DE10352005A1

DE10352005A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10352005A1
Application number: DE2003152005
Authority: DE
Inventors: Jens Wolber; Thomas Frenz; Karsten Hinn; Timm Hollmann; Laurent Nack
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-06-09
Also published as: FR2862092A1; FR2862092B1; ITMI20042064A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgestellt, bei dem die Druckregelung in einer Kraftstoff-Sammelleitung (24) kontinuierlich mit Hilfe eines Mengesteuerventils (22) erfolgt. Zur Realisierung großer negativer Druckgradienten in der Kraftstoff-Sammelleitung (24) kann ein Drucksteuerventil (38) angesteuert werden, so dass Kraftstoff aus der Kraftstoff-Sammelleitung (24) in einen Kraftstoffbehälter (14) abfließt.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine bei der Kraftstoff in einer Kraftstoffsammelleitung gespeichert wird und von dort über mindestens eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einen Brennraum gelangt und bei der der Druck in der Kraftstoffsammelleitung mittels eines Mengensteuerventils nach einem Sollwert geregelt wird. Der Druck in der Kraftstoffsammelleitung wird von einer Kraftstoffhochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems bereitgestellt.

Vorteilhaft an der Druckregelung in der Kraftstoffsammelleitung mit Hilfe eines Mengensteuerventils ist, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe in erster Näherung nur soviel Kraftstoff in die Kraftstoffsammelleitung fördert wie von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen momentan verbraucht wird. Dies wirkt sich positiv auf den Antriebsleistungsbedarf der Kraftstoffhochdruckpumpe und damit auch auf den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine aus.

Wenn der Druck in der Kraftstoffsammelleitung angehoben werden soll, bspw. weil sich der Lastzustand der Brennkraftmaschine ändert, fördert die Kraftstoffhochdruckpumpe kurzzeitig etwas mehr Kraftstoff in die Kraftstoffsammelleitung als von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen verbraucht wird.

Wenn der Druck in der Kraftstoffsammelleitung abgesenkt werden soll, wird das Mengensteuerventil so angesteuert, dass weniger Kraftstoff in die Kraftstoffsammelleitung gefördert wird als von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen momentan verbraucht wird.

Nachteilig an dieser Art der Druckregelung ist, dass bei einer Druckabsenkung in der Kraftstoffsammelleitung nur negative Druckgradienten mit kleinem Beträgen realisierbar sind. Die Gründe hierfür sind im Wesentlichen, dass ein niedriger Druck in der Kraftstoffsammelleitung dann gewünscht wird, wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf oder im unteren Teillastbereich arbeitet. Dies bedeutet, dass die Brennkraftmaschine wenig Kraftstoff verbraucht und somit der Abfluss von Kraftstoff aus der Kraftstoffsammelleitung relativ klein ist. Außerdem schließen die Mengensteuerventile sauggedrosselter Systeme in der Regel nicht hundertprozentig dicht ab, so dass selbst bei geschlossenem Mengensteuerventil immer eine gewisse Leckagemenge in die Kraftstoffhochdruckpumpe gelangt und von dort in die Kraftstoffsammelleitung gefördert wird. Auch dieser Effekt trägt dazu bei, dass sich der Betrag der realisierbaren negativen Druckgradienten in der Kraftstoffsammelleitung verringert. Vorteilhaft wäre es jedoch, wenn auch negative Druckgradienten in der Sammelleitung mit großen Beträgen realisiert werden könnten, da dann schneller auf Änderungen des Solldrucks in der Kraftstoffsammelleitung reagiert werden kann.

Vorteilhaft an mengengesteuerten Kraftstoffeinspritzsystemen ist jedoch, dass der Bedarf an Antriebsenergie für die Kraftstoffhochdruckpumpe gering ist, was sich positiv auf den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine auswirkt. Dieser Sachverhalt ergibt sich aus der Tatsache, dass mengengesteuerte Kraftstoffeinspritzanlagen in erster Näherung nur soviel Kraftstoff fördern, wie auch verbraucht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine mengengesteuerte Kraftstoffeinspritzanlage so weiterzubilden, dass auch große negative Druckgradienten in der Kraftstoffsammelleitung realisierbar sind, so dass der Istdruck in der Kraftstoffsammelleitung auch bei schnellen Änderungen des Solldrucks von der Druckregelung ebenso schnell nachgeführt werden kann. Dadurch wird unter anderem auch das Betriebs- und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine verbessert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Brennkraftmaschine bei der Kraftstoff in einer Kraftstoffsammelleitung gespeichert wird und von dort über mindestens eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zugeordneten Brennraum gelangt, bei dem der Druck der Kraftstoffsammelleitung mittels eines Mengensteuerventils nach einem Sollwert geregelt wird, dadurch gelöst, dass bei einer Absenkung des Solldrucks in der Kraftstoffsammelleitung eine Druckvorsteuerung aktiviert wird, welche ein an die Kraftstoffsammelleitung angeschlossenes Druckregelventil ansteuert.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Vorsteuerung eines an die Kraftstoffsammelleitung angeschlossenen Druckregelventils kann eine raschere Druckabsenkung, entsprechend einem vom Betrag größeren negativen Druckgradienten, in der Kraftstoffsammelleitung erreicht werden. Dadurch ist es möglich, den tatsächlichen Druck p_Ist in der Kraftstoffsammelleitung dem gewünschten Solldruck p_Soll sehr gut nachzuführen, ohne dass es zu Druckschwankungen oder sonstigen unerwünschten Druckzuständen in der Kraftstoffsammelleitung kommt. Außerdem wird der Energiebedarf der Kraftstoffeinspritzanlage im Vergleich zu ausschließlich mengengesteuerten Kraftstoffeinspritzanlagen nur in einem praktisch vernachlässigbaren Umfang erhöht.

