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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft zunächst
ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem eine
Antriebswelle einer Kraftstoffpumpe von der Brennkraftmaschine angetrieben
und der Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe in mindestens eine Kraftstoff-Sammelleitung
gefördert
wird, von der er über mindestens
eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung in mindestens einen Brennraum
gelangt, und bei dem die Menge des von der Kraftstoffpumpe in die
Kraftstoff-Sammelleitung geförderten
Kraftstoffs mittels einer Ventileinrichtung eingestellt wird, welche
eine Auslassseite der Kraftstoffpumpe wenigstens zeitweise mit einem
Niederdruckbereich verbinden (Absteuerphase) und von diesem trennen
(Förderphase) kann.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium,
ein Steuer- und/oder Regelgerät
sowie eine Brennkraftmaschine.
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Ein
Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der
DE 195 39 885 A1 bekannt.
In dieser wird eine Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine
mit Kraftstoff-Direkteinspritzung beschrieben. Eine erste, elektrisch
angetriebene Kraftstoffpumpe fördert
den Kraftstoff aus einem Kraftstoff-Vorratsbehälter über eine Kraftstoffverbindung zu
einer zweiten, von der Brennkraftmaschine mechanisch angetriebenen
Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Diese
zweite Kraftstoffpumpe ihrerseits fördert den Kraftstoff über eine
Kraftstoff-Sammelleitung ("Rail") zu mehreren Kraftstoff-Einspritzventilen.
Diese spritzen den Kraftstoff direkt in ihnen unmittelbar zugeordnete
Brennräume
ein.
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Die
Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist mechanisch mit einer Abtriebswelle
der Brennkraftmaschine gekoppelt. Sie arbeitet also proportional
zur Drehzahl der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine. Diese Drehzahl
kann sehr unterschiedlich sein. Bei der Abtriebswelle kann es sich
beispielsweise um eine Kurbelwelle oder um eine Nockenwelle der
Brennkraftmaschine handeln.
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Um
die von der zweiten Kraftstoffpumpe in die Kraftstoff-Sammelleitung geförderte Kraftstoffmenge
unabhängig
von der Drehzahl der Brennkraftmaschine einstellen zu können, ist
ein elektromagnetisches Mengensteuerventil vorgesehen. Mit diesem kann
eine Auslassseite der zweiten Kraftstoffpumpe mit einer Niederdruckseite
der zweiten Kraftstoffpumpe verbunden werden. In einer anderen Schaltstellung
des Mengensteuerventils ist diese Verbindung unterbrochen. Ist die
Verbindung geöffnet,
wälzt die zweite
Kraftstoffpumpe den Kraftstoff von ihrer Hochdruckseite auf die
Niederdruckseite. Eine Förderung in
die Kraftstoff-Sammelleitung
findet also nicht statt.
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Aus
der
DE 197 31 102
A1 ist bekannt, während
eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine ein Umschaltventil, welches ähnlich wie
das oben genannte Mengensteuerventil angeordnet ist, zu öffnen. Während des
Schubbetriebs der Brennkraftmaschine wird somit kein Kraftstoff
von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe gefördert.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass der Kraftstoff mit möglichst
hoher Präzision
in die Brennräume
der Brennkraftmaschine eingebracht werden kann, bei gleichzeitig
hoher Lebensdauer und möglichst
geringer Leistungsaufnahme der Kraftstoffpumpe.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass dann, wenn die Kraftstoffpumpe insgesamt Kraftstoff fördert, die
Anzahl der Förderphasen
der Kraftstoffpumpe pro Umdrehung der Antriebswelle (Förderrate) von
mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine abhängt.
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Bei
einem Computerprogramm wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst, indem
dieses Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens der obigen
Art programmiert und auf einem Speichermedium gespeichert ist.
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Bei
einem elektrischen Speichermedium wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
auf ihm ein Computerprogramm der obigen Art abgespeichert ist.
