DE10222693B4 - Verfahren und System zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung - Google Patents

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Abstract

Kraftstoffeinspritz-Steuerverfahren unter Benutzung eines Systems mit einer Hochdruckpumpe (52) zum Pumpen von Kraftstoff, einem Kraftstoffdruck-Steuerventil (54), welches in einer Kraftstoff-Bypassleitung angeordnet ist, die einen Ausgangsport und einen Eingangsport der Hochdruckpumpe (52) verbindet, wobei das Kraftstoffdruck-Steuerventil (54) selektiv die Kraftstoff-Bypassleitung öffnet und schließt, und einer Steuereinrichtung (30) zum Steuern des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54) zum Regeln des Kraftstoffdrucks, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Überwachen von Motorenbetriebsbedingungen;
Bestimmen eines optimalen Kraftstoff-Einspritzdrucks auf der Basis der überwachten Motorenbetriebsbedingungen;
Bestimmen eines Ein-/Aus- Zeitpunkts und einer Ein-/Aus-Dauer des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54), sodass sich der Kraftstoffdruck innerhalb einer Kraftstoff-Schiene (40) dem optimalen Kraftstoff-Einspritzdruck annähert;
Öffnen und Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54) gemäß dem bestimmten Ein-/Aus-Zeitpunkt und der bestimmten Ein-/Aus-Dauer des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54);
Bestimmen, ob der Motor startet; und
Halten des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54) im geschlossenen Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer, falls bestimmt wird, dass der Motor startet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, und insbesondere ein Verfahren zur Steuerung des Kraftstoffeinspritzdrucks zur Reduzierung eines unnötigen Leistungsverlustes eines Motors durch Steuern des Ausgangsdrucks einer Hochdruckpumpe.
  • Die EP 1 122 424 A2 beschreibt ein Verfahren zum Ansteuern eines elektromagnetischen Mengen-Steuerventils zur Bedarfssteuerung einer Hochdruckpumpe in einer Brennkraftmaschine. Das Mengensteuerventil ist der Hochdruckpumpe in einem Common-Rail-Direkt-Einspritzsystem parallel geschaltet und verbindet eine Niederdruckseite und eine Hochdruckseite.
  • Die DE 198 34 121 A1 beschreibt eine Kraftstoff-Versorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, mit in Reihe geschalteten Kraftstoffpumpen.
  • Die DE 44 07 166 C1 erläutert eine Kraftstoff-Einspritzanlage, die in einer Hochdruckleitung ein mit einem Rückschlagventil vorgesehenen Bypass aufweist.
  • Im Allgemeinen ist ein Kompressionszündungsmotor ausgerüstet mit einem Kraftstoffeinspritz-Steuersystem zum Steuern des Drucks des eingespritzten Kraftstoffs. Ebenfalls ein Benzin-Direkteinspritzungsmotor (GDI) ist mit einem Kraftstoffeinspritzungs-Steuersystem ausgestattet.
  • Wie in 3 gezeigt, umfasst ein Kraftstoffeinspritzungs-Steuersystem gemäß dem Stand der Technik eine Kraftstoffechiene 103, an der eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritz-Einrichtungen angeschlossen ist, eine Hochdruckpumpe 101 zum Pumpen von Kraftstoff in die Kraftstoff-Schiene 103 und ein Kraftstoffdruck-Steuerventil 107 zum Steuern des Drucks des Kraftstoffs. Das Kraftstoffdruck-Steuerventil 107 ist an der Kraftstoff-Schiene (Rail) 103 angebracht.
  • Eine Motoren-Steuereinheit (im Weiteren als ECU bezeichnet) erzeugt ein Kraftstoff-Rückführungssignal zum Rückführen eines Anteils des Kraftstoffs der Kraftstoff-Schiene 103 zur Hochdruckpumpe 101.
  • Falls das Kraftstoffdruck-Steuerventil 107 gemäß dem Kraftstoff-Rückführungssignal betrieben wird, wird ein Teil des Kraftstoffs der Kraftstoff-Schiene 103 zur Hochdruckpumpe 101 zurückgeführt, sodass der Druck des von der Kraftstoffeinspritz-Einrichtung 105 eingespritzten Kraftstoffs reguliert wird.
