DE102017127517B4

DE102017127517B4 - Kraftstoffsystem für einen verbrennungsmotor mit einer vorrichtung zur steuerung des kraftstoffdrucks

Info

Publication number: DE102017127517B4
Application number: DE102017127517.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas L. Grime; Yvan De Blois
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2037-11-22
Also published as: US20180142642A1; CN108087134A; US10253718B2; DE102017127517A1; CN108087134B

Abstract

Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend:
eine elektrisch angetriebene Kraftstoffverdrängerpumpe (30);
ein Kraftstoffzufuhrsystem (20), das die Kraftstoffverdrängerpumpe (30) beinhaltet, die fluidmäßig mit einem Überdruckventil (27) gekoppelt ist, das parallel zu einer Hochdruckkraftstoffpumpe (26) angeordnet ist, worin die Hochdruckkraftstoffpumpe (26) fluidmäßig mit einem Kraftstoffverteiler (24) des Verbrennungsmotors (10) gekoppelt ist;
wobei das Kraftstoffzufuhrsystem (20) dazu konfiguriert ist, ohne einen Kraftstoffdrucksensor zu arbeiten;
eine Steuerung (12), die operativ mit der Kraftstoffverdrängerpumpe (30) und dem Verbrennungsmotor (10) verbunden ist, worin die Steuerung (12) einen Befehlssatz enthält, worin der Befehlssatz ausführbar ist, um:
eine Beziehung zwischen einer Kraftstoffpumpendrehzahl (71) und einer Kraftstoffströmungsrate (73) für die Kraftstoffverdrängerpumpe (30) bei einem Betriebspunkt der Kraftstoffverdrängerpumpe zu ermitteln, der einem Sollwertdruck des Überdruckventils (27) zugeordnet ist;
einen Sollkraftstoffdruck (53) und eine Kraftstoffströmungsanforderung (55) für die Kraftstoffverdrängerpumpe (30) zu ermitteln;
einen Vorwärtspumpdrehzahl-Befehl (63) für die Kraftstoffverdrängerpumpe (30) basierend auf dem Sollkraftstoffdruck (53) und der Kraftstoffströmungsanforderung (55) zu ermitteln;
den Vorwärtspumpdrehzahl-Befehl (63) basierend auf der Kraftstoffpumpendrehzahl (71) und der Kraftstoffströmungsrate (73) bei dem Betriebspunkt zu kompensieren; und
den Betrieb der Kraftstoffverdrängerpumpe (30) zu steuern, um Kraftstoff an die zweite Kraftstoffpumpe (26) basierend auf dem kompensierten Vorwärtspumpdrehzahl-Befehl zu liefern,um Kraftstoff basierend darauf zu der zweiten Kraftstoffpumpe (26) zuzuführen.

Description

EINLEITUNG
Einige Verbrennungsmotoren verwenden direkte Kraftstoffeinspritzsysteme, um Kraftstoff durch Kraftstoffeinspritzventile über ein Kraftstoffsystem zuzuführen, das eine Kraftstoffpumpe, Kraftstoffleitungen und einen Kraftstoffverteiler enthält, worin ein Kraftstoffdrucksensor angeordnet ist, um den Kraftstoffdruck zu überwachen. Die Steuerung des Kraftstoffdrucks, der an den Kraftstoffverteiler und die Einspritzventile geliefert wird, kann unter Verwendung eines Regelsystems erreicht werden, das den Betrieb der Kraftstoffpumpe basierend auf der Signalrückmeldung von dem Kraftstoffdrucksensor steuert.
Ein anderes Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor, das den Kraftstoffdrucks ohne einen Kraftstoffdrucksensor steuert, wird beispielsweise in der DE 10 2011 005 663 A1 beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor ist beschrieben und beinhaltet die Merkmale des Anspruchs 1.
Ein Aspekt der hierin beschriebenen Konzepte beinhaltet, dass das Kraftstoffzufuhrsystem ohne einen Kraftstoffdrucksensor konfiguriert ist.
Ein anderes der hierin beschriebenen Konzepte beinhaltet, dass die erste Kraftstoffpumpe ein Kraftstoffpumpenelement mit positiver Verdrängung ist, das drehbar mit einem Mehrphasen Elektromotor gekoppelt ist.
Ein anderes der hierin beschriebenen Konzepte beinhaltet die Steuerung, die eine Kraftstoffpumpensteuerung beinhaltet, die zur Steuerung des Mehrphasen-Elektromotors in Reaktion auf den Vorwärtspumpdrehzahl-Befehl angeordnet ist und angeordnet ist, um den Regel-Pumpendrehzahlbefehl zu ermitteln.
Ein anderes der hierin beschriebenen Konzepte beinhaltet die Kraftstoffpumpensteuerung, die angeordnet ist, um eine an den Elektromotor gelieferte Größenordnung eines elektrischen Stroms und die Kraftstoffpumpendrehzahl zu ermitteln.
Ein anderes der hierin beschriebenen Konzepte beinhaltet die zweite Kraftstoffpumpe, die fluidmäßig parallel zu dem Überdruckventil angeordnet ist.
Ein anderes der hierin beschriebenen Konzepte beinhaltet den Befehlssatz, der zur Steuerung des Elektromotors der ersten Kraftstoffpumpe ausführbar ist, um zu bewirken, dass das Verdrängungspumpenelement bei einem Endpumpendrehzahlbefehl arbeitet, um Kraftstoff steuerbar bei dem gewünschten Druck an die Hochdruckkraftstoffpumpe zu liefern.
