DE10296670T5

DE10296670T5 - Verfahren und Einrichtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor, und mit einer solchen Einrichtung ausgerüstetes Fahrzeug

Info

Publication number: DE10296670T5
Application number: DE10296670T
Authority: DE
Inventors: Roger HÄLLEBERG
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2004-04-22
Also published as: SE518924C2; SE0101356D0; SE0101356L; WO2002084101A1

Abstract

Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor, bei dem ein in einer Kraftstoffleitung enthaltenes Ventil (5) geschlossen wird, um eine Einspritzpumpe (3) zu aktivieren, dadurch gekennzeichnet,
– dass die Bewegung eines in dem Ventil (5) enthaltenen Ventilkörpers (9) während der Schließphase überwacht und auf einen für den Energieinhalt des Kraftstoffs maßgebenden Wert bezogen wird, und
– dass die in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge auf der Grundlage dieses Werts gesteuert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor, wobei ein in einer Kraftstoffleitung enthaltenes Ventil geschlossen wird, um eine Einspritzpumpe zu aktivieren.
STAND DER TECHNIK
Einspritzsysteme für heutige Dieselmotoren sind für eine bestimmte vorgegebene Kraftstoffqualität dimensioniert; dies bedeutet, dass eine bestimmte Kraftstoffmenge der Einspritzpumpe zugeführt wird, um bei einer gegebenen Stellung des Gaspedals in den Motor eingespritzt zu werden. Es bestehen jedoch sehr große örtliche und regionale Unterschiede in der Kraftstoffqualität mit dem Ergebnis, dass ein Dieselfahrzeug, das mit einem von der erwarteten Kraftstoffqualität abweichenden Kraftstoff betrieben wird, eine abweichende Leistung hat.
Als Beispiel sei erwähnt, dass ein Fahrer eines Fahrzeugs, das in Südeuropa aufgetankt wird, wo typischerweise Kraftstoff höheren Energieinhalts geliefert wird, die Erfahrung machen wird, dass das Fahrzeug deutlich weniger leistungsfähig ist, wenn es mit einem Kraftstoff von geringerem Energieinhalt betrieben wird, wie er typischerweise in Nordeuropa geliefert wird. Die Erfahrung solcher Leistungsunterschiede kann man auch örtlich auf einzelnen Märkten machen, wo beispielsweise verschiedene Kraftstoffqualitäten zu verschiedenen Jahreszeiten vorkommen. Es kann auch geschehen, dass verschiedene Lieferanten auf demselben Markt verschiedene Kraftstoffqualitäten liefern.
Die Wirkungen unterschiedlicher Kraftstoffqualitäten auf die Fahrzeugleistung stellen ein sehr unerwünschtes Problem dar, das viele Fahrer als einen Defekt des Fahrzeugs wahrnehmen können. Dieses Problem wird von der Tatsache verursacht, dass Kraftstoffqualitäten in ihrem Energieinhalt um bis zu 5 % während eines Jahres auf einem gegebenen Markt variieren können, und um bis zu 10–12% zwischen Märk ten in beispielsweise Nord- und Südeuropa. Im Fahrzeugbetrieb mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten können entsprechende Leistungsunterschiede festgestellt werden.
Da ein Dieselmotor grundsätzlich für Kraftstoff mit dem höchsten vorstellbaren Energieinhalt dimensioniert ist, ist ein optimaler Betrieb mit einem Kraftstoff niedrigeren Energieinhalts unmöglich. Dieses Problem kann sogar dazu führen, dass Eigentümer von Lastwagen sich gezwungen sehen, in Fahrzeuge mit leistungsfähigeren Motoren zu investieren oder Fahrzeuge mit weniger als ihrer Höchstlast zu betreiben, um einen Verlust an Motorleistung auszugleichen.
ZIELE UND WICHTIGSTE KENNZEICHEN DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Probleme des Standes der Technik zu beseitigen oder mindestens zu mildern und ein Verfahren anzugeben, durch welches Fahrzeuge mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten optimaler betrieben werden können.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren und einer Anordnung der in der Einleitung genannten Art mittels der Merkmale in den kennzeichnenden Teilen des Anspruchs 1 bzw. 7 erreicht.
