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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Einlassventils zur Regelung der Fördermenge einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2013 215 909 A1 geht ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer mit einem Einlassventil mit elektromagnetischem Aktor versehenen Hochdruckkraftstoffpumpe hervor, bei dem das Einlassventil als stromlos offenes Ventil ausgebildet ist. Das heißt, dass der elektromagnetische Aktor bestromt wird, um das Einlassventil zu schließen. Die Bestromung erfolgt dabei in Abhängigkeit von der aktuellen Position eines Pumpenkolbens der Hochdruckkraftstoffpumpe, vorausgesetzt, dass eine entsprechende Positionsinformation verfügbar ist. Ist dies nicht der Fall, beispielsweise bei einem schnellen Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine nach deren Stopp, wie er für ISS (Instant Start System) und HEV (Hybrid Electric Vehicle) Anwendungen typisch ist, erfolgt die Bestromung des elektromagnetischen Aktors zunächst unabhängig von der Position des Pumpenkolbens gemäß einer vorgegebenen Bestromungsstrategie, und zwar in der Weise, dass die Förderleistung der Hochdruckpumpe nicht beeinflusst wird. Das Verfahren stellt somit ab dem Start der Verbrennungskraftmaschine die Förderung von Kraftstoff ab dem ersten Förderhub der Hochdruckkraftstoffpumpe sicher. Die vorgegebene Bestromungsstrategie kann dabei eine Bestromung in Intervallen oder eine Dauerbestromung vorsehen. Bei Dauerbestromung ist eine Mengenregelung nicht möglich. Zudem ist die Verlustleistung vergleichsweise hoch. Sofern eine Bestromung in Intervallen vorgesehen ist, erfolgt vorzugsweise die Bestromung in Intervallen mit einer Frequenz, die höher als die Förderfrequenz der Hochdruckkraftstoffpumpe ist.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Einlassventils anzugeben, das besonders energieeffizient ist und zudem eine Reduktion des Antriebsmoments der Kraftstoffhochdruckpumpe ermöglicht. Auf diese Weise soll neben dem Energiebedarf auch der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner werden ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt und ein Steuergerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetisch ansteuerbaren Einlassventils, das der Regelung der Fördermenge einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine dient. Bei dem Verfahren wird ein elektromagnetischer Aktor in Abhängigkeit von der Position einer Nockenwelle der Kraftstoffhochdruckpumpe relativ zur Position einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zum Schließen des Einlassventils bestromt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Frequenz der Bestromung des elektromagnetischen Aktors durch Aussetzen einer Bestromung last- und/oder drehzahlabhängig variiert wird. Das heißt, dass die Frequenz der Bestromung und damit der aufeinanderfolgenden Schließvorgänge des Einlassventils herabgesetzt wird. In der Folge sinkt der Energiebedarf. Zugleich kann die Lebensdauer des Einlassventils gesteigert werden, da dieses weniger häufig betätigt wird.
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Da die Förderung von Kraftstoff auf Hochdruck ein geschlossenes Einlassventil voraussetzt, wird bei Aussetzen der Bestromung des elektromagnetischen Aktors, das heißt bei weiterhin geöffnetem Einlassventil, auch kein Kraftstoff gefördert. Mit ausbleibender Förderung reduziert sich das Antriebsmoment der Kraftstoffhochdruckpumpe, was eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs zur Folge hat. Dieser wiederum wirkt sich positiv auf die CO2 Bilanz der Brennkraftmaschine aus.
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Die Aussetzung der Bestromung des elektromagnetischen Aktors führt zu längeren Bestromungsunterbrechungen. Da im Übrigen die Ansteuerung des elektromagnetisch ansteuerbaren Einlassventils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Abhängigkeit von der Position der Nockenwelle der Hochdruckpumpe bzw. der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erfolgt, das heißt synchron mit der Kraftstoffhochdruckpumpe, betragen die Bestromungsunterbrechungen ein Vielfaches der Zeit, die üblicherweise zwischen zwei Bestromungen liegt. Auf diese Weise kann die Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe last- und/oder drehzahlabhängig gesteuert bzw. geregelt werden.
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Bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern kann beispielsweise eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit Doppelnocken zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff eingesetzt werden. Bei einem Antriebsverhältnis der Kraftstoffhochdruckpumpe von 1 werden dann vier Einspritzungen bzw. vier Verbrennungen im Verlauf zweier Pumpenumdrehungen realisiert. Üblicherweise werden im Verlauf dieser zwei Pumpenumdrehungen vier Pumpenförderungen durchgeführt, und zwar unabhängig von Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine. Lediglich im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine wird kein Kraftstoff eingespritzt und damit auch kein Kraftstoff gefördert, um den Druck im System nicht endlos ansteigen zu lassen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auch außerhalb des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine Förderungen ausgesetzt, um die Fördermenge an den tatsächlichen Bedarf anzupassen. Das Aussetzen der Förderung wird wiederum über die Ansteuerung des elektromagnetisch ansteuerbaren Einlassventils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht.
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Bevorzugt wird die Frequenz der Bestromung des elektromagnetischen Aktors des Einlassventils bei Leerlauf und/oder Teillast der Brennkraftmaschine heruntergesetzt. Das heißt, dass Schließvorgänge des Einlassventils bei Leerlauf und/oder Teillast ausgesetzt werden, so dass - dem tatsächlichen Bedarf entsprechend - kein Kraftstoff gefördert wird. Kommt es jedoch auf maximale Förderung an, beispielsweise bei Volllast oder bei einer Beschleunigung der Brennkraftmaschine, bleibt die Frequenz der Bestromung des elektromagnetischen Aktors unverändert. Das heißt, dass kein Schließvorgang und damit keine Förderung ausgesetzt werden.
