DE102019107206A1

DE102019107206A1 - System und verfahren zum betreiben eines kraftstoffsystems als reaktion auf die abgeleitete kraftstofftemperatur

Info

Publication number: DE102019107206A1
Application number: DE102019107206.9A
Authority: DE
Inventors: Joseph Ulrey; Ross Pursifull
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2019-09-26
Also published as: US20190293017A1; CN110296016A; US10508612B2

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems als Reaktion auf die abgeleitete Kraftstofftemperatur bereit. Es sind Verfahren und Systeme für einen Verbrennungsmotor zum Ableiten einer Kraftstofftemperatur von einer gemessenen Änderungsgeschwindigkeit eines Drucks eines Kraftstoffkanals zwischen einer Niederdruckkraftstoffpumpe und einer Hochdruckkraftstoffpumpe während bestimmten Betriebsbedingungen, einschließlich dessen, wenn die Niederdruckraftstoffpumpe ausgeschaltet ist, bereitgestellt. Der Betrieb der Niederdruckkraftstoffpumpe kann als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur eingestellt werden.

Description

GEBIET
Die vorliegende Anwendung betrifft im Allgemeinen Steuerschemata für eine Kraftstoffsaugpumpe einer Brennkraftmaschine auf Grundlage der Kraftstofftemperatur, die von einer Druckänderungsgeschwindigkeit in einem Kraftstoffkanal ableitet ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Einige Fahrzeugverbrennungsmotorsysteme, die die Direkteinspritzung von Kraftstoff im Zylinder verwenden, beinhalten ein Kraftstoffzufuhrsystem, das mehrere Kraftstoffpumpen zum Bereitstellen eines geeigneten Kraftstoffdrucks für Kraftstoffeinspritzvorrichtungen aufweist. Diese Art von Kraftstoffsystem, die Benzindirekteinspritzung (Gasoline Direct Injection - GDI), wird verwendet, um die Leistungseffizienz und den Bereich zu erhöhen, in dem der Kraftstoff dem Zylinder zugeführt werden kann. GDI-Kraftstoffeinspritzvorrichtungen können unter hohem Druck stehenden Kraftstoff für die Einspritzung benötigen, um eine verbesserte Zerstäubung für eine effizientere Verbrennung zu schaffen. Als ein Beispiel kann ein GDI-System eine elektrisch angetriebene Pumpe mit niedrigerem Druck (z. B. eine Kraftstoffsaugpumpe) und eine mechanisch angetriebene Pumpe mit höherem Druck (z. B. eine Direkteinspritzpumpe), die jeweils in Reihe zwischen dem Kraftstofftank und den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen entlang eines Kraftstoffkanals angeordnet sind, nutzen. In vielen GDI-Anwendungen drückt die Kraftstoffsaugpumpe zunächst Kraftstoff vom Kraftstofftank zu einem Kraftstoffkanal, der die Kraftstoffsaugpumpe und die Kraftstoffdirekteinspritzpumpe koppelt, und die Hochdruck- oder Kraftstoffdirekteinspritzpumpe kann dazu verwendet werden, den Druck des Kraftstoffs, der den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zugeführt wird, weiter zu erhöhen. GDI-Kraftstoffsysteme stützen sich typischerweise auf eine Schätzung der Kraftstoffeinlasstemperatur, um einen Eingangsdruck der GDI-Pumpe einzustellen. Ist die geschätzte Kraftstofftemperatur ungenau, kann der Eingangsdruck der GDI-Pumpe unter einen Kraftstoffdampfdruck fallen, was die Leistungsfähigkeit und den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors verringert und die Lebensdauer der DI-Pumpe potentiell beeinträchtigt. Andererseits kann das Kompensieren einer unzuverlässigen Kraftstofftemperatur durch den Betrieb der GDI-Pumpe bei übermäßig hohen Drücken den Leistungsverbrauch erhöhen und die Kraftstoffeffizienz senken.
In einem Beispiel, das von Barra et al. im US-Patent 8,365,585 gezeigt wird, wird eine Kraftstofftemperatur in einem Common-Rail-Einspritzsystem auf Grundlage einer Kraftstofftemperaturmessung mit einem Temperatursensor, der in einer ersten Kraftstoffleitung positioniert ist, geschätzt. Die Temperatur des Common-Rail-Einspritzsystems wird unter Verwendung eines komplexen multifunktionalen Modells geschätzt, das Messungen der Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors, der Einlasslufttemperatur, der Fahrzeugfahrgeschwindigkeit, der Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit im Common Rail und des Kraftstoffdrucks im Common Rail erfordert.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme mit dem Ansatz von Barra et al. ermittelt. Zuerst birgt Barras Modell viele Quellen für Messfehler, da es sich auf die Messung mehrerer Parameter stützt. Ferner ist das Modell aus wenigstens acht empirischen Funktionen aufgebaut, die eine Schätzung einer Vielzahl von experimentellen Parametern erfordern, von denen jeder seine eigene inhärente Unsicherheit in das Modell einbringt. Dementsprechend kann das Modell von Barra aufgrund des kumulativen Messfehlers und der inhärenten Unsicherheiten der empirischen Parameter unzuverlässig und ungenau sein, insbesondere wenn der Betrieb des Verbrennungsmotors einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen umfasst und empirische Modelle dazu neigen, zu versagen. Ferner sind außerdem Schätzungen der Kraftstofftemperaturen als Reaktion auf diese Arten von herkömmlichen Kraftstofftemperaturschätzmodellen, die erhebliche Ungenauigkeiten aufweisen, konservativ höher als die tatsächlichen Kraftstofftemperaturen. Höhere Kraftstofftemperaturschätzungen führen zu höheren Kraftstoffeinspritzdrücken, um die Leistungsfähigkeit des Verbrennungsmotors aufrechtzuerhalten, wobei jedoch die Kraftstoffeffizienz geopfert wird.
KURZDARSTELLUNG
In einem Beispiel können die vorstehend genannten Probleme wenigstens teilweise durch ein Verfahren gelöst werden, das Folgendes umfasst: das Einstellen des Betriebs einer Niederdruckkraftstoffpumpe auf Grundlage einer Kraftstofftemperatur, die durch eine Änderungsgeschwindigkeit eines Drucks eines Kraftstoffkanals zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe und einer Hochdruckkraftstoffpumpe während einer ersten Bedingung, einschließlich dessen, wenn die Niederdruckkraftstoffpumpe ausgeschaltet ist, angegeben wird. Auf diese Weise kann eine Temperaturänderung eines Kraftstoffvolumens aus einer gemessenen Druckänderung des Kraftstoffvolumens berechnet werden, die in direktem Zusammenhang mit dem Kraftstoffvolumen und einer beliebigen Zunahme oder Abnahme des Kraftstoffvolumens steht.
Auf diese Weise kann die technische Wirkung des genauen und zuverlässigen Bestimmens einer Kraftstofftemperatur durch eine Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffdrucks erreicht werden. Ferner kann ein Kraftstofftemperaturmodell, das auf einem gemessenen Kraftstoffdruck und Kraftstoffvolumen basiert, im Vergleich zu herkömmlichen Modellen mit größerer Genauigkeit aufgebaut werden. Ferner können die in dieser Schrift beschriebenen Verfahren und Systeme die Kraftstofftemperatur bestimmen und gleichzeitig die Abhängigkeit von anderen gemessenen Parametern verringern. Ferner kann zudem ein genaueres und zuverlässigeres Bestimmen der Kraftstofftemperatur den Betrieb des Kraftstoffsystems bei niedrigeren Einspritzdrücken ermöglichen und damit den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors senken.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems, das ein beispielhaftes Kraftstoffsystem, das an einen Verbrennungsmotor gekoppelt ist, beinhaltet.
2 zeigt eine Kraftstoffdirekteinspritzpumpe und zugehörige Komponenten, die in dem Kraftstoffsystem aus 1 beinhaltet sind.
3 zeigt einen beispielhaften Impulsenergiemodus für eine Kraftstoffsaugpumpe.
4 zeigt mehrere Diagramme, die den Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe in verschiedenen Situationen darstellen.
5 zeigt einen Verlauf eines Drucks eines Kraftstoffkanals.
6 zeigt einen Verlauf, der eine Diagnose eines Kraftstoffkanalrückschlagventils auf Grundlage einer Änderungsgeschwindigkeit eines Drucks eines Kraftstoffkanals.
Die 7 und 9 zeigen Ablaufdiagramme von Verfahren zum Ableiten einer Kraftstofftemperatur und Betreiben des Kraftstoffsystems aus 2 als Reaktion auf die geschätzte Kraftstofftemperatur.
Die 8 und 10 zeigen Zeitachsen für den Betrieb des Kraftstoffsystems aus 1 als Reaktion auf die geschätzte Kraftstofftemperatur gemäß den Verfahren aus den 7 und 9.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung stellt Informationen in Bezug auf Systeme und Verfahren zum Ableiten einer Kraftstofftemperatur eines Kraftstoffsystems von einer Änderungsgeschwindigkeit eines Kraftstoffdrucks und den Betrieb des Kraftstoffsystems als Reaktion darauf bereit. Ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines beispielhaften Kraftstoffdirekteinspritzsystems und Verbrennungsmotors ist in 1 gezeigt, während 2 eine Detailansicht einer Kraftstoffdirekteinspritzpumpe aus 1 und der verbundenen Komponenten zeigt. 3 zeigt eine Grafik zwischen zwei verschiedenen Steuerschemata zum Einspeisen von Strom in die Kraftstoffsaugpumpe und der Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe ist in 4 beispielhaft gezeigt. Die 5-6 veranschaulichen den Kraftstoffdruck für verschiedene Verbrennungsmotor- und Kraftstoffsystembedingungen, einschließlich wie die Kraftstoffdrucksteifigkeit eine Diagnose des Rückschlagventils eines Kraftstoffsystems geben kann. In den 7 und 9 sind Verfahren zum Ableiten einer Kraftstofftemperatur auf Grundlage einer Änderungsgeschwindigkeit eines Kraftstoffdrucks und das Betreiben des Kraftstoffsystems aus 1 als Reaktion darauf gezeigt. Die 8 und 10 veranschaulichen beispielhafte Zeitachsen für das Betreiben des Kraftstoffsystems aus 1 gemäß den Verfahren, die in den 7 und 9 dargestellt sind.
In Bezug auf die Terminologie, die in dieser detaillierten Beschreibung verwendet wird, können Kraftstoffpumpen mit höherem Druck, Hochdruckkraftstoffpumpen oder Kraftstoffdirekteinspritzpumpen, die unter Druck stehenden Kraftstoff für Einspritzvorrichtungen, die an einem Direkteinspritzungskraftstoffverteiler befestigt sind, bereitstellen, als DI-Pumpe oder HP-Pumpe abgekürzt werden. Gleichermaßen kann eine Pumpe mit niedrigerem Druck (die Kraftstoff mit einem im Allgemeinen niedrigeren Druck als die DI-Pumpe verdichtet), eine Niederdruckkraftstoffpumpe oder eine Kraftstoffsaugpumpe, die unter Druck stehenden Kraftstoff aus einem Kraftstofftank für die DI-Pumpe bereitstellt, als LP-Pumpe oder LPFP abgekürzt werden. Ein Magnetüberströmventil, das elektronisch aktiviert werden kann, um den Betrieb des Rückschlagventils zu ermöglichen und deaktiviert werden kann, um sich zu öffnen (oder umgekehrt), kann unter anderem auch als Kraftstoffvolumenregler, Magnetventil und als digitales Einlassventil bezeichnet werden.
1 zeigt ein Fahrzeugsystem 100, das ein mit einer Brennkraftmaschine 110 gekoppeltes Kraftstoffdirekteinspritzsystem 150 beinhaltet, das als Teil eines Antriebssystems für ein Fahrzeug ausgelegt sein kann. Die Brennkraftmaschine 110 kann mehrere Brennkammern oder Zylinder 112 umfassen. Über Direkteinspritzvorrichtungen 120 im Zylinder kann den Zylindern 112 direkt Kraftstoff bereitgestellt werden. Wie in 1 durch die Pfeile 101 und 102 schematisch dargestellt, kann der Verbrennungsmotor 110 auch Ansaugluft und Abgasprodukte des verbrannten Kraftstoffs aufnehmen. Der Einfachheit halber sind die Einlass- und Auslasssysteme in 1 nicht gezeigt. Der Verbrennungsmotor 110 kann einen geeigneten Motortyp einschließlich eines Benzin- oder Dieselmotors beinhalten. In anderen Ausführungsformen kann der verbrannte Kraftstoff auch einzelne andere Kraftstoffe oder eine Kombination verschiedener Kraftstoffe beinhalten. In einem Beispiel kann der Verbrennungsmotor einen Benzin-Direkteinspritzmotor (Gasoline Direct Injection engine - GDI-Motor) und/oder einen Saugrohreinspritzmotor (Port Fuel Injection engine - PFI-Motor) beinhalten.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeugsystem 100 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen beinhalten, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen kann das Fahrzeugsystem 100 ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einer Brennkraftmaschine 110 oder ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n) beinhalten. In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeugsystem 100 den Verbrennungsmotor 110 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motorgenerator handeln. Eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 10, die mechanisch mit dem Nocken 146 gekoppelt ist, und die elektrische Maschine 52 können über ein Getriebe 54 mit Fahrzeugrädern 55 verbunden sein, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem dargestellten Beispiel kann eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt sein und eine zweite Kupplung 56 kann zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt sein. Die Steuerung 170 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle mit bzw. von der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann verschiedenartig ausgelegt sein, einschließlich als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug. Die elektrische Maschine 52 nimmt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 58 auf, um den Fahrzeugrädern 55 ein Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 52 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 58 bereitzustellen.
Der Kraftstoff kann dem Verbrennungsmotor 110 über die Einspritzvorrichtungen 120 durch das Kraftstoffdirekteinspritzsystem bereitgestellt werden, das im Allgemeinen bei 150 gezeigt ist. In diesem bestimmten Beispiel beinhaltet das Kraftstoffsystem 150 beinhaltet einen Kraftstoffspeichertank 152 zum Speichern des Kraftstoffs an Bord des Fahrzeugs, eine Niederdruckkraftstoffpumpe 130 (z. B. eine Kraftstoffsaugpumpe), eine Hochdruckkraftstoffpumpe oder Direkteinspritzpumpe (DI-Pumpe) 140, einen Kraftstoffverteiler 158 und verschiedene Kraftstoffkanäle 154 und 156. In dem in 1 gezeigten Beispiel leitet der Niederdruckkraftstoffkanal 154 Kraftstoff von der Niederdruckpumpe 130 zur DI-Pumpe 140 und der Hochdruckkraftstoffkanal 156 leitet Kraftstoff von der DI-Pumpe 140 zum Kraftstoffverteiler 158. Aufgrund der Lage der Kraftstoffkanäle kann der Kanal 154 als Niederdruckkraftstoffkanal und der Kanal 156 als Hochdruckkraftstoffkanal bezeichnet werden. Demnach kann der Kraftstoff in dem Kanal 156 einen höheren Druck aufweisen als der Kraftstoff in dem Kanal 154. In einigen Beispielen kann das Kraftstoffsystem 150 mehr als einen Kraftstoffspeicherbehälter und zusätzliche Kanäle, Ventile und andere Vorrichtungen beinhalten, um dem Kraftstoffdirekteinspritzsystem 150 zusätzliche Funktionalitäten bereitzustellen.
In dem vorliegenden Beispiel aus 1 kann der Kraftstoffverteiler 158 an jede von einer Vielzahl von Kraftstoffdirekteinspritzvorrichtungen 120 Kraftstoff verteilen. Jede der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 120 kann in einem entsprechenden Zylinder 112 des Verbrennungsmotors 110 derart positioniert sein, dass während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 120 Kraftstoff direkt in jeden entsprechenden Zylinder 112 eingespritzt wird. Alternativ (oder zusätzlich) kann der Verbrennungsmotor 110 Kraftstoffeinspritzvorrichtungen beinhalten, die derart an oder in der Nähe des Einlasskanals jedes Zylinders angeordnet sind, dass während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen Kraftstoff mit der Ladeluft in den einen oder die mehreren Einlasskanäle jedes Zylinders eingespritzt wird. Diese Anordnung von Einspritzvorrichtungen kann Teil eines Saugrohreinspritzsystems sein, das in dem Kraftstoffsystem 150 beinhaltet sein kann. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet der Verbrennungsmotor 110 vier Zylinder 112, die nur über die Direkteinspritzung mit Kraftstoff versorgt werden. Es versteht sich jedoch, dass der Verbrennungsmotor eine andere Anzahl an Zylindern zusammen mit einer Kombination aus Saugrohreinspritzung und Kraftstoffdirekteinspritzung beinhalten kann.
Die Niederdruckkraftstoffpumpe 130 kann durch eine Steuerung 170 betrieben werden, um der DI-Pumpe 140 über den Niederdruckkraftstoffkanal 154 Kraftstoff bereitzustellen. Die Niederdruckkraftstoffpumpe 130 kann als sogenannte Kraftstoffsaugpumpe ausgelegt sein. Als ein Beispiel kann die Niederdruckkraftstoffpumpe 130 einen elektrischen Pumpenmotor beinhalten, wobei der Druckanstieg an der Pumpe und/oder der Volumenstrom durch die Pumpe gesteuert werden können/kann, indem die elektrische Leistung, die dem Pumpenmotor bereitgestellt wird, variiert wird, wodurch die Drehzahl des Elektromotors erhöht oder verringert wird. Zum Beispiel kann/können der Volumenstrom und/oder Druckanstieg an der Pumpe verringert werden, wenn die Steuerung 170 die elektrische Leistung reduziert, die der LP-Pumpe 130 bereitgestellt wird. Alternativ kann/können der Volumenstrom und/oder Druckanstieg an der Pumpe erhöht werden, indem die elektrische Leistung erhöht wird, die der Pumpe 130 bereitgestellt wird. Als ein Beispiel kann die elektrische Leistung, die dem Niederdruckpumpenmotor zugeführt wird, von einer Lichtmaschine oder einer anderen Energiespeichervorrichtung an Bord des Fahrzeugs (nicht gezeigt) erlangt werden, wobei das durch die Steuerung 170 bereitgestellte Steuersystem den elektrischen Verbraucher steuern kann, der verwendet wird, um die Niederdruckpumpe mit Energie zu versorgen. Somit können durch das Variieren der Spannung und/oder des Stroms, der/die der Niederdruckkraftstoffpumpe 130 wie bei 182 angegeben bereitgestellt wird/werden, die Durchflussgeschwindigkeit und der Druck des Kraftstoffs, der der DI-Pumpe 140 und letztlich dem Kraftstoffverteiler 158 bereitgestellt wird, durch die Steuerung 170 eingestellt werden. Der Betrieb der Niederdruckkraftstoffpumpe 130 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3-4 und 7-8 detaillierter erörtert.