Ein anderes der hierin beschriebenen Konzepte beinhaltet, dass der Befehlssatz ausführbar ist, um die Kraftstoffpumpe intrusiv zu kennzeichnen, um eine Beziehung zwischen der Kraftstoffpumpendrehzahl und dem Kraftstoffpumpenstrom bei dem Sollwertdruck des Kraftstoffsystem-Überdruckventils zu ermitteln.
Ein weiteres der hierin beschriebenen Konzepte beinhaltet, dass der Befehlssatz ausführbar ist, um die Kraftstoffpumpe zu kennzeichnen, um eine Beziehung zwischen einer Kraftstoffpumpendrehzahl und einem Kraftstoffpumpenstrom bei dem Sollwertdruck des Kraftstoffsystem-Überdruckventils durch Befehlen einer Erhöhung der Kraftstoffpumpendrehzahl und überwachen des Kraftstoffpumpenstrom zu ermitteln und einen Wendepunkt in dem Kraftstoffpumpenstrom und einer zugeordneten Kraftstoffpumpendrehzahl zu ermitteln.
Ein anderes der hierin beschriebenen Konzepte beinhaltet, dass der Kraftstoffpumpenstrom einer doppelten Tiefpassfilterung unterzogen wird, um den Wendepunkt des Kraftstoffpumpenstroms zu erfassen.
Ein anderes der hierin beschriebenen Konzepte beinhaltet ein Verfahren zum Steuern des Betriebs des hierin beschriebenen Kraftstoffsystems.
Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Ausführungsformen und anderen Arten zur Ausführung der vorliegenden Lehren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich hervor.
Figurenliste
Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungen in Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 schematisch ein Kraftstoffzufuhrsystem für einen Verbrennungsmotor veranschaulicht, das gemäß der Offenbarung von einer Steuerung gesteuert wird;
2 schematisch eine Kraftstoffpumpensteuerroutine darstellt, die zum Steuern eines Elektromotors einer Kraftstoffpumpe ausgeführt wird, um zu bewirken, dass ein Pumpenelement bei einem Endpumpendrehzahlbefehl arbeitet, um Kraftstoff durch einen Kraftstoffverteiler und Kraftstoffeinspritzdüsen steuerbar bei einem gewünschten Druck an den Motor zu liefern, gemäß der Offenbarung;
3 grafisch Daten zeigt, die mit einer befohlenen Kraftstoffpumpendrehzahl, einem Kraftstoffsystemdruck und einem Kraftstoffpumpenstrom für eine Ausführungsform des unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Kraftstoffzufuhrsystems assoziiert sind, worin die Daten eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffpumpenstrom und einem Kraftstoffdruckwendepunkt angeben, der einem der fluidischen Öffnung eines in dem Kraftstoffzufuhrsystem angeordneten Überdruckventils zugeordneten Sollwertdruck entspricht, gemäß der Offenbarung;
4 graphisch Daten in Verbindung mit einem ungefilterten Kraftstoffpumpenstrom und entsprechend mehreren gefilterten Kraftstoffpumpenströmen zeigt, worin die Stromgrößenordnung auf der vertikalen Achse angegeben ist und die Zeit auf der horizontalen Achse angegeben ist, gemäß der Offenbarung; und
5 graphisch Daten zeigt, die dem ungefilterten Kraftstoffpumpenstrom und entsprechenden ersten und zweiten gefilterten Kraftstoffpumpenströmen zugeordnet sind, worin die Stromgrößenordnung auf der vertikalen Achse angegeben ist in Bezug auf die Zeit, die auf der horizontalen Achse angegeben ist, gemäß der Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die hierin beschrieben und veranschaulicht sind, können in einer Vielfalt von verschiedenen Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein. Daher ist die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen nicht dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung, wie beansprucht, einzuschränken, sondern sie ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Obwohl zahlreiche spezielle Einzelheiten in der folgenden Beschreibung offengelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können zudem einige Ausführungsformen ohne einige oder alle diese Details in die Praxis umgesetzt werden. Darüber hinaus kann die Offenbarung, wie hierin veranschaulicht und beschrieben, in Abwesenheit eines Elements ausgeführt werden, das hierin nicht ausdrücklich offenbart ist. Darüber hinaus wurde der Klarheit halber bestimmtes technisches Material, das im Stand der Technik bekannt ist, nicht im Detail beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden. Des Weiteren sind die Zeichnungen vereinfacht und nicht im exakten Maßstab dargestellt. Wie hierin verwendet, beziehen sich der Begriff „stromaufwärts“ und ähnliche Begriffe auf Elemente, die auf eine Entstehung eines Strömungsflusses relativ zu einer angegebenen Position hindeuten und der Begriff „stromabwärts“ und ähnliche Begriffe beziehen sich auf Elemente, die von einer Entstehung eines Strömungsflusses relativ zu einer angegebenen Position entfernt sind.
Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Kraftstoffzufuhrsystems 20 für einen Verbrennungsmotor (Motor) 10, der angeordnet sein kann, um einem Fahrzeug Zugkraft zuzuführen. Der Betrieb des Kraftstoffzufuhrsystems 20 und des Motors 10 werden vorzugsweise durch eine Steuerung 12 in Reaktion auf Bedienerbefehle und andere Faktoren gesteuert. Das Fahrzeug kann, ohne darauf eingeschränkt zu sein, eine mobile Plattform in Form eines Nutzfahrzeuges, Industriefahrzeuges, landwirtschaftlichen Fahrzeugs, Personenkraftwagens, Flugzeugs, Wasserfahrzeugs, Zugs, Geländefahrzeugs, einer persönlichen Bewegungsvorrichtung, Roboters und dergleichen beinhalten, um die Zwecke der vorliegenden Offenbarung zu erfüllen.
Der Motor 10 kann ein geeigneter Verbrennungsmotor sein und ist in einer Ausführungsform als ein Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung und Selbstzündung konfiguriert. Das Kraftstoffzufuhrsystem 20 ist angeordnet, um einem Kraftstoffverteiler 24 unter Druck stehenden Kraftstoff zuzuführen, das mit einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzventilen 22 fluidverbunden ist, die angeordnet sind, um Kraftstoff direkt in einzelne Zylinder des Motors 10 einzuspritzen. In einer Ausführungsform ist der Kraftstoffverteiler 24 eine Common-Rail-Vorrichtung.
Das Kraftstoffzufuhrsystem 20 beinhaltet vorzugsweise einen Kraftstofftank 40, eine erste Niederdruckkraftstoffpumpe 30 und eine zugeordnete Kraftstoffpumpensteuerung 36, eine zweite Hochdruckkraftstoffpumpe 26 und ein zugehöriges Überdruckventil 27 und andere fluidische Elemente wie z. B. Ventile, Kupplungen, Kraftstoffleitungen usw. Das Überdruckventil 27 ist vorzugsweise fluidisch parallel zu der Hochdruckkraftstoffpumpe 26 angeordnet, um zu ermöglichen, dass das Überdruckventil 27 den maximalen Schwellendruck steuert, der an die Hochdruckkraftstoffpumpe 26 geliefert wird. Die Begriffe „Niederdruck“ und „Hochdruck“ sind in der Natur relativ und sollen die relativen Drücke identifizieren, die sie erzeugen können. Die Niederdruckkraftstoffpumpe 30 kann einen turbinenartigen Pumpenkörper, einen Gerotorpumpenkörper oder ein anderes geeignetes Pumpelement beinhalten, das angeordnet ist, um Kraftstoff mit niedrigem Druck aus dem Kraftstofftank 40 zu ziehen, den es in einer Kraftstoffleitung 28 bei erhöhtem Druck zur Abgabe über das Überdruckventil 27 an die Hochdruckkraftstoffpumpe 26 liefert. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Druck in der Kraftstoffleitung 28 in der Größenordnung von 400 kPa liegen. Der Druck in der Kraftstoffleitung 28 wird durch die Steuerung der Niederdruckkraftstoffpumpe 30 in Verbindung mit dem Überdruckventil 27 gesteuert. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 26 kann eine nockengetriebene Vorrichtung in Form einer Verdrängerpumpe sein, die Niederdruckkraftstoff von der Niederdruckkraftstoffpumpe 30 in einer Ausführungsform empfängt, um eine Druckbeaufschlagung zu dem Kraftstoffverteiler 24 zu liefern, wobei die Größenordnung des an der Hochdruckkraftstoffpumpe 26 ankommenden Drucks durch das Überdruckventil 27 gesteuert wird. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Druck des Kraftstoffs, der an den Kraftstoffverteiler 24 geliefert wird, in der Größenordnung von 200 MPa liegen, wenn der Motor 10 als ein Selbstzündermotor konfiguriert ist. Alternativ kann der Druck des Kraftstoffs, der an den Kraftstoffverteiler 24 geliefert wird, in der Größenordnung von 20 MPa liegen, wenn der Motor 10 als ein Direkteinspritzungs-Fremdzündungsmotor konfiguriert ist. Spezifische Kraftstoffdruckpegel sind anwendungsspezifisch. Die Niederdruckkraftstoffpumpe 26 und die Hochdruckkraftstoffpumpe 30 können geeignete Vorrichtungen sein, die dazu konfiguriert sind, unter Druck stehenden Kraftstoff in dem assoziierten System zu liefern, ob ein Selbstzündermotor, ein Direkteinspritzungs-Fremdzündungsmotor oder anderes.
Das Überdruckventil 27 ist vorzugsweise als ein mechanischer Druckregler konfiguriert, der parallel zu der Hochdruckkraftstoffpumpe 26 angeordnet ist, um an der Niederdruckeinlassseite der Hochdruckkraftstoffpumpe 26 gegen einen Überdruck zu schützen. Das Überdruckventil 27 weist vorzugsweise einen Niederdruckauslass auf, der über eine Rückleitung 42 mit dem Kraftstofftank 40 verbunden ist, und kann in eine Baugruppe integriert sein, die die Hochdruckkraftstoffpumpe 26 beinhaltet. Weder das Kraftstoffzufuhrsystem 20 noch die Niederdruckkraftstoffpumpe 30 weisen einen Kraftstoffdrucksensor auf, und daher gibt es keine direkte Messung des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffleitung 28, die als Rückkopplung an die Steuerung 12 bereitgestellt wird, um eine Steuerung der Niederdruckkraftstoffpumpe 30 zu bewirken. Wenn der an der Hochdruckkraftstoffpumpe 26 ankommende Druck größer als ihr Sollwertdruck ist, öffnet sich der mechanische Regler des Überdruckventils 27 und leitet Niederdruckkraftstoff in die Rücklaufkraftstoffleitung 42 zurück zu dem Kraftstofftank 40. Ferner strömt etwas Niederdruckkraftstoff durch interne Kanäle in der Hochdruckkraftstoffpumpe 26 über die Rückleitung 42 zu dem Kraftstofftank 40, um eine Kühlung und Schmierung der Hochdruckkraftstoffpumpe 26 bereitzustellen. Der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffverteiler 24 wird über den Betrieb der Hochdruckkraftstoffpumpe 26 gesteuert.
