DE10300929A1

DE10300929A1 - Kraftstoffeinspritzsystem und Verfahren zur Bestimmung des Förderdrucks einer Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE10300929A1
Application number: DE10300929A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Eser; Gerhard Dr. Schopp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2003-01-13
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: US20060225706A1; DE10300929B4; EP1583900B1; DE50311352D1; EP1583900A1; WO2004067948A1; US7363916B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoffspeicher (10), dem über zumindest eine erste Pumpe (12) Kraftsoff zugeführt wird und dem über Injektoren (14) Kraftstoff abgeführt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Förderdruck der ersten Pumpe (12) in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur und dem Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoffspeicher, dem über zumindest eine erste Pumpe Kraftstoff zugeführt wird und dem über Injektoren Kraftstoff abgeführt wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Förderdrucks einer ersten Pumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, das einen Kraftstoffspeicher aufweist, dem über die erste Pumpe Kraftstoff zugeführt wird und dem über Injektoren Kraftstoff abgeführt wird.

Bei den gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen wird der Kraftstoff mit zumindest einer Pumpe aus dem Tank in einen Kraftstoffspeicher gefördert, der auch als Kraftstoffrail bezeichnet wird. Über mit dem Kraftstoffspeicher in Verbindung stehende Injektoren wird die Kraftstoffmasse aus dem Kraftstoffspeicher in den Brennraum oder zumindest ein Saugrohr der Brennkraftmaschine eingebracht. Um die geforderte Kraftstoffmasse einspritzen zu können, werden die Injektoren für eine definierte Zeit geöffnet. Der Förderdruck der Pumpe muss hoch genug sein, um eine Kavitation durch Verdampfung von Kraftstoff im System vermeiden zu können, wobei es im Wesentlichen von der Kraftstofftemperatur und dem Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs abhängt, bei welchem Druck der Kraftstoff verdampft. Selbst wenn die Kraftstofftemperatur zur Bestimmung des Sollwertes für den Förderdruck herangezogen wird, ist es immer noch erforderlich, zur sicheren Vermeidung von Kavitation einen entsprechenden Vorhalt im Kraftstoffdruck für Kraftstoffe mit hoher Verdampfungsneigung vorzusehen, beispielsweise für Winterkraftstoffe oder sogenannte "Worst-Case-Kraftstoffe".

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsysteme und die gattungsgemäßen Verfahren derart weiterzubilden, dass der Energieverbrauch für den Antrieb der Pumpe und somit der Kraftstoffverbrauch gesenkt sowie eine Kavitation durch Verdampfung von Kraftstoff weiterhin vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Förderdruck der ersten Pumpe in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur und dem Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs eingestellt wird. Da bei dieser Lösung die aktuellen Kraftstoffeigenschaften in die Einstellung des Förderdrucks beziehungsweise die Berechnung des Sollwertes für den Förderdruck eingehen, ist es nicht länger erforderlich, einen entsprechenden Vorhalt im Kraftstoffdruck für Kraftstoffe mit hoher Verdampfungsneigung, wie beispielsweise die genannten Winterkraftstoffe oder die genannten Worst-Case-Kraftstoffe vorzusehen, so dass der Energieverbrauch der Pumpe und damit der Kraftstoffverbrauch insgesamt gesenkt werden kann.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems ist weiterhin vorgesehen, dass der Förderdruck der ersten Pumpe auf einen Mindestwert eingestellt wird, bei dem eine Kavitation durch Verdampfung von Kraftstoff gerade vermieden wird. Dadurch wird der Energieverbrauch der Pumpe soweit wie möglich verringert.

Bei bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems ist vorgesehen, dass der Förderdruck der ersten Pumpe von einer Steuer- und/oder Regelungseinrich tung eingestellt wird, welche die erste Pumpe ansteuert. Im Falle einer Regelungseinrichtung ist hinter der Pumpe vorzugsweise ein Kraftstoffdrucksensor vorgesehen, der einen Kraftstoffdruck-Istwert beziehungsweise ein entsprechendes Signal liefert, das der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zugeführt wird. Letztere berechnet in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur und dem Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs einen Kraftstoffdruck-Sollwert. Dabei kann die Kraftstofftemperatur beispielsweise über ein Kraftstofftemperaturmodell ermittelt werden, und das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs kann über eine Startmengenadaption bestimmt werden, was später noch näher erläutert wird. Anhand eines Vergleichs des Kraftstoffdruck-Istwertes mit dem Kraftstoffdruck-Sollwert kann dann eine geeignete Pumpenansteuerung berechnet werden.

