DE102017206084A1 - Fuel injection with reduced return flow - Google Patents
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Abstract
Verfahren (100) zum Betreiben eines Einspritzsystems (1) für eine Brennkraftmaschine (2), wobei das Einspritzsystem (1) ein Hochdruckreservoir (11) für einen oder mehrere Kraftstoffe (3) umfasst und der Soll-Druck pS im Hochdruckreservoir (11) gemäß mindestens einem Kennfeld (16) der Lastanforderung L der Brennkraftmaschine (2) nachgeführt wird, wobei zur Absenkung des Ist-Drucks p im Hochdruckreservoir (11) überschüssiger Kraftstoff (3, 31) aus dem Hochdruckreservoir (11) entspannt wird (99), wobei mindestens bei einem vorübergehenden Abfall der Lastanforderung L auf einen Betriebspunkt (29) mit niedrigerer Last der Soll-Druck pS im Hochdruckreservoir (11) gegenüber dem gemäß Kennfeld (16) für diesen Betriebspunkt (29) vorgesehenen Wert pK erhöht wird (110, 110a-110c). Method (100) for operating an injection system (1) for an internal combustion engine (2), wherein the injection system (1) comprises a high pressure reservoir (11) for one or more fuels (3) and the desired pressure p S in the high pressure reservoir (11) according to at least one characteristic map (16) of the load request L of the internal combustion engine (2) is tracked, wherein for lowering the actual pressure p in the high pressure reservoir (11) excess fuel (3, 31) from the high pressure reservoir (11) is expanded (99), wherein at least for a temporary drop in the load request L to an operating point (29) with lower load of the target pressure p S in the high-pressure reservoir (11) relative to the map (16) for this operating point (29) provided value p K is increased (110 , 110a-110c).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems, in dem der Kraftstoff in einem Hochdruckreservoir mit variablem Druck vorgehalten wird.The present invention relates to a method of operating a fuel injection system in which the fuel is stored in a high pressure reservoir of variable pressure.
Stand der TechnikState of the art
In einem Common-Rail-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff oder verflüssigtes Erdgas (LNG), mit einer Hochdruckpumpe auf ein Hochdruckniveau komprimiert und in einem Hochdruckreservoir (Rail) vorgehalten. Dieses Hochdruckreservoir speist in der Regel mehrere Injektoren, die den Kraftstoff in die Brennräume der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine einspritzen. Derartige Einspritzsysteme sind beispielsweise aus der
Die benötigte Einspritzmenge q pro Einspritzzyklus hängt von der Lastanforderung L der Brennkraftmaschine ab. Nimmt die Lastanforderung L ab, wird weniger Kraftstoff benötigt. Bei einem starken Rückgang der Lastanforderung L kann die Kraftstoffmenge nicht allein durch eine Verkürzung der Einspritzdauer verringert werden, sondern es muss zusätzlich der Druck p im Hochdruckreservoir vermindert werden. Unabhänigig hiervon hängen die Verbrennungseigenschaften für ein und dieselbe Menge an Kraftstoff ebenfalls vom Druck p ab, mit dem der Kraftstoff den Injektoren zugeführt wird.The required injection quantity q per injection cycle depends on the load requirement L of the internal combustion engine. If the load request L decreases, less fuel is needed. With a sharp decrease in the load requirement L, the fuel quantity can not be reduced solely by shortening the injection duration, but in addition the pressure p in the high-pressure reservoir must be reduced. Irrespective of this, the combustion characteristics for one and the same amount of fuel also depend on the pressure p at which the fuel is supplied to the injectors.
Wenn ein Bedarf besteht, den Druck p im Hochdruckreservoir zu vermindern, wird überschüssiger Kraftstoff aus dem Hochdruckreservoir in einen Vorratsbehälter (Tank) zurückgeführt. In diesem rückgeführten Kraftstoff ist die Energie, die für seine Komprimierung auf das Hochdruckniveau aufgewendet wurde, in Form von Wärme gespeichert. Darüber hinaus wird die Temperatur des komprimierten Kraftstoffs durch den Wärmeaustausch mit seiner unmittelbaren Umgebung (z.B. Railkörper, Leitungen, Motorraum) mitbestimmt.When there is a need to reduce the pressure p in the high pressure reservoir, excess fuel from the high pressure reservoir is returned to a reservoir (tank). In this recirculated fuel, the energy spent for its compression to the high pressure level is stored in the form of heat. In addition, the temperature of the compressed fuel is determined by the heat exchange with its immediate environment (e.g., rail body, pipes, engine compartment).
Wenngleich diese Wärme beispielsweise gemäß
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine entwickelt. Das Einspritzsystem umfasst ein Hochdruckreservoir für einen oder mehrere Kraftstoffe. Der Soll-Druck pS im Hochdruckreservoir wird gemäß mindestens einem Kennfeld der Lastanforderung L der Brennkraftmaschine nachgeführt. Zur Absenkung des Ist-Drucks p im Hochdruckreservoir wird überschüssiger Kraftstoff aus dem Hochdruckreservoir entspannt.In the context of the invention, a method for operating an injection system for an internal combustion engine has been developed. The injection system includes a high pressure reservoir for one or more fuels. The desired pressure p S in the high-pressure reservoir is tracked according to at least one characteristic map of the load request L of the internal combustion engine. To reduce the actual pressure p in the high-pressure reservoir, excess fuel is released from the high-pressure reservoir.