Die Niederdruckkraftstoffpumpe 30 beinhaltet ein Pumpenelement 32, das mit einem Elektromotor 34 verbunden ist und von diesem angetrieben wird. Das Pumpelement 32 kann in einer Ausführungsform als ein Verdrängerpumpenelement 32 konfiguriert sein und kann eine Gerotorkonfiguration, eine Radialkolbenkonfiguration oder eine andere geeignete Vorrichtung sein, die fluidisch pumpen kann. Der Elektromotor 34 kann ein bürstenloser Mehrphasen-Elektromotor sein, der elektrisch mit der Kraftstoffpumpensteuerung 36 verbunden ist und operativ gesteuert wird, oder alternativ ein anderer geeigneter Elektromotor sein. Die Kraftstoffpumpensteuerung 36 weist eine Schaltung auf, die in der Lage ist, den Betrieb des Elektromotors 34 in Reaktion auf eine befohlene Pumpendrehzahl 15 zu steuern. Die Kraftstoffpumpensteuerung 36 weist auch eine Schaltung auf, die in der Lage ist, eine Größenordnung des elektrischen Stroms 35, der an den Elektromotor 34 geliefert wird, und eine Pumpendrehzahl 37, die an die Steuerung 12 übermittelt werden kann, zu ermitteln.
Das Überdruckventil 27 kann ein geeigneter mechanischer Druckregler und eine Druckentlastungsvorrichtung sein und kann ein Ventilelement enthalten, das durch eine Ventilfeder gegen einen Ventilsitz gedrückt wird, wobei die Größenordnung der Kraft, die von der Ventilfeder auf das Kugelventil gegen der Ventilsitz ausgeübt wird, so kalibriert ist, dass kein Durchfluss durch seinen Niederdruckauslass zu der Rückleitung 42 erfolgt, bis der Kraftstoffdruck von der Niederdruckkraftstoffpumpe 30 in die Kraftstoffleitung 28 größer ist als der maximale Schwellendruck, d. h. dessen Sollwertdruck. Der Sollwertdruck entspricht einem gewünschten Druck zur Abgabe an die Hochdruckkraftstoffpumpe 26.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe 26 beinhaltet vorzugsweise ein Verdrängungspumpenelement, das mechanisch mit einer mechanischen Nockenvorrichtung verbunden ist und von dieser angetrieben wird. Das Verdrängungspumpenelement kann eine Gerotorkonfiguration, eine Radialkolbenkonfiguration oder eine andere geeignete Vorrichtung sein, die zu einem fluidischen Hochdruckverdrängungspumpen in der Lage ist.
Die Steuerung 12 ist angeordnet, um den Betrieb des Kraftstoffzufuhrsystems 20 und des Verbrennungsmotors 10 in Reaktion auf Bedienerbefehle und andere Faktoren zu steuern. Die Steuerung 12 beinhaltet vorzugsweise eine Kraftstoffpumpensteuerroutine 50, die zur Steuerung des Elektromotors 34 der Niederdruckkraftstoffpumpe 30 ausführbar ist, um zu bewirken, dass das Verdrängungspumpenelement 32 bei einem Endpumpendrehzahlbefehl 15 arbeitet, um der Hochdruckkraftstoffpumpe 26 steuerbar Kraftstoff zuzuführen, die wiederum Kraftstoff bei einem gewünschten Kraftstoffverteilerdruck durch den Kraftstoffverteiler 24 und die Kraftstoffeinspritzventile 22 zu dem Motor 10 pumpt. Details, die sich auf die Kraftstoffpumpensteuerroutine 50 beziehen, werden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Die Steuerung 12 ist zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung als eine einheitliche Vorrichtung dargestellt. Die Steuerung 12 kann in einer Vielzahl von Steuerungen verkörpert sein, die zur Ausführung verschiedener Funktionen in einer verteilten Steuerungsumgebung angeordnet sind. Die Begriffe Steuerung, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen (einer) anwendungsspezifischer/n integrierter/n Schaltung(en) (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), wie z. B. (ein) Mikroprozessor(en) und mit diesen verbundene - flüchtige Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nicht-transitorischen Speicherkomponenten sind in der Lage, maschinenlesbare Befehle in der Form einer oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingabe-/Ausgabeschaltung(en) und -vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Ein- und Ausgabevorrichtungen und Schaltungen gehören Analog-/Digitalwandler und ähnliche Vorrichtungen, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Jede Steuerung führt eine Routine bzw. Routinen aus, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen, die ein Überwachen von Eingaben von Messfühlvorrichtungen und anderen vernetzten Steuerungen und ein Ausführen von Steuer- und Diagnoseanweisungen beinhalten, um den Betrieb von Stellgliedern zu steuern. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen in Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und die Kommunikation zwischen Steuerungen und Stellgliedern und/oder Sensoren können über eine direkte Drahtverbindung, einen vernetzten Kommunikationsbus, eine drahtlose Verbindung oder eine andere geeignete Kommunikationsverbindung erfolgen. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf eine geeignete Art, darunter auch z. B. elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren und Stellgliedbefehle, sowie Kommunikationssignale zwischen Steuereinheiten darstellen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf eine physisch wahrnehmbare Anzeige, die Informationen übermittelt und kann eine geeignete Wellenform (z. B. elektrische, optische, magnetische, mechanische oder elektromagnetische) umfassen, wie beispielsweise Gleichstrom, Wechselspannung, Sinuswellen, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die durch ein Medium laufen können. Wie hier verwendet, beschreibt der Begriff „dynamisch“ Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und durch das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine gekennzeichnet sind.
