötig Energie verbraucht wird. Dadurch kann der Leistungsbedarf der Fördereinheit niedrig gehalten und der CO₂-Ausstoß reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass im Niederdruckkreislauf kein Drucksensor erforderlich ist. Dies wird insbesondere dann erreicht, wenn ein so genanntes mengengesteuertes Konzept zum Einsatz kommt, welches üblicher Weise mit einer drehzahlregelbaren Elektrokraftstoffpumpe mit bürstenlosen Antrieb realisiert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine zweite Rücklaufmenge, abhängig von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine vorgegeben wird. Diese zweite Rücklaufmenge entspricht der aktuellen Rücklaufmenge, die sich bei dem aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine über den Bedarf des Einspritzsystems unter Berücksichtigung der erforderlichen Kühl- und Schmiermenge für die Hochdruckpumpe ergibt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine wenigstens eine Drehzahl und/oder eine Lastgröße verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die gewünschte Rücklaufmenge mittels einer Maximalauswahl aus der ersten Rücklaufmenge und der zweiten Rücklaufmenge ausgewählt wird.
Eine besonders genaue Vorgabe der Rücklaufmenge ergibt sich, wenn die erste Rücklaufmenge zusätzlich, ausgehend von einer Temperaturgröße, insbesondere der Kraftstofftemperatur, vorgegeben wird.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen neuen Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, insbesondere Sourcecode mit Compilier- und/oder Verlinkungsanweisungen, wobei der Programmcode das Computerprogramm zur Ausführung aller Schritte eines der beschriebenen Verfahren ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird, also insbesondere kompiliert und/oder verlinkt wird. Dieser Programmcode kann insbesondere durch Quellcode gegeben sein, welche beispielsweise von einem Server im Internet herunterladbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 wesentliche Elemente eines Hochdruckeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine und
2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Steuerung.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 sind die wesentlichen Elemente eines Hochdruckeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine dargestellt. Eine Fördereinheit mit 100 bezeichnet. Diese Fördereinheit ist vorzugsweise als elektrische Kraftstoffpumpe, vorzugsweise mit einem bürstenlosen Antrieb, ausgestaltet. Diese Fördereinheit 100 fördert Kraftstoff von einem Tank 105 über eine Niederdruckleitung und einen Filter 110 zu einer Hochdruckpumpe 120. Der Tank 105, die Niederdruckleitung und der Filter 110 werden im Folgenden auch als Niederdruckbereich bezeichnet. Die Hochdruckpumpe 120 fördert den Kraftstoff unter hohen Druck in ein Rail 130. An dem Rail 130 ist ein Druckregelventil 135 angeordnet, über den Kraftstoff über eine Rücklaufleitung 138 in den Tank 105 abgelassen werden kann. Von dem Rail 130 gelangt der Kraftstoff über Injektoren 140 in die Brennräume der Brennkraftmaschine.
Der Eingang der Hochdruckpumpe 120 ist über ein Überströmventil 145 ebenfalls mit der Rücklaufleitung 138 verbunden. Eine Steuereinheit 160 steuert sowohl die Fördereinheit als auch die Injektoren 140 sowie, nicht dargestellt, das Druckregelventil 135 an. Dazu werden Ausgangssignale verschiedener Sensoren 165 ausgewertet.
Um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Hochdruckpumpe 120 zu ermöglichen, muss an dem Eingang der Hochdruckpumpe ein bestimmter Druck herrschen. Dieser wird üblicher Weise als Zulaufdruck PH bezeichnet. Dieser muss durch eine entsprechende Ansteuerung der Fördereinheit 100 bereitgestellt werden.
Durch das Überströmventil 145 wird gewährleistet, dass der Druck vor der Hochdruckpumpe nicht auf unzulässige Werte ansteigt. Die Auslegung dieses Überströmventils ist problematisch. Wird der Öffnungsdruck DPÜ des Überströmventils zu hoch gewählt, so baut sich vor der Hochdruckpumpe ein zu hoher Druck auf und es wird unnötig Energie von der Fördereinheit aufgebracht, um diesen hohen Druck bereitzustellen. Ist der Überstromdruck DPÜ zu klein gewählt, so kann insbesondere bei großen Höhen der Fall eintreten, dass der Zulaufdruck PH vor der Hochdruckpumpe zu niedrig ist. Für den Zulaufdruck PH vor der Hochdruckpumpe gilt die Beziehung:
PH = PA + DPR + DPÜ. Dabei entspricht die Größe PA dem Atmosphärendruck im Tank, der Druck DPÜ dem Öffnungsdruck bzw. dem Differenzdruck über das Überströmventil 145 und die Druckdifferenz DPR entspricht der Druckdifferenz zwischen dem Tank und dem Verbindungspunkt zwischen dem Überströmventil 145 und der Rücklaufleitung 138.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Öffnungsdruck des Überströmventils 145 so gewählt wird, dass dieser im normalen Betrieb bei kleiner Überströmmenge in normaler Höhe ausreicht, um den Zulaufdruck PH vor der Hochdruckpumpe zu gewährleisten. Fällt der Atmosphärendruck PA ab, wenn sich beispielsweise das Fahrzeug in großen Höhen bewegt, so wird die Rücklaufmenge in der Rücklaufleitung 138 so erhöht, dass der Differenzdruck DPR in der Rückleitung ansteigt und damit der abfallende Atmosphärendruck PA am Ausgang des Überströmventils 145 nicht mehr wirksam ist.