Der Kraftstoff kann beispielsweise in einen Vorratsbehälter zurückgeführt werden, wobei optional zwischen dem Hochdruckreservoir und dem Vorratsbehälter noch ein Zwischenbehälter als Puffer, zur Temperierung des Kraftstoffs vor der Rückspeisung oder auch als Abnahmestelle für Zusatzverbraucher vorgesehen sein kann. Zumindest eine Teilmenge des Kraftstoffs kann aber auch beispielsweise auf ein Zwischendruckniveau zwischen einer Vorförderpumpe und der das Hochdruckreservoir speisenden Hochdruckpumpe entspannt werden. Dann wird zumindest ein Teil der Energie, der für die Komprimierung des Kraftstoffs aufgewendet wurde, weitergenutzt. The fuel can for example be returned to a reservoir, optionally between the high-pressure reservoir and the reservoir still an intermediate container can be provided as a buffer for controlling the temperature of the fuel before the return feed or as a delivery point for additional consumers. But at least a subset of the fuel can also be relaxed, for example, to an intermediate pressure level between a prefeed pump and the high pressure pump feeding the high pressure reservoir. Then, at least part of the energy spent for compressing the fuel continues to be used.
Das Kennfeld kann beispielsweise zu jeder Lastanforderung L die benötigte Einspritzmenge q pro Einspritzzyklus angeben. In Verbindung mit den Randbedingungen für die Einspritzdauer kann der benötigte Soll-Druck pS bestimmt, oder zumindest eingegrenzt, werden. Die minimale Einspritzdauer ist durch die minimale Pulsdauer, mit der die Injektoren angesteuert werden können, begrenzt. Die maximale Einspritzdauer ist abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine dadurch begrenzt, dass die Einspritzung in einem winkelmäßig festgelegten Teilbereich der Umdrehung der Kurbelwelle erfolgten muss.For example, the map may indicate the required injection quantity q per injection cycle for each load request L. In conjunction with the boundary conditions for the injection duration, the required setpoint pressure p S may be determined, or at least limited. The minimum injection duration is limited by the minimum pulse duration with which the injectors can be controlled. The maximum injection duration is limited as a function of the rotational speed of the internal combustion engine in that the injection must take place in an angularly fixed portion of the revolution of the crankshaft.
Darüber hinaus kann das gleiche Kennfeld, oder auch ein anderes Kennfeld, den benötigten Soll-Druck pS unmittelbar oder auch in Verbindung mit weiteren Größen an die Lastanforderung L koppeln.In addition, the same map, or another map, the required target pressure p S directly or in combination with other variables to the load request L couple.
Die Kennfelder können insbesondere auf einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch oder auch auf möglichst geringe Schadstoff- oder Geräuschemission optimiert sein. Bei vielen Brennkraftmaschinen ist die Verwendung derartiger Kennfelder der Schlüssel zur Erreichung normativer Vorgaben für die Verbrauchs- und Umwelteigenschaften.The maps can be optimized in particular to the lowest possible fuel consumption or to the lowest possible pollutant or noise emission. In many internal combustion engines, the use of such characteristic maps is the key to achieving normative specifications for consumption and environmental properties.
Erfindungsgemäß wird mindestens bei einem vorübergehenden Abfall der Lastanforderung L auf einen Betriebspunkt mit niedrigerer Last der Soll-Druck pS im Hochdruckreservoir gegenüber dem gemäß Kennfeld für diesen Betriebspunkt vorgesehenen Wert pK erhöht.According to the invention, at least for a temporary drop in the load requirement L to a lower load operating point of the target load. Pressure p S in the high-pressure reservoir against the provided according to the map for this operating point value p K increases.
Unter einem vorübergehenden Abfall der Lastanforderung L wird insbesondere ein Abfall verstanden, der mit hoher Wahrscheinlichkeit alsbald ganz oder teilweise durch einen Anstieg der Lastanforderung L kompensiert wird.A temporary drop in the load requirement L is understood in particular to be a drop which is very likely to be compensated in whole or in part as soon as an increase in the load requirement L occurs.
Die Erhöhung des Soll-Drucks pS hat die Wirkung, dass die Rückführung von Kraftstoff aus dem Hochdruckreservoir in den Vorratsbehälter bei dem vorübergehenden Abfall der Lastanforderung L deutlich vermindert oder sogar komplett unterbunden wird. Dadurch wird der Wärmeeintrag in den Vorratsbehälter deutlich vermindert. Dies bewirkt in zweierlei Hinsicht eine deutliche Energieersparnis: Zum einen geht weniger Energie, die in die Kompression von Kraftstoff investiert wurde, in Form von nicht weiter nutzbarer Wärme verloren. Zum anderen wird weniger Energie verbraucht, um derartige unerwünschte Wärme mit einem Kraftstoffkühler aus dem Kraftstoffvorrat abzuführen.The increase in the target pressure p S has the effect that the return of fuel from the high pressure reservoir into the reservoir at the temporary drop in the load requirement L is significantly reduced or even completely prevented. As a result, the heat input is significantly reduced in the reservoir. This results in a significant energy saving in two ways: Firstly, less energy that has been invested in the compression of fuel is lost in the form of heat that can no longer be used. On the other hand, less energy is consumed to dissipate such unwanted heat with a fuel cooler from the fuel supply.