2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Kraftstoffpumpensteuerroutine 50, die zur vorteilhaften Steuerung des Elektromotors 34 der Niederdruckkraftstoffpumpe 30 ausgeführt wird, um zu bewirken, dass das Verdrängungspumpenelement 32 bei einem Endpumpendrehzahlbefehl 15 arbeitet, um Kraftstoff mit dem gewünschten Druck steuerbar an die Hochdruckkraftstoffpumpe 26 zu liefern. Die Kraftstoffpumpensteuerroutine 50 kann in Form von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten vorliegen, die in der und durch die Steuerung 12 ausgeführt werden können, um den Elektromotor 34 der Niederdruckkraftstoffpumpe 30 vorteilhafterweise ohne Verwendung eines Kraftstoffleitung-Drucksensors zur Überwachung des Kraftstoffdrucks zu steuern. Die Kraftstoffpumpensteuerroutine 50 ermöglicht die Schätzung des Kraftstoffsystemdrucks ohne Verwendung eines Kraftstoffdrucksensors, was die Verwendung von Techniken zum stabilen Erfassen einer Abweichung des Kraftstoffpumpenstroms in Bezug auf die Kraftstoffpumpendrehzahl beinhaltet, die wiederum mit dem Sollwertdruck des Überdruckventils 27 korreliert sein kann. Eine solche Konfiguration ermöglicht eine sensorlose Kraftstoffdrucksteuerung. Wie hierin verwendet, gibt der Ausdruck „Kraftstoffsystemdruck“ die Höhe des Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffzufuhrsystem 20 an.
Die Kraftstoffpumpensteuerroutine 50 bestimmt den Endpumpendrehzahlbefehl 15 unter Verwendung einer Vorwärtspumpdrehzahl-Bestimmungsroutine 60, einer Kraftstoffpumpen-Kennzeichnungsroutine 70 und einer Pumpendrehzahl-Korrekturroutine 80.
Die Vorwärtspumpdrehzahl-Bestimmungsroutine 60 bestimmt einen hier auch als Vorwärtspumpdrehzahl-Befehl bezeichneten Steuer-Pumpendrehzahlbefehl 63 basierend auf einem Kraftstoffsystemsolldruck 53 und einer Kraftstoffströmungsanforderung 55. Die Kraftstoffströmungsanforderung 55 kann basierend auf einer Bedieneranforderung nach Leistung und anderen Faktoren in Bezug auf die Zufuhr von Kraftstoff zu dem Motor 10 bestimmt werden, um die angeforderte Leistungsabgabe von dem Motor 10 zu erfüllen, und der Kraftstoffsystemsolldruck 53 ist vorzugsweise voreingestellter Druck, der bei oder unter dem Sollwertdruck des Überdruckventils 27 liegt. Der Steuer-Pumpendrehzahlbefehl 63 ist die befohlene Pumpendrehzahl, um die Kraftstoffströmungsanforderung 55 bei dem Kraftstoffsystemsolldruck 53 basierend auf der Kapazität der Niederdruckkraftstoffpumpe 30 und der Konfiguration des Motors 10 zu erreichen. Der Steuer-Pumpendrehzahlbefehl 63 für einen Kraftstoffsystemsolldruck 53 und eine Kraftstoffströmungsanforderung 55 kann in Form einer vorbestimmten Kalibrierung vorliegen, die in einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung als ausführbare Beziehung, als Nachschlagetabelle oder in anderer geeigneter Form gespeichert ist. Die Beziehung zwischen dem Steuer-Pumpendrehzahlbefehl 63, der Kraftstoffströmungsanforderung 55 und dem Kraftstoffsystemsolldruck 53 kann während der Motorentwicklung entwickelt und/oder während des Motorbetriebs aktualisiert werden. Ferner kann die Beziehung zwischen dem Steuer-Pumpendrehzahlbefehl 63, der Kraftstoffströmungsanforderung 55 und dem Kraftstoffsystemsolldruck 53 basierend auf anderen Faktoren eingestellt werden, die während des Motorbetriebs überwacht oder anderweitig bestimmt werden können, wie zum Beispiel der Temperatur.
Die Kraftstoffpumpen-Kennzeichnungsroutine 70 wird ausgeführt, um eine Beziehung zwischen einer Kraftstoffpumpendrehzahl 37 und einem Kraftstoffpumpenstrom 35 zu ermitteln, die den Kraftstoffsystemdruck während des Betriebs einer Ausführungsform des Motors 10 anzeigt, die in Bezug auf 1 beschrieben ist. Die Kraftstoffpumpen-Kennzeichnungsroutine 70 leitet den Kraftstoffsystemdruck ab, wenn das Überdruckventil 27 öffnet. Diese Information kann in der Kraftstoffpumpensteuerroutine 50 verwendet werden, um das Kraftstoffzufuhrsystem 20 zu steuern, um den Kraftstoffdruck auf einen gewünschten Pegel basierend auf der Größenordnung des Pumpenstroms zu steuern, der mit dem Öffnen des Überdruckventils 27 assoziiert ist, d. h. bei seinem Sollwertdruck.