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Bei
einem Steuer- und Regelgerät
ist die Aufgabe dadurch gelöst,
dass es zur Anwendung in einem Verfahren der obigen Art programmiert
ist.
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Bei
einer Brennkraftmaschine wird die obige Aufgabe dadurch gelöst, dass
sie ein Steuer- und/oder Regelgerät umfasst, welches zur Anwendung
in einem Verfahren dar obigen Art programmiert ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die Vorteile eines Betriebskonzepts, bei dem die Kraftstoffpumpe
nur eine geringe Anzahl von Förderphasen
(beispielsweise nur eine einzige) pro Umdrehung der Antriebswelle
aufweist, und eines solchen Betriebskonzepts, bei dem die Kraftstoffpumpe
eine größere Anzahl
(beispielsweise drei) von Förderphasen
pro Umdrehung der Antriebswelle aufweist, miteinander kombiniert
werden.
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Ein
Vorteil einer Förderung
mit wenigen Förderphasen
pro Umdrehung der Antriebswelle liegt in der geringen thermischen
Belastung der Kraftstoffpumpe. Bei der Kompression des Kraftstoffs
in der Kraftstoffpumpe wird dieser nämlich erwärmt. Ist die Auslassseite der
Kraftstoffpumpe nur vergleichsweise selten mit dem Niederdruckbereich
verbunden, wird nur eine vergleichsweise geringe Menge dieses erwärmten Kraftstoffes
zum Niederdruckbereich hin zurückgefördert, so
dass sich die Kraftstoffpumpe insgesamt weniger erwärmt.
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Ferner
hat eine geringe Anzahl von Förderphasen
pro Umdrehung der Antriebswelle eine geringere Leistungsaufnahme
der Kraftstoffpumpe zur Folge, da deren Totvolumen weniger häufig komprimiert
werden muss. Bei einer geringeren Anzahl von Förderphasen kann unter Umständen auch
eine größere maximale
Menge pro Umdrehung der Antriebswelle gefördert werden. Grund hierfür ist die
Tatsache, dass die Anzahl der Öffnungs-
und Schließphasen
der Ventileinrichtung und der Verdichtungsphasen insgesamt geringer
ist und so mehr Zeit für
die eigentliche Förderung
bleibt.
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Eine
größere Anzahl
von Förderphasen
der Kraftstoffpumpe pro Umdrehung der Antriebswelle hat dagegen
Vorteile im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit des Förderdruckverlaufs.
Es kommt daher zu geringeren Schwankungen des Kraftstoffdrucks in der
Kraftstoff-Sammelleitung, was die Genauigkeit bei der Zumessung
des Kraftstoffes in die Brennräume
verbessert. Durch die Gleichmäßigkeit
des Druckverlaufs in der Kraftstoff-Sammelleitung werden auch die
entsprechenden Bauteile weniger stark belastet, was sich positiv
auf die Lebensdauer der entsprechenden Komponenten auswirkt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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In
einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vorgeschlagen, dass die Förderrate
von einer Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine, und/oder von
der einzuspritzenden Kraftstoffmenge abhängt. Ist nur wenig Kraftstoff
einzuspritzen, kann eine geringe Förderrate gewählt werden
mit den entsprechenden Vorteilen. Dabei sind wegen der geringen
aus der Kraftstoff-Sammelleitung entnommenen Kraftstoffmengen die
Druckunterschiede in der Kraftstoff-Sammelleitung zwischen einzelnen Einspritzungen
vergleichsweise gering, so dass hierdurch die entsprechenden Bauteile
nicht übermäßig belastet
und die Genauigkeit der Zumessung der eingespritzten Kraftstoffmenge
nicht wesentlich beeinträchtigt
wird.