  • Bei dem Kraftstoffeinspritzungs-Steuersystem gemäß dem Stand der Technik setzt die Hochdruckpumpe 101 Kraftstoff ohne Berücksichtigung einer Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritz-Einrichtung 105 eingespritzt wird, unter Druck, und das Kraftstoff-Steuerventil 107 führt einen Teil des von der Hochdruckpumpe 101 unter Druck gesetzten Kraftstoffs zur Hochdruckpumpe 101 zurück. Deshalb wird eine hohe Belastung eines Ausgangsports der Hochdruckpumpe 101 aufrechterhalten. Daraus resultierend ist ein Motorenverlust zum Betreiben der Hochdruckpumpe 101 groß.
  • Die vorliegende Erfindung wurde in dem Bestreben geschaffen, die obigen Probleme zu lösen.
    •
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren für ein Kraftstoffeinspritz-Steuersystem zum Steuern eines Ausgangsdrucks eines Ausgangsports einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe auf der Basis von Betriebsbedingungen eines Fahrzeugs zu schaffen, sodass ein Motoren-Leistungsverlust, welcher durch einen unnötigen Betrieb der Hochdruckpumpe verursacht wird, reduziert wird, um den Kraftstoffverbrauch ökonomischer zu gestalten.
  • Das Kraftstoffeinspritz-Steuersystem kann umfassen:
    Eine Kraftstoff-Schiene, an der eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritz-Einrichtungen angeschlossen ist;
    eine Hochdruckpumpe zum Anlegen eines Drucks an den Kraftstoff und zum Liefern des unter Druck gesetzten Kraftstoffs an die Kraftstoffschiene;
    ein Rückschlagventil bzw. Regulierventil, welches zwischen der Hochdruckpumpe und der Kraftstoffschiene angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil bzw. Regulierventil einen Kraftstofffluss von der Hochdruckpumpe zur Kraftstoffschiene leitet;
    ein Kraftstoffdruck-Steuerventil, welches in einer Kraftstoff-Bypassleitung angeordnet ist, die ein Ausgangsport der Hochdruckpumpe und ein Eingangsport der Hochdruckpumpe verbindet, wobei das Kraftstoffdruck-Steuerventil selektiv die Kraftstoff-Bypassleitung öffnet und schließt; und
    eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Öffnungs- und Schließbetriebs des Kraftstoffdruck-Steuerventils auf der Basis der Kraftstoffeinspritzzeit, einer eingespritzten Kraftstoffmenge und einer Verzögerungszeit des Kraftstoffdruck-Steuerventils, so dass der Kraftstoffdruck innerhalb der Kraftstoffschiene einen optimalen Kraftstoffdruck annähert.
  • Vorzugsweise wird der Kraftstoffdruck innerhalb der Kraftstoffschiene durch einen Drucksensor erfasst, welcher an der Kraftstoffschiene angebracht ist, und der optimale Kraftstoffdruck wird durch die Steuereinrichtung auf der Basis der Motorendrehzahl und der Motorenlast berechnet.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritz-Steuerverfahren geschaffen, welches ein System mit einer Hochdruckpumpe zum Pumpen von Kraftstoff, einem Kraftstoffdruck-Steuerventil, welches in einer Kraftstoff-Bypassleitung angeordnet ist, die einen Ausgangsport der Hochdruckpumpe und einen Eingangsport der Hochdruckpumpe verbindet, wobei das Kraftstoffdruck-Steuerventil selektiv die Kraftstoff-Bypassleitung öffnet und schließt, und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Kraftstoffdruck-Steuerventils zum Regulieren des Kraftstoffdrucks umfasst. Dieses Verfahren weist folgende Schritte auf:
    Überwachen der Motorenbetriebsbedingungen;
    Bestimmen eines optimalen Kraftstoff-Einspritzdrucks auf der Basis der überwachten Motorenbetriebsbedingungen;
    Bestimmen eines Ein-/Aus-Zeitpunkts und einer Ein-/Aus-Dauer des Kraftstoffdruck-Steuerventils, sodass sich der Kraftstoffdruck innerhalb einer Kraftstoff-Schiene dem optimalen Kraftstoff-Einspritzdruck annähert;
    Öffnen und Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils gemäß dem bestimmten Ein-/Aus-Zeitpunkt und der bestimmten Ein-/Aus-Dauer des Kraftstoffdruck-Steuerventils;
    Bestimmen, ob der Motor startet; und
    Aufrechterhalten des Kraftstoffdruck-Steuerventils im geschlossenen Zustand für eine vorbestimmte Dauer, falls bestimmt wird, dass der Motor startet.