Die Niederdruckkraftstoffpumpe 130 kann fluidisch mit dem Rückschlagventil 104 gekoppelt sein, was die Kraftstoffzuführung erleichtern und den Kraftstoffkanaldruck aufrechterhalten kann. Der Filter 106 kann über den Niederdruckkanal 154 fluidisch mit dem Auslassrückschlagventil 104 gekoppelt sein. Der Filter 106 kann geringfügige Verunreinigungen entfernen, die in dem Kraftstoff enthalten sein können und die Kraftstoffhandhabungskomponenten potentiell beschädigen könnten. Mit dem Rückschlagventil 104 stromaufwärts von dem Filter 106 kann die Nachgiebigkeit des Niederdruckkanals 154 erhöht werden, da der Filter ein physisch großes Volumen aufweisen kann. Nachgiebigkeit bezieht sich in dieser Schrift auf eine Volumenveränderung des Kraftstoffs, der aus dem Niederdruckkraftstoffkanal 154 gepumpt wird, für einen vorgegebenen Abfall des Kraftstoffkanaldrucks. Das Druckentlastungsventil 155 beinhaltet ferner einen Kugel-Feder-Mechanismus, der bei einer vorgegebenen Druckdifferenz anliegt und abdichtet, um Kraftstoff und den Kraftstoffdruck an dem Niederdruckkraftstoffkanal 154 abzulassen. Ein Blendenrückschlagventil 157 kann in Reihe mit einer Blende 159 angeordnet werden, um zu ermöglichen, dass Luft und/oder Kraftstoffdampf aus der Niederdruckkraftstoffpumpe 130 entweichen/entweicht. Wie in 1 ersichtlich ist, ist das Rückschlagventil 104 derart ausgerichtet, dass der Kraftstoffrückfluss von der DI-Pumpe 140 zu der Niederdruckpumpe 130 im Wesentlichen verringert (z. B. eliminiert) ist. In einigen Ausführungsformen kann das Kraftstoffsystem 150 eine Reihe von Rückschlagventilen beinhalten, die fluidisch an die Niederdruckkraftstoffpumpe 130 gekoppelt sind, um ferner zu verhindern, dass Kraftstoff zurück stromaufwärts von den Ventilen läuft. In diesem Zusammenhang bezieht sich der stromaufwärtige Durchfluss auf einen Kraftstoffstrom, der sich von dem Kraftstoffverteiler 158 in Richtung der Niederdruckpumpe 130 bewegt, während sich der stromabwärtige Durchfluss auf die Nennkraftstoffdurchflussrichtung von der Niederdruckpumpe in Richtung des Kraftstoffverteilers bezieht.
Anschließend kann der Hochdruckkraftstoffpumpe (z. B. der DI-Pumpe) 140 Kraftstoff vom Rückschlagventil 104 zugeführt werden. Die DI-Pumpe 140 kann den Druck des von dem Rückschlagventil 104 aufgenommenen Kraftstoffs von einem ersten Druckniveau, das von der Niederdruckkraftstoffpumpe 130 erzeugt wird, auf ein zweites Druckniveau erhöhen, das höher als das erste Niveau ist. Die DI-Pumpe 140 kann dem Kraftstoffverteiler 158 über einen Hochdruckkraftstoffkanal 156 unter Druck gesetzten Kraftstoff zuführen. Der Betrieb der DI-Pumpe 140 kann auf Grundlage der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs eingestellt werden, um ein effizienteres Kraftstoffsystem und einen effizienteren Betrieb des Verbrennungsmotors bereitzustellen. Die Komponenten der Hochdruck-DI-Pumpe 140 werden nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 detaillierter erörtert.
Die DI-Pumpe 140 kann durch die Steuerung 170 gesteuert werden, um dem Kraftstoffverteiler 158 über den Hochdruckkraftstoffkanal 156 Kraftstoff zuzuführen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die DI-Pumpe 140 ein Stromregelventil, ein magnetisch betätigtes Überströmventil (Spill Valve - SV) oder einen Kraftstoffvolumenregler Fuel Volume Regulator - FVR) nutzen, um es dem Steuersystem zu ermöglichen, das effektive Pumpenvolumen für jeden Pumpenhub zu variieren. Das Überströmventil, das in 2 näher beschrieben ist, kann separat oder Teil der DI-Pumpe 140 (z. B. einstückig mit dieser ausgebildet sein) sein. Die DI-Pumpe 140 kann im Gegensatz zu der per Elektromotor angetriebenen Niederdruckkraftstoffpumpe oder Kraftstoffniederdruckkraftstoffpumpe 130 mechanisch durch den Verbrennungsmotor 110 angetrieben werden. Ein Pumpenkolben der DI-Pumpe 140 kann eine mechanische Eingabe von der Kurbelwelle oder Nockenwelle des Verbrennungsmotors über den Nocken 146 aufnehmen. Auf diese Weise kann die DI-Pumpe 140 gemäß dem Grundsatz einer nockenbetriebenen Einzylinderpumpe betrieben werden. Darüber hinaus kann die Winkellage des Nockens 146 durch einen Sensor, der sich in der Nähe des Nockens 146 befindet, der über die Verbindung 185 mit der Steuerung 170 kommuniziert, geschätzt (z. B. bestimmt) werden. Insbesondere kann der Sensor einen Nockenwinkel 146 messen, der in Grad zwischen 0 und 360 Grad gemäß der Kreisbewegung des Nockens 146 gemessen wird. Während der Nocken 146 in 1 außerhalb der DI-Pumpe 140 gezeigt ist, versteht es sich, dass der Nocken 146 in dem System der DI-Pumpe 140 beinhaltet sein kann.
Wie in 1 dargestellt, kann ein Kraftstoffkanaldrucksensor 145 in einem Niederdruckkanal 154 zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe 130 und der DI-Pumpe 140 positioniert sein. An dieser Stelle kann der Kraftstoffkanaldrucksensor 145 auch als der Saugpumpendrucksensor oder der Niederdrucksensor bezeichnet werden. Der Kraftstoffkanaldrucksensor 145 kann über die Verbindung 147 mit der Steuerung 170 verbunden sein und zum Bestimmen des Kraftstoffkanaldrucks sowie einer Kraftstoffkanalkapazität und/oder -steifigkeit verwendet werden. Die Steifigkeit kann die Druckänderung des Kraftstoffs bei einer vorgegebenen Volumenänderung (z. B. Kehrwert der Kapazität) bezeichnen. Der vom Kraftstoffkanaldrucksensor 145 gemessene Kraftstoffkanaldruck kann den Kraftstoffdruck im Kraftstoffkanal 154 sowie den Kraftstoffdruck in einem weiteren von Kanal 235, Pumpeneinlass 299 und Speicher 209 beinhalten. Der Kraftstoffkanaldrucksensor 145 kann zudem die Steuerung 170 beim Schätzen einer Kraftstofftemperatur in dem Kraftstoffsystem unterstützen. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben, kann die Kraftstofftemperatur von einer Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks abgeleitet werden. Ein Kraftstoffsensor 148 kann stromabwärts von der Kraftstoffniederdruckkraftstoffpumpe 130 angeordnet sein. Der Kraftstoffsensor 148 kann die Kraftstoffzusammensetzung messen und kann auf Grundlage der Kraftstoffkapazität oder der Anzahl der Mole eines dielektrischen Fluids in seinem Messvolumen arbeiten. Beispielsweise kann eine Menge an Ethanol (z. B. Flüssigethanol) und/oder Methanol in dem Kraftstoff auf Grundlage der Kapazität des Kraftstoffs bestimmt werden (z. B. bei Verwendung eines Kraftstoff-Alkohol-Gemischs). Ferner kann eine Schätzung der Kraftstoffvolatilität auf Grundlage der Ethanol- und/oder Methanolkonzentration in dem Kraftstoff bestimmt werden.
Weiterhin kann in einigen Beispielen die DI-Pumpe 140 als Kraftstoffsensor 148 betrieben werden, um den Grad der Kraftstoffverdampfung zu bestimmen. Beispielsweise bildet eine Kolben-Zylinder-Baugruppe der DI-Pumpe 140 einen fluidgefüllten Kondensator. Somit ermöglicht die Kolben-Zylinder-Baugruppe, dass die DI-Pumpe 140 das kapazitive Element in dem Kraftstoffzusammensetzungssensor darstellt. In einigen Beispielen ist die Kolben-Zylinder-Baugruppe der DI-Pumpe 140 im System derart beschaffen, dass sich dort zuerst Kraftstoffdampf bildet. In einem derartigen Beispiel kann die DI-Pumpe 140 als Sensor zum Erfassen der Kraftstoffverdampfung verwendet werden, da die Kraftstoffverdampfung an der Kolben-Zylinder-Baugruppe auftreten kann, bevor sie an anderer Stelle im System auftritt. Andere Kraftstoffsensoranordnungen können unter Beibehaltung des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung möglich sein.
Der Drucksensor selbst kann verwendet werden, um einen Betrieb nahe dem Dampfdruck anzugeben. Das Drucksignal weist beim Betrieb weit über dem Kraftstoffdampfdruck große Pulsationen auf, und reduzierte Druckpulsationen beim Betrieb nahe dem Dampfdruck. Das Ziel besteht in einem Betrieb minimal über dem Dampfdruck für die Funktionsfähigkeit und Lebensdauer der Pumpe, während gleichzeitig ein minimaler Druck angelegt wird, sodass eine minimale Leistung durch die elektrische Saugpumpe verbraucht wird. Da der Dampfdruck stark von der Fluidtemperatur abhängt (gemäß der August-Gleichung), ist es sinnvoll, den Druck auf Grundlage der Fluidtemperatur (gemessen oder abgeleitet) zu ändern.
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet der Kraftstoffverteiler 158 einen Kraftstoffverteilerdrucksensor 162 zum Bereitstellen einer Angabe des Kraftstoffverteilerdrucks an die Steuerung 170. Ein Verbrennungsmotordrehzahlsensor 164 kann dazu verwendet werden, der Steuerung 170 eine Angabe der Verbrennungsmotordrehzahl bereitzustellen. Die Angabe der Verbrennungsmotordrehzahl kann dazu verwendet werden, die Drehzahl der DI-Pumpe 140 zu ermitteln, da die Pumpe 140 mechanisch durch den Verbrennungsmotor 110 angetrieben wird, zum Beispiel über die Kurbelwelle oder die Nockenwelle. Ein Abgassensor 166 kann dazu verwendet werden, der Steuerung 170 eine Angabe der Abgaszusammensetzung bereitzustellen. Als ein Beispiel kann der Gassensor 166 eine Breitbandlambdasonde (Universal Exhaust Gas sensor - UEGO-Sonde) beinhalten. Der Abgassensor 166 kann als Rückkopplung durch die Steuerung 170 verwendet werden, um die Kraftstoffmenge einzustellen, die über die Einspritzvorrichtungen 120 dem Verbrennungsmotor 110 zugeführt wird. Auf diese Weise kann die Steuerung 170 das dem Verbrennungsmotor zugeführte Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen vorgegebenen Sollwert regeln.
Ferner können ein oder mehrere Verbrennungsmotortemperatursensoren 161 an einem Verbrennungsmotorblock bzw. an einem oder mehreren Verbrennungsmotorzylindern montiert werden, um der Steuerung 170 eine Angabe der Verbrennungsmotorblock- und/oder Zylinderkopftemperatur (Cylinder Head Temperature - CHT) bereitzustellen. Die vom Temperatursensor 161 gemessene CHT- und/oder Verbrennungsmotorblocktemperatur kann zum Bestimmen einer Wärmemenge (angegeben durch Strichlinien 190) beitragen, die von dem Verbrennungsmotor 110 auf das Kraftstoffsystem 150 übertragen wird. Von dem Verbrennungsmotor kann Wärme 190 kann auf das Kraftstoffsystem übertragen werden, wenn die Verbrennungsmotortemperatur höher ist als die Kraftstoffsystemtemperatur, und wenn ein Fahrzeug nichtisotherm ist, derart dass der Verbrennungsmotor in Bezug auf das Kraftstoffsystem nichtisotherm ist. Ferner sind die Strichlinien zur Veranschaulichung gezeichnet, um zu zeigen, dass die Wärme 190 von dem Verbrennungsmotor 110 auf den Niederdruckkraftstoffkanal 154 übertragen wird; in einigen Beispielen kann die Wärme 190 von dem Verbrennungsmotor auf andere Komponenten des Kraftstoffsystems 150 übertragen werden, wie etwa den Hochdruckkraftstoffkanal 156, die DI-Pumpe 140, den Kraftstofftank 152 und dergleichen. Die auf das Kraftstoffsystem 150 übertragene Wärme 190 kann eine Kraftstofftemperatur des Kraftstoffsystems 150 erhöhen, was zu einer entsprechenden Änderung des Kraftstoffkanaldrucks führt. Die Messung der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks kann dann dazu beitragen, eine Kraftstofftemperatur des Kraftstoffsystems abzuleiten, wie nachstehend detaillierter beschrieben ist.
Ferner kann die Steuerung 170 andere Verbrennungsmotor-/Abgasparametersignale von anderen Verbrennungsmotorsensoren empfangen, wie etwa die Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur, Verbrennungsmotordrehzahl, Drosselstellung, den absoluten Krümmerdruck, die Temperatur der Emissionsminderungsvorrichtung usw. Darüber hinaus kann die Steuerung 170 eine Rückkopplungsregelung auf Grundlage von Signalen bereitstellen, die unter anderem vom Kraftstoffsensor 148, Drucksensor 162 und Verbrennungsmotordrehzahlsensor 164 empfangen werden. Beispielsweise kann die Steuerung 170 über die Verbindung 184 Signale zum Einstellen des Strompegels, der Stromanstiegsrate, der Impulsbreite eines Magnetventils (Solenoid Valve - SV) der DI-Pumpe 140 und dergleichen senden, um den Betrieb der DI-Pumpe 140 einzustellen. Außerdem kann die Steuerung 170 Signale zum Einstellen eines Kraftstoffdrucksollwerts eines Kraftstoffdruckreglers und/oder einer Kraftstoffeinspritzmenge und/oder eines Einspritzzeitpunkts auf Grundlage von Signalen von dem Kraftstoffsensor 148, dem Drucksensor 162, dem Verbrennungsmotordrehzahlsensor 164 und dergleichen senden. Weitere Sensoren, die nicht in 1 gezeigt sind, können um den Verbrennungsmotor 110 und das Kraftstoffsystem 150 positioniert sein.
Die Steuerung 170 kann jede der Einspritzvorrichtungen 120 über einen Kraftstoffeinspritztreiber 122 individuell betätigen. Die Steuerung 170, der Treiber 122 und andere geeignete Verbrennungsmotorsystemsteuerungen können ein Steuersystem umfassen. Während der Treiber 122 außerhalb der Steuerung 170 gezeigt ist, kann die Steuerung 170 in anderen Beispielen den Treiber 122 beinhalten oder die Steuerung kann ausgelegt sein, die Funktionalität des Treibers 122 bereitzustellen. In diesem spezifischen Beispiel beinhaltet die Steuerung 170 eine elektronische Steuereinheit, die eine oder mehrere von einer Eingabe-/Ausgabevorrichtung 172, einer Hauptprozessoreinheit (Central Processing Unit - CPU) 174, einem Festwertspeicher (Read-Only Memory - ROM) 176, Direktzugriffsspeicher (Random-Access Memory - RAM) 177 und Erhaltungsspeicher (Keep-Alive Memory - KAM) 178 umfasst. Auf dem ROM 176 können computerlesbare Daten programmiert sein, die nichtflüchtige Anweisungen darstellen, die von dem Prozessor 174 zum Durchführen der nachstehend beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten, die vorweggenommen, jedoch nicht ausdrücklich aufgeführt werden, ausgeführt werden können. Beispielsweise kann die Steuerung 170 gespeicherte Anweisungen zum Ausführen verschiedener Steuerschemata der DI-Pumpe 140 und LP-Pumpe 130 auf Grundlage von mehreren von den vorgenannten Sensoren gemessenen Betriebsbedingungen enthalten.
Wie in 1 gezeigt, kann das Kraftstoffdirekteinspritzsystem 150 ein elektronisches rücklauffreies Kraftstoffsystem (Electronic Returnless Fuel System - ERFS) beinhalten. In einem ERFS kann ein Drucksensor 162 an dem Kraftstoffverteiler 158 montiert sein, um den Kraftstoffverteilerdruck zu messen; das in dieser Schrift beschriebene offene Regelkreisschema schreibt dem Drucksensor 162 jedoch nur diagnostische Zwecke zu und somit ist die Einbeziehung des Drucksensors ermessensabhängig. Das Signal von dem Drucksensor 162 kann an die Steuerung 170 zurückgekoppelt werden, die den Treiber 122 steuert, wobei der Treiber 122 die Spannung an die DI-Pumpe 140 moduliert, um den Einspritzvorrichtungen den richtigen Druck und den richtigen Kraftstoffdurchsatz zuzuführen.
Obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist, kann das Kraftstoffdirekteinspritzsystem 150 in anderen Beispielen eine Rücklaufleitung beinhalten, wobei überschüssiger Kraftstoff aus dem Verbrennungsmotor über einen Kraftstoffdruckregler über eine Rücklaufleitung in den Kraftstofftank zurückgeführt wird. Der Kraftstoffdruckregler kann in Reihe mit der Rücklaufleitung gekoppelt sein, um den dem Kraftstoffverteiler 158 zugeführten Kraftstoff auf einen Solldruck zu regeln. Um den Kraftstoffdruck auf den Sollwert zu regeln, kann der Kraftstoffdruckregler überschüssigen Kraftstoff über die Rücklaufleitung in den Kraftstofftank 152 zurückführen, wenn der Kraftstoffverteilerdruck den Sollwert erreicht. Es versteht sich, dass der Betrieb des Kraftstoffdruckreglers derart eingestellt werden kann, dass der Sollwert des Kraftstoffdrucks so geändert wird, dass die Betriebsbedingungen berücksichtigt werden.
2 zeigt die DI-Pumpe 140 aus 1 detaillierter. Die DI-Pumpe 140 saugt während eines Ansaughubs Kraftstoff aus dem Niederdruckkanal 154 an und führt den Kraftstoff dem Verbrennungsmotor während eines Druckhubs über den Hochdruckkanal 156 zu. Die DI-Pumpe 140 beinhaltet einen Verdichtungsraumeinlass 203 in Fluidverbindung mit einem Verdichtungsraum 208, der über die Niederdruckkraftstoffpumpe 130, wie in 1 dargestellt, Kraftstoff zugeführt werden kann. Der Kraftstoff kann unter Druck gesetzt werden, wenn er durch die Kraftstoffdirekteinspritzpumpe 140 strömt und durch den Pumpenauslass 204 dem Kraftstoffverteiler 158 (und den Direkteinspritzvorrichtungen 120) zugeführt werden. In dem dargestellten Beispiel kann es sich bei der Direkteinspritzpumpe 140 um eine mechanisch angetriebene Verdrängerpumpe handeln, die einen Pumpenkolben 206 und eine Kolbenstange 220, einen Pumpenverdichtungsraum 208 und einen Stufenraum 218 beinhaltet. Ein Kanal, der den Stufenraum 218 mit einem Pumpeneinlass 299 verbindet, kann einen Speicher 209 beinhalten, wobei der Kanal es dem Kraftstoff aus dem Stufenraum 218 ermöglicht, wieder in die Niederdruckleitung zu gelangen, die den Einlass 299 umgibt. Der Speicher 209 kann Kraftstoff, der aus der Pumpenkammer 208 durch das Ventil 212 zurückströmt, aufnehmen. Der Kolben 206 beinhaltet außerdem eine Oberseite 205 und eine Unterseite 207. Der Stufenraum 218 und der Verdichtungsraum 208 können Hohlräume beinhalten, die auf gegenüberliegenden Seiten des Pumpenkolbens positioniert sind. In einem Beispiel kann die Verbrennungsmotorsteuerung 170 ausgelegt sein, den Kolben 206 in der Direkteinspritzpumpe 140 anzutreiben, indem der Nocken 146 über die Drehung der Verbrennungsmotorkurbelwelle angetrieben wird. In einem Beispiel beinhaltet der Nocken 146 vier Nockenerhebungen und absolviert eine Umdrehung pro zwei Kurbelwellenumdrehungen des Verbrennungsmotors.