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Auch
bei einer hohen Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine kann eine
geringe Förderrate gewählt werden,
um eine Überhitzung
der Kraftstoffpumpe zu vermeiden. Bei einer normalen Betriebstemperatur
der Brennkraftmaschine und/oder bei einer großen einzuspritzenden Kraftstoffmenge
wird dagegen eine vergleichsweise hohe Förderrate gewählt werden,
um die entsprechenden Vorteile zu erzielen. Bei diesem Verfahren
können
die erfindungsgemäßen Vorteile
durch Auswertung von ohnehin erfassten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine erzielt
werden.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass ein Abstand einer ersten Förderphase
eines Förderintervalls
mit einer bestimmten Förderrate
(Förderratenintervall)
von der letzten Förderphase
eines vorhergehenden Förderratenintervalls
und/oder eine Dauer der ersten Förderphase
eines neuen Förderratenintervalls
vor der Änderung
der Förderrate
ermittelt werden beziehungsweise wird. Hierdurch werden Drucküberschwinger
während
der Änderung
von einer Förderrate
auf eine andere Förderrate
vermieden.
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Besonders
vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn die
Mitte einer letzten Förderphase
eines bestimmten Förderratenintervalls zu
der Mitte der ersten Förderphase
eines anderen Förderratenintervalls
wenigstens in etwa um einen Wartewinkel (W) einer Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine auseinanderliegt, welcher nach folgender Formel
berechnet wird:
wobei X = Förderrate
vor der Umschaltung und Y = Förderrate
nach der Umschaltung ist.
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Hierdurch
wird eine Abweichung des tatsächlichen
Drucks in der Kraftstoff-Sammelleitung vom Solldruck bei einer Änderung
auf eine größere Förderrate
vermieden. Durch den besagten Winkel wird nämlich sichergestellt, dass
der tatsächliche Druck
ungefähr
nach der Hälfte
der ersten Förderphase
nach der Änderung
ungefähr
auf Höhe
des Solldruckes liegt.
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Vorgeschlagen
wird auch, dass eine Verringerung der Förderrate nur zugelassen wird,
wenn bei einer Winkellage der Kurbelwelle, welche der aktuellen
Winkellage zuzüglich
dem Wartewinkel entspricht, eine Förderphase zulässig ist.
Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass zur Vereinfachung
der Steuerung und Regelung Förderphasen nur
bei bestimmten Kurbelwinkeln der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
zulässig
sein können.
So ist bei einer Einfachförderung,
also nur einer Förderphase
pro Umdrehung der Antriebswelle üblicherweise eine
Förderung
nur bei einem Winkel der Kurbelwelle zulässig, bei dem eine Einspritzung
in den ersten Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgt.
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Nachfolgend
werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung im Detail erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einer Hochdruck- Kraftstoffpumpe,
einem Mengensteuerventil, und einer Kraftstoff-Sammelleitung;
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2 ein Diagramm, in dem der
Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Sammelleitung, eine Förderphase
des Mengensteuerventils, und Einspritzphasen über einem Kurbelwinkel in einem
ersten Betriebszustand der Brennkraftmaschine von 1 aufgetragen sind;
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3 ein Diagramm ähnlich 2, für einen zweiten Betriebszustand
der Brennkraftmaschine von 1;
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4 ein Diagramm ähnlich 2, für einen dritten Betriebszustand
der Brennkraftmaschine von 1;
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5 ein Diagramm ähnlich 2, welches eine Erhöhung einer
Förderrate
der Kraftstoffpumpe von 1 zeigt;
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6 ein Diagramm ähnlich 2, welches eine Verringerung
der Förderrate
der Kraftstoffpumpe von 1 zeigt;
und
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7 ein Flussdiagramm, welches
ein Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine von 1 zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 trägt eine Viertakt-Brennkraftmaschine
insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie treibt ein Kraftfahrzeug
an, welches in 1 nicht
dargestellt ist.
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Zu
der Brennkraftmaschine 10 gehört ein Kraftstoffsystem 12.
Dieses umfasst einen Kraftstoffbehälter 14, aus dem eine
elektrische Kraftstoffpumpe 16 fördert. Die elektrische Kraftstoffpumpe 16 fördert zu
einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18,
welche durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist. Einlassseitig
ist in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 zunächst ein
Rückschlagventil 20 und
dann die eigentliche Fördereinheit 22 angeordnet.