  • Vorzugsweise wird der Ein-/Aus-Zeitpunkt und die Ein-/Aus-Dauer des Kraftstoffdruck-Steuerventils auf der Basis des Einspritz-Zeitpunkts, einer eingespritzten Kraftstoffmenge und einer Verzögerungszeit des Kraftstoffdruck-Steuerventils bestimmt, wobei die Motorenbetriebsbedingungen zumindest eine von Motorendrehzahl und Motorenlast enthalten; und wobei der Kraftstoffdruck innerhalb der Kraftstoff-Schiene durch einen Drucksensor erfasst wird, der an der Kraftstoff-Schiene angebracht ist.
    •
  • Die begleitenden Zeichnungen, welche angefügt sind und einen Teil der Anmeldung darstellen, illustrieren eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung bevorzugter Ausführungsformen.
  • Es zeigen:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm zum Zeigen des Kraftstoffeinspritz-Steuersystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 einen Fließplan zum Zeigen des Kraftstoffeinspritz-Steuerverfahrens gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
  • 3 ein Blockdiagramm des Kraftstoffeinspritz-Steuersystems gemäß dem Stand der Technik.
  • Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst das Kraftstoffeinspritz-Steuersystem gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Motorendrehzahl-Sensor 10 zum Erfassen einer Motorendrehzahl sowie einen Motorenlast-Sensor 20 zum Erfassen einer Motorenlast.
  • Der Motorenlast-Sensor 20 kann vorzugsweise ein Luftströmungs-Sensor sein, der eine Luftmenge erfasst, die in den Motor ein gesogen wird, oder ein Ansaugverteiler-Drucksensor, der den Druck des Ansaugverteilers erfasst.
  • Eine Motorsteuereinheit 30 (im Weiteren als ECU bezeichnet) berechnet einen optimalen Kraftstoffdruck basierend auf der Motorendrehzahl und Motorenlast, welche von dem Motorendrehzahlsensor 10 und dem Motorenlastsensor 20 erfasst werden.
  • Eine Hochdruckpumpe 52 setzt Kraftstoff, welcher von einem Kraftstofftank 71 zugeführt wird, unter Druck und liefert den unter Druck gesetzten Kraftstoff an eine Kraftstoffschiene 40.
  • Ein Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 ist in einer Kraftstoff-Bypassleitung zum Bypassen eines Teils des Kraftstoffs von einem Ausgangsport der Hochdruckpumpe 52 zu einem Eingangsport der Hochdruckpumpe 52 angeordnet. Das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 kann vorzugsweise ein Ein-/Aus-Spulenventil sein. Das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 schaltet auf einen Ein- oder Aus-Zustand gemäß einem Steuersignal der ECU 30.
  • Falls das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 eingeschaltet (offen) ist, wird ein Teil des Kraftstoffs der Hochdruckpumpe 52 zum Eingangsport der Hochdruckpumpe 52 umgeleitet, so dass der Druck des Kraftstoffs, der von der Hochdruckpumpe 52 ausgegeben wird, abnimmt. Demzufolge wird die Leistung zum Betreiben der Hochdruckpumpe 52 kleiner.
  • Falls andererseits das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 ausgeschaltet (geschlossen) ist, wird von der Hochdruckpumpe 52 unter Druck gesetzter Kraftstoff in die Kraftstoffschiene 40 geleitet.
  • D.h., das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 ermöglicht es, den Kraftstoffdruck in dem Ausgangsport der Hochdruckpumpe 52 zu steuern, bevor der von der Hochdruckpumpe 52 unter Druck ge setzte Kraftstoff an die Kraftstoffschiene 40 durch ein Rückschlagventil bzw. Regulierventil 56 geliefert wird.
  • Eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 60 sind mit der Kraftstoffschiene 40 verbunden, um Kraftstoff von der Kraftstoffschiene 40 an jeden einzelnen Motorenzylinder zu liefern. In 1 sind vier Einspritzeinrichtungen gezeigt, aber die Anzahl von Einspritzeinrichtungen ist darauf nicht beschränkt.