Der Einlass der DI-Pumpe 299 ermöglicht, dass Kraftstoff zum Überströmventil 212 gelangt, das sich entlang des Kanals 235 befindet. Das Überströmventil 212 steht in Fluidverbindung mit der Niederdruckpumpe 130 und der Hochdruckkraftstoffpumpe 140. Der Kolben 206 bewegt sich in dem Verdichtungsraum 208 gemäß den Ansaug- und Druck-/Verdichtungshüben nach oben und unten. Die DI-Pumpe 140 befindet sich in einem Druck-/Verdichtungshub, wenn sich der Kolben 206 in eine Richtung bewegt, die das Volumen des Verdichtungsraums 208 reduziert. Alternativ befindet sich die DI-Pumpe 140 befindet sich in einem Ansaughub/Saughub, wenn sich der Kolben 206 in eine Richtung bewegt, die das Volumen des Verdichtungsraums 208 vergrößert. Ein vorwärts durchströmtes Auslassrückschlagventil 216 kann stromabwärts von einem Auslass 204 des Verdichtungsraums 208 gekoppelt sein. Das Auslassrückschlagventil 216 öffnet sich, um zu ermöglichen, dass Kraftstoff nur dann von dem Verdichtungsraumauslass 204 in den Kraftstoffverteiler 158 strömt, wenn ein Druck an dem Auslass der Kraftstoffdirekteinspritzpumpe 140 (z. B. ein Verdichtungsraumauslassdruck) höher als der Kraftstoffverteilerdruck ist. Der Betrieb der DI-Pumpe 140 kann den Kraftstoffdruck in dem Verdichtungsraum 208 erhöhen, und bei Erreichen eines Drucksollwerts kann Kraftstoff durch das Auslassventil 216 zum Kraftstoffverteiler 158 strömen. Ein Druckentlastungsventil 214 kann so angeordnet sein, dass das Ventil den Druck in dem DI-Kraftstoffverteiler 158 mindern kann. Das Ventil 214 kann vorgespannt sein, um zu verhindern, dass Kraftstoff stromabwärts zum Kraftstoffverteiler 158 strömt, aber es kann den Kraftstoffdurchfluss aus dem DI-Kraftstoffverteiler 158 in Richtung des Pumpenauslasses 204 ermöglichen, wenn der Kraftstoffverteilerdruck größer als ein vorbestimmter Druck (z. B. eine Druckeinstellung des Ventils 214) ist.
Das Magnetüberströmventil (Spill Valve - SV) 212 kann an den Verdichtungsraumeinlass 203 gekoppelt sein. Wie vorstehend dargestellt, können Kraftstoffdirekteinspritzpumpen oder Hochdruckkraftstoffpumpen, wie etwa die Pumpe 140, Kolbenpumpen sein, die derart gesteuert werden, dass sie einen Anteil ihres vollen Verdrängungsvolumens durch das Variieren des Schließzeitpunkts des Magnetüberströmventils verdichten. Somit kann dem Direkteinspritzkraftstoffverteiler 158 und den Direkteinspritzvorrichtungen 120 ein vollständiger Bereich von Pumpvolumenanteilen zur bereitgestellt werden, abhängig davon, wann das Überströmventil 212 aktiviert und deaktiviert wird. Insbesondere kann die Steuerung 170 ein Pumpsignal senden, das moduliert werden kann, um den Betriebszustand (z. B. offen oder geschlossen, Rückschlagventil) des SV 212 einzustellen. Die Modulation des Pumpsignals kann das Einstellen eines Strompegels, einer Stromanstiegsrate, einer Impulsbreite, eines Arbeitszyklus oder eines anderen Modulationsparameters beinhalten. Wie vorstehend erwähnt kann die Steuerung 170 ausgelegt sein, um den Kraftstoffdurchfluss durch das Überströmventil 212 zu regeln, indem der Magnet (auf Grundlage der Magnetventilauslegung) synchron zum Antriebsnocken 146 erregt oder entregt wird. Dementsprechend kann das Magnetüberströmventil 212 in zwei Modi betrieben werden. In einem ersten Modus ist das Magnetüberströmventil 212 nicht zum Einnehmen einer geöffneten Stellung aktiviert (deaktiviert oder abgeschaltet), um zu ermöglichen, dass der Kraftstoff stromaufwärts und stromabwärts von einem in dem Magnetventil 212 enthaltenen Rückschlagventil strömen kann. Bei diesem Modus kann kein Pumpen von Kraftstoff in den Kanal 156 erfolgen, da Kraftstoff stromaufwärts durch das deaktivierte offene Überströmventil 212 anstatt aus dem Auslassrückschlagventil 216 gepumpt wird.
Alternativ wird im zweiten Modus das Überströmventil 212 von der Steuerung 170 mit Energie versorgt (angeschaltet), um eine geschlossene Stellung einzunehmen, derart dass die Fluidverbindung über das Ventil unterbrochen wird, um die Kraftstoffmenge zu blockieren, die durch das Magnetüberströmventil 212 stromaufwärts fließt. Im zweiten Modus kann das Überströmventil 212 als Rückschlagventil fungieren, das es dem Kraftstoff ermöglicht, bei Erreichen der eingestellten Druckdifferenz an dem Ventil 212 in den Raum 208 einzudringen, aber im Wesentlichen verhindert, dass der Kraftstoff aus dem Raum 208 in den Kanal 235 zurückfließt. Abhängig vom Zeitpunkt des Aktivierens und Deaktivierens des Überströmventils 212 wird mit einer bestimmten Pumpenverdrängungsvolumenmenge ein bestimmtes Kraftstoffvolumen in den Kraftstoffverteiler 158 gedrückt, so dass das Überströmventil 212 als Kraftstoffvolumenregler fungieren kann. Somit können die Steuerzeiten des Magnetventils 212 das effektive Pumpenverdrängungsvolumen steuern. Die Steuerung 170 aus 1 ist in 2 zum Betätigen des Magnetüberströmventils 212 über die Verbindung 184 beinhaltet. Ferner ist die Verbindung 185 zum Messen der Winkellage des Nockens 146 in 2 gezeigt. In einigen Steuerschemata kann die Winkellage (z. B. Zeitsteuerung) des Nockens 146 verwendet werden, um die Öffnungs- und Schließzeiten des Überströmventils 212 zu bestimmen.
Somit kann das Magnetüberströmventil 212 ausgelegt sein, die Masse (oder das Volumen) an Kraftstoff, die/das in die Kraftstoffdirekteinspritzpumpe verdichtet wird, zu regeln. In einem Beispiel kann die Steuerung 170 einen Schließzeitpunkt des Magnetüberstromventils einstellen, um die Masse an verdichtetem Kraftstoff zu regeln. Zum Beispiel kann ein spätes Schließen des Überströmventils 212 die Menge der Kraftstoffmasse reduzieren, welche in den Verdichtungsraum 208 aufgenommen wird. Die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Magnetüberströmventils können in Bezug auf die Hubzeitpunkte der Kraftstoffdirekteinspritzpumpe koordiniert werden.
Unter Bedingungen, bei denen der Betrieb der Kraftstoffdirekteinspritzpumpe nicht angefordert ist, kann die Steuerung 170 das Magnetüberströmventil 212 anschalten und abschalten, um den Kraftstoffdurchfluss und den Druck in dem Verdichtungsraum 208 auf einen Druck, der kleiner als der Kraftstoffverteilerdruck während des Verdichtungshubs (Druckhubs) ist, regeln. Die Steuerung der DI-Pumpe 140 kann auf diese Weise in Verfahren mit Nulldurchflussschmierung (Zero Flow Lubrication - ZFL) beinhaltet sein. Während dieses ZFL-Betriebs variiert der Druck in dem Verdichtungsraum 208 beim Ansaughub bis zu einem Druck nahe des Drucks der Niederdruckkraftstoffpumpe 130 und bis knapp unter den Kraftstoffverteilerdruck. Anschließend steigt der Pumpendruck am Ende des Druckhubs (Verdichtungshubs) auf einen Druck nahe des Kraftstoffverteilerdrucks. Wenn der Druck des Verdichtungsraums (Pumpe) unter dem Kraftstoffverteilerdruck bleibt, entsteht ein Kraftstoffdurchfluss von null. Wenn der Verdichtungsraumdruck leicht unter dem Kraftstoffverteilerdruck liegt, wurde der ZFL-Betriebspunkt erreicht. Anders ausgedrückt ist der ZFL-Betriebspunkt der höchste Verdichtungsraumdruck, der zu einer Durchflussgeschwindigkeit von null führt (z. B. im Wesentlichen wird kein Kraftstoff in den Kraftstoffverteiler 158 geleitet). Das Schmieren der Kolben-Zylinder-Schnittstelle der DI-Pumpe kann erfolgen, wenn der Druck in dem Verdichtungsraum 208 den Druck im Stufenraum 218 übersteigt. Dieser Druckunterschied kann auch zur Pumpenschmierung beitragen, wenn die Steuerung 170 das Magnetüberströmventil 212 abschaltet. Das Abschalten des Überströmventils 212 kann auch die durch das Ventil 212 erzeugten Geräusche verringern. Anders ausgedrückt, kann die Pumpe 140, obwohl das Magnetventil 212 aktiviert ist, wenn das Auslassrückschlagventil 216 sich nicht öffnet, weniger Geräusche erzeugen als bei anderen Betriebsarten. Ein Ergebnis dieses Regelverfahrens besteht darin, dass der Kraftstoffverteiler abhängig davon, wann das Magnetüberströmventil während des Druckhubs aktiviert wird, auf einen Druck geregelt wird. Insbesondere wird der Kraftstoffdruck in dem Verdichtungsraum 208 während des Verdichtungshubs (Druckhubs) der Kraftstoffdirekteinspritzpumpe 140 geregelt. Somit wird der Pumpe wenigstens während des Verdichtungshubs der Kraftstoffdirekteinspritzpumpe 140 eine Schmierung bereitgestellt. Wenn die DI-Pumpe in einen Saughub eintritt, kann der Kraftstoffdruck in dem Verdichtungsraum reduziert werden, während immer noch ein gewisses Maß an Schmierung bereitgestellt werden kann, solange die Druckdifferenz bestehen bleibt.
Als ein Beispiel kann eine Nulldurchflussschmierungsstrategie angewiesen werden, wenn keine Kraftstoffdirekteinspritzung gewünscht (z. B. von der Steuerung 170 angefordert) wird. Wenn die Direkteinspritzung endet, ist erwünscht, dass der Druck in dem Kraftstoffverteiler 158 auf einem nahezu konstanten Pegel bleibt. Daher kann das Überströmventil 212 zum Einnehmen der offenen Stellung abgeschaltet werden, um zu ermöglichen dass Kraftstoff frei in den Verdichtungsraum 208 der Pumpe eindringen und aus dieser austreten kann, derart dass kein Kraftstoff in den Kraftstoffverteiler 158 gepumpt wird. Ein immer abgeschaltetes Überströmventil entspricht einem Einschlussvolumen von 0 %, das heißt einem eingeschlossenen Volumen von 0 oder einer Verdrängung von 0. Daher können die Schmierung und Kühlung der DI-Pumpe verringert sein, während kein Kraftstoff verdichtet wird, was zu einer Beeinträchtigung der Pumpe führt. Daher kann es gemäß ZFL-Verfahren vorteilhaft sein, das Überströmventil 212 anzuschalten, um eine kleine Menge an Kraftstoff zu pumpen, wenn keine Direkteinspritzung angefordert ist. Somit kann der Betrieb der DI-Pumpe 140 derart eingestellt sein, dass ein Druck am Auslass der DI-Pumpe an dem oder unter dem Kraftstoffverteilerdruck des Direkteinspritzungskraftstoffverteilers 158 gehalten wird, wodurch Kraftstoff an der Kolbenbohrungsschnittstelle der DI-Pumpe vorbeigepresst wird. Durch das Halten des Auslassdrucks der DI-Pumpe unmittelbar unter dem Kraftstoffverteilerdruck und ohne dass zugelassen wird, dass Kraftstoff aus dem Auslass der DI-Pumpe in den Kraftstoffverteiler strömt, kann die DI-Pumpe geschmiert gehalten werden, wodurch die Beeinträchtigung der Pumpe verringert wird. Dieser allgemeine Betrieb kann als Nulldurchflussschmierung (ZFL) bezeichnet werden.
Hier wird angemerkt, dass die DI-Pumpe 140 aus 2 als ein veranschaulichendes vereinfachtes Beispiel für eine mögliche Auslegung einer DI-Pumpe dargestellt ist. In 2 gezeigte Komponenten können entfernt und/oder geändert werden, während zusätzliche Komponenten, die derzeit nicht gezeigt sind, der Pumpe 140 hinzugefügt werden können, während nach wie vor die Fähigkeit aufrechterhalten wird, einem Direkteinspritzkraftstoffverteiler Kraftstoff mit hohem Druck zuzuführen. Insbesondere können die vorstehend beschriebenen Nulldurchflussschmierungsverfahren in verschiedenen Auslegungen der DI-Pumpe 140 umgesetzt werden, ohne den Normalbetrieb der Pumpe 140 nachteilig zu beeinträchtigen.
Verschiedene Techniken können verwendet werden, um den Energieeingang in die Kraftstoffsaugpumpe 130 aus 1 zu steuern, wobei die Energie der Pumpe über die Verbindung 182, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt wird. Aufgrund unzuverlässiger und/oder ungenauer Kraftstofftemperaturschätzungen arbeiten einige herkömmliche Techniken mit einem übermäßig hohen Eingangsleistungspegel der Saugpumpe, um die Dampfbildung am Eingang der DI-Pumpe zu mindern. Anders ausgedrückt verwenden einige Techniken eine übermäßige Eingangsleistung der Saugpumpe, um einen robusten und zuverlässigen Betrieb der Saugpumpe über einen größeren Bereich von Verbrennungsmotorbedingungen bereitzustellen, wobei unterschiedliche Betriebsstufen der Saugpumpe (z. B. unterschiedliche Eingangsleistungspegel) wünschenswert sind. Die Techniken, die eine übermäßige Leistung verwenden, können zusätzliche Leistung verbrauchen, was zu einem zusätzlichen Kraftstoffverbrauch führt. Alternativ können andere Techniken den Leistungseingang für die Saugpumpe verringern, um den Kraftstoffverbrauch zu senken; aufgrund unzuverlässiger und/oder ungenauer Schätzungen der Kraftstofftemperatur können diese Techniken jedoch ein Risiko erhöhen, dass der Einlassdruck der DI-Pumpe unter bestimmten Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen unter dem Kraftstoffdampfdruck liegt, wodurch sich die Kraftstoffeinspritzsteuerung und die Verbrennungsmotorleistung verschlechtern.
Nun wird auf die 3-4 Bezug genommen, die unterschiedliche Impuls- und Dauerbetriebsmodi der Niederdruckkraftstoffpumpe veranschaulichen. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet der Dauerpumpenbetrieb das Zuführen eines im Wesentlichen konstanten Stroms (z. B. Leistung, Spannung, Drehzahl oder Drehmoment) zu der Saugpumpe. Wenn sich jedoch der Kraftstoffdurchflussbedarf ändert, kann der Strom auf einen anderen Pegel eingestellt werden, wobei der andere Pegel im Wesentlichen konstant gehalten wird, während der gewünschte Kraftstoffdurchfluss bereitgestellt wird. Alternativ beinhaltet der Impulspumpenbetrieb das Zuführen von Strom zu der Saugpumpe während einer Schwellenimpulsdauer. In diesem Zusammenhang kann die Schwellenimpulsdauer abhängig vom Verbrennungsmotor und den Kraftstoffsystemen 0,3 Sekunden oder eine andere geeignete Größe umfassen. Zwischen den Pumpenimpulsereignissen wird der Saugpumpe im Wesentlichen kein (z. B. kein) Strom bereitgestellt, wodurch der Pumpenbetrieb zwischen den Pulsationsereignissen unterbrochen wird.
3 zeigt ein Diagramm 300 eines beispielhaften Impulsstrommodus für eine Kraftstoffsaugpumpe. Verlauf 310 veranschaulicht den Strompegel, der an die Kraftstoffsaugpumpe geleitet wird. In einigen Ausführungsformen der Pumpe kann dies das Leiten des Stroms von der Steuerung an ein Pumpenelektronikmodul (PEM) beinhalten, das die Saugpumpe direkt betreibt. Verlauf 320 zeigt den Kraftstoffdruck, der durch die Saugpumpe infolge des Stromeingangs zum Antreiben der Pumpe erzeugt wird, der auch als der Druck des Niederdruckkraftstoffkanals bezeichnet wird. Die Saugpumpe kann bei oder über einem Trogdruck 324 betrieben werden, der einem unteren Schwellendruck entsprechen kann, über dem die Kraftstoffverdampfung in dem Kraftstoffsystem gemindert wird. Der Trogdruck 324 kann durch die Steuerung 170 festgelegt und als Reaktion auf die Kraftstofftemperatur eingestellt werden. Beispielsweise kann die Steuerung 170 als Reaktion auf einen Anstieg der Kraftstofftemperatur (oder der abgeleiteten Kraftstofftemperatur) den Trogdruck 324 erhöhen, um ein Risiko der Kraftstoffverdampfung zu verringern. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann der Druckanstieg infolge des Stromimpulses und der Druckabfall infolge der Einspritzung eines bekannten Kraftstoffvolumens a priori bekannt sein und/oder mit dem Kraftstoffkanaldrucksensor 145 gemessen werden. In einigen Ausführungsformen kann der Kraftstoffkanaldruck im Wesentlichen gleich dem Kraftstoffdruck an einem Einlass der Direkteinspritzpumpe (bei Kraftstoffdirekteinspritzsystemen) sein. Schließlich zeigt der Verlauf 330 einen Kraftstoffverbrauchspegel, wie er durch einen Kraftstoffverbrauchszähler angegeben wird. Der Zähler oder ein anderes Verfahren zum Bestimmen des Kraftstoffverbrauchs kann als Grundlage verwendet werden, um Saugpumpenpulsationsereignisse auszulösen. Die Zeit wird als horizontale Achse für alle in 3 gezeigten Diagramme dargestellt. Die Zeitpunkte t1 und t2, wie nachstehend näher erläutert, können auch als Strompulsationsereignisse bezeichnet werden.