Der verminderte Wärmeeintrag in den Vorratsbehälter hat speziell bei Verwendung von verflüssigtem Erdgas (LNG) als Kraftstoff weitere wesentliche Vorteile. Erdgas ist nur bei Temperaturen weit unterhalb der Umgebungstemperatur flüssig. Ein Wärmeeintrag in den Vorratsbehälter kann daher zur Verdampfung und Verschiebung des Siedepunktes führen. Dadurch kann es zu einem Überdruck im Vorratsbehälter und in letzter Konsequenz zum sicherheitsbedingten Ablassen des Gases in die Umgebung kommen. Dies kann in geschlossenen Räumen wie Parkhäusern eine explosionsfähige Atmosphäre schaffen. Darüber hinaus ist der Hauptbestandteil von unverbranntem Erdgas Methan, das wesentlich treibhauswirksamer ist als CO2. Aus diesem Grund ist vorgeschrieben, dass Vorratsbehälter für LNG mindestens so gut isoliert sind, dass eine vorgegebene Haltezeit zwischen zwei Fahrten ohne Ablassen von Gas ermöglicht wird. Die Verminderung eines zusätzlichen Wärmeeintrags durch die Rückführung von Kraftstoff hat zur Folge, dass diese Vorgabe mit einer weniger starken Isolierung des LNG-Vorratsbehälters erreicht werden kann, und/oder dass eine längere Haltezeit zwischen zwei Fahrten ermöglicht wird.The reduced heat input into the reservoir has, especially when using liquefied natural gas (LNG) as fuel further significant advantages. Natural gas is liquid only at temperatures well below ambient temperature. A heat input into the reservoir can therefore lead to evaporation and displacement of the boiling point. This can lead to an overpressure in the reservoir and in the final analysis to the safety-related discharge of the gas into the environment. This can create an explosive atmosphere in enclosed spaces such as parking garages. In addition, the main constituent of unburned natural gas is methane, which is much more greenhouse-active than CO 2 . For this reason, LNG reservoirs are required to be at least as well insulated as to allow for a predetermined hold time between two runs without draining gas. The reduction of additional heat input by the return of fuel has the consequence that this requirement can be achieved with a less strong insulation of the LNG reservoir, and / or that a longer dwell time between two trips is possible.
Die beschriebenen Vorteile werden damit erkauft, dass durch die Erhöhung des Soll-Drucks pS gegenüber dem eigentlich für den Betriebspunkt mit niedrigerer Last vorgesehenen Wert pK gemäß Kennfeld von dem im Kennfeld festgeschriebenen Optimum hinsichtlich der Einpritzung abgewichen wird. Dies kann zur Folge haben, dass in diesem Betriebspunkt die Einspritzgenauigkeit verschlechtert wird, so dass die Verbrauchseffizienz sowie die Schadstoff- und Geräuschemission möglicherweise momentan verschlechtert werden.The described advantages are paid for by deviating from the optimum value with regard to the injection, which is actually provided for the operating point with lower load, by increasing the setpoint pressure p S relative to the actual value p K provided for the operating point with lower load. This may cause the injection accuracy to be deteriorated at this operating point, so that the consumption efficiency as well as the pollutant and noise emission may possibly be worsened momentarily.
Es wurde jedoch erkannt, dass bei der Betrachtung des gesamten Betriebes der Brennkraftmaschine diese vorübergehende Verschlechterung nicht ins Gewicht fällt. Somit ist der Preis, der für die besagten Vorteile zu zahlen ist, kleiner als dies zunächst scheint.However, it has been recognized that when considering the entire operation of the internal combustion engine, this temporary deterioration is not significant. Thus, the price to pay for the said benefits is smaller than it initially seems.
So machen beispielsweise vorübergehende (transiente) Betriebsphasen mit drastisch abgesenkter Lastanforderung L nur einen sehr geringen Anteil der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine aus. Daher wird eine vorübergehende Erhöhung von Verbrauch und Emissionen durch die Ersparnis an Energie und Kraftstoff, die durch die verminderte Rückführung bewirkt wird, letzten Endes überkompensiert.Thus, for example, transient operating phases with drastically reduced load requirement L only make up a very small proportion of the operating time of the internal combustion engine. Therefore, a temporary increase in consumption and emissions through the savings in energy and fuel caused by the reduced recycle is ultimately overcompensated.
Wenn absehbar ist, dass auf die Absenkung der Lastanforderung L kurzzeitig eine Erhöhung folgen wird, so ist für diesen kurzen Zeitraum insbesondere das Leerlauf-Geräuschniveau, das durch eine Abweichung vom Kennfeld erhöht wird, nicht relevant. Weiterhin ist die Abbaurate für den Ist-Druck p im Hochdruckreservoir von vornherein technisch begrenzt, so dass der Ist-Druck p möglicherweise gar nicht bis auf einen drastisch erniedrigten Soll-Druck pS abgesenkt werden kann, bevor die Lastanforderung L, und damit der Soll-Druck pS, wieder erhöht wird. Möglicherweise ist das Verbrauchs- und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine bei dem Betriebspunkt mit der niedrigeren Last sogar überhaupt nicht relevant, weil sich das Fahrzeug an diesem Betriebspunkt im Schubbetrieb befindet und auf Grund der Schubabschaltung kein Kraftstoff eingespritzt wird.If it is foreseeable that an increase will follow the reduction of the load request L for a short time, in particular the idle noise level, which is increased by a deviation from the characteristic map, is irrelevant for this short period. Furthermore, the degradation rate for the actual pressure p in the high-pressure reservoir from the outset technically limited, so that the actual pressure p may not be lowered to a drastically reduced target pressure p S before the load request L, and thus the target Pressure p S , again increased. Possibly, the consumption and emission behavior of the internal combustion engine at the operating point with the lower load even not relevant, because the vehicle is at this operating point in overrun and due to the overrun fuel cut is injected.