Auslassseitig von der Fördereinheit 22 ist
nochmals ein Rückschlagventil 24 angeordnet.
Bei der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 handelt
es sich vorliegend um eine Dreizylinder-Radialkolbenpumpe, wobei
allerdings nur die Komponenten eines Zylinders dargestellt sind.
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Die
von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 geförderte Kraftstoffmenge
wird von einem Mengensteuerventil 26 eingestellt. Dieses
ist in seiner Ruhestellung geöffnet
und verbindet die Auslassseite der Fördereinheit 22 mit
der Einlassseite. In einer geschlossenen Schaltstellung ist diese
Verbindung unterbrochen. Die Schaltstellungen werden mittels eines
Elektromagneten 27 gewechselt.
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Die
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 fördert zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 28,
welche auch als "Rail" bezeichnet wird.
An diese sind insgesamt sechs Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 30 angeschlossen,
wobei aus Gründen
der Übersichtlichkeit in 1 nur eine der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen
mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 30 spritzen
den Kraftstoff direkt in ihnen jeweils zugeordnete Brennräume 32 ein.
Auch hier ist nur einer der Brennräume mit Bezugszeichen versehen.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird eine Kurbelwelle 34 in
Drehung versetzt. Diese treibt auf in Figur nicht näher dargestellte
Art und Weise eine Antriebswelle 36 der Fördereinheit 22 der
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 an,
wobei zwei Kurbelwellenumdrehungen eine Umdrehung der Antriebswelle
bewirken.
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Die
Winkelstellung der Kurbelwelle 34 wird von einem Sensor 38,
die Temperatur eines in 1 nicht
im Detail dargestellten Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine 10 von
einem Sensor 40, und der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 von
einem Sensor 42 erfasst. Die Signale der Sensoren 38, 40 und 42 werden
einem Steuer- und Regelgerät 44 zugeführt, welches
wiederum den Elektromagnet 27 des Mengensteuerventils 26 ansteuert
und eine Menge MI des einzuspritzenden Kraftstoffs bestimmt. Die Ansteuerung
erfolgt dabei gemäß einem
Verfahren, welches als Computerprogramm auf einem Speicher 46 des
Steuer- und Regelgeräts 44 abgespeichert
ist.
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Die
Menge des von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 zur Kraftstoff-Sammelleitung 28 geförderten
Kraftstoffes wird mit Hilfe des Mengensteuerventils 26 eingestellt.
Ist das Mengensteuerventil 26 geschlossen, wird der Kraftstoff
zur Kraftstoff-Sammelleitung 28 gefördert. Diese Phase wird auch
als "Förderphase" bezeichnet. Ist
das Mengensteuerventil 26 dagegen offen, wird kein Kraftstoff
zur Kraftstoff-Sammelleitung 28 gefördert. Stattdessen wird der
Kraftstoff weitgehend drucklos zur Einlassseite zurückgefördert. Diese
Phase wird auch als "Absteuerphase" bezeichnet.
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Bei
der in 1 dargestellten
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 können pro Umdrehung der Antriebswelle 36 der
Fördereinheit 22 mehrere Förderphasen
oder auch nur eine Förderphase
vorgesehen sein. Dies wird abhängig
von den Signalen der Sensoren 38, 40 und 42 und
von der Einspritzmenge MI festgelegt. Die Anzahl der Förderphasen der
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 pro Umdrehung der Antriebswelle 36 wird
auch als "Förderrate" oder "Ansteuerhäufigkeit" bezeichnet.
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In 2 ist eine erste Betriebssituation
der Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Bei dieser ist nur eine
Förderphase 48 pro
Umdrehung der Antriebswelle 36 vorgesehen (die in 2 und den nachfolgenden
Diagrammen angegebenen Winkelangaben beziehen sich auf den Kurbelwinkel
der Kurbelwelle 34; die Antriebswelle 36 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 dreht
sich mit der halben Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 34;
ein Kurbelwinkelbereich von 720° entspricht
also einer Umdrehung der Antriebswelle 36 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18).