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Je nach Bedarf kann die Bestromung des elektromagnetischen Aktors auch mehrfach hintereinander ausgesetzt werden. Dies gilt insbesondere, wenn die Druckregelabweichung vergleichsweise gering ist, beispielsweise bei großem Hochdruckspeichervolumen und/oder sehr geringem Verbrauch der Brennkraftmaschine. Denn dann sinkt der Druck im Hochdruckspeichervolumen selbst bei mehrfach ausgesetzter Förderung nur wenig ab.
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Üblicherweise wird der Förderbeginnwinkel eines elektromagnetisch ansteuerbaren Einlassventils auf Basis einer Fördermengen-Kennlinie bestimmt, die bei maximaler Schließfrequenz gemessen wurde. Um weiterhin eine optimale Druckregelung im Hochdruckspeicher des Kraftstoffeinspritzsystems zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, den Förderbeginnwinkel des Einlassventils in Abhängigkeit von der jeweils gewählten Frequenz der Bestromung des elektromagnetischen Aktors zu korrigieren.
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Die Frequenz der Bestromung des elektromagnetischen Aktors wird vorzugsweise nach Maßgabe eines Programmcodes eines Computerproramms gewählt, das auf einem Steuergerät abläuft. Für die Frequenz der Schließung des elektromagnetisch ansteuerbaren Einlassventils kann somit eine intelligente Funktion gestaltet werden, welche die Bedingungen für die Aussetzung der Bestromung festlegt. Diese Bedingungen sollen nach motortechnischem Bedarf kalibrierbar sein.
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Ferner wird daher ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode vorgeschlagen, das auf einem Steuergerät installiert oder auf einem maschinenlesbaren Speichermedium für ein Steuergerät gespeichert ist und ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt, wenn das Computerprogramm auf dem Steuergerät abläuft.
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Darüber hinaus wird ein Steuergerät vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens installiert ist. Bei dem Steuergerät kann es sich insbesondere um ein Motorsteuergerät handeln, das mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, so dass die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Betriebsparameter vorliegen.
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Das Verfahren wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 ein Diagramm zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Bestromungsprofils gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- 2 ein Diagramm zur Darstellung des Druckverlaufs im Hochdruckspeicher bei ausgesetzter Bestromung und
- 3 ein Diagramm zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Bestromungsprofils gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In der 1 ist ein Bestromungsprofil (Graph 1) eines elektromagnetischen Aktors eines Einlassventils zur Regelung der Fördermenge einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine bei Leerlauf dargestellt. Graph 2 gibt die Drehzahl der Brennkraftmaschine an, so dass sich die Brennkraftmaschine erkennbar im Leerlaufmodus befindet. Während der Zeit (Pfeil 3), in der eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zwei Umdrehungen ausführt, wobei der Graph 4 das Signal der Kurbelwellenbewegung darstellt, wird die Bestromung des eines elektromagnetischen Aktors zweimal ausgesetzt, das heißt einmal pro Umdrehung der Kurbelwelle. Die zur Kurbelwellenumdrehung synchron verlaufende Rotationsbewegung einer Nockenwelle der Kraftstoffhochdruckpumpe ist durch den Graphen 5 wiedergegeben. Wird die Bestromung des elektromagnetischen Aktors ausgesetzt, bleibt das Einlassventil geöffnet und es kann kein Kraftstoff gefördert werden. Dies hat jedoch, am Verlauf des Graphen 6 erkennbar, kaum Einfluss auf den Druck in einem Hochdruckspeicher des Kraftstoffeinspritzsystems.
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Selbst dann, wenn - wie beispielhaft in dem Diagramm der 2 dargestellt - über den Zeitraum zweier Kurbelwellendrehungen (Pfeil 3) keine Bestromung (Graph 1) des elektromagnetischen Aktors des Einlassventils erfolgt, sinkt der Druck im Hochdruckspeicher nur geringfügig ab (Graph 6.2, wobei der Graph 6.1 den Soll-Wert bezeichnet). Der Graph 2 gibt die Drehzahl und der Graph 7 gibt die Kraftstoffmenge an.
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In der 3 ist ein Bestromungsprofil eines elektromagnetischen Aktors eines Einlassventils zur Kraftstoffversorgung einer Hochdruckpumpe mit Doppelnocken dargestellt. Während die Kurbelwelle zwei Umdrehungen ausführt, erreicht der Pumpenkolben viermal einen oberen Totpunkt (OT). Über diesen Zeitraum wird der Aktor mit einer Stromstärke Ipull bestromt, dann über zwei Totpunkte (OTs) nicht bestromt und bei dem folgenden oberen Totpunkt (OT) wieder bestromt. Danach erfolgt wieder ein zweimaliges Absetzen usw. Das heißt, dass der Aktor gegenüber der 1 noch seltener bestromt wird, so dass das Einlassventil den Schließhub H noch seltener ausführt.
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Durch Aussetzen der Bestromung des elektromagnetischen Aktors des Einlassventils kann die Fördermenge einer Kraftstoffhochdruckpumpe an die Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine angepasst werden. Das heißt, dass nur bei Bedarf gefördert wird. Entsprechend kann der Kraftstoffverbrauch gesenkt und die CO2-Bilanz der Brennkraftmaschine verbessert werden. Ferner wird der Verschleiß über die Lebensdauer der Kraftstoffhochdruckpumpe und des Einlassventils verringert. Darüber hinaus können unerwünschte Geräusche gemindert werden, die beim Schließen und Öffnen des Einlassventils entstehen. Dies macht sich insbesondere bei Leerlauf der Brennkraftmaschine bemerkbar, da Verbrennungsgeräusche erwartungsgemäß niedrig ausfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren trägt somit auch zur Komfortsteigerung bei.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013215909 A1 [0002]