Es wurde erkannt, dass es aus diesen Gründen bei einem nur vorübergehenden Abfall der Lastanforderung L nicht sinnvoll ist, den Soll-Druck pS gemäß dem Kennfeld vollständig diesem Abfall nachzuführen und dementsprechend den Ist-Druck p im Hochdruckreservoir rasch abzusenken.It has been recognized that, for these reasons, with only a temporary drop in the load requirement L, it does not make sense to completely track the target pressure p S according to the characteristic map and, accordingly, to rapidly lower the actual pressure p in the high-pressure reservoir.
Ein Beispiel für einen vorübergehenden Abfall der Lastanforderung L sind Schaltvorgänge von Fahrzeuggetrieben. Jeder solche Schaltvorgang erfordert es, die Kraftübertragung von der Brennkraftmaschine für etwa 0,5-1 Sekunde zu unterbrechen. Insbesondere beim Hochschalten während eines Beschleunigungsvorgangs wird auf diese kurze Phase mit verminderter Lastanforderung L alsbald eine Phase mit noch höherer Lastanforderung L folgen. Indem während des Schaltvorgangs die Verminderung des Solldrucks pS unterdrückt wird, wird also nicht nur Energie eingespart, sondern auch das Beschleunigungsverhalten leicht verbessert.An example of a temporary decrease in the load request L are shifts of vehicle transmissions. Any such switching operation requires interrupting power transmission from the engine for about 0.5-1 second. In particular, when upshifting during an acceleration process, a phase with even higher load requirement L will soon follow this short phase with a reduced load request L. By suppressing the reduction of the setpoint pressure p S during the switching operation, not only energy is saved, but also the acceleration behavior is slightly improved.
Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung sind nach dem zuvor Gesagten nicht daran gebunden, dass die Erhöhung des Soll-Drucks pS gegenüber der Vorgabe pK aus dem Kennfeld ausschließlich dann erfolgt, wenn eine vorübergehende Verminderung der Lastanforderung L erkannt wird oder bevorsteht. Auch Maßnahmen, die unabhängig vom tatsächlichen Vorliegen einer vorübergehenden Verminderung der Lastanforderung L permanent oder betriebspunktabhängig angewendet werden, können per saldo die beschriebenen Vorteile erzielen. Es kommt einzig und allein auf die Bilanz der durch die verminderte Rückführung von Kraftstoff erzielten Vorteile gegen den Mehrverbrauch und die Mehremission auf Grund der Abweichung vom Kennfeld im zeitlichen Mittel über den Fahrzeugbetrieb an, also beispielsweise auf kumulierte Abgaswerte. The advantageous effects of the invention are, according to the above, not tied to the fact that the increase of the desired pressure p S compared to the specification p K from the map only occurs when a temporary reduction of the load request L is detected or imminent. Measures which are applied permanently or operating point-dependent independently of the actual presence of a temporary reduction in the load requirement L can, on balance, achieve the described advantages. It depends solely on the balance of the advantages achieved by the reduced return of fuel against the additional consumption and the additional emissions due to the deviation from the map over the vehicle operation on average, so for example on cumulative exhaust emissions.
Weiterhin sind die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung prinzipiell auch nicht daran gebunden, welcher Kraftstoff konkret zum Betrieb der Brennkraftmaschine verwendet wird. Grundsätzlich wird unabhängig davon, an welche Stelle im Kraftstoffversorgungssystem der Kraftstoff aus dem Hochdruckreservoir entspannt wird und um welchen Kraftstoff es sich handelt, in das Kraftstoffversorgungssystem als Ganzes zusätzliche Wärme eingetragen. Dies folgt aus dem Grundsatz der Energieerhaltung. Die Kraftstoffart wirkt sich lediglich darauf aus, wie groß dieser Wärmeeintrag ist und wieviel Wärmeeintrag im Betrieb des Fahrzeugs toleriert werden kann. Die Erfindung kann also gleichermaßen an monovalenten Brennkraftmaschinen, die beispielsweise mit Dieselkraftstoff oder verflüssigtem Erdgas (LNG) betrieben werden, wie auch an bivalenten (Dual-Fuel) Brennkraftmaschinen, die wahlweise mit einem dieser Kraftstoffe betrieben werden können, zum Einsatz kommen. Besondere Vorteile verspricht der Einsatz an bivalenten Brennkraftmaschinen, und hier speziell bei der Umrüstung von monovalentem Betrieb mit Dieselkraftstoff auf bivalenten Betrieb mit Dieselkraftstoff oder LNG. Hier sind die Vorteile des Betriebes mit LNG nur um den Preis erhältlich, dass LNG gegen eine Erwärmung durch rückgeführten Kraftstoff besonders empfindlich ist. Durch die Erfindung wird dieser Preis deutlich vermindert.Furthermore, the advantageous effects of the invention are in principle also not bound to which fuel is used concretely for the operation of the internal combustion engine. In principle, regardless of where in the fuel supply system the fuel is released from the high-pressure reservoir and which fuel is involved, additional heat is introduced into the fuel supply system as a whole. This follows from the principle of energy conservation. The fuel type only affects how large this heat input is and how much heat input can be tolerated during operation of the vehicle. Thus, the invention can equally be used on monovalent internal combustion engines which are operated, for example, with diesel fuel or liquefied natural gas (LNG), as well as on bivalent (dual-fuel) internal combustion engines, which can optionally be operated with one of these fuels. The use of bivalent internal combustion engines promises special advantages, especially in the conversion from monovalent operation with diesel fuel to bivalent operation with diesel fuel or LNG. Here are the advantages of operating with LNG available only at the price that LNG is particularly sensitive to heating by recirculated fuel. The invention significantly reduces this price.