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Die
Förderphase 48 in 2 ist vergleichsweise lang
und erstreckt sich von einem Kurbelwinkel von ungefähr 10° bis zu einem
Kurbelwinkel von ungefähr
240°. Die
Einspritzungen durch eine der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 30 sind
in 2 mit 50 bezeichnet.
Aus der Breite der Einspritzimpulse 50 erkennt man, dass
eine eher große
Kraftstoffmenge MI eingespritzt werden soll. Der Verlauf des Drucks PR
in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 trägt das Bezugszeichen 52.
Man erkennt, dass – ein
konstanter Solldruck in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 vorausgesetzt – bei einer
Förderrate
von nur einer Förderphase 48 pro
Umdrehung der Antriebswelle 36 die gesamte von den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 30 während eines
Arbeitsspiels eingespritzte Kraftstoffmenge MI während der einen Förderphase 48 in die
Kraftstoff-Sammelleitung 28 gefördert werden muss.
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Nach
dem Ende der Förderphase 48 ergibt sich
zunächst
ein vergleichsweise hoher Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Sammelleitung 28,
welcher dann auf Grund der Einspritzungen 50 deutlich auf den
Ausgangsdruck zu Beginn der Förderphase 48 abfällt. Eine
Förderrate
mit einer einzelnen Förderphase 48 pro
Umdrehung der Antriebswelle 36 wird, bei großen einzuspritzenden
Kraftstoffmengen MI, beispielsweise nur dann gewählt werden, wenn der Sensor 40 eine
relativ hohe Temperatur des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine 10 erfasst.
Dies hat folgenden Grund:
Während
einer Kompressionsphase in der Fördereinheit 22 wird
der Kraftstoff in der Fördereinheit 22 verdichtet.
Bei einer Absteuerphase wird der durch die Kompression erwärmte Kraftstoff
zur Einlassseite zurückgefördert und
wieder in die Pumpe geleitet. Hierdurch erwärmt sich der Kraftstoff noch
mehr und auch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 erwärmt sich.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 ist üblicherweise in unmittelbarer
Nähe zum
Zylinderkopf angeordnet. Ist auch dessen Temperatur T relativ hoch, kann
leicht eine kritische Temperatur erreicht werden, bei welcher die
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 beschädigt werden kann.
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Durch
die Zuführung
warmen Kraftstoffs kann es auch zu einer unzulässigen Temperaturerhöhung in
der Kraftstoff-Sammelleitung 28,
den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 30 und letztlich
auch im Zylinderkopf kommen. Dies wird vermieden, wenn bei hohen
Zylinderkopftemperaturen T eine geringe Förderrate mit nur einer Förderphase 48 und
somit auch nur einer Absteuerphase pro Umdrehung der Antriebswelle 36 gewählt wird.
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Man
erkennt aus 2 aber auch,
dass der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 während eines
Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine 10 deutlich schwankt,
so dass bei den einzelnen Einspritzungen von Kraftstoff in die Brennräume 32 unterschiedliche Drücke in der
Kraftstoff-Sammelleitung 28 herrschen. Dies verringert
die Genauigkeit bei der Zumessung der gewünschten Kraftstoffmenge in
die Brennräume 32.
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In 3 ist eine andere Betriebssituation
der Brennkraftmaschine 10 dargestellt: In dieser wird, wie
aus der Breite der Einspritzphasen 50 ersichtlich ist,
nur eine vergleichsweise geringe Kraftstoffmenge MI in die Brennräume 32 eingespritzt.
Entsprechend muss mit der einzigen Förderphase 48, die
auch in dieser Betriebssituation der Brennkraftmaschine 10 pro
Umdrehung der Antriebswelle 36 der Fördereinheit 22 vorgesehen
ist, nur vergleichsweise wenig Kraftstoff gefördert werden. Die Förderphase 48 von 3 ist daher deutlich kürzer als
die Förderphase 48 von 2. Entsprechend geringer
fällt auch
der Druckabfall des Drucks PR in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 während eines
Arbeitsspiels, also zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 34,
aus.