  • Ein Drucksensor 42 ist in der Kraftstoffschiene 40 angeordnet, um den Druck des Kraftstoffs innerhalb der Kraftstoffschiene 40 zu erfassen, und der von dem Drucksensor 42 erfasste Kraftstoffdruck wird an die ECU 30 geliefert.
  • Die ECU 30 vergleicht den berechneten optimalen Kraftstoffdruck mit dem erfassten Kraftstoffdruck und steuert das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 derart, dass der momentane Kraftstoffdruck den optimalen Kraftstoffdruck annähert.
  • Zum Steuern des Kraftstoffdrucks verwendet die ECU 30 Informationen über den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und eine eingespritzte Kraftstoffmenge, da diese Faktoren Einflüsse auf den Kraftstoffdruck innerhalb der Kraftstoffschiene 40 haben, und die ECU 30 berücksichtigt ebenfalls die Verzögerungszeit des Kraftstoffdruck-Steuerventils, so dass sie den Kraftstoffdruck genauer steuern kann.
  • Die Verzögerungszeit des Kraftstoffdruck-Steuerventils ist die Zeitdauer, welche das Kraftstoffdruck-Steuerventil benötigt, um den Kraftstoffdruck nach dem Empfang des Signals von der ECU 30 zu beeinflussen.
  • Die ECU 30 bestimmt den Ein-/Aus-Zeitpunkt und die Ein-/Aus-Dauer des Kraftstoffdruck-Steuerventils 54 auf der Basis des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, einer eingespritzten Kraftstoffmenge und einer Verzögerungszeit des Kraftstoffdruck-Steuerventils 54 und überträgt ein entsprechendes Signal an das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 zum Steuern des Kraftstoffdruck-Steuerventils 54 in den Ein- und Aus-Zustand, so dass der Kraftstoffdruck gesteuert werden kann.
  • Gemäß dem Ein-/Aus-Betrieb des Kraftstoffdruck-Steuerventils 54 variiert eine Kraftstoffmenge, welche dem Rückschlagventil bzw. Regulierventil 56 zugeführt wird, und dadurch variiert ebenfalls ein Ein-/Aus-Grad des Rückschlagventils bzw. Regulierventils 56.
  • Falls das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 aufgeht, wird der Öffnungsgrad des Rückschlagventils bzw. Regulierventils 56 geringer, und der Kraftstoffdruck des Ausgangsports der Hochdruckpumpe 52 nimmt ab. Falls andererseits das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 zugeht, wird der Öffnungsgrad des Rückschlagventils bzw. Regulierventils 56 größer, und der Kraftstoffdruck des Ausgangsports der Hochdruckpumpe 52 nimmt zu.
  • Mit Bezug auf 2 wird das Kraftstoffeinspritz-Steuerverfahren unter Verwendung des obigen Kraftstoffeinspritz-Steuersystems erläutert.
  • Die ECU 30 bestimmt den optimalen Kraftstoffdruck auf der Basis der Motorendrehzahl und der Motorenlast, welche von dem Motorendrehzahlsensor 10 bzw. dem Motorenlastsensor 20 eingegeben werden (S310 und S315).
  • Vorzugsweise entnimmt die ECU 30 den optimalen Kraftstoffdruck unter der vorliegenden Motorendrehzahl und Motorenlast aus einer Tabelle, welche darin gespeichert ist.
  • Dann wird die ECU 30 mit dem momentanen Kraftstoffdruck innerhalb der Kraftstoffschiene 40 von dem Drucksensor 42 beliefert (S320).
  • Die ECU 30 bestimmt den Ein-/Aus-Zeitpunkt und die Ein-/Aus-Dauer des Kraftstoffdruck-Steuerventils 54, so dass der momentane Kraftstoffdruck den optimalen Kraftstoffdruck annähert.
  • Die ECU 30 bestimmt den Ein-/Aus-Zeitpunkt und die Ein-/Aus-Dauer des Kraftstoffdruck-Steuerventils 54 auf der Basis des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge und einer Verzögerungszeit des Kraftstoffdruck-Steuerventils 54 und überträgt ein entsprechendes Signal an das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 zum Steuern des Kraftstoffdruck-Steuerventils 54 in einen Ein- und Aus-Zustand, so dass der Kraftstoffdruck gesteuert werden kann (S325 und S330).