Die Kraftstoffpumpen-Kennzeichnungsroutine 70 beinhaltet Eingaben der Kraftstoffpumpendrehzahl 37, des Kraftstoffpumpenstroms 35 und der Kraftstoffströmungsanforderung 55. Das Kraftstoffzufuhrsystem 20 wird angewiesen, die Kraftstoffpumpendrehzahl 37 stufenweise hochzufahren und den Pumpenstrom 35 zu überwachen. Der Pumpstrom 35 wird überwacht und ausgewertet, um einen Wendepunkt zu erfassen, der Betriebsbedingungen zugeordnet werden kann, die auftreten, wenn der Kraftstoffsystemdruck den Sollwertdruck für das Überdruckventil 27 übersteigt. An diesem Punkt kann der Kraftstoffsystemdruck das Überdruckventil 27 zum Öffnen auffordern, wodurch ein Teil des unter Druck gesetzten Kraftstoffs zu der Rückleitung 42 umgeleitet werden kann, während der Kraftstoffdruck an einem Einlass zu der Hochdruckkraftstoffpumpe 26 bei dem Sollwertdruck aufrechterhalten wird. Ausgaben von der Kraftstoffpumpen-Kennzeichnungsroutine 70 beinhalten eine Größe der Kraftstoffpumpendrehzahl 71 und eine entsprechende Kraftstoffströmungsrate 73 an dem Wendepunkt in dem Kraftstoffpumpenstrom.
Der Wendepunkt in dem Kraftstoffpumpenstrom kann durch Verwenden von Signalverarbeitungs- und Analyseroutinen erfasst werden und zeigt eine Änderung in der Beziehung zwischen der Kraftstoffpumpendrehzahl und dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 28 an. Durch die Beobachtung von Änderungen der Parameter wie Kraftstoffstrom und Pumpendrehzahl an dem Wendepunkt kann das System kalibriert werden, um Anomalien des Kraftstoffsystems wie Kraftstofffilterblockierung, Kraftstoffleckage, Pumpenverschleiß und Variation zwischen Bauteilen zu erkennen und zu kompensieren. Die Pumpenströmungsrate wird durch die Pumpendrehzahl angezeigt, und der Druck wird durch den Pumpenstrom bei Betriebspunkten angezeigt, die kleiner als der Wendepunkt sind, und der Wendepunkt zwischen der befohlenen Kraftstoffpumpendrehzahl und dem Kraftstoffpumpenstrom zeigt das Öffnen des Überdruckventils 27 an. Dies ist in Bezug auf 3 beschrieben. In einer Ausführungsform kann die Kraftstoffpumpen-Kennzeichnungsroutine 70 intrusiv während des Echtzeitbetriebs des Motors 10 ausgeführt werden. Die Kraftstoffpumpen-Kennzeichnungsroutine 70 führt eine intrusive Ausführung der Kennzeichnung aus.
3 zeigt grafisch Daten, einschließlich einer befohlenen Kraftstoffpumpendrehzahl 310, eines Kraftstoffsystemdrucks 320 und eines Kraftstoffpumpenstroms 330, alle in Bezug auf die Zeit 305, die auf der horizontalen Achse gezeigt ist, worin die Daten dem Betrieb einer Ausführungsform des Kraftstoffzufuhrsystem 20, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, zugeordnet sind. Die Daten zeigen eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffpumpenstrom 330 und einem Kraftstoffdruck-Wendepunkt 325 an, der einem Öffnen des Überdruckventils 27 entspricht, das in das Kraftstoffzufuhrsystem 20 eingebaut ist, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist. Diese Beziehung kann vorteilhafterweise als Teil der Kraftstoffpumpen-Kennzeichnungsroutine 70 verwendet werden, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist. Wie angegeben, nehmen die befohlene Kraftstoffpumpendrehzahl 310 und der Kraftstoffpumpenstrom 320 mit einer Zunahme des Kraftstoffsystemdrucks 330 bei Systemdrücken zu, die kleiner als der Druckwendepunkt 325 sind. Der Kraftstoffpumpenstrom 330 weist an dem Druckwendepunkt 325 einen Stromwendepunkt 335 auf, der dem Wendepunkt entspricht, der das Öffnen des Überdruckventils 27 anzeigt. Der Wendepunkt, wie durch den Druckwendepunkt 325 angezeigt, ist ein Punkt, an dem die Beziehung zwischen dem Kraftstoffsystemdruck 320 und der Kraftstoffpumpendrehzahl 310 abweicht. Die Kraftstoffpumpen-Kennzeichnungsroutine 70 kann verwendet werden, um eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffsystemdruck 320, der an dem Druckwendepunkt 325 bestimmt wird, und dem Stromwendepunkt 335 für den Kraftstoffpumpenstrom 330 zu entwickeln, der während des Betriebs der Niederdruckkraftstoffpumpe 30 gemessen werden kann.