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Die
Genauigkeit bei der Zumessung der Kraftstoffmenge in die Brennräume 32 ist
daher in der Betriebssituation von 3 deutlich
besser als in der Betriebssituation von 2. Eine einzige Förderphase 48 pro Umdrehung
der Antriebswelle 36 könnte
also, unabhängig
von der vom Sensor 40 erfassten Temperatur, immer dann
gewählt
werden, wenn nur eine vergleichsweise geringe Kraftstoffmenge MI
von den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 30 in die Brennräume 32 eingespritzt
werden soll. In vielen Anwendungsfällen wird eine einzige Förderphase 48 pro Umdrehung
der Antriebswelle 36 allerdings nur dann benutzt, wenn
beispielsweise eine Überhitzung
der Pumpe und des Kraftstoffs vermieden werden soll, und im Normalfall
wird die Förderrate
so gewählt, dass über den
ganzen Einspritzbereich eine Zumessgenauigkeit möglich ist.
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Eine
nochmals andere Betriebssituation ist in 4 dargestellt:
In dieser soll eine
vergleichsweise große
Kraftstoffmenge MI von den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen in
die Kraftstoff-Sammelleitung 28 eingespritzt werden, wobei
die vom Sensor 40 erfasste Temperatur T normal ist. In
diesem Fall wird eine "Dreifachförderung" vorgesehen, also
eine Förderrate,
bei der drei Förderphasen 48a, 48b und 48c pro
Umdrehung der Antriebswelle 36 vorgesehen sind. Die Förderphasen 48a, 48b und 48c sind
dabei gleichmäßig innerhalb eines
Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine 10 verteilt. Man erkennt,
dass trotz der großen
eingespritzten Kraftstoffmenge MI der Druck FR in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 vergleichsweise
stabil ist.
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In 5 ist ein Wechsel von einer
Förderrate mit
einer Förderphase 48 pro
Umdrehung der Antriebswelle 36 zu einer Förderrate
mit drei Förderphasen 48a, 48b und 48c pro
Umdrehung der Antriebswelle 36 gezeigt. Dabei sind insgesamt
vier Arbeitsspiele, also acht Umdrehungen der Kurbelwelle 34 der
Brennkraftmaschine 10, aufgetragen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist nur ein Einspritzimpuls mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet.
Die Einspitzimpulse 50 selbst sind aus Darstellungsgründen nur als
Linie gezeichnet, obwohl sie in Wirklichkeit in etwa einem spitzwinkligen
Dreiecksimpuls entsprechen.
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Die
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 arbeitet zunächst mit
einer Förderrate
von einer Förderphase 48 pro
Umdrehung der Antriebswelle 36. Daher steigt der Druck
PR in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 zunächst steil
an, um dann treppenartig bei jedem Einspritzimpuls 5C wieder
abzusinken.
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Bei
einem Kurbelwinkel von ungefähr
450° (strichpunktierte
Linie
54) wird vom Steuer- und Regelgerät
44 aufgrund der
Signale der Sensoren
40,
42 und
44 festgelegt,
dass die Förderrate
auf drei Förderphasen
48a,
48b und
48c pro
Umdrehung der Antriebswelle
36 erhöht werden soll. Diese Umschaltanforderung
54 wird
jedoch nicht sofort realisiert, sondern es wird abgewartet, bis
die Mitte der nächsten
Förderphase
48 erreicht
ist. Dies ist in
5 durch
eine strichpunktierte Linie
56 angedeutet. Dann wird zum
aktuellen Kurbelwinkel ein vorbestimmter Wartewinkel W hinzuaddiert.
Dieser wurde entsprechend der Formel
ermittelt, wobei X = Förderrate
vor der Umschaltung und Y = Förderrate
nach der Umschaltung ist. Bei der vorliegenden Sechs-Zylinder-Brennkraftmaschine beträgt der Wartewinkel
W also 480°.