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Soll-Druck ps mindestens auf einem vorgegebenen Basisniveau pB gehalten, welches höher ist als der gemäß Kennfeld für den Leerlauf der Brennkraftmaschine vorgesehene Wert pK. Solange die Lastanforderung L so hoch ist, dass der zugehörige Soll-Druck pK gemäß Kennfeld größer ist als pB, wirkt sich diese Maßnahme de facto nicht aus. Erst wenn die Lastanforderung L so weit vermindert wird, dass pK unter pB absinkt, wird tatsächlich vom Kennfeld abgewichen. Bei geeigneter Wahl des Basisniveaus pB kann somit per saldo auch dann eine wesentliche Verbesserung erzielt werden, wenn gar nicht weiter überwacht wird, ob ein vorübergehender Abfall der Lastanforderung L vorliegt oder bevorsteht.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the setpoint pressure ps is maintained at least at a predetermined base level p B , which is higher than the value p K provided according to the map for the idling of the internal combustion engine. As long as the load requirement L is so high that the associated desired pressure p K according to the map is greater than p B , this measure does not de facto affect. Only when the load request L is reduced so far that p K drops below p B , is actually deviated from the map. With a suitable choice of the base level p B , a substantial improvement can be achieved on balance even if it is not further monitored whether a temporary drop in the load request L is present or imminent.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die maximale und/oder minimale zeitliche Änderungsrate dps/dt des Soll-Drucks pS, und/oder die maximale und/oder minimale zeitliche Änderungsrate dp/dt des Ist-Drucks p, bei sinkender Lastanforderung L stärker begrenzt als bei steigender Lastanforderung L. Hierunter ist insbesondere auch der Fall zu verstehen, dass bei sinkender Lastanforderung L die zeitliche Änderungsrate begrenzt wird, bei steigender Lastanforderung L jedoch keine solche Grenze gesetzt wird.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the maximum and / or minimum rate of change dps / dt of the desired pressure p S , and / or the maximum and / or minimum rate of change dp / dt of the actual pressure p, with decreasing load request L more limited than with increasing load requirement L. This is especially the case to understand that with decreasing load request L, the temporal rate of change is limited, with increasing load demand L, however, no such limit is set.
Beispielsweise kann der Zulaufsteller zur Erhöhung des Drucks p im Hochdruckreservoir, und/oder der Rückführsteller zur Senkung dieses Drucks p, so ausgebildet sein, dass ihm eine zeitliche Änderungsrate dp/dt für den Druck p als Stellgröße vorgegeben wird. Der Steller öffnet intern ein Ventil jeweils genau so weit, dass sich die vorgegebene zeitliche Änderungsrate dp/dt einstellt. Die zeitliche Änderungsrate dp/dt kann dann also begrenzt werden, indem die diesbezügliche, dem Steller zugeführte Stellgröße begrenzt wird.For example, the feed plate to increase the pressure p in the high-pressure reservoir, and / or the return plate to reduce this pressure p, be designed so that it is given a time rate dp / dt for the pressure p as a manipulated variable. The actuator internally opens a valve just enough to set the predefined rate of change dp / dt. The temporal rate of change dp / dt can then be limited by the relevant, the controller supplied control variable is limited.
Sofern eine sinkende Lastanforderung L von Dauer ist, wird der Soll-Druck pS letztendlich doch auf den Wert pK abgesenkt, den das Kennfeld für den Betriebspunkt mit der niedrigeren Last vorgibt. Dies geschieht jedoch mit einer solchen zeitlichen Verzögerung, dass bei einer nur vorübergehend (transient) sinkenden Lastanforderung L das Absinken des Soll-Drucks pS deutlich vermindert bzw. sogar unterbunden wird. Bei steigender Lastanforderung L ist es hingegen weniger vorteilhaft, die Geschwindigkeit zu begrenzen, mit der der Soll-Druck pS ansteigt. Eine solche Begrenzung würde die Brennkraftmaschine weniger dynamisch ansprechen lassen.If a decreasing load requirement L is permanent, the setpoint pressure p S is finally lowered to the value p K , which the characteristic field predetermines for the operating point with the lower load. However, this is done with such a time delay that the decrease of the desired pressure p S is significantly reduced or even prevented in a only temporarily (transiently) decreasing load request L. By contrast, as the load requirement L increases, it is less advantageous to limit the speed at which the setpoint pressure p S increases. Such a limitation would make the engine respond less dynamically.