Schließlich ist der apparative Aufwand zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens vergleichsweise gering, da nur ein zusätzliches Druckregelventil benötigt wird. Auch das Steuergerät der Kraftstoffeinspritzanlage wird durch die Vorsteuerung des Druckregelventils nicht nennenswert zusätzlich belastet.

Um die Übereinstimmung des Istdrucks P_Ist in der Kraftstoffsammelleitung und des Solldrucks p_Soll weiter zu verbessern kann vorgesehen sein die Vorsteuerung des Druckregelventils kennfeldabhängig zu gestalten. Dies bedeutet bspw., dass ausgehend von dem zu Beginn der Druckabsenkung herrschenden Druck P_Ist in der Kraftstoffsammelleitung die Öffnung des Druckregelventils und damit der gewünschte negative Druckgradient eingestellt Wird. Dadurch können auch größte Druckabsenkungen innerhalb relativ kurzer Zeit realisiert werden. Andererseits könne kleine Druckabsenkungen mit geringeren Druckgradienten vorgenommen werden, so dass immer ein guter Kompromiss zwischen großem Druckgradienten und Regelgüte gefunden werden kann.

Die kennfeldabhängige Vorsteuerung des Druckregelventils erfolgt vorteilhafter Weise dadurch, dass durch die Vorsteuerung die Stellung des Druckregelventils, welches üblicherweise als Proportionalventil ausgeführt ist, beeinflusst wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des Verfahrens der obigen Art programmiert und auf einem Speichermedium gespeichert ist.

Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Speichermedium für ein Steuer und/oder Regelgerät einer Brennkraftmaschine, auf dem ein Computerprogramm der obigen Art abgespeichert ist.

Auch ein Steuer- und/oder Regelgerät für eine Brennkraftmaschine ist Gegenstand der Erfindung, welches zur Anwendung in einem Verfahren der obigen Art programmiert ist.

Schließlich wird auch noch eine Brennkraftmaschine beansprucht, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Steuer- und/oder Regelgerät, welches zur Anwendung in einem Verfahren der obigen Art programmiert ist.