Wie bereits erwähnt, kann bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems vorgesehen sein, dass die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung die Kraftstofftemperatur durch Modellbildung ermittelt. Beispielsweise kann über ohnehin durch Sensoren erfasste Temperaturen, wie beispielsweise die Kühlwassertemperatur und so weiter, auf die momentane Kraftstofftemperatur geschlossen werden.

Alternativ kommen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung die von einem Temperatursensor erfasste Kraftstofftemperatur zugeführt wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Temperatursensor die Kraftstofftemperatur hinter der Pumpe erfasst.

Weiterhin kommen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs durch Modellbildung ermittelt. Eine Modellbildung wird in diesem Zusammenhang bevor zugt, weil eine direkte Bestimmung des Verdampfungsverhaltens des Kraftstoffs im Kraftfahrzeug vergleichsweise aufwendig ist. Der Grundgedanke der Erfindung umfasst jedoch beliebige Möglichkeiten, der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung das Verdampfungsverhalten des getankten Kraftstoffs mitzuteilen.

Insbesondere wenn das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs durch Modellbildung ermittelt wird, kommen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems in Betracht, bei denen vorgesehen ist, dass das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs über einen Kraftstoffmengenadaptionsalgorithmus ermittelt wird. Der Kraftstoffmengenadaptionsalgorithmus ist bei vielen gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystemen ohnehin vorgesehen, um die eingespritzte Kraftstoffmenge einzustellen. Da auch die einzuspritzende Kraftstoffmenge vom Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs abhängt, kann durch den Kraftstoffmengenadaptionsalgorithmus in besonders einfacher Weise direkt oder indirekt auf das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs geschlossen werden.

Zusätzlich oder alternativ kann bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Verdampfungsverhaltens des Kraftstoffs ein Lambdasondenausgangssignal herangezogen wird. Wird die gleiche Menge von Kraftstoffen mit unterschiedlichem Verdampfungsverhalten eingespritzt, so werden unterschiedliche Lambdasondenausgangssignale erhalten. Daher ist es beispielsweise möglich, ein Kennfeld vorzusehen, in dem über das Lambdasondenausgangssignal auf das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs geschlossen werden kann.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems ist vorgesehen, dass die erste Pumpe eine Niederdruckpumpe ist, und dass der Niederdruckpumpe eine zweite Pumpe in Form einer Hochdruckpumpe nachgeschaltet ist. Bei der Hochdruckpumpe kann es sich ins besondere um eine Hochdruckpumpe mit gesteuertem beziehungsweise geregeltem Massenstrom handeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass der Förderdruck der ersten Pumpe in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur und dem Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs eingestellt wird. Durch diese Lösung werden die Vorteile des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems in gleicher oder ähnlicher Weise erzielt, weshalb zur Ausführung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen wird.

Gleiches gilt sinngemäß für die nachfolgend angegebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei auch diesbezüglich auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem verwiesen wird.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Förderdruck der ersten Pumpe auf einen Mindestwert eingestellt wird, bei dem eine Kavitation durch Verdampfung von Kraftstoff gerade vermieden wird.

Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass der Förderdruck der ersten Pumpe von einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung eingestellt wird, welche die erste Pumpe ansteuert.

Weiterhin können bestimmte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorsehen, dass die Kraftstofftemperatur durch Modellbildung ermittelt wird.

Alternativ kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Kraftstofftemperatur über einen Temperatursensor erfasst wird.

Auch für das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt, dass das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs durch Modellbildung ermittelt wird.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs über einen Kraftstoffmengenadaptionsalgorithmus ermittelt wird.

Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zur Ermittlung des Verdampfungsverhaltens des Kraftstoffs ein Lambdasondenausgangssignal herangezogen wird.

Auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es als besonders vorteilhaft erachtet, dass die erste Pumpe eine Niederdruckpumpe ist, und dass der Niederdruckpumpe eine zweite Pumpe in Form einer Hochdruckpumpe nachgeschaltet ist.

Die Erfindung ermöglicht es insbesondere, den notwendigen Sollwert für den Förderdruck einer Kraftstoffniederdruckpumpe derart zu bestimmen, dass eine Kavitation (gerade) vermieden wird. Dies kann in vorteilhafter Weise durch Modellierung der Kraftstofftemperatur aufgrund verschiedener bereits in der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung vorhandener Mess- beziehungsweise Modellwerte sowie die Einrechnung von Adaptionswerten aus der Kraftstoffmengenadaption, insbesondere der Kraftstoffstartmengenadaption erfolgen. Die Startmengenadaption ist eine Funktionalität, die in Abhängigkeit des Verdampfungsverhaltens des Kraftstoffs die beim Start eingespritzte Kraftstoffmenge anpasst. Beispielsweise durch die Absenkung des Kraftstoffdruck-Sollwertes im Vorlauf einer Hochdruckpumpe auf einen Mindestwert kann eine Kraftstoffeinsparung aufgrund der verminderten Förderleistung der Kraftstoffniederdruckpumpe erreicht werden.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 beispielhafte Dampfdruckkurven von handelsüblichen Kraftstoffen;
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems; und
3 ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.
1 veranschaulicht beispielhafte Dampfdruckkurven von handelsüblichen Kraftstoffen. Dabei sind von oben nach unten die Kurven für einen sogenannten Worst-Case-Kraftstoff, einen üblichen europäischen Winterkraftstoff und einen üblichen europäischen Sommerkraftstoff dargestellt. Der Darstellung von 1 ist zu entnehmen, dass bei Worst-Case-Kraftstoffen ein höherer Druck als bei üblichen europäischen Sommerkraftstoffen erforderlich ist, um eine Kavitation durch Verdampfung von Kraftstoff zu vermeiden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems. Derartige Einspritzsysteme werden auch als Common-Rail-Einspritzsysteme bezeichnet. Das dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem weist ein Rail beziehungsweise einen Kraftstoffspeicher 10 auf, dem mehrere Injektoren 14 zugeordnet sind, über die Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 10 in die Brennräume oder ein Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Injektoren 14 werden von einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 16 angesteuert, um für eine von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 16 bestimmte Zeit dauer zu öffnen. Der Kraftstoffspeicher 10 steht über eine Hochdruckleitung 28 mit dem Ausgang einer massenstromgeregelten Hochdruckpumpe 18 in Verbindung. Die Saugseite der Hochdruckpumpe 18 steht über eine Niederdruckleitung 26 mit dem Auslass einer Niederdruckpumpe 12 in Verbindung. Die Saugseite der Niederdruckpumpe 12 steht über eine Ansaugleitung 24 mit einem Kraftstofftank 20 in Verbindung, aus dem Kraftstoff angesaugt werden kann. Der Förderdruck der Niederdruckpumpe 12 wird von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 16 eingestellt. Weiterhin wird der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 16 das Ausgangssignal eines in der Niederdruckleitung 26 angeordneten Drucksensors 22 zugeführt.
Die Regel- und/oder Steuereinrichtung 16 verfügt über Modelle zur Bestimmung der Kraftstofftemperatur und des Verdampfungsverhaltens des Kraftstoffs, der momentan in dem Kraftstofftank 20 vorhanden ist. Diese Modelle können die Ausgangssignale von nicht dargestellten jedoch ohnehin vorhandenen Sensoren auswerten. Insbesondere hinsichtlich der Kraftstofftemperatur wäre es in relativ einfacher Weise alternativ möglich, einen Temperatursensor in oder an der Niederdruckleitung 26 vorzusehen. Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 16 berechnet anhand der Kraftstofftemperatur und dem Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs einen Förderdruck-Sollwert und vergleicht diesen mit einem über den Drucksensor 22 ermittelten Istwert, um den Förderdruck der Niederdruckpumpe 12 dem Förderdruck-Sollwert geeignet nachzuführen. Sofern in dem Kraftstofftank 20 Kraftstoff mit einer höheren Verdampfungsneigung enthalten ist, ergibt sich für den Förderdruck-Sollwert ein höherer Wert als in einem Fall, in dem ein Kraftstoff mit niedrigerer Verdampfungsneigung in dem Kraftstofftank 20 enthalten ist. Auf diese Weise gelingt es, den Förderdruck-Sollwert auf einem Mindestwert zu halten, bei dem eine Kavitation durch Verdampfung von Kraftstoff gerade vermieden wird. Im Vergleich zu bekannten Lösungen wird die zum Antrieb der Niederdruckpumpe 12 erforderliche Energie verringert, was zu einer Kraftstoffeinsparung führt.