Wenn sich der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, und hier insbesondere die Lastanforderung L, zeitlich verändert, verändert sich auch der gemäß Kennfeld optimale Sollwert pK für den Druck im Hochdruckreservoir mit der Zeit. Aus dem zeitabhängigen Sollwert pK(t) gemäß Kennfeld kann beispielsweise durch zeitliche Dämpfung, Glättung, Filterung und/oder asymptotische Gewichtung der letztendliche Soll-Druck ps gebildet werden. Der Soll-Druck ps kann auch aus Ersatzwert-Kennfeldern berechnet werden. Auch kann beispielsweise eine fallende Flanke von pK(t) durch ein Verzögerungsglied verzögert auf den Soll-Druck ps durchschlagen.If the operating point of the internal combustion engine, and here in particular the load request L, changes over time, the optimum setpoint value p K for the pressure in the high-pressure reservoir according to the map also changes over time. From the time-dependent desired value p K (t) according to the characteristic map, the final desired pressure ps can be formed, for example, by time damping, smoothing, filtering and / or asymptotic weighting. The desired pressure ps can also be calculated from substitute value maps. Also, for example, a falling edge of p K (t) delayed by a delay element to strike the desired pressure ps.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Auskuppeln der Brennkraftmaschine als vorübergehender Abfall der Lastanforderung L gewertet. Gerade ein Auskuppeln ist grundsätzlich ein vorübergehender Zustand, unabhängig davon, ob dies durch Betätigung eines Kupplungspedals oder automatisiert erfolgt.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, disengagement of the internal combustion engine is rated as a transient decrease in the load requirement L. Just a disengagement is basically a temporary state, regardless of whether this is done by operating a clutch pedal or automated.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Anforderung eines Schaltvorgangs durch ein automatisiertes Getriebe als vorübergehender Abfall der Lastanforderung L gewertet. Dabei umfasst der Begriff „automatisiertes Getriebe“ jedes Getriebe, bei dem der Schaltvorgang so weit automatisiert ist, dass ein Kupplungspedal im Fahrzeug entbehrlich ist, also sowohl Vollautomatikgetriebe als auch automatisierte Schaltgetriebe. Es kann dann insbesondere das Getriebesteuergerät gegenüber dem Motorsteuergerät ankündigen, dass ein Schaltvorgang bevorsteht. Das Motorsteuergerät weiß dann bereits im Voraus, dass die folgende kurze Unterbrechung der Kraftübertragung, die mit einem Abfall der Lastanforderung L einhergeht, von vorübergehender Natur sein wird. Dementsprechend kann das sonst gebotene Absenken des Soll-Drucks pS abgemildert oder unterbunden werden, d.h., der Soll-Druck pS kann über den vom Kennfeld vorgegebenen Wert pK erhöht werden.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, the request for a switching operation by an automated transmission as a temporary drop in the load requirement L is evaluated. In this case, the term "automated transmission" includes any transmission in which the switching process is so far automated that a clutch pedal in the vehicle is unnecessary, so both fully automatic transmission and automated manual transmission. It may then announce in particular the transmission control unit relative to the engine control unit that a switching operation is imminent. The engine control unit then already knows in advance that the following brief interruption of the power transmission, accompanied by a drop in the load request L, will be of a temporary nature. Accordingly, the otherwise offered lowering of the desired pressure p S can be mitigated or prevented, ie, the target pressure p S can be increased above the predetermined value p K from the map.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Abfall der Lastanforderung L als vorübergehend gewertet, wenn seine betragsmäßige Änderungsrate dL/dt einen vorgegebenen Schwellwert ΔL überschreitet. Im allgemeinen ändern sich weder die Straßenverhältnisse noch der Fahrerwunsch f in Bezug auf die Geschwindigkeit abrupt. Hingegen wird die Unterbrechung der Kraftübertragung beim Auskuppeln gerade möglichst abrupt gestaltet, damit die Kupplung nur für einen möglichst geringen Anteil der Zeit im schleifenden und somit verschleißintensiven Zustand ist.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, a drop in the load requirement L is considered temporary if its magnitude change rate dL / dt exceeds a predetermined threshold value ΔL. In general, neither the road conditions nor the driver's request f abruptly change with respect to the speed. By contrast, the interruption of the power transmission when disengaging just as abruptly designed so that the clutch is only for the least possible proportion of the time in the abrasive and thus wear-intensive state.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Abfall der Lastanforderung L zunächst als vorübergehend gewertet. Der Abfall wird erst dann als nicht vorübergehend gewertet wird, wenn die Lastanforderung L für eine vorbestimmte Zeitspanne unterhalb eines Schwellwerts LS geblieben ist, wenn die Soll-Einspritzmenge q einen vorgegebenen Schwellwert qS unterschreitet, und/oder wenn ein Fahrerwunsch f dem Betriebspunkt mit der niedrigeren Last entspricht. Hierhinter steckt der Gedanke, dass bei einer typischen Fahrt ein vorübergehender Abfall der Lastanforderung L deutlich häufiger vorkommt als eine Änderung des Fahrerwunsches f. Wenn also ein Abfall der Lastanforderung L auftritt, ist es überwiegend wahrscheinlich, dass dieser Abfall vorübergehend ist. In einigen Fällen wird sich herausstellen, dass der Abfall in Wahrheit von Dauer ist. Wie zuvor erläutert, kommt es jedoch insbesondere in Bezug auf das Emissionsverhalten auf das zeitlich kumulierte Verhalten der Brennkraftmaschine an. In dieser Summe werden die Vorteile, die durch die verminderte Rückführung erwärmten Kraftstoffs erzielt werden, die Nachteile der wenigen Phasen mit geringer Last, in denen die Einspritzgenauigkeit nicht optimal war, überwiegen. Dies gilt im Besonderen vor dem Hintergrund, dass bei geringer Last deutlich weniger Kraftstoff pro Zeiteinheit bzw. pro Strecke verbraucht wird als bei höherer Last, so dass sich ein Mehr an Emissionen bei geringer Last zumindest teilweise relativiert.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, a drop in the load requirement L is initially regarded as temporary. The waste is evaluated as non-temporary when the load request L has remained below a threshold value L S for a predetermined period of time, if the target injection quantity q falls below a predetermined threshold value q S , and / or if a driver request f for the operating point corresponds to the lower load. Behind this is the idea that in a typical trip a temporary drop in the load requirement L occurs much more frequently than a change in the driver's request f. Thus, when a drop in the load request L occurs, it is mostly likely that this drop is temporary. In some cases it will turn out that the waste is really permanent. However, as explained above, the time-cumulative behavior of the internal combustion engine is particularly important with regard to the emission behavior. In this sum, the advantages achieved by the reduced return of heated fuel will outweigh the disadvantages of the few low load phases in which the injection accuracy was not optimal. This applies in particular against the background that at low load significantly less fuel per unit time or per route is consumed than at higher load, so that an increase in emissions at low load at least partially relative.