Unter Bezugnahme auf 3 kann der Pumpeneingangsstrom vor dem Zeitpunkt t1 auf einem im Wesentlichen konstanten Pegel gehalten werden, wie etwa 0 Ampere, um Energie zu sparen. Da demnach Kraftstoff im Niederdruckkraftstoffkanal in den Kraftstoffverteiler gepumpt (und dann zu den Direkteinspritzvorrichtungen geleitet und von dem Verbrennungsmotor verbrannt) wird, nimmt der Druck im LP-Kanal ab. In diesem Zusammenhang weist der Kraftstoffverbrauchszähler in diesem Zeitraum eine abnehmende Menge an Kraftstoff auf, die stromabwärts der Saugpumpe vorhanden ist und bei einem PFI-Kraftstoffsystem für die Einspritzung und bei einem DI-Kraftstoffsystem für den Einlassdruck der DI-Pumpe zur Verfügung steht. In Verlauf 330 ist ein Schwellenkraftstoffpegel 332 ersichtlich, wobei der Schwellenpegel repräsentativ für die Menge an verbrauchtem Kraftstoff ist, bei der ein Strompulsationsereignis ausgelöst werden kann (z. B. befohlen oder gewünscht). Die horizontale Linie 333 stellt 0 cm³ Kraftstoff dar, was der Pegel sein kann, der vom Zähler erreicht wird, wenn ein Pulsationsereignis ausgelöst wird, und die Saugpumpe für einen kurzen Impuls wieder aktiviert wird. Kurz gesagt wird die Saugpumpe für kurze Zeit aktiviert, wenn ein Schwellenkraftstoffvolumen 332 in den Kraftstoffverteiler gepumpt wird (oder alternativ ein bestimmtes Kraftstoffvolumen in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird).
Zu den Zeitpunkten t1 und t2 wird eine Pulsation der Kraftstoffsaugpumpe ausgelöst, da der Kraftstoffverbrauchszähler von Verlauf 330 von dem voreingestellten Schwellenwert 332 auf 0 cm³ sinkt. Der Kraftstoffverbrauchszähler von Verlauf 330 beginnt, zu sinken (herunterzuzählen), nachdem die elektrische Leistung zu der Saugpumpe abgeschaltet wurde. In einigen Beispielen kann das Auslösen das Senden eines Signals vom Kraftstoffverbrauchszähler und den zugehörigen Sensoren an die Steuerung 170 aus 1 beinhalten, woraufhin die Steuerung ein elektrisches Signal (z. B. einen Strom) sendet, um die Saugpumpe zu pulsieren. Somit kann der Eingangsstrom zur Kraftstoffsaugpumpe von Verlauf 310 kurz nach Erreichen des Schwellenwerts 332 oder nahe dem Zeitpunkt t1 ansteigen. Als Reaktion auf den Eingangsstrom kann die Saugpumpe in einem Impulsbetrieb arbeiten, um dem Niederdruckkraftstoffkanal Kraftstoff unter Druck bereitzustellen. Der Anstieg des Drucks im LP-Kraftstoffkanal oder des Kraftstoffsaugpumpendrucks ist in Verlauf 320 ersichtlich. Nach Ablauf einer voreingestellten Zeitdauer kann der Eingangsstrom zur Saugpumpe wieder auf im Wesentlichen 0 sinken. Die voreingestellte Zeitdauer kann in einigen Beispielen ein Wert wie etwa 200 Millisekunden sein. Außerdem kann die Zeitdauer durch ein in der Steuerung 170 oder einer anderen geeigneten Vorrichtung kodiertes Zählerprogramm berechnet und aufgezeichnet werden. Die voreingestellte Zeitdauer quantifiziert die Länge des jeweiligen Pulsationsereignisses. Der Wert des Abfalls 322 kann wenigstens teilweise von der Nachgiebigkeit des Niederdruckkraftstoffkanals 154, der zwischen der LP- und DI-Pumpe angeordnet ist, abhängen, wie in Bezug auf 1 beschrieben. Die Nachgiebigkeit des Kanals kann einen Druck auf den Kraftstoff, der sich im Inneren des Kanals befindet, aufrechterhalten, während der Kraftstoff durch die DI-Pumpe gepumpt und von dem Verbrennungsmotor verbraucht wird. Insbesondere kann der Abfall 322 (dP/dV) ein Maß für die Steifigkeit des Kraftstoffsystems darstellen, was der Kehrwert der Nachgiebigkeit ist.
Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, wenn im Wesentlichen kein Strom zu der Saugpumpe geleitet wird, nimmt der Saugpumpendruck stetig ab, während Kraftstoff durch die DI-Pumpe geleitet und in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird. Ferner schaltet sich der Kraftstoffverbrauchszähler wieder an und beginnt mit der Messung des von dem Verbrennungsmotor verbrauchten Kraftstoffvolumens. Unter Bezugnahme auf 3 stellen die gezeigten Daten aus Gründen der Einfachheit den Fall eines konstanten Kraftstoffverbrauchs und eines konstanten Kraftstoffverteilerdrucks dar Daher ist im Verlauf 330 eine stetige, lineare Abnahme zu sehen. Wie bei den zwei Pulsationsereignissen der Zeitpunkte t1 und t2 aus 3 ersichtlich ist, können Schwankungen des Eingangsstroms als normale Folge von Rauschen, das im elektrischen System zwischen der Steuerung und ihren angeschlossenen Systemen vorhanden ist, auftreten. Ferner kann infolge der Stromschwankungen auch der Kraftstoffsaugpumpendruck schwanken, bevor er nach Abschalten des Eingangsstroms stetig sinkt. Es wird darauf hingewiesen, dass das Diagramm 300 als beispielhafte Veranschaulichung des vorliegenden Saugpumpenpulsationssteuerschemas dargestellt ist. Demnach können andere Beispiele für ähnliche Pulsationssteuersysteme verschiedene Formen der Verläufe 310, 320 und 330 beinhalten. Beispielsweise kann die Zeitdauer länger sein, derart dass der Saugpumpendruck auf einen höheren Pegel ansteigt, als in 3 gezeigt.
Der DI-Pumpeneingangsdruck kann hauptsächlich durch die Kraftstofftemperatur geregelt werden, wodurch die DI-Pumpe bei höheren Einlassdrücken der DI-Pumpe betrieben werden kann, wenn eine Kraftstofftemperatur, einschließlich einer Kraftstofftemperatur des DI-Einlasses, höher ist. In einem beispielhaften Betriebsmodus kann ein Einlassdruck der DI-Pumpe vorausgewählt sein. In anderen Beispielen kann das Variieren des Einlassdrucks der DI-Pumpe jedoch dazu beitragen, den Kraftstoffverbrauch abhängig von der Verbrennungsmotorbetriebsbedingung zu verringern. Der Einlassdruck der DI-Pumpe kann durch das Wählen eines anderen Kraftstoffvolumens zwischen Impulsen und/oder außerdem das Wählen einer anderen Impulsdauer variiert werden. Beispielsweise kann das Volumenintervall zwischen den Impulsen verlängert und die Impulsdauer könnte leicht verlängert werden, um den Einlassdruck der DI-Pumpe zu senken. Andere Steuerschemata, wie etwa ein kontinuierlicher Saugpumpenmodus, können von der Steuerung 170 umgesetzt werden, indem sie einen variablen Sollwert für den Einlassdruck der DI-Pumpe berechnet, während sie den Kraftstoffdurchsatz der Saugpumpe durch Auslösen der Pumpendrehzahl auf Grundlage von Rückkopplungsmessungen des Kraftstoffkanaldrucksensors variiert. Im Gegensatz dazu ermöglicht der Impulsmodusbetrieb der Saugpumpe, dass der Kraftstoffkanaldruck variiert, wobei er Saugpumpendruck jedoch oberhalb eines Schwelleneinlassdrucks der DI-Pumpe hält, der optional berechnet und variabel sein kann.
4 zeigt mehrere Diagramme 400, die den Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe unter verschiedenen Bedingungen darstellen. Das Diagramm 410 zeigt den Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe während eines Impulsenergiemodus, während der Verlauf 420 auch den Normalbetrieb zeigt, jedoch auf eine andere Weise als in 410 dargestellt. Das Diagramm 430 zeigt alternativ den Betrieb der Kraftstoffsaugpumpe als Reaktion auf das Erfassen eines defekten Rückschlagventils, wobei die Saugpumpe angewiesen werden kann, häufiger zu pulsieren, wenn sie durch das Erfassen von Dampf ausgelöst wird, und im Vergleich zu einer Auslösung durch einen Kraftstoffvolumenzähler. Die horizontale Achse für die drei Diagramme ist als verbrauchtes Kraftstoffvolumen (z. B. in den Verbrennungsmotor eingespritzt), gemessen in Kubikzentimetern, gezeigt, während die vertikale Achse für die drei Diagramme als Druck im Niederdruckkraftstoffkanal, gemessen in bar (absolut), gezeigt ist. In einem PFI-System kann der Verbrennungsmotorkraftstoffdurchsatz dem Kraftstoffeinspritzdurchsatz entsprechen; in einem GDI-System kann der Kraftstoffdurchsatz dem Kraftstoffdurchsatz der DI-Pumpe entsprechen.
Jedes der drei Diagramme enthält vertikale Abschnitte, die mit abfallenden Linien verbunden sind. Verlauf 410 veranschaulicht den Impulsbetrieb der Saugpumpe über einem Schwellenpumpendruck 415 nahe 4 bar, während der Verlauf 420 den Impulsbetrieb der Saugpumpe über einem Schwellenpumpendruck 425 nahe 3 bar veranschaulicht. In einem Beispiel kann der Schwellendruck einem Kraftstoffdampfdruck für eine gegebene Kraftstofftemperatur entsprechen. Somit kann der Schwellenpumpendruck 415 einen Kraftstoffdampfdruck bei einer höheren Temperatur darstellen und der Schwellenpumpendruck 425 kann einen Kraftstoffdampfdruck bei einer niedrigeren Temperatur darstellen. In beiden Fällen wird die Saugpumpe als Reaktion auf die Einspritzung eines Schwellenkraftstoffvolumens (z. B. 3 cm³) in den Verbrennungsmotor durch die DI-Pumpe über dem entsprechenden Schwellendruck pulsiert. Das Pulsieren der Saugpumpe hält somit einen Kraftstoffkanaldruck über einem Schwellendruck (und einem Kraftstoffdampfdruck), während gleichzeitig sichergestellt wird, dass ein Kraftstoffvolumen im Kraftstoffkanal aufrechterhalten wird, um das gewünschte Schwellenvolumen des Kraftstoffeinspritzstroms aufrechtzuerhalten. Der Kraftstoffdampfdruck kann basierend auf Grundlage einer Schätzung und/oder einer Messung der Kraftstofftemperatur berechnet werden.
Unter Bezugnahme auf Diagramm 430 veranschaulicht dieses den Betrieb der Saugpumpe, wobei die Dampfbildung am Einlass der DI-Pumpe oder in dem LP-Kraftstoffkanal angegeben ist. Als Reaktion auf das Vorhandensein von Kraftstoffdampf im Niederdruckkraftstoffkanal 154 beinhaltet der Betrieb der Saugpumpe im Impulsbereich 437, dass die Steuerung 170 Stromimpulse an die LP-Pumpe sendet, um den Kraftstoffdruck über den Kraftstoffdampfdruck 435 zu erhöhen. Im Impulsbereich 437 können die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Pulsationsereignissen in Diagramm 430 im Vergleich zu den Intervallen der Diagramme 410 und 420 verkürzt sein, und die Dauer der aktivierten Impulse im Impulsbereich 437 kann länger sein als in den Diagrammen 410 und 420, um einen Kraftstoffkanaldruck über dem Kraftstoffdampfdruck zu halten.
Nach dem Ende einer mindernden Bedingung, wie etwa einem verbrauchten Kraftstoffvolumen, einer Zeitdauer und/oder einer Anzahl von Pulsationsereignissen im Impulsbereich 437, kann der Betrieb der LP-Pumpe vom Impulsenergiebereich zum Dauerenergiebereich 439 wechseln, wie bei Übergang 438 angegeben. In einem weiteren Beispiel kann die Bedingung das Bestimmen beinhalten, dass die Dampfbildung durch ein defektes Rückschlagventil 104 verursacht wird, etwa wenn das Rückschlagventil 104 in der geöffneten Stellung festklemmt (wie unter Bezugnahme auf 6 detaillierter beschrieben). Nach dem Übergang 438 kann die Steuerung 170 anweisen, dass während des Dauerenergiemodus 439 ein Dauerstrom zu der LP-Pumpe geleitet wird. Im Dauerenergiebereich 439 kann die Steuerung 170 den Betrieb des Saugpumpendrucks relativ höher und über einen relativ kleineren Kraftstoffdruckbereich halten als im Vergleich zum Kraftstoffdruckbereich des Impulsbereichs 437. Das Halten eines Saugpumpendrucks auf einem erhöhten Druck des Dauerbereichs 439 kann dazu beitragen, die Dampfbildung zu verringern, indem der Saugpumpendruck weit über dem Kraftstoffdampfdruck gehalten wird, sowie Kraftstoffpumpenmängel ausgleichen, die durch ein defektes Rückschlagventil verursacht werden.
Nun wird auf 5 Bezug genommen, die einen Verlauf des Kraftstoffkanaldrucks, wie etwa des Niederdruckkraftstoffkanaldrucks abhängig von der Zeit und dem eingespritzten Kraftstoffvolumen, für verschiedene Betriebsbedingungen veranschaulicht. Wie vorstehend erörtert, entspricht die Steifigkeit dem Abfall des Kraftstoffkanaldrucks in Bezug auf die Kraftstoffvolumenachse, anders ausgedrückt einer Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffdrucks in Bezug auf das eingespritzte Kraftstoffvolumen. Ebenso kann die Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffdrucks im Zeitverlauf durch einen Abfall des Kraftstoffkanaldrucks in Bezug auf die Zeitachse dargestellt werden. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 erörtert kann die Messung der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks dazu beitragen, eine Kraftstofftemperatur des Kraftstoffsystems abzuleiten.Insbesondere kann sich eine Änderung des Kraftstoffdrucks aus einer Änderung der Kraftstofftemperatur ergeben, die durch die von dem Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem 150 übertragene Wärme 190 verursacht wird.
Unter Betriebsbedingungen, bei denen das Rückschlagventil 104 geschlossen ist (etwa wenn die Saugpumpe ausgeschaltet ist), während die DI-Pumpe ausgeschaltet ist, kann Kraftstoff im Niederdruckkraftstoffkanal 154 eingeschlossen sein, wie etwa beispielsweise während einem Kraftstoffabschaltereignis bei Verlangsamung (Decel Fuel Shut-Off - DFSO). Ferner kann während des automatischen Verbrennungsmotorstopps, bei der Zündschlüsselabschaltung und während des Betriebs mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotors bei einem Hybrid-Elektrofahrzeug (Hybrid Electric Vehicle - HEV) Kraftstoff im Niederdruckkraftstoffkanal eingeschlossen sein. Dementsprechend kann das Kraftstoffsystem einen Druckanstieg erfahren, der durch die vom Verbrennungsmotor auf dieses übertragene Wärme verursacht wird, wie die Entwicklungslinie 510 zeigt. Ferner kann die Druckänderungsgeschwindigkeit im Zeitverlauf (dP/dt) direkt proportional zum Wärmestrom Q sein Ferner kann zudem der Wärmestrom in das Kraftstoffsystem direkt proportional zu einer Temperaturdifferenz zwischen dem Verbrennungsmotor 110 und der Kraftstoffsystemtemperatur sein, wie nachstehend durch die Gleichung (1) dargestellt: $\dot{Q} = C * Δ T,$
wobei Q der Wärmestrom (W) ist, C eine empirische Konstante ist, die die Wärmekapazitätsrate (W/°C) des Kraftstoffsystems darstellt, und ΔT die Temperaturdifferenz zwischen der Verbrennungsmotortemperatur und der Kraftstoffsystemtemperatur T_engine - T_fuel ist. Für den Fall des in dem Niederdruckkanal eingeschlossenen Kraftstoffs, kann die Wärmekapazitätsrate C, einer Wärmekapazitätsrate des Niederdruckkraftstoffkanals und des darin enthaltenen Kraftstoffs entsprechen. T_engine kann einer repräsentativen Verbrennungsmotortemperatur entsprechen, wie etwa einer Zylinderkopftemperatur oder einer anderen Verbrennungsmotortemperatur außerhalb des Kraftstoffsystems 150, die von einem Verbrennungsmotortemperatursensor 161 gemessen wird, der repräsentativ für die Stelle ist, von der die Wärme übertragen wird, während T_fuel einer Kraftstoffsystemtemperatur (z. B. Temperatur innerhalb des Kraftstoffsystems) entsprechen kann, die repräsentativ für die Stelle ist, an die Wärme übertragen wird. In einem Beispiel kann T_fuel einer Kraftstofftemperatur am Einlass der DI-Pumpe 140 (wie etwa dem DI-Pumpeneinlass 299 oder dem Kraftstoffkanal 235) oder einer Kraftstofftemperatur in oder an der DI-Pumpe 140 entsprechen. In einigen Beispielen kann T_engine der Zylinderkopftemperatur entsprechen, da eine Montagefläche der DI-Pumpe in unmittelbarer Nähe des Zylinderkopfes derart positioniert sein kann, dass ihre Temperatur sehr nahe an der Zylinderkopftemperatur liegen kann. Der Wärmestrom Q̇ kann durch die Gleichung (2) berechnet werden: $\dot{Q} = ρ s \dot{P} (\frac{1}{K}) (\frac{1}{α ν}),$
wobei ρ die Kraftstoffdichte (g/ml) ist, s die spezifische Wärmekapazität des Kraftstoffs $(\frac{J}{g ° C})$
ist, P die Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks (kPals) ist, K die Steifigkeit des Niederdruckkraftstoffkanals (kPa/ml) ist und αv (1/°C) der Kraftstoffkoeffizient der thermischen Ausdehnung ist. Die Steifigkeit, K, kann eine vorbestimmte Größe sein oder während des Betriebs des Verbrennungsmotors durch Messen des Druckabfalls gemessen werden, der dem Einspritzen oder Auspumpen einer bestimmten Kraftstoffmenge aus dem Niederdruckkraftstoffkanal mit der DI-Pumpe entspricht. In einem Beispiel kann die Steuerung 170 die Steifigkeit des Kraftstoffkanals unter Betriebsbedingungen messen, wenn die Niederdruckkraftstoffpumpe 130 ausgeschaltet ist. Die Druckanstiegsgeschwindigkeit P kann von der Steuerung 170 durch den Kraftstoffkanaldrucksensor 145 gemessen werden, während Kraftstoff in dem Niederdruckkraftstoffkanal zwischen der Saugpumpe und der DI-Pumpe eingeschlossen ist. Als veranschaulichendes Beispiel für Benzinkraftstoff, ρ=0,75 g/ml, $s = 2,22 \frac{J}{g ° C'}$
av=0,00095 (1/°C) und K = 100 kPa/ml, kann der Wärmestrom vom Verbrennungsmotor in den Niederdruckkraftstoffkanal mit der Gleichung (3) wie folgt berechnet werden: $\begin{array}{l} \dot{Q} = (0,75 g / m l) (2,22 \frac{J}{g ° C}) (10 k P a / s) (\frac{1}{100 k P a / m l}) (\frac{1}{0,00095 / ° C}) \\ = \dot{P} * 1 \dot{7},5 W \end{array}$
Daraus folgt, dass die Kraftstoffsystemtemperatur von der gemessenen Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks und der gemessenen Verbrennungsmotortemperatur T_engine aus Gleichung 1 abgeleitet werden kann. $T_{f u e l} = T_{e n g i n e} - \frac{\dot{P} * 17,5 W}{C}$
In einem Beispiel kann P als 10 kPa/s gemessen werden, kann ein empirischer Wert von C für den Niederdruckkraftstoffkanal 5 W/°C beinhalten. Somit kann die Kraftstoffsystemtemperatur in Abhängigkeit von der gemessenen Verbrennungsmotortemperatur gemäß Gleichung (5) abgeleitet oder berechnet werden: $T_{f u e l} = T_{e n g i n e} - \frac{175 W}{5 \frac{W}{° C}} = T_{e n g i n e} - 35 ° C$
Aus Gleichung (4) folgt dann für den Fall, in dem das Kraftstoffsystem in Bezug auf den Verbrennungsmotor isotherm ist, derart dass T_fuel = T_engine , dass keine Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks beobachtet wird, wie die Entwicklungslinie 520 zeigt. Anders ausgedrückt findet keine Wärmeübertragung vom Verbrennungsmotor statt, die den Kraftstoffkanaldruck erhöht, und da die Hochdruckkraftstoffpumpe 140 ausgeschaltet ist (und die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 130 ausgeschaltet ist), entsteht kein Kraftstoffkanaldruckverlust durch die Kraftstoffeinspritzung.