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Das dargestellte Verfahren beginnt beim Schritt S1. In Schritt S2 wird die Kraftstofftemperatur durch Modellbildung erfasst. Zu diesem Zweck kann in besonders vorteilhafter Weise über die ohnehin bekannte Kühlwassertemperatur auf die momentane Kraftstofftemperatur geschlossen werden. Im Schritt S3 wird das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffes durch Modellbildung erfasst. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das Lambdasondenausgangssignal herangezogen werden, weil unterschiedliche Lambdasondenausgangssignale erhalten werden, wenn gleiche Mengen von Kraftstoffen mit unterschiedlichem Verdampfungsverhalten eingespritzt werden. Im Schritt S4 wird der Förderdruck der Niederdruckpumpe in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur und dem Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs über ein Kennfeld bestimmt, beispielsweise über ein Kennfeld, wie es in 1 dargestellt ist. Der Förderdruck der Niederdruckpumpe wird dabei vorzugsweise derart bestimmt, dass eine Kavitation durch Verdampfung von Kraftstoff gerade vermieden wird. Beim Schritt S5 endet die dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoffspeicher (10), dem über zumindest eine erste Pumpe (12) Kraftstoff zugeführt wird und dem über Injektoren (14) Kraftstoff abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderdruck der ersten Pumpe (12) in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur und dem Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs eingestellt wird.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderdruck der ersten Pumpe (12) auf einen Mindestwert eingestellt wird, bei dem eine Kavitation durch Verdampfung von Kraftstoff gerade vermieden wird.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderdruck der ersten Pumpe von einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (16) eingestellt wird, welche die erste Pumpe (12) ansteuert.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (16) die Kraftstofftemperatur durch Modellbildung ermittelt.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (16) die von einem Temperatursensor erfasste Kraftstofftemperatur zugeführt wird.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (16) das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs durch Modellbildung ermittelt.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs über einen Kraftstoffmengenadaptionsalgorithmus ermittelt wird.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Verdampfungsverhaltens des Kraftstoffs ein Lambdasondenausgangssignal herangezogen wird.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe eine Niederdruckpumpe (12) ist, und dass der Niederdruckpumpe (12) eine zweite Pumpe in Form einer Hochdruckpumpe (18) nachgeschaltet ist.
Verfahren zur Bestimmung des Förderdrucks einer ersten Pumpe (12) eines Kraftstoffeinspritzsystems, das einen Kraftstoffspeicher (10) aufweist, dem über die erste Pumpe (12) Kraftstoff zugeführt wird und dem über Injektoren (14) Kraftstoff abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderdruck der ersten Pumpe (12) in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur und dem Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderdruck der ersten Pumpe (12) auf einen Mindestwert eingestellt wird, bei dem eine Kavitation durch Verdampfung von Kraftstoff gerade vermieden wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderdruck der ersten Pumpe von einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung (16) eingestellt wird, welche die erste Pumpe (12) ansteuert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstofftemperatur durch Modellbildung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstofftemperatur über einen Temperatursensor erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs durch Modellbildung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs über einen Kraftstoffmengenadaptionsalgorithmus ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Verdampfungsverhaltens des Kraftstoffs ein Lambdasondenausgangssignal herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpe eine Niederdruckpumpe (12) ist, und dass der Niederdruckpumpe (12) eine zweite Pumpe in Form einer Hochdruckpumpe (18) nachgeschaltet ist.