Das Ergebnis ist, dass der Widerstand, auf den der Ventilkörper in seiner Bewegung trifft, von der Kraftstoffqualität hinsichtlich des Energieinhalts abhängig ist. Auf der Grundlage dieser Bewegung und, besonders, des Widerstands des Kraftstoffs gegen die Bewegung ist es möglich, eine Schätzung der Kraftstoffqualität zu machen, die zum Steuern der Kraftstoffmenge verwendet werden kann, welche der Einspritzpumpe für jede Einspritzung geliefert wird.
Insbesondere kann allgemein festgestellt werden, dass ein Kraftstoff mit geringer Viskosität, der somit einer Bewegung des Ventilkörpers einen geringen Widerstand leistet, von geringerer Dichte und somit geringerem Energieinhalt ist. Um gleiche Ergebnisse zu erzielen, muss ein solcher Kraftstoff deshalb den Motor in größeren Mengen zugeführt werden als ein Kraftstoff höherer Viskosität, der eine höhere Dichte und somit einen höheren Energieinhalt aufweist.
Es ist von großem Vorteil, das Ventil der Einspritzpumpe für diese Feststellung der Kraftstoffqualität zu benutzen, da es ein im Einspritzsystem schon vorhandenes Bauteil ist.
Auch ist die Einspritzpumpe in solcher Weise nahe dem Motor angeordnet, dass ihre Temperatur stark von der Motortemperatur abhängt. Die Wirkungen der Umgebungstemperatur auf Messungen sind somit vernachlässigbar. Die Messung der Kraftstoffqualität wird somit nicht nennenswert davon beeinflusst, ob das Fahrzeug in warmem oder kaltem Klima betrieben wird. Als Gesamtergebnis erhält man verlässliche Messungen bei geringstmöglichem wirtschaftlichem Aufwand.
Es ist vorzuziehen, dass die Messungen durch Erfassen in einem zur Einspritzpumpe gehörigen Elektromagneten durchgeführt werden, und besonders dadurch, dass die Länge einer Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der den Elektromagneten erregende Strom angelegt wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der Ventilkörper seinen Sitz erreicht und das Ventil infolgedessen geschlossen ist, als Beschreibung der Bewegung des Ventilkörpers verwendet wird. Diese Zeitpunkte lassen sich mit Bauelementen leicht feststellen, die in dem System schon vorhanden sind; dies bedeutet, dass ihre Verwendung einfach und kostengünstig ist.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, auf die beigefügten Zeichnungen bezogenen ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt schematisch ein Steuersystem gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem Kraftstoffinjektor an einem Dieselmotor dar,
2 stellt in größerem Maßstab einen Teil eines Ventils für eine Einspritzpumpe zur Verwendung bei der Erfindung dar,
3 stellt Kurven dar, die zum Feststellen von Ventilbewegungen verwendet werden, und
4 stellt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
2 stellt schematisch ein Einspritzsystem gemäß der Erfindung dar, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Das dargestellte System ist für einen Verbrennungsmotor der Kolben-Zylinderbauart, beispielsweise einen Dieselmotor, für ein Fahrzeug vorgesehen. Eine Einspritzpumpe 3 ist dazu ausgebildet, in festgelegten Situationen eine abgemessene Menge Kraftstoff in einen Zylinder 2 eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug einzuspritzen.
Der dargestellte Injektor ist von der PDE-Bauart, also eine Einspritzeinheit, bei der die Kraftstoffeinspritzdüse mit der Pumpeneinheit kombiniert, und diese elektronisch gesteuert ist.
Das Einspritzsystem enthält ferner in üblicher Weise eine Pumpe P, die über ihren Auslass gegen einen Druckregler R und gegen einen Elektromagneten 5 arbeitet.
Eine Steuereinheit 4, die eine gesonderte Einheit sein oder in eine Motorsteuerung integriert sein kann, ist dazu ausgebildet, den Betrieb des Einspritzsystems zu steuern. Zu diesem Zweck wird dem Elektromagneten 5 über elektrische Leitungen 7 ein Erregerstrom zugeführt, um den Elektromagneten zu aktivieren. Dieselben Leitungen können auch verwendet werden, um über die Induktion des Ventilkörpers in einer zugeordneten Spule den Zeitpunkt zu registrieren, zu dem der Ventilkörper seinen Sitz erreicht und das Elektromagnetventil somit geschlossen ist.
2 zeigt den Elektromagneten 5 in weiteren Einzelheiten mit einem Ventilkörper 9, der als Reaktion auf die Zuführung des Erregerstroms von der Steuereinheit 4 (1) zu einer Spule 11 in Richtung zu einem Sitz 10 hin bewegbar ist. Die untere Stellung des Ventilkörpers 9 ist diejenige, bei der das Ventil geschlossen ist.