Unter Betriebsbedingungen, bei denen Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird, während eine Niederdruckkraftstoffpumpe 130 ausgeschaltet ist, kann die Kraftstofftemperatur auch von der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks abgeleitet werden. Während die Niederdruckkraftstoffpumpe 130 ausgeschaltet ist, kann die DI-Pumpe 140 Kraftstoff aus dem Niederdruckkanal (im Impuls- oder Dauermodus) in den Kraftstoffverteiler 158 pumpen und dadurch dem Verbrennungsmotor Kraftstoff aus dem Niederdruckkraftstoffkanal zuführen. Somit kann eine Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks durch den Wärmestrom zum Kraftstoffsystem Q und durch das Herauspumpen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffsystem verursacht werden. Unter diesen Bedingungen kann eine Differenz zwischen einem Ist-Druckabfall ΔP_actual, gemessen durch den Kraftstoffkanaldrucksensor 145, und einem erwarteten Druckabfall ΔP_inj infolge eines eingespritzten Kraftstoffvolumens V_inj verwendet werden, um eine Druckänderungsgeschwindigkeit durch den Wärmestrom vom Verbrennungsmotor zum Kraftstoffsystem zu bestimmen. ΔP_inj kann gemäß der Gleichung (6) berechnet werden: $Δ P_{i n j} = K * V_{i n j}$
V_inj kann aus einem Kraftstoffdurchsatz bestimmt werden, der das betrachtete Kraftstoffsystemvolumen V beabsichtigt verlässt. In einem Beispiel kann V dem Niederdruckkraftstoffkanalvolumen entsprechen. In einem PFI-System kann der Kraftstoffdurchsatz der Kraftstoffeinspritzstrom sein; in einem DI-System kann der Kraftstoffdurchsatz beim Verlassen des Niederdruckkraftstoffkanals dem Kraftstoffdurchsatz der DI-Pumpe entsprechen. Ferner kann der Druckabfall durch Wärmeübertragung auf das Kraftstoffsystem mit der Gleichung (7) berechnet werden: $Δ P_{h e a t} = Δ P_{i n j} - Δ P_{a c t u a l} = K * V_{i n j} - Δ P_{a c t u a l}$
Gemäß Gleichung (7) kann die Druckänderung durch Wärmeübertragung aus der Differenz zwischen dem gemessenen Druckabfall ΔP_actual und der Abnahme des Kraftstoffkanaldrucks durch die Kraftstoffeinspritzung ΔP_inj berechnet werden. Auf diese Weise kann der Einfluss des eingespritzten Kraftstoffs beseitigt (z. B. herausgerechnet) werden, wodurch der Beitrag der Wärmeübertragung vom Verbrennungsmotor auf den Kraftstoffkanal bei der Änderung des Kraftstoffkanaldrucks isoliert wird. Demnach kann die Kraftstofftemperatur von der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks, der sich aus der auf das Kraftstoffsystem übertragenen Wärme ergibt, abgeleitet werden. Der gemessene (z. B. Ist-) Druckabfall kann geringer sein als der erwartete Druckabfall (Druckabfall durch Kraftstoffeinspritzung), da Wärme auf das Kraftstoffsystem übertragen wird, die den Kraftstoffdruck erhöht, wenn die Niederdruckkraftstoffpumpe ausgeschaltet ist. Der Ist-Druckabfall ΔP_actual kann über einen Zeitraum Δt gemessen werden, wenn die Saugpumpe ausgeschaltet ist. Demnach kann $\frac{Δ P_{a c t u a l}}{Δ t}$
einer Änderungsgeschwindigkeit des Niederkanalkraftstoffdrucks entsprechen. Wenn ΔP_actual größer ist und oder wenn Δt länger ist, kann die abgeleitete Kraftstofftemperatur genauer und/oder zuverlässiger sein, da der Einfluss relativer Messfehler verringert sein kann. In einigen Beispielen kann vor dem Messen von ΔP_actual die Niederdruckkraftstoffpumpe 130 kurz eingeschaltet werden, um einen Kraftstoffkanaldruck auf wenigstens einen oberen Schwellendruck P_TH,upper zu erhöhen. Das Erhöhen des Kraftstoffkanaldrucks auf P_TH,upper kann dazu beitragen sicherzustellen, dass der Kraftstoffdruck und/oder das Kraftstoffvolumen in dem Niederdruckkraftstoffkanal 154 höher ist, derart dass eine Kraftstofftemperatur mit höherer Genauigkeit abgeleitet werden kann. Darüber hinaus kann nach dem Abschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe ΔP_actual aus P_TH,upper zu einem unteren Schwellendruck P_TH,lower bestimmt werden. Somit kann die Kraftstofftemperatur von einer Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks $\frac{P_{T H, u p p e r} - P_{T H, l o w e r}}{Δ t}$
abgeleitet werden. In einem Beispiel kann P_TH,upper 580 kPa beinhalten und P_TH,lower kann 380 kPa beinhalten.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Gleichung (7) kann eine Änderung des Kraftstoffvolumens ΔV_heat, die einem Druckabfall durch Wärmeübertragung auf das Kraftstoffsystem entspricht, unter Verwendung der Steifigkeit K mit der Gleichung (8) berechnet werden:
$Δ V_{h e a t} = \frac{Δ P_{h e a t}}{K} = \frac{K * V_{i n j} - Δ P_{a c t u a l}}{K}$
Darüber hinaus kann eine Temperaturänderung des Kraftstoffs, die durch die vom Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem übertragene Wärme verursacht wird, gemäß der Gleichung (9) bestimmt werden: $Δ T_{h e a t} = \frac{Δ V_{h e a t}}{V α ν} = \frac{K * V_{i n j} - Δ P_{a c t u a l}}{K V α ν},$
wobei V ein Volumen des Niederdruckkraftstoffkanals ist und $\frac{Δ V_{h e a t}}{V}$
die Teilvolumenausdehnung des Kraftstoffs in dem Niederdruckkraftstoffkanal durch die Erwärmung darstellt. Dann kann die Änderung der Wärmeenergie ΔE des Kraftstoffs in dem Niederdruckkraftstoffkanal mit der Gleichung (10) berechnet werden: $Δ E = (\frac{Δ V_{h e a t}}{V}) V ρ s = \frac{(K * V_{i n j} - Δ P_{a c t u a l}) ρ s}{K α ν}$
Als nächstes entspricht diese Änderung der Wärmeenergie ΔE der Menge an Wärme, die von dem Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem übertragen wird. Infolgedessen kann der Wärmestrom Q aus der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks $\frac{Δ P_{a c t u a l}}{Δ t}$
gemäß der Gleichung (11) bestimmt werden: $\dot{Q} = \frac{Δ E}{Δ t} = \frac{(Δ P_{a c t u a l} - K * V_{i n j}) ρ s}{Δ t K α ν} = [(\frac{K * V_{i n j}}{Δ t}) - (\frac{Δ P_{a c t u a l}}{Δ t})] \frac{ρ s}{K α ν}$
Die Gleichung (1) kann dann verwendet werden, um die abgeleitete Kraftstofftemperatur aus Q, der gemäß Gleichung (11) berechnet wurde, zu berechnen. Somit kann unter Bedingungen, bei denen die DI-Pumpe 140 angeschaltet ist, während die Niederdruckkraftstoffpumpe 130 ausgeschaltet ist, die Kraftstofftemperatur von der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks abgeleitet werden.
Als ein Beispiel kann, wenn P_TH,upper = 580 kPa, P_TH,lower = 380 kPa, ein eingespritztes Kraftstoffvolumen V_inj = 1,8 ml, ein Volumen V des Niederdruckkraftstoffkanals gleich 100 ml und die Dauer Δt=2s gegeben ist, der Wärmestrom Q̇̇ mit der Gleichung (11) wie folgt berechnet werden: $\dot{Q} [(\frac{100 \frac{k P a}{m l} * 2,2 m l}{2 s}) - (\frac{200 k P a}{2 s})] \frac{0,75 \frac{g}{m l} * 2,22 J / g ° C}{100 \frac{k P a}{m l} 0,00095 / ° C} = 175,3 W$
Dann mit Gleichung (1) wie in Gleichung (4): $T_{f u e l} = T_{e n g i n e} - \frac{\dot{Q}}{C} = T_{e n g i n e} - \frac{175,3 W}{5 \frac{W}{° C}} = T_{e n g i n e} - 35 ° C$
Somit wäre bei einer Verbrennungsmotortemperatur von 90 °C die abgeleitete Kraftstofftemperatur 55 °C Unter erneuter Bezugnahme auf 5 kann die Entwicklungslinie 530 somit einem Fall entsprechen, bei dem der Kraftstoffkanaldruck aufgrund der Kraftstoffeinspritzung gesenkt wird, während Wärme vom Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem übertragen wird.
Unter Bedingungen, bei denen der Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird, während die Niederdruckkraftstoffpumpe 130 ausgeschaltet ist, und das Kraftstoffsystem in Bezug auf den Verbrennungsmotor isotherm ist, derart dass T_fuel = T_engine, Q = 0 was keiner Wärmeübertragung vom Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem entspricht, ist somit die beobachtete Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks höher (Abfall ist negativer), wie die Entwicklungslinie 540 im Vergleich zur Entwicklungslinie 530 (nichtisothermer Verbrennungsmotor und Kraftstoffsystem) zeigt. Anders ausgedrückt: wenn Wärme vom Verbrennungsmotor zum Kraftstoffsystem strömt, ist die Ist-Steifigkeit des Kraftstoffkanals, die durch den Kraftstoffkanaldrucksensor 145 angegeben wird, etwas höher (der Abfall der Entwicklungslinie in Verlauf 500 ist positiver) als die scheinbare Steifigkeit des Kraftstoffkanals (die Steifigkeit des Kraftstoffkanals bei isothermen Bedingungen). In einem Beispiel können isotherme Bedingungen entstehen, wenn das Fahrzeug über einen längeren Zeitraum durchgewärmt wurde, dann kann keine Wärmeübertragung von dem Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem erfolgen, da die Temperaturen von Verbrennungsmotor und Kraftstoffsystem gleichwertig sind (dort haben sich die Temperaturen angeglichen).
Im Gegensatz dazu kann der Wärmestrom von dem Verbrennungsmotor zu dem Kraftstoffsystem relativ höher sein, wenn der Verbrennungsmotor heißer ist und das Kraftstoffsystem kälter ist, wie etwa kurz nach einem Kaltstart, wenn die Verbrennungsmotortemperatur viel höher ist als die Kraftstofftemperatur. Da die scheinbare Steifigkeit (z. B. die Druckänderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanals) eine relativ konstante Eigenschaft des Kraftstoffsystems ist, kann das Messen der Ist-Steifigkeit, die den Einfluss der Wärmeübertragung auf das Kraftstoffsystem auf die Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks beinhaltet, beim Berechnen des Wärmestroms helfen. Darüber hinaus kann durch das Messen des Kraftstoffeinspritzstroms eine zuverlässigere und genauere Ableitung der durchschnittlichen Kraftstofftemperatur im Kraftstoffkanal bestimmt werden. Darüber hinaus kann das Wissen, wie die Kraftstofftemperatur im Niederdruckkraftstoffkanal 154 variieren kann, dazu beitragen, eine Kraftstofftemperaturverteilung in diesem auf Grundlage der durchschnittlichen Kraftstofftemperatur zu bestimmen. Beispielsweise kann ein wärmerer Abschnitt des Kraftstoffkanals, der näher an der DI-Pumpe positioniert ist, eine höhere Temperatur aufweisen, während ein kälterer Abschnitt des Kraftstoffkanals, der weiter von der DI-Pumpe entfernt positioniert ist, eine niedrigere Temperatur aufweisen kann; die durchschnittliche Kraftstofftemperatur kann äquivalent zu einer durchschnittlichen Volumentemperatur der wärmeren und kälteren Abschnitte des Kraftstoffkanals sein.
Anders ausgedrückt kann ein Druckanstieg in dem Kraftstoffkanal auf die Übertragung von Wärme auf diesen durch Wärmeaufnahme über die Länge des Kraftstoffkanals zurückzuführen sein. Jedoch kann ein Abschnitt des Kraftstoffkanals (einschließlich des Kraftstoffs darin) in größerer Nähe zu dem Kraftstofftank im Allgemeinen eine niedrigere Temperatur aufweisen, während ein Abschnitt des Kraftstoffkanals in größerer Nähe zu dem Verbrennungsmotor im Allgemeinen eine höhere Temperatur aufweisen kann (einschließlich des Kraftstoffs darin). Dementsprechend kann zwar ein durchschnittlicher Temperaturanstieg der Kraftstoffleitung durch den gemessenen Druckanstieg des Kraftstoffkanals angegeben werden, aber in Wirklichkeit kann ein Großteil des Temperaturanstiegs konzentriert sein und dem Abschnitt des Kraftstoffkanals in größerer Nähe zu dem Verbrennungsmotor zugeordnet werden (wo der Temperaturanstieg höher ist). Für den Fall von stationären Bedingungen kann die durchschnittliche Kraftstofftemperatur ausreichend genau bleiben; in einer anderen Darstellung kann der Kraftstoffkanal für den Fall von nichtstationären Bedingungen in mehrere Teilvolumen unterteilt werden, wobei die Druckänderungsgeschwindigkeit über den Kraftstoffkanal auf jedes Teilvolumen verteilt werden kann. In einem Beispiel kann ein Kraftstoffkanal in zwei Teilvolumen unterteilt werden: ein erstes Teilvolumen bei einer kälteren Temperatur (näher an einer Kraftstofftanktemperatur) und ein zweites Teilvolumen bei einer höheren Temperatur (näher an der Motorraumtemperatur). Daher kann bei nichtstationären Bedingungen eine anfängliche Kraftstofftemperatur des zweiten Teilvolumens (das näher an der DI-Pumpe positioniert ist) höher sein; außerdem kann die von dem Verbrennungsmotor auf den Kraftstoffkanal übertragene Wärme im zweiten Teilvolumen aufgrund seiner größeren Nähe zum Verbrennungsmotor im Vergleich zum ersten Teilvolumen höher sein. In einem Beispiel kann das zweite Teilvolumen etwa 0,2 oder 0,3 m Kraftstoffleitung von der DI-Pumpe 140 beinhalten.
Eine zuverlässigere und genauere Schätzung der Kraftstoffsystemtemperatur kann den Betrieb des Verbrennungsmotors und des Kraftstoffsystems unterstützen. Beispielsweise kann eine zuverlässigere und genauere Schätzung der Kraftstoffsystemtemperatur dazu beitragen, den Kraftstoffdampfdruck genauer zu bestimmen, was ein Risiko der Kraftstoffdampfbildung im Kraftstoffsystem und im Verbrennungsmotor verringern kann, wodurch die Verbrennungsmotorleistung erhöht und der Kraftstoffverbrauch gesenkt wird. In einem weiteren Beispiel kann eine zuverlässigere und genauere Schätzung der Kraftstoffsystemtemperatur dazu beitragen, eine Diagnose des Rückschlagventils zuverlässiger durchzuführen, wie in 6 veranschaulicht. Eine Diagnose des Rückschlagventils kann durch das Messen der Nachgiebigkeit und/oder Steifigkeit eines Niederdruckkraftstoffkanals erfolgen. Beispielsweise kann die Steuerung 170 als Reaktion auf das Abschalten der Niederdruckpumpe 130 den Niederdruckkraftstoffkanaldruck überwachen, um die Nachgiebigkeit und/oder Steifigkeit des Kraftstoffkanals zu bestimmen. Ferner kann die Steuerung 170 den Niederdruckkraftstoffkanaldruck überwachen, um die Nachgiebigkeit und/oder Steifigkeit des Kraftstoffkanals zu bestimmen, bis die Niederdruckkraftstoffpumpe 130 angeschaltet wird.
Wenn als Beispiel die gemessene Steifigkeit größer als eine vorbestimmte Schwellensteifigkeit ist, kann ein undichtes Rückschlagventil angegeben werden. Beispielsweise ist eine von der Steuerung 170 gemessene scheinbare Steifigkeit 620 viel größer als die Schwellensteifigkeit 610, was ein undichtes Rückschlagventil angibt. Die Schwellensteifigkeit 610 kann charakteristisch für das Kraftstoffsystem sein und von einem auf das Kraftstoffsystem übertragenen Wärmestrom abhängen, wie in 6 veranschaulicht. Beispielsweise kann bei höheren Wärmeströmen in das Kraftstoffsystem eine Schwellensteifigkeit 610 niedriger sein (Pfeil 614), während bei niedrigeren Wärmeströmen, die auf das Kraftstoffsystem übertragen werden, die Schwellensteifigkeit 610 höher sein kann (Pfeil 612). Darüber hinaus können höhere Wärmestromübertragungsraten zum Kraftstoffsystem durch höhere Motorraumtemperaturen, wie etwa durch eine höhere Zylinderkopftemperatur, entstehen, während niedrigere Wärmeübertragungsraten zum Kraftstoffsystem durch niedrigere Motorraumtemperaturen entstehen können. Daher kann das Ableiten einer zuverlässigeren und genaueren Schätzung der Wärmestromübertragungsraten zum Kraftstoffsystem und der daraus resultierenden Kraftstofftemperatur aus der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks, wie in dieser Schrift beschrieben, dazu beitragen, die Schwellensteifigkeit genauer einzustellen. Wenn dagegen der vorbestimmte Wert für die Schwellensteifigkeit ungenau ist, kann die Diagnose des Rückschlagventils fälschlich das Rückschlagventil als defekt diagnostizieren, obwohl es funktioniert, oder das Rückschlagventil fälschlich als funktionstüchtig diagnostizieren, obwohl es defekt ist und Kraftstoffdampf erzeugt.