  • Falls die ECU 30 bestimmt, dass der Kraftstoffdruck derart gesteuert werden sollte, dass er erniedrigt wird, steuert die ECU 30 das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 in den Ein-Zustand.
  • Falls das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 sich öffnet, wird der Öffnungsgrad des Rückschlagventils bzw. Regulierventils 56 geringer, und der Kraftstoffdruck des Ausgangsports der Hochdruckpumpe 52 nimmt ab.
  • Falls die ECU 30 bestimmt, dass der Kraftstoffdruck derart gesteuert werden sollte, dass er abnimmt, steuert die ECU 30 das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 in den Aus-Zustand.
  • Falls das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 sich schließt, wird der Öffnungsgrad des Rückschlagventils bzw. Regulierventils 56 größer, und der Kraftstoffdruck des Ausgangsports der Hochdruckpumpe 52 nimmt zu.
  • Da die Hochdruckpumpe 52 nicht genug Kraftstoff an die Kraftstoffschiene 40 während des Motorenstarts liefern kann, steuert die ECU 30 das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 auf den vollständig geschlossenen Zustand, so dass der Kraftstoff an die Hochdruckpumpe 52 durch eine Niederdruckpumpe 73 geliefert wird, welche an dem Kraftstofftank 71 und daher an der Kraftstoffschiene 40 angebracht ist.
  • Falls hierbei die Motorendrehzahl geringer als eine vorbestimmte Drehzahl ist, bestimmt die ECU 30, dass der Motor startet. Beispielsweise kann die vorbestimmte Motorendrehzahl auf 50 UpM eingestellt sein.
  • Falls die ECU 30 bestimmt, dass der Motor startet, steuert die ECU 30 das Kraftstoffdruck-Steuerventil 54 in den vollständig geschlossenen Zustand während einer vorbestimmten Zeitdauer.
  • Bei dem Kraftstoffeinspritz-Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Kraftstoffdruck des Ausgangsports der Hochdruckpumpe durch Rückführung eines Teils des Kraftstoffs gesteuert. Deshalb wird verhindert, dass die Kraftstoffpumpe unnötigerweise unter Druck gesetzt wird, so dass der Motorenverlust zum Betreiben der Kraftstoffpumpe erniedrigt werden kann.

Claims (5)

  1. Kraftstoffeinspritz-Steuerverfahren unter Benutzung eines Systems mit einer Hochdruckpumpe (52) zum Pumpen von Kraftstoff, einem Kraftstoffdruck-Steuerventil (54), welches in einer Kraftstoff-Bypassleitung angeordnet ist, die einen Ausgangsport und einen Eingangsport der Hochdruckpumpe (52) verbindet, wobei das Kraftstoffdruck-Steuerventil (54) selektiv die Kraftstoff-Bypassleitung öffnet und schließt, und einer Steuereinrichtung (30) zum Steuern des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54) zum Regeln des Kraftstoffdrucks, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Überwachen von Motorenbetriebsbedingungen; Bestimmen eines optimalen Kraftstoff-Einspritzdrucks auf der Basis der überwachten Motorenbetriebsbedingungen; Bestimmen eines Ein-/Aus- Zeitpunkts und einer Ein-/Aus-Dauer des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54), sodass sich der Kraftstoffdruck innerhalb einer Kraftstoff-Schiene (40) dem optimalen Kraftstoff-Einspritzdruck annähert; Öffnen und Schließen des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54) gemäß dem bestimmten Ein-/Aus-Zeitpunkt und der bestimmten Ein-/Aus-Dauer des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54); Bestimmen, ob der Motor startet; und Halten des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54) im geschlossenen Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer, falls bestimmt wird, dass der Motor startet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein-/Aus-Zeitpunkt und die Ein-/Aus-Dauer des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54) auf der Basis des Einspritz-Zeitpunkts einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge und einer Verzögerungszeit des Kraftstoffdruck-Steuerventils (54) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorenbetriebsbedingungen zumindest eine von Motorendrehzahl und Motorenlast enthalten.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffdruck innerhalb der Kraftstoff-Schiene (40) durch einen Drucksensor, der an der Kraftstoff-Schiene (40) angebracht ist, erfasst wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen, ob der Motor startet, auf der Basis der Motorendrehzahl durchgeführt wird.
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