Allgemein kann zur Erkennung eines vorübergehenden Abfalls der Lastanforderung L beispielsweise die Auswertung und logische Verknüpfung eines Fahrerwunsches f (entspricht der Gaspedalstellung), der Lastanforderung L durch das Fahrzeug nach einem Getriebeeingriff, und/oder von statistischen Daten aus der unmittelbaren Betriebspunkt-Historie herangezogen werden. In general, to detect a temporary drop in the load request L, for example, the evaluation and logical combination of a driver request f (corresponding to the accelerator pedal position), the load request L by the vehicle after a gear engagement, and / or statistical data from the immediate operating point history can be used.
Weiterhin können auch Kenngrößen des aktuellen Betriebspunkts, wie etwa die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die Fahrzeuggeschwindigkeit v, herangezogen werden.Furthermore, parameters of the current operating point, such as the speed of the internal combustion engine and the vehicle speed v, can be used.
Das Ausmaß, in dem der Soll-Druck ps gegenüber dem gemäß Kennfeld vorgesehenen Wert pK abgeändert wird, kann vorteilhaft davon abhängig gemacht werden, wie störend sich eine Rückführung erwärmten Kraftstoffs aktuell auf das Kraftstoffsystem auswirken würde. Hierfür kann dieses Ausmaß beispielsweise von einer Zustandsgröße x1 des Vorratsbehälters (etwa Füllstand, Druck und/oder Temperatur), von einer Zustandsgröße x2 des durch die Entspannung des Kraftstoffs, bzw. durch die Absenkung des Ist-Drucks p, beeinflussten Teils des Kraftstoffversorgungssystems, von einer Zustandsgröße x3 des zu entspannenden Kraftstoffs (etwa Gastemperatur und/oder Energiemenge) und/oder von Umgebungsbedingungen x4 (etwa Umgebungstemperatur) abhängig gemacht werden.The extent to which the desired pressure ps with respect to the provided according map value K p is modified, can advantageously be made dependent on how disturbing a recirculation heated fuel would currently affect the fuel system. For this purpose, this extent, for example, by a state variable x 1 of the reservoir (such as level, pressure and / or temperature), of a state variable x 2 of the by the relaxation of the fuel, or by the reduction of the actual pressure p, affected part of the fuel supply system , are made dependent on a state quantity x 3 of the fuel to be relaxed (such as gas temperature and / or amount of energy) and / or environmental conditions x 4 (such as ambient temperature).
Das besagte Ausmaß kann sich beispielsweise in einem Druckoffset, in einer maximalen Druckabfallrate und/oder in einer Filter-Zeitkonstante manifestieren. Diese oder eine andere Größe, die ein quantitatives Maß für die Abkehr von den durch das Kennfeld vorgeschlagenen Druckwerten pK ist, kann beispielsweise rechnerisch an den ursprünglichen Soll-Druck pS, an die Lastanforderung L, an die angeforderte Einspritzmenge q, an Informationen des Gaspedals, des Getriebes oder der Kupplung, an die Fahrzeuggeschwindigkeit v, oder auch an Änderungsraten und/oder Ableitungen dieser Signale, gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Ratenbegrenzung, d.h. die Einschränkung der maximalen und/oder minimalen Änderungsrate dpS/dt des Soll-Drucks pS, die Einschränkung der maximalen und/oder minimalen Änderungsrate dp/dt des Ist-Drucks p, und/oder die Einschränkung der maximalen Änderungsraten diesbezüglicher Stellwerte oder Steuersignale, als eine von der Soll-Einspritzmenge q abhängige Kennlinie im Steuergerät hinterlegt werden. Über diesen Zusammenhang kann dann der Kompromiss zwischen der Minimierung der Menge an rückgeführtem Kraftstoff durch längeres Halten des modifizierten Soll-Drucks pS einerseits und der Annäherung an den Normalbetrieb durch schnelleren Druckabbau andererseits eingestellt werden. Eine zeitliche Steuerung der Maßnahme, beispielsweise über eine zeitlich gerampte Filter-Zeitkonstante, kann ebenfalls sinnvoll sein.The said extent can manifest itself, for example, in a print offset, in a maximum pressure drop rate and / or in a filter time constant. This or another variable, which is a quantitative measure for the departure from the pressure values p K proposed by the characteristic map, can be calculated, for example, from the original desired pressure p S , to the load request L, to the requested injection quantity q, to information from the Accelerators, the transmission or the clutch, to the vehicle speed v, or also to rates of change and / or derivatives of these signals, be coupled. For example, the rate limitation, ie the limitation of the maximum and / or minimum rate of change dp S / dt of the target pressure p S , the limitation of the maximum and / or minimum rate of change dp / dt of the actual pressure p, and / or the restriction of maximum rates of change in this control values or control signals, as a dependent of the desired injection quantity q characteristic are stored in the control unit. By this connection, the compromise between minimizing the amount of recirculated fuel by keeping the modified target pressure p S on the one hand and approximating the normal operation by faster decompression on the other hand can then be set. A temporal control of the measure, for example via a temporally ramped filter time constant, may also be useful.