Nun wird auf 7 Bezug genommen, die ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren 700 zum Ableiten einer Kraftstofftemperatur auf Grundlage einer Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks veranschaulicht. Das Verfahren 700 kann computerlesbare Anweisungen darstellen, die sich im bordeigenen nichtflüchtigen Speicher einer Rechenvorrichtung befinden und von der Rechenvorrichtung in Verbindung mit verschiedenen Sensoren und Aktoren des Verbrennungsmotors 110 und des Kraftstoffsystems 150, wie etwa der Steuerung 170, ausführbar sind. Das Verfahren 700 beginnt bei 710, wo die Steuerung 170 verschiedene Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors und des Kraftstoffsystems, wie etwa Verbrennungsmotorlast, Ein/Aus-Status der Niederdruckpumpe, Ein/Aus-Status der Hochdruck-(DI-)Pumpe, Kraftstoffeinspritzstrom und dergleichen schätzen und/oder messen kann. Das Verfahren 700 kann bei 720 fortfahren, wo die Steuerung 170 bestimmt, ob der Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird. Das Bestimmen, ob Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird, kann das Bestimmen beinhalten, ob eine DI-Pumpe angeschaltet ist. Wenn Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird, kann das Verfahren 700 bei 724 fortfahren, wo die Steuerung 170 die Niederdruckkraftstoffpumpe anschaltet. Das Anschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe kann dazu beitragen, einen Kraftstoffkanaldruck auf einen oberen Schwellendruck P_TH, _upper zu erhöhen.
Falls die Kraftstoffeinspritzung ausgeschaltet ist, kann das Verfahren 700 bei 722 fortfahren, wo die Steuerung 170 die Niederdruck- und Hochdruckkraftstoffpumpen ausschalten kann, so dass der Kraftstoff zwischen diesen im Niederdruckkraftstoffkanal 154 eingeschlossen ist. Das Einschließen von Kraftstoff im Niederdruckkraftstoffkanal kann es ermöglichen, die Kraftstofftemperatur aus der Messung einer Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks gemäß den Gleichungen (1)-(5), wie vorstehend beschrieben, abzuleiten. Als nächstes kann die Steuerung 170 bei 730 bestimmen, ob ein Kraftstoffkanaldruck P_fuelpassage größer als P_TH,upper ist. P_TH,upper kann einem Druck entsprechen, über dem ein Risiko, dass der Kraftstoffkanaldruck unter den Kraftstoffdampfdruck fällt und dadurch Kraftstoffdampf im Kraftstoffkanal entsteht, gemindert wird. In einem Beispiel kann P_TH,upper einen Druck größer als 500 kPa, wie etwa 580 kPa beinhalten. In einem weiteren Beispiel kann P_TH,upper einen Druck unterhalb des Kraftstoffkanalentlastungsdrucks beinhalten, zum Beispiel den Entlastungsdruck, der dem Druckentlastungsventil 155 entspricht. P_TH,upper kann von der Kraftstofftemperatur abhängen, da der Kraftstoffdampfdruck auch vom Dampfdruck abhängt. Auf diese Weise kann P_TH,upper bei höheren Kraftstofftemperaturen höher und bei niedrigeren Kraftstofftemperaturen niedriger sein.
In dem Fall, dass P_fuelpassage < P_TH,upper, kann das Verfahren 700 bei 730 fortfahren. Wenn P_fuelpassage > P_TH,upper, kann die Steuerung 170 bei 734 die Niederdruckkraftstoffpumpe ausschalten. Das Ausschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe ermöglicht der Steuerung 170 die Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks durch die Wärmeübertragung und Kraftstoffeinspritzung zu bestimmen. Anders ausgedrückt kann die Steuerung 170 die Kraftstofftemperatur aus der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks, wie vorstehend in Bezug auf die Gleichungen (1) und (6) bis (11) beschrieben, ableiten. Als nächstes kann das Verfahren 700 bei 736 beinhalten, dass die Steuerung 170 die Hochdruckkraftstoffpumpe anschaltet, um dem Kraftstoffverteiler Kraftstoff aus dem Kraftstoffkanal zuzuführen; in einigen Beispielen, in denen bereits Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird, kann die Hochdruckkraftstoffpumpe bereits eingeschaltet sein. Folgend auf 736 oder nach 722 des Verfahrens 700 kann die Steuerung 170 den Kraftstoffkanaldruck, den Einspritzstrom und die verstrichene Zeit, seitdem die Niederdruckkraftstoffpumpe bei 734 beziehungsweise 722 ausgeschaltet wurde, überwachen. Der Kraftstoffkanaldruck kann mit dem Kraftstoffkanaldrucksensor 145 überwacht werden, der Einspritzstrom kann über den Betrieb der DI-Pumpe überwacht werden, und die verstrichene Zeit kann durch einen Zähler gemessen werden, der sich im Speicher auf der Steuerung 170 befindet.
Das Verfahren 700 kann als nächstes bei 750 fortfahren, wo die Steuerung 170 bestimmt, ob eine Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur erfüllt wird. In einem Beispiel kann die Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur einen Kraftstoffkanaldruck beinhalten, der von P_TH,upper bis auf unter einen unteren Schwellendruck nach P_TH,lower abnimmt. P_TH,lower kann einem Druck entsprechen, unter dem ein Risiko Kraftstoffdampf im Niederdruckkraftstoffkanal 154 zu erzeugen, erhöht ist. In einem weiteren Beispiel kann P_TH,lower einem Druck entsprechen, der weit genug unter P_TH,upper liegt, damit eine genaue und zuverlässige Messung einer Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks bestimmt werden kann. In einem weiteren Beispiel kann die Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur erfüllt sein, nachdem ein Schwellenvolumen ΔV_TH von Kraftstoff eingespritzt wurde, nachdem die Niederdruckkraftstoffpumpe abgeschaltet wurde. ΔV_TH kann ein eingespritztes Kraftstoffvolumen darstellen, das dem entspricht, dass eine genaue und zuverlässige Messung einer Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks bestimmt werden kann, und kann auf Grundlage des Betriebs der DI-Pumpe 140 bestimmt werden. Wenn beispielsweise das Volumen des Kraftstoffs, der nach dem Abschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe bei 734 oder 722 eingespritzt wird, kleiner als ΔV_TH ist, kann die Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks kleiner sein und Messfehler, die mit dem Bestimmen der Beiträge zur Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks durch Wärmeübertragung und Kraftstoffeinspritzung verbunden sind, können größer sein. In einem weiteren Beispiel kann die Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur erfüllt sein, nachdem eine Schwellendauer Δt_TH, nachdem die Niederdruckkraftstoffpumpe bei 734 oder 722 abgeschaltet wurde, verstrichen ist. Die Schwellendauer kann einer Dauer entsprechen, die nach dem Umschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe bei 734 oder 722 erfolgt, nach der die Beiträge zur Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks durch Wärmeübertragung und Kraftstoffeinspritzung genau und zuverlässig bestimmt werden können.
In dem Fall, dass die Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur nicht erfüllt ist, kann die Steuerung 170 bei 750 fortfahren. In dem Fall, dass die Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur bei 750 erfüllt ist, kann das Verfahren 700 bei 754 fortfahren, wo die Steuerung 170 eine Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks berechnet. Die Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks kann über Signale bestimmt werden, die von dem Kraftstoffkanaldrucksensor 145 übertragen werden, der in einem Niederdruckkraftstoffkanal 154 zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe 130 und der Hochdruckkraftstoffpumpe 140 positioniert ist. Darüber hinaus kann die Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks in Bezug auf eine verstrichene Zeit, wie etwa die Schwellendauer, oder in Bezug auf ein eingespritztes Kraftstoffvolumen, wie etwa das Schwellenvolumen, bestimmt werden. Auf diese Weise kann die Steuerung 170 bei 756 eine abgeleitete Kraftstofftemperatur auf Grundlage der vorstehenden Gleichungen (1) bis (5) berechnen, wenn die Kraftstoffeinspritzung ausgeschaltet ist und Kraftstoff im Niederdruckkraftstoffkanal 154 eingeschlossen ist, oder auf Grundlage der Gleichungen (6) bis (11) und der Gleichung (1), wie vorstehend in Bezug auf 5 beschrieben. In einem Beispiel kann das Berechnen der abgeleiteten Kraftstofftemperatur das Vorbestimmen einer Steifigkeit, die charakteristisch für das Kraftstoffsystem ist, beinhalten, wie etwa für den Fall, dass Kraftstoff im Niederdruckkraftstoffkanal eingeschlossen ist.
Fortfahrend mit 760 kann das Verfahren 700 beinhalten, dass die Steuerung 170 die Kraftstoffeinspritzung und/oder den Betrieb der Niederdruckkraftstoffpumpe als Reaktion auf die bei 756 abgeleitete Kraftstofftemperatur einstellt. Das Einstellen des Kraftstoffeinspritzstroms in den Verbrennungsmotor kann das Einstellen des Betriebs der Niederdruckkraftstoffpumpe beinhalten. In einem Beispiel kann das Einstellen des Betriebs der Niederdruckkraftstoffpumpe das Einstellen eines Diagnoseverfahrens für das Rückschlagventil 104 beinhalten, wie in Bezug auf 6 beschrieben. Insbesondere kann ein Anstieg beziehungsweise Rückgang der abgeleiteten Kraftstofftemperatur eine Schwellensteifigkeit oder Nachgiebigkeit, die charakteristisch für das Kraftstoffsystem ist, verringern oder erhöhen, was wiederum die Diagnose des Rückschlagventils beeinflussen kann. Wenn zum Beispiel die gemessene Steifigkeit des Kraftstoffsystems größer als die Schwellensteifigkeit ist, kann ein defektes Rückschlagventil angegeben werden.
In einem weiteren Beispiel kann das Einstellen des Betriebs der Niederdruckkraftstoffpumpe das Einstellen der Leistung, die der Niederdruckkraftstoffpumpe zugeführt wird, beinhalten, um einen Niederdruckpumpenauslassdruck höher als einen Schwellenpumpendruck zu halten. Der Schwellenpumpendruck kann dem Kraftstoffdampfdruck entsprechen, der mit zunehmender Kraftstofftemperatur zunimmt und mit abnehmender Kraftstofftemperatur abnimmt. Dementsprechend kann, wenn eine abgeleitete Kraftstofftemperatur zunimmt oder abnimmt, der Schwellenpumpendruck zunehmen beziehungsweise abnehmen, was zu einer Zunahme oder Abnahme der Leistung, die der Niederdruckkraftstoffpumpe zugeführt wird, führt, um den Pumpenauslassdruck zu erhöhen oder zu verringern. Wenn die abgeleitete Kraftstofftemperatur abnimmt, kann das Verringern des Pumpenauslassdrucks dazu beitragen, den Kraftstoffverbrauch zu verringern und gleichzeitig die Kraftstoffdampfbildung zu mindern. Wenn die Niederdruckpumpe in einem Impulsmodus betrieben wird, kann das Erhöhen der Leistung, die der Niederdruckkraftstoffpumpe zugeführt wird, das Erhöhen einer Strommenge beinhalten, die der Niederdruckkraftstoffpumpe zugeführt wird, um während des Impulsmodus eine Impulshöhe zu erhöhen. Darüber hinaus kann das Einstellen des Kraftstoffeinspritzstroms in den Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur das Erhöhen einer Leistung beinhalten, die der Niederdruckkraftstoffpumpe zugeführt wird, als Reaktion auf eine Verringerung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur, um eine Erhöhung der Pumpenreibung und der Kraftstoffviskosität zu überwinden. Im Gegensatz dazu kann das Einstellen des Betriebs der Niederdruckpumpe und des Kraftstoffeinspritzstroms in den Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur das Verringern einer Leistung beinhalten, die der Niederdruckkraftstoffpumpe zugeführt wird, als Reaktion auf eine Erhöhung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur, um eine Verringerung der Pumpenreibung und der Kraftstoffviskosität zu kompensieren.
In einem weiteren Beispiel kann das Einstellen des Betriebs der Niederdruckkraftstoffpumpe das Einstellen einer Schwellenbedingung beim Umschalten des Betriebs der Niederdruckkraftstoffpumpe von einem Impulsmodus zu einem Dauermodus beinhalten, wie in Bezug auf 4 beschrieben. Wenn beispielsweise eine abgeleitete Kraftstofftemperatur zunimmt, kann ein Kraftstoffdampfdruck zunehmen und damit eine Tendenz zur Kraftstoffdampfbildung erhöhen. Als Reaktion auf eine höhere abgeleitete Kraftstofftemperatur, wenn Kraftstoffdampf im Kraftstoffkanal angegeben wird und eine Niederdruckkraftstoffpumpe im Impulsmodus arbeitet, um die Kraftstoffdampfbildung zu mindern, kann die Steuerung 170 die mindernde Bedingung für den Übergang zum Dauerbetrieb reduzieren, um eine gebildete Kraftstoffdampfmenge weiter zu verringern. Insbesondere kann die Steuerung 170 ein verbrauchtes Kraftstoffvolumen, einer Zeitdauer und/oder einer Anzahl von Pulsationsereignissen im Impulsbereich 437 vor dem Umschalten des Betriebs der LP-Pumpe vom Impulsenergiebereich zum Dauerenergiebereich 439 verringern, wie bei Übergang 438 angegeben.
In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung 170 einen unteren und/oder oberen Schwellenniederdruckkraftstoffpumpendruck als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur einstellen. In einem Beispiel können insbesondere bei dem Fall, wenn eine abgeleitete Kraftstofftemperatur zunimmt, P_TH,lower und/oder P_TH,upper erhöht werden, um ein Risiko der Kraftstoffdampfbildung während der Ausführung des Verfahrens 700 durch die Steuerung 170 zu verringern. Im Gegensatz dazu können bei dem Fall, wenn eine abgeleitete Kraftstofftemperatur abnimmt, P_TH,lower und/oder P_TH,upper verringert werden, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, wobei gleichzeitig ein Risiko der Kraftstoffdampfbildung während der Ausführung des Verfahrens 700 durch die Steuerung 170 gemindert wird.
In einem weiteren Beispiel kann das Einstellen des Betriebs der Niederdruckkraftstoffpumpe beinhalten, dass die Steuerung 170 einen Trogdruck einstellt, wobei der Trogdruck einem unteren Schwellendruck entspricht, über dem die Niederdruckkraftstoffpumpe betrieben wird, um ein Risiko der Kraftstoffverdampfung in dem Kraftstoffsystem zu verringern. Beispielsweise kann die Steuerung 170 als Reaktion auf einen Anstieg der abgeleiteten Kraftstofftemperatur den Trogdruck erhöhen, um den Trogdruck über einem Kraftstoffdampfdruck zu halten. Ferner kann die Steuerung 170 als Reaktion auf eine Verringerung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur den Trogdruck senken, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, wobei gleichzeitig der Trogdruck über einem Kraftstoffdampfdruck gehalten wird. Nach 760 endet das Verfahren 700.
In einem Beispiel beinhaltet ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor das Einstellen des Betriebs einer Niederdruckkraftstoffpumpe auf Grundlage einer Kraftstofftemperatur, die durch eine Änderungsgeschwindigkeit eines Drucks eines Kraftstoffkanals zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe und einer Hochdruckkraftstoffpumpe während einer ersten Bedingung, einschließlich der Bedingung, wenn die Niederdruckkraftstoffpumpe ausgeschaltet ist, angezeigt wird. In einem ersten Beispiel des Verfahrens beinhaltet das Angeben der Kraftstofftemperatur aus der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks das Ableiten der Kraftstofftemperatur ohne das Messen einer Kraftstoffsystemtemperatur mit einem Temperatursensor. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass die erste Bedingung ferner beinhaltet, wenn die Hochdruckkraftstoffpumpe ausgeschaltet ist. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die erste Bedingung ferner beinhaltet, wenn der Verbrennungsmotor in einem Kraftstoffabschaltmodus bei Verlangsamung (DFSO-Modus) betrieben wird. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die erste Bedingung ferner beinhaltet, wenn die Hochdruckkraftstoffpumpe angeschaltet ist und der Kraftstoffkanaldruck zwischen einem oberen Schwellendruck und einem unteren Schwellendruck liegt. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, das Anschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe, um den Kraftstoffkanaldruck auf den oberen Schwellendruck zu erhöhen. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner das Ausschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe und das Pumpen eines Schwellenkraftstoffvolumens aus dem Kraftstoffkanal mit der Hochdruckkraftstoffpumpe als Reaktion darauf, dass der Kraftstoffkanaldruck den oberen Schwellendruck erreicht. Ein siebentes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner das Ausschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe und das Pumpen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffkanal mit der Hochdruckkraftstoffpumpe über eine Schwellendauer als Reaktion darauf, dass der Kraftstoffkanal druck den oberen Schwellendruck erreicht. Ein achtes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis siebenten Beispiels und beinhaltet ferner das Ausschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe und das Pumpen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffkanal mit der Hochdruckkraftstoffpumpe, bis der Kraftstoffkanaldruck auf einen unteren Schwellendruck sinkt, als Reaktion darauf, dass der Kraftstoffkanaldruck den oberen Schwellendruck erreicht.
Ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor beinhaltet das Bestimmen einer Druckänderungsgeschwindigkeit eines Kraftstoffkanaldrucks als Reaktion darauf, dass eine Hochdruckkraftstoffpumpe ein Schwellenvolumen an Kraftstoff in den Verbrennungsmotor einspritzt, während eine Niederdruckkraftstoffpumpe ausgeschaltet ist, wobei der Kraftstoffkanal zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe und der Hochdruckkraftstoffpumpe gekoppelt ist, das Ableiten einer Kraftstofftemperatur aus der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks und das Einstellen eines Kraftstoffeinspritzstroms in den Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur. Ein erstes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das Bestimmen der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks als Reaktion auf das Einschließen von Kraftstoff in dem Kraftstoffkanal. Ein zweites Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Einstellen des Kraftstoffeinspritzstroms in den Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur das Erhöhen eines LPFP-Drucks als Reaktion auf eine höhere abgeleitete Kraftstofftemperatur und das Senken des LPFP-Drucks als Reaktion auf eine niedrigere abgeleitete Kraftstofftemperatur beinhaltet. Ein drittes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Einschließen von Kraftstoff in dem Kraftstoffkanal das gleichzeitige Abschalten der LPFP und der HPFP beinhaltet. Ein viertes Beispiel des Verfahrens beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Einstellen des Kraftstoffeinspritzstroms in den Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur das Erhöhen einer Leistung beinhaltet, die der Niederdruckkraftstoffpumpe zugeführt wird, als Reaktion auf eine Verringerung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur.
Nun wird auf 8 Bezug genommen, die eine beispielhafte Zeitachse 800 für ein Verfahren 700 zum Ableiten einer Kraftstofftemperatur veranschaulicht. Es sind Entwicklungslinien für einen Kraftstoffeinspritzstrom Q_inj 810, einen Status 820 der Niederdruckkraftstoffpumpe (LPFP), einen Status 830 der Hochdruckkraftstoffpumpe (HPFP), den Kraftstoffkanaldruck P_fuelpassage 840, einen Status 850 einer Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur, die abgeleitete Kraftstofftemperatur, T_fuel,inf 860, die Verbrennungsmotortemperatur T_engine 862 und eine Schwellensteifigkeit K_TH 870 gezeigt. Außerdem sind P_TH,upper 846 und P_TH,lower 844 gezeigt. Vor dem Zeitpunkt t1 wird Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt, wie ein Wert ungleich null für Q_inj 810 angibt. Darüber hinaus werden sowohl die LPFP als auch die HPFP angeschaltet, um eine gleichmäßige Kraftstoffzufuhr für den Verbrennungsmotor bereitzustellen; jedoch können sowohl die LPFP als auch die HPFP im Impulsmodus betrieben werden, um die Kraftstoffverdampfung zu mindern und den Kraftstoffverbrauch im Vergleich zum Betrieb der Kraftstoffpumpen in einem Dauermodus zu verringern. Da Kraftstoff durch den HPFP-Impulsbetrieb aus dem Kraftstoffkanal gepumpt wird und Kraftstoff durch die LPFP im Impulsbetrieb in den Kraftstoffkanal gepumpt wird, pulsiert P_fuelpassage 840 vor dem Zeitpunkt t1.