Ein Prozess zum ermitteln des Stromwendepunktes 335, der den Wendepunkt in dem Kraftstoffpumpenstrom in Bezug auf die Kraftstoffpumpendrehzahl angibt, kann Ausführungsroutinen beinhalten, die eine oder eine Kombination von drei Analysetechniken zum Analysieren von Kraftstoffpumpenstromdaten umfassen. Die analytischen Techniken beinhalten das Ausführen einer doppelten Tiefpassfilterung, ermitteln von Spitzen- und Senkenunterschieden in der gefilterten Differenz von Kraftstoffpumpenströmen und Bestätigen einer Änderungsgeschwindigkeit der Strömungsdifferenz. Wie hierin verwendet, beziehen sich der Begriff „Filter“ und verwandte Begriffe auf die elektronische Verarbeitung von Datensignalen, um Teile eines Datensignals zu dämpfen und/oder andere Teile eines Datensignals zu verstärken, wobei analoge Geräte, digitale Geräte und/oder Softwareroutinen verwendet werden.
Das Durchführen einer dualen Tiefpassfilterung beinhaltet, dass der Kraftstoffpumpenstrom 330 einem ersten Tiefpassfilter mit einer großen Zeitkonstante ausgesetzt wird und gleichzeitig der Kraftstoffpumpenstrom 330 einem zweiten Tiefpassfilter mit einer kleinen Zeitkonstante unterzogen wird und die Resultierende des ersten Tiefpassfilters von der Resultierenden des zweiten Tiefpassfilters subtrahiert wird. Die Differenz kann durch eine Differenz zwischen der großen Zeitkonstante und der kleinen Zeitkonstante dividiert werden, um eine Resultierende zu ermitteln. Die Resultierende kann ausgewertet werden, um den Stromwendepunkt 335 zu erfassen, der ein Punkt ist, bei dem die Differenz zwischen der Resultierenden aus dem ersten Tiefpassfilter und der Resultierenden aus dem zweiten Tiefpassfilter ein Maximal- oder Spitzenwert ist. Die duale Tiefpassfilterung identifiziert eine Abweichung in dem Kraftstoffpumpenstrom 330, wodurch es einer Steuerroutine ermöglicht wird, einen Stromwendepunkt 335 in dem Kraftstoffpumpenstrom 330 zu erfassen.
4 zeigt grafisch Daten, die einem ungefilterten Kraftstoffpumpenstrom 402 zugeordnet sind, und entsprechende Daten, die einer Vielzahl von Differenzen zwischen gefilterten Kraftstoffpumpenströmen 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426 und 428 zugeordnet sind, worin die Strömungsgrößenordnung 405 auf der linken vertikalen Achse angezeigt ist, die Strömungsdifferenz 410 auf der rechten vertikalen Achse angezeigt ist und die Zeit 415 auf der horizontalen Achse angegeben ist. Die Vielzahl von Differenzen zwischen den gefilterten Kraftstoffpumpenströmen 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426 und 428 stellen unterschiedliche Kombinationen von ersten und zweiten Filterkoeffizienten An bzw. B_n dar, die auf den ungefilterten Kraftstoffpumpenstrom 402 angewendet werden und zunehmend größere Zeitkonstanten haben, was eine gewisse Trenngröße bereitstellt. In einer Ausführungsform ist, als nicht einschränkende Beispiele, die gefilterte Kraftstoffpumpenströmungsdifferenz 412 den Koeffizienten A₁ und B₁ zugeordnet; die gefilterte Kraftstoffpumpenströmungsdifferenz 414 ist Koeffizienten A₁ und B₂ zugeordnet; die gefilterte Kraftstoffpumpenströmungsdifferenz 416 ist Koeffizienten A₁ und B₃ zugeordnet; die gefilterte Kraftstoffpumpenströmungsdifferenz 418 ist Koeffizienten A₂ und B₁ zugeordnet; die gefilterte Kraftstoffpumpenströmungsdifferenz 420 ist den Koeffizienten A₂ und B₂ zugeordnet; die gefilterte Kraftstoffpumpenströmungsdifferenz 422 ist Koeffizienten A₂ und B₃ zugeordnet; die gefilterte Kraftstoffpumpenströmungsdifferenz 424 ist Koeffizienten A₃ und B₁ zugeordnet; die gefilterte Kraftstoffpumpenströmungsdifferenz 426 ist Koeffizienten A₃ und B₂ zugeordnet; und die gefilterte Kraftstoffpumpenströmungsdifferenz 428 ist Koeffizienten A₃ und B₃ zugeordnet. In einem nicht einschränkenden Beispiel können die Koeffizienten wie folgt sein:

n An B_n

1 0,075 0,025

2 0,1 0,04

3 0,125 0,055
Die Filterkoeffizienten sind veranschaulichend und geben ein nicht einschränkendes Beispiel eines Analyseverfahrens an, um bevorzugte Werte für die Filterkoeffizienten zu ermitteln. Diese Analyse kann zum Abstimmen der Werte für eine große Zeitkonstante und eine kleine Zeitkonstante für eine duale Tiefpassfilterungsroutine verwendet werden, um die Abweichung des Kraftstoffpumpenstroms zu ermitteln. Das Ergebnis kann ausgewertet werden, um den aktuellen Wendepunkt 335 zu erfassen, der in Bezug auf 3 beschrieben wurde, der ein Punkt ist, an der die sich ergebende Differenz zwischen der großen Zeitkonstante und der kleinen Zeitkonstante bei einem Maximal- oder Spitzenwert liegt.