Dies bedeutet, der Differenzdruck des Öffnungsventils 145 wird so gewählt, dass bei erwarteten mittleren Rücklaufmenge, einem Umgebungsdruck, der einer Höhe von z.B. 1000 Meter entspricht, der geförderte Zulaufdruck erreicht wird. Bei dieser Auslegung wird die Fördereinheit mit einem niedrigen Energiebedarf betrieben. Wird das Fahrzeug nun in größere Höhen bewegt, nimmt entsprechend der Atmosphärendruck ab. Der Verlust an Atmosphärendruck wird erfindungsgemäß nun im gleichen Maß durch eine Erhöhung der Drosselwirkung durch die Rücklaufleitung kompensiert. Dazu wird abhängig von der aktuellen Kraftstofftemperatur und dem Atmosphärendruck die Rücklaufmenge angehoben. Dadurch wird der erforderliche Pumpenzulaufdruck sichergestellt.
In der Steuereinheit 160 ist üblicher Weise die Information über den Atmosphärendruck vorhanden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Steuereinheit 160 ständig berechnet wird, welche Rücklaufmenge abhängig vom Atmosphärendruck und der Kraftstofftemperatur aktuell benötigt wird, um den erforderlichen Zulaufdruck PH sicherzustellen. Ferner wird die aktuelle Rücklaufmenge berechnet, die auf Grund des aktuellen Betriebskenngrößen vorliegt. Ist die aktuelle Rücklaufmenge, die auf Grund der aktuellen Betriebskenngrößen gefördert wird, kleiner als eine umgebungsdruckabhängige Rücklaufmenge, die auf Grund des Atmosphärendrucks erforderlich, so wird die Fördereinheit so angesteuert, dass die umgebungsdruckabhängige Rücklaufmenge einstellt, die auf Grund des Atmosphärendrucks erforderlich ist.
Eine entsprechende Vorgehensweise ist beispielhaft in der 2 dargestellt. Mit 200 ist ein entsprechendes Kennfeld bezeichnet, in dem abhängig von den Ausgangssignalen der Sensoren 205 und 210, die ein Signal bezüglich des Atmosphärendrucks PA bzw. der Kraftstofftemperatur T bereitstellen, eine umgebungsdruckabhängige Rücklaufmenge abgelegt. Anstelle der Sensoren können auch intern in der Steuereinheit 160 vorliegende Signale bezüglich dieser Größen verwendet werden.
Des Weiteren wird in der Steuereinheit 160 die gewünschte Rücklaufmenge in dem Hochdruckeinspritzsystem berechnet. Die Berechnung dieser Rücklaufmenge ist unter anderem abhängig vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und der Kraftstofftemperatur T. Mit zunehmender Kraftstofftemperatur steigt, beispielsweise die Rücklaufmenge an, da in diesem Fall mehr Kühlmenge für die Hochdruckpumpe benötigt wird, die aus der Hochdruckpumpe zurück in den Tank fließt.
In der Berechnung 220 wird die aktuelle Rücklaufmenge ausgehend von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, die mittels Sensoren 230 erfasst werden und der Kraftstofftemperatur T berechnet. Auch hier kann vorgesehen sein, dass diese Größen mittels Sensoren erfasst oder als interne Größen vorlegen und dann verwendet werden. Als Betriebskenngrößen wird vorzugsweise eine Drehzahl und/oder eine Lastgröße verwendet. Diese definieren den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine. Als Lastgröße, kann beispielsweise die eingespritzte Kraftstoffmenge verwendet werden.
Bei entsprechenden Betriebszuständen kann der Fall eintreten, dass die aktuelle Rücklaufmenge bereits ausreichend hoch ist, um auch im Betrieb in großer Höhe die notwendige Stauwirkung in der Rücklaufleitung zu erzeugen. Für diesen Fall ist zusätzlich eine Maximalauswahl 240 vorgesehen, in der die aktuelle Rücklaufmenge mit der errechneten umgebungsdruckabhängigen Rücklaufmenge verglichen wird. Die Maximalauswahl 240 wählt die größeren der beiden Größen aus und gibt diese an eine Berechnung 250 weiter, d. h. nur für den Fall, dass die aktuelle Rücklaufmenge zu gering sein sollte, wird der höhere umgebungsdruckabhängig berechnete Wert als gewünschte Rücklaufmenge verwendet. Ausgehend von dieser gewünschten Rücklaufmenge berechnet die Berechnung 250 die erforderliche Fördermenge, die von der Fördereinheit 100 bereitzustellen ist. Die Berechnung 250 gibt ein entsprechendes Ansteuersignal an die Fördereinheit 100 weiter.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008001240 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Fördereinheit eines Hochdruckeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei die Ansteuerung der Fördereinheit in Abhängigkeit einer gewünschten Rücklaufmenge vorgegebenen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschte Rücklaufmenge, ausgehend von wenigstens einer ersten Rücklaufmenge, die wenigstens abhängig von dem Umgebungsdruck vorgegeben wird, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Rücklaufmenge, abhängig von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine wenigstens eine Drehzahl und/oder eine Lastgröße verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschte Rücklaufmenge mittels einer Maximalauswahl aus der ersten Rücklaufmenge und der zweiten Rücklaufmenge ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rücklaufmenge zusätzlich, ausgehend von einer Temperaturgröße, insbesondere der Kraftstofftemperatur, vorgegeben wird. Computerprogramm, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 6 gespeichert ist.
Steuergerät, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, wobei der Programmcode das Computerprogramm nach Anspruch 6 ergibt, wenn sie gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt werden.