Der Ventilkörper 9 ist in einem mit Kraftstoff gefüllten Raum angeordnet, so dass seine Bewegung von den Viskositätseigenschaften des Kraftstoffs abhängt.
In 3 stellt die Kurve 12 in graphischer Form den Erregerstrom als Funktion der Zeit dar, und die Kurve 13 die Bewegung des Ventilkörpers des Elektromagneten als Funktion der Zeit. In diesem Diagramm bezeichnet t₀ den Beginn des Erregerstroms, und t_s bezeichnet das Auftreffen des Ventilkörpers auf dem Sitz. Dieser Punkt t_s lässt sich leicht feststellen, indem ein Extrempunkt 14 festgestellt wird, dessen Lage durch den Zeitpunkt definiert werden kann, zu dem der vom Ventilkörper induzierte Strom an diesem Punkt ein örtliches Minimum erreicht, da die Bewegung des Ventilkörpers aufhört, wenn dieser seinen Sitz erreicht. Die Zeitspanne zwischen t₀ und t_s beschreibt somit die Bewegung des Ventilkörpers im Gehäuse des Elektromagneten, und es ist festgestellt worden, dass diese Zeitspanne von der Viskosität des Kraftstoffs abhängt. Je höher die Viskosität des Kraftstoffs ist, desto länger ist die Zeitspanne zwischen t₀ und t_s. Da die Viskosität auch ein Maß für die Dichte und den Energieinhalt des Kraftstoffs ist, lässt sich gemäß der Erfindung der erhaltene Wert zum Einstellen der Einspritzung verwenden, um sie an unterschiedliche Kraftstoffqualiltäten anzupassen.
4 zeigt in Form eines einfachen Blockdiagramms eine Sequenz, die in einem Verfahren nach der Erfindung ausgeführt wird; dabei sind die Bezeichnungen folgende:
Bezugszeichen 20 Anfang der Sequenz.
Bezugszeichen 21 Lieferung von Erregerstrom zum Zeitpunkt t₀.
Bezugszeichen 22 Feststellung des Zeitpunktes t_s, zu dem der Ventilkörper auf den Sitz trifft, festgestellt durch eine beliebige bekannte mathematische Methode.
Bezugszeichen 23 Berechnung des Wertes t_s–t₀ durch beispielsweise irgendeine einfache Zeitmessmethode.
Bezugszeichen 24 Abgabe eines die einzuspritzende Kraftstoffmenge angebenden Signals von der Steuereinheit an das Einspritzsystem, besonders an den Elektromagneten.
Bezugszeichen 25 Ende der Sequenz.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass die Messungen in kürzeren oder längeren Zeitintervallen ausgeführt werden. Es ist vorzuziehen, dass die Messungen automatisch initiiert werden, aber sie können auch nach manueller Auslösung ausgeführt werden.
Die Verbindung zwischen der gemessenen Zeitspanne t_s–t₀ über die Treibstoffviskosität – über die Treibstoffdichte – über die zum Einspritzen vorgesehene Treibstoffmenge – und Abgabe des zweiten Steuersignals wird beispielsweise automatisch mittels eines Algorithmus hergestellt. Dies bedeutet, dass es nicht nötig ist, die Zwischenwerte zu berechnen, da die Werte für t_s–t₀ statt dessen veranlasst werden können, direkt zu Steuersignalen von der Steuereinheit an den Elektromagneten zu führen, mit dem Ergebnis, dass die richtige Treibstoffmenge in den Zylinder eingespritzt wird.
Es ist auch möglich, in das System eine Begrenzung einzuführen, durch die eine unbedeutende Anpassung unterdrückt werden kann, wodurch eine Anpassung an Kraftstoffqualitäten vermieden wird, deren Energieinhalt einem Normalwert nahe ist.
Die Erfindung ist vor dem Hintergrund eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung beschrieben worden, kann aber auch auf Dieselmotoren mit indirekter Einspritzung angewandt werden, beispielsweise solche von der Bauart HCCI.
Zusammenfassung
Verfahren und Einrichtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor, und mit einer solchen Einrichtung ausgerüstetes Fahrzeug
Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor wird die Bewegung eines beweglichen Ventilkörpers (9) in einem in einer Kraftstoffleitung enthaltenen Ventil (5) während der Schließphase festgestellt und mit einem für den Energieinhalt des Kraftstoffs bedeutsamen Wert in Beziehung gesetzt, wodurch die Menge des in den Motor eingespritzten Kraftstoffs auf der Grundlage des genannten Wertes gesteuert wird.
1

