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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Verbrennungsmotors und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens und ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume, üblicherweise Zylinder, eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs werden Kraftstoffversorgungseinrichtungen verwendet. Insbesondere bei Diesel-Verbrennungsmotoren sind sogenannte Common-Rail-Einspritzanlagen bekannt, bei denen der einzuspritzende Kraftstoff in einem hierzu vorgesehenen Kraftstoffspeicher unter Hochdruck gespeichert wird.
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Bei der Common-Rail-Einspritzung, die auch als Speichereinspritzung bezeichnet wird, wird mit einer Hochdruckpumpe Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau gebracht. Dieser unter Druck stehende Kraftstoff wird in den Kraftstoffspeicher, der auch als Kraftstoff-Sammelleitung (Common-Rail: CR) bezeichnet wird, gefördert, an den bzw. die wiederum mindestens ein Einspritzventil bzw. ein Injektor angeschlossen ist. Dieser Injektor spritzt den Kraftstoff direkt in den Brennraum des Verbrennungsmotors.
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Im hydraulischen Hochdruckbereich von CR-Einspritzsystemen existieren Druckwellen, die durch Fördervorgänge von Pumpen und Einspritzvorgänge von den Injektoren ausgelöst werden. Solche Druckwellen sind gedämpfte sinusförmige Schwingungen. Ihre Frequenz ist von der Schallgeschwindigkeit als Wellenausbreitungsgeschwindigkeit abhängig. Aufgrund des fluidischen Dämpfungseffekts nimmt der genannte Druckwelleneinfluss mit zunehmendem Zeitabstand zwischen den jeweils benachbarten Einspritzungen ab.
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Es gibt bereits Korrekturfunktionen, die durch Druckwellen verursachte Mengenfehler vorhersagen und korrigieren. Die Druckschriften
DE 10 2017 203 715 A1 und
DE 10 2015 220 405 A1 beschreiben ein Verfahren zum Ansteuern von Injektoren in einem Verbrennungsmotor, wobei Mehrfacheinspritzungen mit wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Teileinspritzungen durchgeführt werden. Eine entsprechend durchgeführte Korrekturfunktion kompensiert den Mengeneinfluss der durch die Druckwellen beeinflussten Einspritzungen zur Laufzeit der Brennkraftmaschine durch entsprechende Veränderung der Bestromungsdauer der jeweils betroffenen Einspritzung.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 8 vorgestellt. Es werden weiterhin ein Computerprogramm nach Anspruch 9 sowie ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Es wurde erkannt, dass ein Verdichtungsstoß einer Pumpe, insbesondere einer Hochdruckpumpe, in Kraftstoffversorgungseinrichtungen zu einer Verdichtungs- bzw. Druckwelle in der Kraftstoffversorgungseinrichtung führt. Die auf diese Weise bewirkte Druckwelle breitet sich über die Leitungen in Richtung Rail und von dort auch bis zu den Injektoren aus. Diese Druckwelle führt insbesondere zu unerwünschten Abweichungen der eingespritzten Kraftstoffmenge von der gewünschten Sollmenge. Mit dem beschriebenen Verfahren wird erreicht, diesen Effekt vorherzusagen, so dass dieser in Ausgestaltung kompensiert werden kann. Auf diese Weise kann eine höhere Einspritzmengengenauigkeit erreicht werden.
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Bislang bekannte, eingangs genannte Korrekturansätze hingegen berücksichtigen explizit nicht die Pumpendruckwellen.
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Das vorgestellte Verfahren dient zum Betreiben einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Verbrennungsmotors, wobei die Kraftstoffversorgungseinrichtung eine Pumpe und Injektoren umfasst, wobei die Injektoren mit Steuersignalen angesteuert werden, um Einspritzvorgänge zu bewirken. Bei dem Verfahren wird eine von der Pumpe bewirkte Pumpendruckwelle mit mindestens einem Sensor erfasst, um einen ersten Zeitpunkt, an dem die Pumpendruckwelle am Sensor ankommt, zu bestimmen. Unter Berücksichtigung einer Ausbreitungsdauer der Pumpendruckwelle wird dann ein Startzeitpunkt, an dem die Pumpendruckwelle von der Pumpe erzeugt wird, bestimmt. Dieser Startzeitpunkt wird gespeichert, bspw. in einem Kennfeld hinterlegt, so dass nach Bedarf auf diesen zugegriffen werden kann.
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Das vorgestellte Verfahren hat den Vorteil, dass eine ursachengerechte einfache Korrektur des Einspritzmengenfehlers durch die überlagerten Pumpendruckwellen vorgenommen werden kann.
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Die vorgestellte Anordnung ist zum Durchführen des Verfahrens eingerichtet und ist bspw. in einer Software und/oder Hardware implementiert. Weiterhin kann die Anordnung in einem Steuergerät, bspw. dem Motorsteuergerät, eines Kraftfahrzeugs integriert oder als solches ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführung einer Kraftstoffversorgungseinrichtung.