Zum Zeitpunkt t1 wird Q_inj 810 zum Beispiel als Reaktion darauf, dass ein Fahrzeug im DFSO-Modus betrieben wird, ausgeschaltet (z. B. 0). Als weiteres Beispiel kann Q_inj 810 für den Betrieb eines Hybridfahrzeugs ausgeschaltet werden, das von dem Elektromotor und nicht von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Da der Kraftstoffeinspritzstrom null ist, sind sowohl die Niederdruckkraftstoffpumpe als auch die Hochdruckkraftstoffpumpe ausgeschaltet, wodurch Kraftstoff in dem Niederdruckkraftstoffkanal zwischen diesen eingeschlossen wird. Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Steuerung 170 außerdem das Verfahren 700 auszuführen, um die Kraftstofftemperatur im Kraftstoffkanal abzuleiten. T_engine 862 ist größer als die Kraftstoffsystemtemperatur, sodass der Kraftstoffkanaldruck aufgrund der von dem Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem übertragenen Wärme zu steigen beginnt, weil der Kraftstoff im Kraftstoffkanal eingeschlossen ist, wenn die LPFP (und HPFP) ausgeschaltet sind. Der Kraftstoffkanaldruck wird mit dem Kraftstoffkanaldrucksensor 145 gemessen und für eine Dauer 842 überwacht. Die Dauer 842 kann einer Schwellendauer entsprechen, über die hinaus eine Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks (und der daraus abgeleiteten Kraftstofftemperatur) erhöht werden kann. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung 170 den Kraftstoffkanaldruck überwachen, bis eine Schwellendruckänderung 843 beobachtet wird. Die Schwellendruckänderung 843 kann einem Druckanstieg entsprechen, über den hinaus eine Genauigkeit der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks (und der daraus abgeleiteten Kraftstofftemperatur) erhöht werden kann.
Zum Zeitpunkt t2 ist die Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur 850 erfüllt (z. B. ist die Druckänderung größer als die Schwellendruckänderung 843 und/oder die verstrichene Zeit größer als die Schwellendauer 842) und die Steuerung 170 berechnet die Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks aus dem gemessenen Kraftstoffkanaldruckanstieg 843 und der gemessenen Dauer 842. Als nächstes kann die Steuerung 170 unter Verwendung der Gleichungen (1) bis (5) die Kraftstofftemperatur T_fuel,inf, ableiten. T_fuel,inf steigt zum Zeitpunkt t2, da T_engine 862 größer ist als die Kraftstoffsystemtemperatur und Wärme von dem Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem übertragen wird. Aufgrund des Anstiegs der abgeleiteten Kraftstoffsystemtemperatur wird die Schwellensteifigkeit 870, die für den Kraftstoffkanal charakteristisch ist, verringert, wodurch die Bestimmung einer Diagnose eines Rückschlagventils wie vorstehend beschrieben eingestellt werden kann. Darüber hinaus kann die Steuerung 170 als Reaktion auf den Anstieg von T_fuel,inf 860 P_TH,upper 846 und P_TH,lower 844 wie in 8 gezeigt erhöhen.
Zwischen Zeitpunkt t2 und Zeitpunkt t3 bleibt die LPFP und die HPFP ausgeschaltet und Q_inj bleibt 0. Somit steigt P_fuelpassage bis zum Zeitpunkt t3 weiter an, da jedoch die Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur nicht erfüllt ist, darf die Steuerung 170 die abgeleitete Kraftstofftemperatur nicht neu berechnen. Zum Zeitpunkt t3 wird die Kraftstoffeinspritzung eingeschaltet; demnach wird Q_inj erhöht, und die LPFP und HPFP werden beide eingeschaltet und im Impulsmodus betrieben, um den Kraftstoff der Einspritzung mit dem Einspritzstrom Q_inj zuzuführen. Darüber hinaus pulsiert P_fuelpassage als Reaktion auf den Impulsbetrieb der LPFP und der HPFP. Zum Zeitpunkt t4 betriebt die Steuerung 170 die LPFP, um P_fuelpassage auf P_TH,upper zu erhöhen, um die Kraftstofftemperatur während der Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor abzuleiten. In dem Beispiel aus 8 schaltet die Steuerung 170 zum Zeitpunkt t4, die LPFP in den Dauermodus um, um dazu beizutragen, P_fuelpassage auf P_TH,upper. zu erhöhen. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerung 170 die LPFP im Impulsmodus halten, aber der LPFP zusätzlichen Strom zuführen, um die Impulsamplitude und/oder -dauer zu erhöhen und so dem Kraftstoffkanal einen höheren Kraftstoffvolumenstrom zuführen, um den P_fuelpassage zu erhöhen. Zum Zeitpunkt t5 erreicht P_fuelpassage P_TH,upper; als Reaktion darauf schaltet die Steuerung 170 die LPFP aus und überwacht die Steuerung 170 überwacht P_füelpassage, die verstrichene Zeit und/oder ein danach eingespritztes Kraftstoffvolumen, um zu bestimmen, ob eine Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur erfüllt wurde. Die Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur unter Kraftstoffeinspritzbedingungen kann sich von Bedingungen zum Ableiten der Kraftstofftemperatur, wenn die Kraftstoffeinspritzung ausgeschaltet ist (z. B. wenn sowohl die LPFP und HPFP ausgeschaltet sind und Kraftstoff zwischen diesen eingeschlossen ist) unterscheiden, da die Änderungsgeschwindigkeit von P_fuelpassage während Kraftstoffeinspritzbedingungen höher sein kann. Somit können die Bedingungen zum Ableiten der Kraftstofftemperatur, wie etwa die Schwellendauer 848, ein Schwellendruckabfall (z. B. Druckabfall zwischen P_TH,upper und P_TH,lower) und/oder ein Schwellenvolumen von eingespritztem Kraftstoff (z. B. Integralbereich 812), von den jeweiligen Bedingungen zum Ableiten der Kraftstofftemperatur, wenn die Kraftstoffeinspritzung ausgeschaltet ist, abweichen. Im Beispiel von 8, wird zum Zeitpunkt t6, als Reaktion darauf, dass P_fuelpassage von P_TH,upper, auf P_TH,lower abnimmt, die Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur erfüllt und die Steuerung 170 berechnet eine aktualisierte abgeleitete Kraftstofftemperatur. Hier leitet die Steuerung 170 unter Kraftstoffeinspritzbedingungen die Kraftstofftemperatur auf Grundlage der Gleichungen (6) bis (11) und Gleichung (1), wie vorstehend erörtert, ab. Aufgrund des Kraftstoffeinspritzstroms und der reduzierten Wärmeübertragung von dem Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem (z. B. da die Temperaturdifferenz zwischen T_enging und T_fuel kleiner ist), sinkt die abgeleitete Kraftstofftemperatur zum Zeitpunkt t6 leicht. Als Reaktion darauf, dass T_fuel,inf zum Zeitpunkt t6 abnimmt, nimmt die Schwellensteifigkeit leicht zu, und P_TH,upper und P_TH,lower nehmen leicht ab.
Anschließend wird zum Zeitpunkt t6 die LPFP eingeschaltet, um dem Kraftstoffkanal Kraftstoff zuzuführen, und sowohl die LPFP als auch die HPFP werden im Impulsmodus betrieben; zwischen dem Zeitpunkt t6 und dem Zeitpunkt t7 pulsiert P_fuelpassage als Reaktion auf die Impulswirkung der LPFP und HPFP. Zum Zeitpunkt t7 wird der Verbrennungsmotor ausgeschaltet, wodurch die Kraftstoffeinspritzung, die LPFP und die HPFP ausgeschaltet werden. In einem Beispiel kann der Verbrennungsmotor in einem Hybridfahrzeug ausgeschaltet werden, womit der Antrieb nur durch einen Elektromotor erfolgt. Da Kraftstoff im Niederdruckkraftstoffkanal eingeschlossen ist, wird das Kraftstoffsystem durch die Wärmeübertragung von dem Verbrennungsmotor zum Kraftstoffsystem allmählich unter Druck gesetzt, wodurch P_fuelpassage vom Zeitpunkt t7 zum Zeitpunkt t8 ansteigt. Da der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, endet die Verbrennung; da jedoch das Fahrzeug noch in Bewegung ist, wird der Verbrennungsmotor weiterhin durch den Luftstrom gekühlt und der T_engine 862 beginnt allmählich zu sinken. Zum Zeitpunkt t8, nachdem eine Schwellendauer 842nach dem Ausschalten der LPFP verstrichen ist, wird eine Bedingung zum Ableiten der Kraftstofftemperatur erfüllt und die Steuerung 170 leitet die Kraftstofftemperatur auf Grundlage der Gleichungen (1) bis (5) ab. Zum Zeitpunkt t8 erhöht sich T_fuel,inf 860 und ist ungefähr gleich T_engine 862. Als Reaktion auf die Erhöhung von T_fuel,inf nehmen P_TH,upper und P_TH,lower und K_TH 870 nimmt ab. Nach dem Zeitpunkt t8 hört die weitere Wärmeübertragung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kraftstoffsystem, da T_fuel,inf 860 gleich T_engine 862 ist, ist der Verbrennungsmotor isotherm in Bezug auf den Kraftstoffkanal Somit ist P_fuelpassage nach dem Zeitpunkt t8 relativ konstant.
Nun wird auf 9 Bezug genommen, die ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren 900 zum Ableiten einer Kraftstofftemperatur auf Grundlage einer Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks veranschaulicht. Das Verfahren 900 kann computerlesbare Anweisungen darstellen, die sich im bordeigenen nichtflüchtigen Speicher einer Rechenvorrichtung befinden und von der Rechenvorrichtung in Verbindung mit verschiedenen Sensoren und Aktoren des Verbrennungsmotors 110 und des Kraftstoffsystems 150, wie etwa der Steuerung 170, ausführbar sind. Das Verfahren 900 beginnt bei 910, wo die Steuerung 170 verschiedene Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors und des Kraftstoffsystems, wie etwa Verbrennungsmotorlast, Ein/Aus-Status der Niederdruckpumpe, Ein/Aus-Status der Hochdruck-(DI-)Pumpe, Kraftstoffeinspritzstrom und dergleichen schätzen und/oder messen kann. Als nächstes kann die Steuerung 170 bei 920 bestimmen, ob die Niederdruckkraftstoffpumpe ausgeschaltet ist. Für den Fall, dass die Kraftstoffeinspritzung eingeschaltet ist, kann die Steuerung 170 eine zuvor abgeleitete Kraftstofftemperatur bei 924 als die aktuelle Kraftstofftemperaturschätzung beibehalten und den Trogdruck beibehalten; danach endet das Verfahren 900. Das Beibehalten der zuvor abgeleiteten Kraftstofftemperatur kann es der Steuerung 170 ermöglichen, das Kraftstoffsystem weiter zu betreiben und gleichzeitig ein Risiko der Kraftstoffdampfbildung mindern. Darüber hinaus kann das Beibehalten des Trogdrucks den Kraftstoffverbrauch senken und gleichzeitig ein Risiko der Kraftstoffverdampfung, zum Beispiel einer Kraftstoffverdampfung am Einlass zu der DI-Pumpe, verringern.
Unter erneuter Bezugnahme auf 920 fährt das Verfahren 900, im Fall, dass die Niederdruckpumpe ausgeschaltet ist, bei 930 fort, wo die Steuerung 170 eine gemessene Kraftstoffsystemsteifigkeit bestimmt. Wie vorstehend beschrieben, kann die Steuerung 170 die gemessene Kraftstoffsystemsteifigkeit bestimmen, indem sie einen Kraftstoffdurchsatz aus dem Niederdruckkraftstoffkanal entsprechend einem gemessenen Druckabfall ΔP_actual misst, zum Beispiel, wenn ein Kraftstoffkanaldruck von P_TH,upper auf P_TH,lower sinkt. Aufgrund der Wärmeübertragung von dem Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem ist die Messung der Kraftstoffsystemsteifigkeit ungleich der scheinbaren Kraftstoffsystemsteifigkeit, wie vorstehend in Bezug auf 5 erläutert. Bei 950 im Verfahren 900 kann die Steuerung 170 den Wärmestrom Q zum Niederdruckkraftstoffkanal 154 von dem Verbrennungsmotor 110 aus der Differenz zwischen der gemessenen Kraftstoffsystemsteifigkeit und der scheinbaren Kraftstoffsystemsteifigkeit berechnen. Insbesondere kann nach der Gleichung (11) Q̇̇ unter Kenntnis des gemessenen Druckabfalls ΔP_actual, der scheinbaren Steifigkeit K und des eingespritzten Kraftstoffvolumens V_inj über eine Dauer Δt bestimmt werden. V_inj und Δt können gleichzeitig mit der Messung des Kraftstoffdurchsatzes bestimmt werden. Folgend auf 940 kann das Verfahren 900 bei 950 fortfahren, wo die Steuerung 170 die Kraftstofftemperatur ableiten kann, wenn die bei 930 gemessene Steifigkeit und der bei 940 berechnete Wärmestrom gemäß Gleichung (1) gegeben sind. Für den Fall, dass die Kraftstoffeinspritzung ausgeschaltet ist, vereinfacht sich die Gleichung (11) zu Gleichung (2) (die sich aus Gleichung (1) ergibt), aus der die Kraftstoffsystemtemperatur abgeleitet werden kann.
Als Nächstes kann das Verfahren 900 bei 960 fortfahren, wo die Steuerung einen Niederdruckkraftstoffpumpentrogdruck als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstoffsystemtemperatur einstellen kann. Die abgeleitete Kraftstoffsystemtemperatur kann eine Niederdruckkraftstoffkanaltemperatur beinhalten. In einem Beispiel kann die abgeleitete Kraftstoffsystemtemperatur einer DI-Einlasskraftstofftemperatur entsprechen. Der Trogdruck kann einem unteren Schwellendruck entsprechen, über dem die Kraftstoffverdampfung in dem Kraftstoffsystem gemindert wird. Das Einstellen des Trogdrucks als Reaktion auf die Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur kann das Anheben des Trogdrucks als Reaktion auf einen Anstieg der Kraftstofftemperatur (oder der abgeleiteten Kraftstofftemperatur), um ein Risiko der Kraftstoffverdampfung zu verringern, beinhalten. Das Einstellen des Trogdrucks als Reaktion auf die Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur kann das Anheben des Trogdrucks als Reaktion auf einen Anstieg der Kraftstofftemperatur (oder der abgeleiteten Kraftstofftemperatur), um ein Risiko der Kraftstoffverdampfung zu verringern, beinhalten. Ferner kann die Steuerung 170 eine größere Größenanpassung an den Trogdruck umsetzen, wenn die Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur größer ist, und die Steuerung 170 kann eine kleinere Größenanpassung an den Trogdruck vornehmen, wenn die Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur kleiner ist. Nach 960 endet das Verfahren 900.
Nun wird auf 10 Bezug genommen, die eine Zeitachse 1000 für ein Verfahren 900 zum Ableiten einer Kraftstofftemperatur veranschaulicht. In einem Beispiel kann die abgeleitete Kraftstoffsystemtemperatur T_fuel,inf einer Kraftstofftemperatur in einem Niederdruckkraftstoffkanal 156 entsprechen. Es sind Entwicklungslinien für einen Kraftstoffeinspritzstrom Q_inj 1010, einen Status 1020 einer Niederdruckkraftstoffpumpe (LPFP), eine gemessene Kraftstoffsystemsteifigkeit ΔP_actual/ΔV 1030, ein Wärmestrom in das Kraftstoffsystem Q 1040, Verbrennungsmotortemperaturen T_engine 1050, die abgeleitete Kraftstofftemperatur T_fuel,inf 1060 und einen Trogdruck P_trough 1060 gezeigt. Zum Zeitpunkt 0 wird ein Fahrzeugverbrennungsmotor nach einer langen Ausschaltzeit des Verbrennungsmotors gestartet und im Leerlauf betrieben, währenddessen das Fahrzeug lange durchgewärmt wurde, wodurch das Fahrzeug isotherm ist. Daher ist während der kurzen Zeitspanne zwischen Zeitpunkt 0 und Zeitpunkt t₁, T_engine = T_fuel (die Ist-Kraftstoffsystemtemperatur) and Q = 0. Vor dem Zeitpunkt t₁ werden Q_inj und die LPFP kurz eingeschaltet, um den Verbrennungsmotor zu starten. Zum Zeitpunkt t₁ werden Q_inj und die LPFP ausgeschaltet, da sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet. Als Reaktion auf das Ausschalten der LPFP bestimmt die Steuerung 170 eine Kraftstoffsystemsteifigkeit, indem sie ΔP_actual über den Kraftstoffkanaldrucksensor 145 misst. Da das Fahrzeug isotherm ist und keine Wärme auf das Kraftstoffsystem übertragen wird, ist der Kraftstoffkanaldruck bei fehlender Kraftstoffeinspritzung konstant; daher ist die gemessene Kraftstoffsystemsteifigkeit 0. Dementsprechend ändert sich die T_fuel,inf nicht, und die Steuerung 170 wartet behält P_trough. bei.
Zwischen Zeitpunkt t₁ und Zeitpunkt t₂ beginnt der Verbrennungsmotor sich zu erwärmen und die T_engine steigt an. Zum Zeitpunkt t2 führt die Steuerung 170 als Reaktion darauf, dass die LPFP ausgeschaltet ist das Verfahren 900 aus, um die Kraftstoffsystemtemperatur abzuleiten. Da T_engine größer als die Kraftstoffsystemtemperatur ist wird Wärme von dem Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem übertragen, wie durch Q > 0 angegeben wird. Q wird mit ansteigender Temperaturdifferenz zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kraftstoffsystem größer. Dementsprechend ist eine gemessene Kraftstoffsystemsteifigkeit zum Zeitpunkt t₂ positiv, da der Kraftstoff im Kraftstoffsystem erwärmt wird. Somit erhöht sich der von der Steuerung 170 berechnete Wert T_fuel,inf zum Zeitpunkt t₂.