Claims

Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor, bei dem ein in einer Kraftstoffleitung enthaltenes Ventil (5) geschlossen wird, um eine Einspritzpumpe (3) zu aktivieren, dadurch gekennzeichnet, – dass die Bewegung eines in dem Ventil (5) enthaltenen Ventilkörpers (9) während der Schließphase überwacht und auf einen für den Energieinhalt des Kraftstoffs maßgebenden Wert bezogen wird, und – dass die in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge auf der Grundlage dieses Werts gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Kraftstoffs erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung eines Ventilkörpers (9) in einem Elektromagneten (5) überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne zwischen dem Anlegen eines Erregerstroms an den Elektromagneten (5) bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Ventilkörper (9) einen Sitz (10) erreicht, für die Berechnung des genannten Werts verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, an dem der Ventilkörper (9) den Sitz (10) erreicht, in einer Steuereinheit (4) durch Überwachen eines in dem Elektromagneten (5) induzierten Stromes ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffmenge so gesteuert wird, dass sie von einem Standardwert aus um bis zu 12% steigerbar ist.
Einrichtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritrung in einen Verbrennungsmotor, bei der ein in einer Kraftstoffleitung enthaltenes Ventil (5) dazu eingerichtet ist, zu schließen, um eine Einspritzpumpe (3) zu aktivieren, gekennzeichnet durch – Mittel zum Feststellen der Bewegung eines in dem Ventil (5) enthaltenen Ventilkörpers (9) während der Schließphase, und Mittel zum Inbeziehungsetzen der Bewegung mit einem für den Energieinhalt des Kraftstoffs maßgebenden Wert, und – eine Steuereinheit (4), die auf der Grundlage des genannten Werts die in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge zu steuern vermag.
Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zum Feststellen der Bewegung eines Ventilkörpers (9) in einem Elektromagneten (5).
Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet, durch einen Rechner zum Berechnen der Zeitspanne zwischen dem Anlegen eines Erregerstroms an den Elektromagneten (5) bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Ventilkörper (9) einen Sitz (10) erreicht.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) dazu ausgebildet ist, durch Überwachen eines in dem Elektromagneten (5) induzierten Stromes den Zeitpunkt festzustellen, an dem der Ventilkörper (9) den Sitz (10) erreicht.
Fahrzeug, das von einem Verbrennungsmotor angetrieben ist und eine Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 enthält.