Das Einschalten und Abschalten der Eingriffe in den Soll-Druck pS, bzw. in dessen Zeitverlauf, kann beispielsweise stetig (ohne Sprünge) erfolgen. Hierzu können die Eingriffe beispielsweise mit zeitlich gesteuerten oder betriebspunktabhängigen Rampen verrechnet werden (Fade-In/Out, Crossfade, gerampte Filter-Konstanten, asymptotische/hyperbolische Funktionen).The switching on and off of the interventions in the desired pressure p S , or in the course of time, for example, can be continuous (without jumps). For this purpose, the interventions can be calculated, for example, with time-controlled or operating-point-dependent ramps (fade-in / out, crossfade, ramped filter constants, asymptotic / hyperbolic functions).
Das Verfahren kann insbesondere auf einem Motorsteuergerät implementiert werden. Dazu muss vorteilhaft weder das Steuergerät selbst noch die zugehörige Sensorik oder Aktorik der Brennkraftmaschine verändert werden. Insbesondere kann das Verfahren in einer reinen Aktualisierung der Software für das Motorsteuergerät verkörpert sein, die insoweit ein eigenständig verkaufbares Produkt auch für den Nachrüstmarkt darstellt. Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computerprogrammprodukt mit maschinenlesbaren Anweisungen, die, wenn sie von einem Computer, und/oder einem Steuergerät ausgeführt werden, den Computer, und/oder das Steuergerät, dazu veranlassen, ein Verfahren gemäß der Erfindung auszuführen.The method can be implemented in particular on an engine control unit. For this purpose, neither the control unit itself nor the associated sensors or actuators of the internal combustion engine must be advantageously changed. In particular, the method can be embodied in a pure update of the software for the engine control unit, which represents an independently salable product for the aftermarket as well. Therefore, the invention also relates to a computer program product with machine-readable instructions which, when executed by a computer and / or a controller, cause the computer and / or the controller to perform a method according to the invention.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.
Figurenlistelist of figures
Es zeigt:
-
1 Beispielhafte Realisierung desVerfahrens 100 aneinem Einspritzsystem 1für eine Brennkraftmaschine 2; -
2 Zeitlicher Verlauf des Drucksp im Hochdruckreservoir 11, der Soll-Einspritzmenge q und der Fahrzeuggeschwindigkeit v bei einem beispielhaften Beschleunigungsvorgang.
-
1 Exemplary realization of themethod 100 on aninjection system 1 for aninternal combustion engine 2; -
2 Time course of the pressure p in the high-pressure reservoir 11, the target injection quantity q and the vehicle speed v in an exemplary acceleration process.
Nach
Aus dem Hochdruckreservoir
Da der Bedarf an Kraftstoff
In Block
In Teilschritt
Wenn in den Teilschritten
Insoweit der Soll-Druck pS gegenüber dem vom Kennfeld
Die erste Beschleunigungsphase I ist kurzzeitig unterbrochen durch zwei Schaltphasen a und b. Da die Kraftübertragung zum Getriebe
Jeder abrupte Abfall der Lastanforderung L wird zunächst als vorübergehender Abfall gewertet. Für die beiden Schaltphasen a und b innerhalb der Beschleunigungsphase I trifft dies auch zu.Each abrupt drop in the load request L is initially considered as temporary waste. For the two switching phases a and b within the acceleration phase I, this also applies.
In der stationären Phase II jedoch ist der Abfall der Lastanforderung L längerfristig, weil das Fahrzeug nun in der Ebene mit fast gleichbleibender Geschwindigkeit fährt. Es wird also zunächst im Schubbetrieb eine Einspritzmenge q nahe Null angefordert, bevor anschließend wieder eine etwas größere Einspritzmenge q benötigt wird. Nachdem zum Zeitpunkt t1 zunächst die modifizierte Solldruckführung aktiviert worden war, wird diese zum Zeitpunkt t2, nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls Δt ohne erneuten Anstieg der Lastanforderung L, wieder deaktiviert.In the stationary phase II, however, the drop in the load requirement L is longer term because the vehicle is now traveling in the plane at almost constant speed. Thus, an injection quantity q close to zero is first requested in coasting mode, before a somewhat larger injection quantity q is subsequently required again. After the modified desired pressure guide was activated at the time t 1 , it is deactivated again at the time t 2 , after a predetermined time interval Δt has elapsed without a renewed increase in the load requirement L.
In der stationären Phase II zeigt sich noch ein weiterer Unterschied zwischen den Beispielen ps,1 und pS,2. Im Beispiel pS,1 wird der Soll-Druck pS zusätzlich mindestens auf einem Basisdruck pB gehalten, d.h., der Leerlaufdruck pLL ist de facto auf das Niveau pB angehoben.In the stationary phase II, there is another difference between the examples p s, 1 and p s, 2 . In the example p S, 1 , the target pressure pS is additionally maintained at least at a base pressure p B , ie, the idling pressure p LL is de facto raised to the level p B.
Die zweite Beschleunigungsphase III enthält eine weitere Schaltphase c, in der die Lastanforderung L kurzzeitig abfällt und dementsprechend die modifizierte Solldruckführung zu Recht wieder aktiviert wird.The second acceleration phase III contains a further switching phase c, in which the load request L drops for a short time and accordingly the modified desired pressure control is rightly reactivated.
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