- 2 zeigt in einem Graphen den Verlauf der Spannung eines Nadelschließsensors.
- 3 zeigt in einem Graphen die Pumpendruckwellenausbreitung zur Verdeutlichung der Pumpendruckwellenkorrektur.
- 4 zeigt die Funktionsidee der Pumpendruckwellenkorrektur.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eine Kraftstoffversorgungseinrichtung 20, die dazu ausgebildet ist, Zylindern einer Brennkraftmaschine Kraftstoff zuzuführen. Im Detail umfasst die Kraftstoffversorgungseinrichtung 20 in Förderrichtung des Kraftstoffs nacheinander einen Tank 22 zur Lagerung des Kraftstoffs, eine elektronische Kraftstoffpumpe 24 als Vorförderpumpe, einen Kraftstofffilter 26, eine Zumesseinheit 28, eine Hochdruckpumpe 30, einen auch als Common-Rail bezeichneten Kraftstoffspeicher 32 und ein Druckregelventil 34. Die genannten Komponenten der Kraftstoffversorgungseinrichtung 20 sind über Leitungen zum Fördern des Kraftstoffs verbunden.
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Üblicherweise ist die Kraftstoffversorgungseinrichtung 20 in zwei Bereiche unterteilt, nämlich einen ersten Bereich für eine Niederdruckversorgung (Niederdruckbereich), der den Tank 22, die Kraftstoffpumpe 24, den Kraftstofffilter 26, die Zumesseinheit 28 und Leitungen umfasst, und einen zweiten Bereich zur Hochdruckversorgung (Hochdruckbereich), der die Hochdruckpumpe 30, den Kraftstoffspeicher 32, das Druckregelventil 34 und Leitungen umfasst.
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Zum Betreiben der Kraftstoffversorgungseinrichtung 20 wird Kraftstoff aus dem Tank 22 über die Kraftstoffpumpe 24 zur Niederdruckversorgung in Richtung des Kraftstofffilters 26 vorgefördert, durch den der Kraftstoff gefiltert wird. Weiterhin wird der vorgeförderte Kraftstoff zu der Zumesseinheit 28 transportiert, mit der eine Fördermenge an Kraftstoff, der zu der Hochdruckpumpe 30 gefördert wird, eingeregelt und somit zu- und/oder abgemessen wird. Die zugemessene Fördermenge an Kraftstoff wird zur Hochdruckversorgung durch die Hochdruckpumpe 30 unter Druck gesetzt und zu dem Kraftstoffspeicher 32 gefördert, worin der unter Druck stehende Kraftstoff gespeichert wird. Der Kraftstoffspeicher 32 ist mit Einspritzventilen 36 einer Einspritzanlage verbunden, wobei jedes Einspritzventil 36 einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Die Einspritzanlage mit den Einspritzventilen 36 kann ebenfalls als Komponente der Kraftstoffversorgungseinrichtung 20 ausgebildet sein. Falls der Druck in der Kraftstoffversorgungseinrichtung 20 zu hoch sein sollte, kann Kraftstoff über das Druckregelventil 34 abgelassen und wieder in den Tank 22 zurückgeführt werden.
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In 1 ist weiterhin ein Steuergerät 38 als Komponente einer Anordnung 40 der hierin beschriebenen Art dargestellt. Das Steuergerät 38 ist mit den Komponenten der Kraftstoffversorgungseinrichtung 20 verbunden und tauscht mit diesen Signale, die als Sensor- und Aktorsignale ausgebildet sein können, aus, so dass das Steuergerät 38 einen Betrieb der Komponenten der Kraftstoffversorgungseinrichtung 20 kontrollieren, d. h. steuern und/oder regeln, kann. Dabei können Aktorsignale bspw. über einen Verlauf, eine Form und/oder eine Höhe eines Stroms, der von dem Steuergerät 38 bereitgestellt wird, eingestellt werden.
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Die beschriebenen Druckwelleneffekte sind streng systematischer Natur und hängen im Wesentlichen von Förderbeginn, dem hydraulischen Kraftstoffdruck, der Kraftstoffsorte sowie der Kraftstofftemperatur im hydraulisch relevanten Leitungssystem ab. Die Herausforderung bei der Pumpe, insbesondere der Hochdruckpumpe 30, ist jedoch die Exemplarstreuung der Pumpe. Diese Streuung führt dazu, dass die Druckwelle bei unterschiedlichen Pumpen, insbesondere unterschiedlichen Hochdruckpumpen, zu verschiedenen Zeitpunkten ausgelöst wird. Es wird nunmehr angestrebt, den Zeitpunkt, bei dem die Welle tatsächlich ausgelöst wird, mit Hilfe vorhandener Sensoren zu ermitteln und zu lernen. Grundlage dafür kann ein insbesondere hochaufgelöster Drucksensor sein, aber auch das Signal des Nadelschließsensors „Needle Closing Sensors (NCS)“ kann verwendet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, andere systemimmanente Messsignale, bspw. Spannungs- und Stromverläufe von mechanischen Stellern, zu nutzen. Aus deren zeitlichen Verlauf kann der Zeitpunkt, zu dem die Druckwelle an dem entsprechenden Sensor ankommt, bestimmt werden. Es wird hierzu auf 2 verwiesen.