Zwischen dem Zeitpunkt t₂ und dem Zeitpunkt t₃ beginnt der T_engine langsamer anzusteigen, sodass der Wärmestrom vom Verbrennungsmotor zum Kraftstoffsystem beginnt abzunehmen. Ferner kann die LPFP für einen kurzen Zeitraum impulseingeschaltet werden, um den Kraftstoff in dem Niederdruckkraftstoffkanal aufzufüllen. In einem Beispiel wird die LPFP eingeschaltet, um den Kraftstoffkanaldruck auf P_TH,upper, zu erhöhen, um ein Risiko der Kraftstoffverdampfung während des Betriebs des Kraftstoffsystems zu mindern. Zum Zeitpunkt t₃ befindet sich das Fahrzeug nicht mehr im Leerlauf, und die Kraftstoffeinspritzung ist eingeschaltet, um dem Verbrennungsmotor Kraftstoff zuzuführen. Als Reaktion darauf, dass die LPFP ausgeschaltet ist, führt die Steuerung 170 wieder das Verfahren 900 aus, um T_fuel,inf zu bestimmen. Die Steuerung 170 misst die Kraftstoffsystemsteifigkeit durch den Kraftstoffkanaldrucksensor 145 und den Kraftstoffeinspritzstrom. Trotz der Wärmeübertragung von dem Verbrennungsmotor auf das Kraftstoffsystem wird die gemessene Steifigkeit zum Zeitpunkt t₃ negativ, da der Kraftstoff aus dem Niederdruckkraftstoffkanal strömt. Unter Berücksichtigung des Druckabfalls durch den Kraftstoffabfluss gemäß der Gleichung (7) kann die Steuerung 170 den Beitrag zum Druckabfall allein aus der Wärmeübertragung bestimmen, wie in den Gleichungen (8) bis (11) dargestellt. Darüber hinaus kann die Steuerung 170 unter Verwendung der Gleichung (1) die aktualisierte T_fuel,inf. berechnen. Aufgrund der zwischen dem Zeitpunkt t₂ und dem Zeitpunkt t₃ auf das Kraftstoffsystem übertragenen Wärme steigt T_fuel,inf zum Zeitpunkt t₃ an. Als Reaktion auf die Erhöhung von T_fuel,inf zum Zeitpunkt t3 erhöht die Steuerung 170 P_trough.
Als nächstes sinkt der Wärmestrom von dem Verbrennungsmotor zu dem Kraftstoffsystem zwischen dem Zeitpunkt t₃ und dem Zeitpunkt t₄ weiter, da die Temperaturdifferenz zwischen diesen kleiner ist. Die LPFP wird wieder kurz eingeschaltet, um dem Niederdruckkraftstoffkanal Kraftstoff zuzuführen. In einem Beispiel kann die LPFP eingeschaltet werden, um den Kraftstoffkanaldruck auf P_TH,upper zu erhöhen, um ein Risiko der Kraftstoffverdampfung während des Betriebs des Kraftstoffsystems zu mindern. Zum Zeitpunkt t₄ kann der Kraftstoffeinspritzstrom ausgeschaltet werden, zum Beispiel als Reaktion auf eine DFSO-Bedingung. Als Reaktion darauf, dass die LPFP ausgeschaltet ist, kann die Steuerung 170 zum Zeitpunkt t₄ erneut gemäß dem Verfahren 900 die Kraftstoffsystemtemperatur ableiten. Da T_engine größer als die Kraftstoffsystemtemperatur bleibt, wird Wärme auf das Kraftstoffsystem übertragen, jedoch in geringerem Maße. Da der Kraftstoffeinspritzstrom 0 ist, wird die gemessene Kraftstoffsystemsteifigkeit ferner positiv; der Kraftstoff ist im Kraftstoffkanal eingeschlossen und der Kraftstoffkanaldruck steigt durch die an das Kraftstoffsystem abgegebene Wärme an. Da Q̇̇ zum Zeitpunkt t₄ im Vergleich zu Q̇̇ zum Zeitpunkt t₂ niedriger ist, ist die gemessene Kraftstoffsystemsteifigkeit zum Zeitpunkt t₄ im Vergleich zu der gemessenen Kraftstoffsystemsteifigkeit zum Zeitpunkt t₂ etwas geringer.
Somit berechnet die Steuerung 170 eine erhöhte T_fuel,inf zum Zeitpunkt t₄. Als Reaktion auf die Erhöhung von T_fuel,inf zum Zeitpunkt t₄ erhöht die Steuerung 170 P_trough. Auf diese Weise kann die Steuerung 170 von einer gemessenen Änderungsgeschwindigkeit eines Kraftstoffkanaldrucks genau und zuverlässig eine Kraftstoffsystemtemperatur ableiten.
In einer anderen Darstellung kann eine abgeleitete Kraftstoffsystemtemperatur einer Kraftstofftemperatur in dem Kraftstoffverteiler 158 entsprechen. In diesem Fall kann die Steuerung 170 bei einer Bedingung, wenn die DI-Pumpe 140 ausgeschaltet ist (Kraftstoffeinspritzung ist ausgeschaltet), sodass der Kraftstoff in dem Kraftstoffverteiler 158 eingeschlossen ist, über den Kraftstoffverteilerdrucksensor 162 einen ΔP_actual entsprechend einem Kraftstoffverteilerdruckabfall messen. In Kenntnis des Volumens V des Kraftstoffverteilers 158 kann der Wärmestrom von dem Verbrennungsmotor zu dem Kraftstoffverteiler nach den Gleichungen (1) bis (5) ebenso wie vorstehend für den Niederdruckkraftstoffkanal beschrieben berechnet werden. Hier kann der Wert C, die empirische Konstante, die die Wärmekapazitätsrate (W/°C) des Kraftstoffsystems darstellt, einer vorbestimmten Wärmekapazitätsrate des Kraftstoffverteilers 158 entsprechen. Dementsprechend können die Gleichungen (1) bis (5) zum Ableiten einer Kraftstoffverteilerkraftstofftemperatur ebenso wie bei den Verfahren zum Ableiten einer Kraftstofftemperatur im Niederdruckkraftstoffkanal befolgt werden.
In einem Beispiel ist ein Verbrennungsmotorsystem bereitgestellt, das eine Steuerung mit computerlesbaren, auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherte Anweisungen umfasst, die bei Ausführung die Steuerung veranlassen, eine Änderungsgeschwindigkeit eines Kraftstoffkanaldrucks mit einem Drucksensor während einer ersten Bedingung zu messen, einschließlich wenn eine Niederdruckkraftstoffpumpe (LPFP) ausgeschaltet ist, eine Kraftstofftemperatur von der Änderungsgeschwindigkeit eines Kraftstoffkanaldrucks abzuleiten und den Betrieb der LPFP als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur einzustellen. Das Verbrennungsmotorsystem kann zusätzlich oder alternativ einen Temperatursensor beinhalten, wobei die computerlesbaren Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, die Kraftstofftemperatur abzuleiten, das Messen einer Zylinderkopftemperatur mit dem Temperatursensor beinhalten. In einer beliebigen der vorstehenden Ausführungsformen kann das Verbrennungsmotorsystem zusätzlich oder alternativ die LPFP beinhalten. Ferner können die computerlesbaren Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, den Betrieb der LPFP als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur anzupassen, zusätzlich oder alternativ das Anheben eines unteren LPFP-Schwellwerts als Reaktion auf eine höhere abgeleitete Kraftstofftemperatur und das Absenken des unteren LPFP-Schwellwerts als Reaktion auf eine niedrigere abgeleitete Kraftstofftemperatur beinhalten. In einer beliebigen der vorstehenden Ausführungsformen können die computerlesbaren Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, den Betrieb der LPFP als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur anzupassen, zusätzlich oder alternativ das Verringern eines Schwellenkraftstoffvolumens beinhalten, das während des Pulsierens der LPFP über dem unteren Schwellen-LPFP-Drucks gepumpt wird, bevor der LPFP-Betrieb vom Impulsmodus in den Dauermodus umgeschaltet wird. In einer beliebigen der vorstehenden Ausführungsformen kann das Verbrennungsmotorsystem zusätzlich oder alternativ den Drucksensor und eine Hochdruckkraftstoffpumpe (HPFP) beinhalten, wobei der Drucksensor im Kraftstoffkanal zwischen der LPFP und der HPFP positioniert ist. In einer beliebigen der vorstehenden Ausführungsformen kann das Verbrennungsmotorsystem zusätzlich oder alternativ den Drucksensor und eine Hochdruckkraftstoffpumpe (HPFP) beinhalten, wobei der Drucksensor in einem Kraftstoffverteiler stromabwärts der HPFP positioniert ist und die abgeleitete Kraftstofftemperatur einer abgeleiteten Kraftstoffverteilertemperatur entspricht. In einer anderen Darstellung kann das Verbrennungsmotorsystem zusätzlich oder alternativ ein Rückschlagventil beinhalten, das stromabwärts von der LPFP in dem Kraftstoffkanal positioniert ist. In einer beliebigen der vorstehenden Ausführungsformen, die das Rückschlagventil beinhalten, können darüber hinaus die computerlesbaren Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, den Betrieb der LPFP als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur einzustellen, zusätzlich oder alternativ Folgendes beinhalten: das Angeben eines defekten Rückschlagventils, während die LPFP ausgeschaltet ist, wenn ein von dem Drucksensor gemessener Druckabfall, der einem Schwellenvolumen von aus dem Kraftstoffkanal gepumpten Kraftstoff entspricht, größer als ein Schwellendruckabfall ist, und das Anheben des Schwellendruckabfalls als Reaktion auf eine niedrigere abgeleitete Kraftstofftemperatur.
In einer weiteren Darstellung kann das Verfahren für ein Hybridfahrzeug Folgendes umfassen: das Messen einer Änderungsgeschwindigkeit eines Drucks eines Kraftstoffkanals zwischen einer Niederdruckkraftstoffpumpe und einer Hochdruckkraftstoffpumpe während einer ersten Bedingung, das Ableiten einer Kraftstofftemperatur auf Grundlage der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks und das Einstellen des Betriebs der Niederdruckkraftstoffpumpe auf Grundlage der abgeleiteten Kraftstofftemperatur. Die erste Bedingung kann beinhalten, wann die Niederdruckpumpe ausgeschaltet ist und wenn ein Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist. Die erste Bedingung kann ferner beinhalten, wenn eine Verbrennungsmotortemperatur mit der Kraftstoffsystemtemperatur nichtisotherm ist.
Es ist anzumerken, dass die in dieser Schrift beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichttransitorischen Speicher gespeichert sein. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch Code darstellen, der in einem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor: das Einstellen des Betriebs einer Niederdruckkraftstoffpumpe auf Grundlage einer Kraftstofftemperatur, die durch eine Änderungsgeschwindigkeit eines Drucks eines Kraftstoffkanals zwischen der Niederdruck-Kraftstoffpumpe und einer Hochdruckkraftstoffpumpe während einer ersten Bedingung, einschließlich dessen, wenn die Niederdruckkraftstoffpumpe ausgeschaltet ist, angezeigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Angeben der Kraftstofftemperatur aus der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks das Ableiten der Kraftstofftemperatur ohne das Messen einer Kraftstoffsystemtemperatur mit einem Temperatursensor.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die erste Bedingung ferner, wenn die Hochdruckkraftstoffpumpe ausgeschaltet ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die erste Bedingung ferner, wenn der Verbrennungsmotor in einem Kraftstoffabschaltmodus bei Verlangsamung (DFSO-Modus) betrieben wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die erste Bedingung ferner, wenn die Hochdruckkraftstoffpumpe angeschaltet ist und der Kraftstoffkanaldruck zwischen einem oberen Schwellendruck und einem unteren Schwellendruck liegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Anschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe, um den Kraftstoffkanaldruck auf den oberen Schwellendruck zu erhöhen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Ausschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe und das Pumpen eines Schwellenkraftstoffvolumens aus dem Kraftstoffkanal mit der Hochdruckkraftstoffpumpe als Reaktion darauf, dass der Kraftstoffkanaldruck den oberen Schwellendruck erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Ausschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe und das Pumpen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffkanal mit der Hochdruckkraftstoffpumpe über eine Schwellendauer als Reaktion darauf, dass der Kraftstoffkanaldruck den oberen Schwellendruck erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Ausschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe und das Pumpen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffkanal mit der Hochdruckkraftstoffpumpe, bis der Kraftstoffkanaldruck auf einen unteren Schwellendruck sinkt, als Reaktion darauf, dass der Kraftstoffkanaldruck den oberen Schwellendruck erreicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verbrennungsmotorsystem bereitgestellt, das eine Steuerung mit computerlesbaren, auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherte Anweisungen umfasst, die bei Ausführung die Steuerung veranlassen, eine Änderungsgeschwindigkeit eines Kraftstoffkanaldrucks mit einem Drucksensor während einer ersten Bedingung zu messen, einschließlich wenn eine Niederdruckkraftstoffpumpe (LPFP) ausgeschaltet ist, eine Kraftstofftemperatur von der Änderungsgeschwindigkeit eines Kraftstoffkanaldrucks abzuleiten und den Betrieb der LPFP als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur einzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen Temperatursensor, wobei die computerlesbaren Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, die Kraftstofftemperatur abzuleiten, das Messen einer Zylinderkopftemperatur mit dem Temperatursensor beinhalten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch die LPFP, wobei die computerlesbaren Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, den Betrieb der LPFP als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur anzupassen, das Anheben eines unteren LPFP-Schwellwerts als Reaktion auf eine höhere abgeleitete Kraftstofftemperatur und das Absenken des unteren LPFP-Schwellwerts als Reaktion auf eine niedrigere abgeleitete Kraftstofftemperatur beinhalten.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die computerlesbaren Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, den Betrieb der LPFP als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur anzupassen, das Verringern eines Schwellenkraftstoffvolumens beinhalten, das während des Pulsierens der LPFP über dem unteren Schwellen-LPFP-Drucks gepumpt wird, bevor der LPFP-Betrieb vom Impulsmodus in den Dauermodus umgeschaltet wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch den Drucksensor und eine Hochdruckkraftstoffpumpe (HPFP), wobei der Drucksensor im Kraftstoffkanal zwischen der LPFP und der HPFP positioniert ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch den Drucksensor und eine Hochdruckkraftstoffpumpe (HPFP), wobei der Drucksensor in einem Kraftstoffverteiler stromabwärts der HPFP positioniert ist und die abgeleitete Kraftstofftemperatur einer abgeleiteten Kraftstoffverteilertemperatur entspricht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor Folgendes: das Bestimmen einer Druckänderungsgeschwindigkeit eines Kraftstoffkanaldrucks als Reaktion darauf, dass eine Hochdruckkraftstoffpumpe ein Schwellenvolumen an Kraftstoff in den Verbrennungsmotor einspritzt, während eine Niederdruckkraftstoffpumpe (LPFP) ausgeschaltet ist, das Ableiten einer Kraftstofftemperatur aus der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks und das Einstellen eines Kraftstoffeinspritzstroms in den Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Bestimmen der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks als Reaktion auf das Einschließen von Kraftstoff in dem Kraftstoffkanal.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen des Kraftstoffeinspritzstroms in den Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur das Erhöhen eines LPFP-Drucks als Reaktion auf eine höhere abgeleitete Kraftstofftemperatur und das Senken des LPFP-Drucks als Reaktion auf eine niedrigere abgeleitete Kraftstofftemperatur.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einschließen von Kraftstoff in dem Kraftstoffkanal das gleichzeitige Abschalten der LPFP und der HPFP.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen des Kraftstoffeinspritzstroms in den Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur das Erhöhen einer Leistung, die der Niederdruckkraftstoffpumpe zugeführt wird, als Reaktion auf eine Verringerung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8365585 [0003]

Claims

Verfahren für einen Verbrennungsmotor, umfassend: das Einstellen des Betriebs einer Niederdruckkraftstoffpumpe auf Grundlage einer Kraftstofftemperatur, die durch eine Änderungsgeschwindigkeit eines Drucks eines Kraftstoffkanals zwischen der Niederdruckkraftstoffpumpe und einer Hochdruckkraftstoffpumpe während einer ersten Bedingung, einschließlich dessen, wenn die Niederdruckraftstoffpumpe ausgeschaltet ist, angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Angeben der Kraftstofftemperatur aus der Änderungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanaldrucks das Ableiten der Kraftstofftemperatur ohne das Messen einer Kraftstoffsystemtemperatur mit einem Temperatursensor beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Bedingung ferner beinhaltet, wenn die Hochdruckkraftstoffpumpe ausgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Bedingung ferner beinhaltet, wenn der Verbrennungsmotor in einem Kraftstoffabschaltmodus bei Verlangsamung (DFSO-Modus) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Bedingung ferner beinhaltet, wenn die Hochdruckkraftstoffpumpe angeschaltet ist und der Kraftstoffkanaldruck zwischen einem oberen Schwellendruck und einem unteren Schwellendruck liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend das Anschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe, um den Kraftstoffkanaldruck auf den oberen Schwellendruck zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Ausschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe und das Pumpen eines Schwellenkraftstoffvolumens aus dem Kraftstoffkanal mit der Hochdruckkraftstoffpumpe als Reaktion darauf, dass der Kraftstoffkanaldruck den oberen Schwellendruck erreicht.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Ausschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe und das Pumpen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffkanal mit der Hochdruckkraftstoffpumpe über eine Schwellendauer als Reaktion darauf, dass der Kraftstoffkanaldruck den oberen Schwellendruck erreicht.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Ausschalten der Niederdruckkraftstoffpumpe und das Pumpen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffkanal mit der Hochdruckkraftstoffpumpe, bis der Kraftstoffkanaldruck auf einen unteren Schwellendruck sinkt, als Reaktion darauf, dass der Kraftstoffkanaldruck den oberen Schwellendruck erreicht.
Verbrennungsmotorsystem, umfassend: eine Steuerung mit computerlesbaren, auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherte Anweisungen, die bei Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: eine Änderungsgeschwindigkeit eines Kraftstoffkanaldrucks mit einem Drucksensor während einer ersten Bedingung zu messen, einschließlich wenn eine Niederdruckkraftstoffpumpe (LPFP) ausgeschaltet ist, eine Kraftstofftemperatur von der Änderungsgeschwindigkeit eines Kraftstoffkanaldrucks abzuleiten, und den Betrieb der LPFP als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur einzustellen.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 10, ferner umfassend einen Temperatursensor, wobei die computerlesbaren Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, die Kraftstofftemperatur abzuleiten, das Messen einer Zylinderkopftemperatur mit dem Temperatursensor beinhalten.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 10, ferner umfassend die LPFP, wobei die computerlesbaren Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, den Betrieb der LPFP als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur anzupassen, das Anheben eines unteren LPFP-Schwellwerts als Reaktion auf eine höhere abgeleitete Kraftstofftemperatur und das Absenken des unteren LPFP-Schwellwerts als Reaktion auf eine niedrigere abgeleitete Kraftstofftemperatur beinhalten.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 12, wobei die computerlesbaren Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, den Betrieb der LPFP als Reaktion auf eine Änderung der abgeleiteten Kraftstofftemperatur anzupassen, das Verringern eines Schwellenkraftstoffvolumens beinhalten, das während des Pulsierens der LPFP über dem unteren Schwellen-LPFP-Drucks gepumpt wird, bevor der LPFP-Betrieb vom Impulsmodus in den Dauermodus umgeschaltet wird.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 13, ferner umfassend den Drucksensor und eine Hochdruckkraftstoffpumpe (HPFP), wobei der Drucksensor im Kraftstoffkanal zwischen der LPFP und der HPFP positioniert ist.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 13, ferner umfassend den Drucksensor und eine Hochdruckkraftstoffpumpe (HPFP), wobei der Drucksensor in einem Kraftstoffverteiler stromabwärts der HPFP positioniert ist und die abgeleitete Kraftstofftemperatur einer abgeleiteten Kraftstoffverteilertemperatur entspricht.