Die erste Förderphase
48a der
Förderrate
mit drei Förderphasen
48a,
48b und
48c wird
nun so gelegt, dass deren Mitte in einem Kurbelwinkel von 480° nach der
Mitte der letzten Förderphase
48 der
Förderrate
mit nur einer Förderphase
liegt.
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In 6 ist dargestellt, wie von
einer Förderrate
mit drei Förderphasen
pro Umdrehung der Antriebswelle 36 auf eine Förderrate
mit nur einer Förderphase 48 pro
Umdrehung der Antriebswelle 36 umgeschaltet wird. Die Einspritzimpulse 50 sind
zusätzlich
durch die Nummer des entsprechenden Zylinders der Brennkraftmaschine 10 gekennzeichnet. Die
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
angenommene Einspritz- beziehungsweise Zündfolge ist also 1-5-3-6-2-4.
Die Umschaltung erfolgt im Grunde analog zu dem im Zusammenhang
mit 5 erläuterten Verfahren,
wobei zusätzlich
noch zu berücksichtigen ist,
dass eine einzelne Förderphase 48 pro
Umdrehung der Antriebswelle 36 nur bei einem solchen Winkel
der Kurbelwelle 34 zulässig
ist, bei dem jeweils in den Zylinder mit der Nummer 1 eine
Einspritzung durch einen Einspritzimpuls 50 erfolgt. Die
Einspitzimpulse 50, von denen der Übersichtlichkeit halber nur
einer ein Bezugszeichen trägt,
sind aus Darstellungsgründen
nur als Linie gezeichnet, obwohl sie in Wirklichkeit in etwa einem
spitzwinkligen Dreiecksimpuls entsprechen.
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Obwohl
eine Umschaltanforderung 54 bereits während der letzten Förderphase 48c (Einspritzimpuls 50 in
den Zylinder Nummer 2) erfasst worden ist, erfolgt die
eigentliche Umschaltung (Bezugszeichen 56) erst während der übernächsten Förderphase 48b des
darauf folgenden Arbeitsspiels (Einspritzimpuls 50 in den
Zylinder Nummer 3); denn erst dann ist sichergestellt,
dass unter Berücksichtigung
des Wartewinkels W von 480° Kurbelwinkel
die einzelnen Förderphasen 48 der
nachfolgenden geringeren Förderrate
bei einem Kurbelwinkel der Kurbelwelle 34 erfolgen, bei
dem in den Zylinder mit der Nummer 1 eingespritzt wird.
Diese Winkellage der einzelnen Förderphasen 48 ist
aus regelungstechnischen Gründen
erforderlich.
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In 7 ist ein Verfahren dargestellt,
mit dem die in 6 gezeigte
Umschaltung erfolgen kann. Nach einem Startblock 58 wird
zunächst
in einem Block 60 abgefragt, ob eine Änderung der Förderrate
gewünscht
ist. Ist die Antwort im Block 60 "ja" (dies
entspricht der in 6 mit 54 bezeichneten Umschaltanforderung),
wird im Block 62 geprüft,
ob bei einer Winkellage der Kurbelwelle 34, welche der aktuellen
Winkellage zuzüglich
dem Wartewinkel W entspricht, eine einzelne Förderphase zulässig ist. Erst
wenn die Abfrage im Block 62 mit "ja" beantwortet
werden kann, wird im Block 56 von der höheren auf die niedrigere Förderrate
umgeschaltet (dies entspricht der strichpunktierten Linie 56 in 6). Da nun mit größeren Schwankungen
des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 zu rechnen ist,
wird im Block 66 ein Regler, mit dem der IST-Kraftstoffdruck
in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 einem
Soll-Kraftstoffdruck nachgeführt
wird, zurückgesetzt.
Die eigentliche Regelung erfolgt im Block 68. Das Verfahren
endet im Block 70.