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2 zeigt in einem Graphen 50 bspw. den Spannungsverlauf eines NCS. In dem Graphen ist an einer Abszisse 52 die Zeit [ms] und an einer Ordinate 54 die Spannung [V] aufgetragen. Ein Kreis 56 markiert den Zeitpunkt bzw. Zeitraum, an bzw. in dem die Druckwelle der Pumpe, in diesem Fall der Hochdruckpumpe, am Sensor ankommt.
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Zieht man die Ausbreitungsdauer der Welle ab, d. h. die Ausbreitungsdauer der Welle wird berücksichtigt, so ist bekannt, wann die Hochdruckpumpe gefördert hat. Dieser Zeitpunkt wird in einem entsprechenden Kennfeld gelernt bzw. gespeichert. Ist der tatsächliche Zeitpunkt der Pumpenförderung bei späteren Einspritzungen bekannt, kann die von der Hochdruckpumpe ausgelöste Druckwelle in bereits vorhandene Modelle zur Kompensation von Druckwelleneffekten berücksichtigt werden. Damit lässt sich die Genauigkeit der Kraftstoffversorgungseinrichtung weiter erhöhen. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn während der Pumpenförderung eingespritzt wird.
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Eine Kombination der Informationen aus zwei Sensoren, wie bspw. eines Drucksensors und eines Needle Closing Sensors oder von zwei Needle Closing Sensoren, kann darüber hinaus eine Information über die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle im Einspritzsystem liefern und damit erlauben, die Temperatur und kraftstoffbedingte Abweichungen in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zu kompensieren und damit noch genauer zu werden.
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3 verdeutlicht die Pumpendruckwellenkorrektur. Die Darstellung zeigt ein physikalisches Modell 100 einer Pumpenausbreitungswelle bzw. Pumpendruckwelle 102, die von einem Startzeitpunkt 104 von einer Hochdruckpumpe 106 erzeugt wird. Das physikalische Modell 100 modelliert die Pumpendruckwellenausbreitung. Die Pumpendruckwelle 102 erreicht ein Einspritzsystem 108 mit Injektoren 110. Bezugsziffer 112 bezeichnet einen Sensor, bspw. einen NCS. Bezugsziffer 114 bezeichnet weitere Messgrößen aus dem Steuergerät, wie bspw. Temperaturen, Druck, Drehzahl, Einspritzmenge.
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Es werden nunmehr mittels eines neuronalen Netzes 120 Eingangsgrößen des physikalischen Modells 100 berechnet. Bezugsziffer 122 bezeichnet Modelleingänge für das Pumpendruckwellenmodell.
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Dem vorgestellten Verfahren liegt die Idee zu Grunde, den Effekt der Pumpendruckwelle 102 vorherzusagen. Hierzu kann das Signals eines NCS von nicht einspritzenden Sensoren verwendet werden.
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Bei der Modellierung der Pumpendruckwellenausbreitung können Modelleingänge über das neuronale Netz 120 bestimmt werden. Die modellierte Pumpendruckwelle bzw. Mengenwelle kann dann bspw. in einem physikalischen Modell einer Druckwellenkompensationsfunktion als Eingangsgröße genutzt werden.
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Die Ausbreitung der Welle ist zwar bekannt, jedoch ist der Startzeitpunkt 104 aufgrund der Toleranzen nur schwer zu modellieren.
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4 verdeutlicht die Idee der Pumpendruckwellenkorrektur. In einem ersten Schritt 150 wird beispielhaft ein NCS-Signal 152 erfasst. In einem nächsten Schritt 154 wird mit Hilfe eines neuronalen Netzes 156 der Pumpenförderbeginn, d. h. der Zeitpunkt 104 in 3, erkannt. Dann wird in einem nächsten Schritt 160 eine pumpenspezifische Förderbeginnkennlinie 162 eingelernt. Dies ist eine Kennlinie oder ggf. ein Kennfeld, das den pumpenspezifischen Zusammenhang aus den Eingangsgrößen Druck und Fördermenge, bei gegebener Temperatur, zu Förderbeginn wiedergibt.
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Abschließend wird in einem Schritt 164 die Pumpendruckwelle in einem physikalischen Modell zur Druckwellenkompensationsfunktion berücksichtigt.
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Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, die kontrollierte Mengenzumessung eines CR-Injektors unabhängig von der Pumpenanbaulage oder der Exemplarstreuung des Pumpenförderbeginns vorzunehmen. Damit lässt sich eine noch präzisere Einspritzmengenzumessung darstellen, die ansonsten ohne Änderung im CRI-Design nicht realisiert werden könnte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017203715 A1 [0005]
- DE 102015220405 A1 [0005]