5 zeigt grafisch Daten in Verbindung mit dem ungefilterten Kraftstoffpumpenstrom 502 und entsprechenden ersten und zweiten gefilterten Kraftstoffpumpenströmen 512 und 514, worin der erste gefilterte Kraftstoffpumpenstrom 512 einem Filter mit einer Zeitkonstante mit einem niedrigen Wert zugeordnet ist und der zweite gefilterte Kraftstoffpumpenstrom 514 ist einem Filter mit einer Zeitkonstante mit einem hohen Wert zugeordnet. Die Größenordnung des Stroms 505 ist auf der linken vertikalen Achse angegeben, die Größenordnung der gefilterten Strömungsdifferenz 510 ist auf der rechten vertikalen Achse angegeben, und die Zeit 515 ist auf der horizontalen Achse angegeben. Eine gefilterte Strömungsdifferenz 520 ist gezeigt, die eine berechnete Differenz zwischen den ersten und zweiten gefilterten Kraftstoffpumpenströmen 512 und 514 darstellt. Die gefilterte Strömungsdifferenz 520 ist äquivalent zu der gefilterten Kraftstoffpumpenströmungsdifferenz 424, die den Koeffizienten A₃ und B₁ zugeordnet ist, die in Bezug auf 4 gezeigt sind. Ein Echtzeit-Spitzenwert 522 für die gefilterte Strömungsdifferenz 520 ist ebenfalls zusammen mit einem Echtzeit-Senkenwert 524 gezeigt.
Die gefilterte Strömungsdifferenz 520 und der Echtzeit-Spitzenwert 522 werden so gezeigt, dass sie zu einem Strömungswendepunkt 525 ansteigen, was eine Abweichung des Kraftstoffpumpenstroms ist, der einer Öffnung des Überdruckventils 27 in einer Ausführungsform des Kraftstoffzufuhrsystems 20 entspricht, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Der Echtzeit-Senkenwert 524 zeigt einen Minimalwert für die Strömungsdifferenz 520 an und kann verwendet werden, um den aktuellen Strömungswendepunkt 525 zu verifizieren. Die Abweichungspunktschätzung, d. h. der aktuelle Strömungswendepunkt 525, der von dem Spitzenwert 522 abgeleitet wird, wird basierend auf dem Senkenwert 524 verifiziert. Der Strömungswendepunkt 525, der durch die gefilterte Strömungsdifferenz 520 angezeigt wird, und ein Maximalzustand für den Echtzeit-Spitzenwert 522 können verwendet werden, um die Öffnung des Überdruckventils 27 zu identifizieren, das in Bezug auf 1 beschrieben ist. Somit kann diese Information von der Kraftstoffpumpensteuerroutine 50 verwendet werden, um das Kraftstoffzufuhrsystem 20 zu steuern. Das ermitteln einer Abweichung des Kraftstoffpumpenstroms 330, d. h. ein Erfassen, wann der Kraftstoffpumpenstrom 300 einen Stromwendepunkt 335 aufweist, kann beinhalten, dass der Kraftstoffpumpenstrom 300 in einer Ausführungsform der dualen Tiefpassfilterroutine unterzogen wird. Die Abweichung des Kraftstoffpumpenstroms 330 wird nachfolgend basierend auf der Strömungsdifferenz 520 und dem Echtzeit-Senkenwert 524 bestätigt 526.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 verwendet die Pumpendrehzahl-Korrekturroutine 80 die Kraftstoffpumpendrehzahl 71 und die Kraftstoffpumpenströmungsrate 73, die dem Stromwendepunkt 335 zugeordnet sind, um den Steuer-Pumpendrehzahlbefehl 63 zu kompensieren und den Endpumpendrehzahlbefehl 15 zu ermitteln, der durch die Steuerung 12 verwendet wird, um den Betrieb des Elektromotors 34 zu steuern. Somit kann die Größenordnung des Kraftstoffdrucks, der der Hochdruckkraftstoffpumpe 26 zugeführt wird, unter Verwendung einer Ausführungsform des Kraftstoffzufuhrsystems 20, das hierin unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, gesteuert werden, einschließlich der Kennzeichnung der Kraftstoffpumpe, um eine Beziehung zwischen der Kraftstoffpumpendrehzahl und dem Kraftstoffpumpenstrom bei einem Betriebspunkt zu ermitteln, der dem Sollwertdruck des Kraftstoffsystem-Überdruckventils 27 zugeordnet ist, ohne eine Signalrückmeldung von einem Kraftstoffdrucksensor zu benötigen. Das hierin beschriebene System reduziert die Hardwarekomplexität, indem ein Kraftstoffdrucksensor eliminiert wird, ohne andere Hardware hinzuzufügen, um den eliminierten Kraftstoffdrucksensor zu kompensieren.
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Routinen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle umfasst. Es ist auch anzumerken, dass jeder Block der Blockdiagramm- und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagramm- und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Verwenden eines ASIC, der die spezifizierten Funktionen oder Handlungen ausführt, oder Kombinationen von einem ASIC und Routinen implementiert werden kann. Diese Routinen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das eine Steuerung 12 oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, um in einer bestimmten Art und Weise zu funktionieren, sodass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungen, die die Funktion/den Vorgang, die/der in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder Blöcken angegeben ist, implementieren.