Zeichnungen
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff-Sammelleitung, in welche von einer Kraftstoffpumpe gefördert und aus der Kraftstoff von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen entnommen wird;
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine von 1 und
3 ein Diagramm, in dem die Last der Brennkraftmaschine, die Vorsteuerung des Druckregelventils, die Ansteuerung des Mengensteuerventils und der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung aufgetragen sind.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie treibt ein in 1 nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug an. Zu der Brennkraftmaschine 10 gehört ein Kraftstoffsystem 12.
Das Kraftstoffsystem 12 umfasst einen Kraftstoffbehälter 14, aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 16 Kraftstoff zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 fördert. Diese umfasst wiederum eine Fördereinheit 20, beispielsweise eine Radialkolbenpumpe, und ein elektromagnetisches Mengensteuerventil 22, mit dem eine Auslassseite der Fördereinheit 20 mit ihrer Einlassseite verbunden werden kann.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 komprimiert den Kraftstoff und fördert ihn zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 24, in der der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. An diese sind mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 26 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in ihnen jeweils zugeordnete Brennräume 28 einspritzen. Durch eine Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs in den Brennräumen 28 wird eine Kurbelwelle 30 in Drehung versetzt. Vorliegend handelt es sich um eine Sechszylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine 10.
Die Winkelstellung der Kurbelwelle 30 wird von einem Winkelsensor 32 erfasst. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 24 wird von einem Drucksensor 34 erfasst. Beide Sensoren liefern ihre Signale an ein Steuer- und Regelgerät 36, welches unter anderem das Mengensteuerventil 22, die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 26, und ein Drucksteuerventil 38 ansteuert, mit dem der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 24 eingestellt werden kann. Vom Drucksteuerventil 38 führt eine Rücklaufleitung 40 zum Kraftstoffbehälter 14 zurück. Alternativ kann die Rücklaufleitung 40 auch den Kraftstoff vom Drucksteuerventil 38 vor die Hochdruckpumpe 18 leiten (nicht dargestellt).
Das Steuer- und Regelgerät 36 steuert beziehungsweise regelt den Betrieb der Brennkraftmaschine 10. Dies geschieht mittels eines Verfahrens, welches als Computerprogramm auf einem Speicher 42 des Steuer- und Regelgeräts 36 abgelegt ist.
Eine erste Möglichkeit eines solchen Verfahrens wird nun unter Bezugnahme auf die 2 und 3 im Detail erläutert. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Mengensteuerventil 22 ein Stellglied einer geschlossenen Regelstrecke ist, mit dem der Druck in dar Kraftstoff-Sammelleitung 24 nach einem Sollwert geregelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit einem Startblock 44. Wenn das Verfahren gestartet wurde, wird das Mengensteuerventil 22 in einem Block 46 kontinuierlich angesteuert. Das Mengensteuerventil 22 ist das Stellglied eines Druckregelkreises mit dessen Hilfe der Druck P_Ist in der Kraftstoffsammelleitung einem Sollwert P_Soll nachgeführt wird. Dieser regelkreis ist während des betriebs der Brennkraftmaschine immer in Funktion. Durch diese Art der Druckregelung wird immer nur soviel Kraftstoff von der Hochdruckkraftstoffpumpe 18 (siehe 1) in die Kraftstoffsammelleitung 24 gefördert, wie momentan benötigt wird. Infolgedessen ist der Antriebsleistungsbedarf der Hochdruckkraftstoffpumpe 18 sehr gering, was sich positiv auf den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine 10 auswirkt.
Parallel zu der Ansteuerung 46 des Mengensteuerventils 22 findet in einem Abfrageblock 48 die Abfrage statt, ob der Solldruck P_Soll in der Kraftstoffsammelleitung 24 abgesenkt werden soll. Wenn diese Abfrage positiv ausfällt, das heisst eine negative Solldruckänderung hat stattgefunden, und der Druck P_Ist der Kraftstoffsammelleitung 24 soll abgesenkt werden, wird zusätzlich zur Ansteuerung des Mengensteuerventils 22 ein Druckregelventil 38, welches mit der Kraftstoffsammelleitung 26 hydraulisch verbunden ist, mindestens teilweise geöffnet. Dadurch kann Kraftstoff aus der Kraftstoffsammelleitung 24 über die Rücklaufleitung 40 in den Kraftstoffbehälter 14 zurückfließen (siehe 1). Durch diesen Abfluss von Kraftstoff aus der Kraftstoffsammelleitung 24 sinkt der Druck in der Kraftstoffsammelleitung 24 schneller als wenn nur das Mengensteuerventil 22 angesteuert würde.
Die Ansteuerung des Druckregelventils 38 erfolgt in dem Block 50 der 2. Das Druckregelventil 38 wird nicht geregelt, sondern durch eine Versteuerung, die kennfeldabhängig sein kann, ganz oder teilweise geöffnet. Dadurch wird das Steuergerät 36 nicht nennenswert belastet.
In einer weiteren Abfrage 52 wird geprüft ob der Druck P_Ist in der Kraftstoffsammelleitung 24 den Sollwert P_Soll erreicht hat. Wenn der Sollwert P_Soll noch nicht erreicht wurde, bleibt die Vorsteuerung des Drucksteuerventils 38 bestehen. Sobald der Solldruck P_Soll in der Kraftstoffsammelleitung 24 erreicht wurde, wird die Vorsteuerung des Druckregelventils beendet und das Druckregelventil 38 schließt wieder. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren beendet.
Der durch die Öffnung des Druckregelventils 38 bewirkte zusätzlich negative Druckgradient in der Kraftstoffsammelleitung hängt u.a. davon ab, wie weit das Druckregelventil 38, welches üblicherweise als Proportionalventil ausgeführt ist, geöffnet wird. So kann zum Erreichen eines sehr großen negativen Druckgradienten das Druckregelventil 38 vollständig geöffnet werden, so dass eine große Menge Kraftstoff in kurzer Zeit aus der Kraftstoffsammelleitung 24 in den Kraftstoffbehälter 14 zurückfließt. Wenn ein weniger großer negativer Druckgradient gewünscht wird, wird das Druckregelventil 38 nur teilweise geöffnet. Die Öffnung des Drucksteuerventils 38 kann in einem Kennfeld hinterlegt sein.
In 3 ist die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand mehrerer untereinander angeordneter Diagramme dargestellt.
Die Abszisse der Digramme ist jeweils die Zeitachse t. In dem obersten Diagramm ist durch eine erste Linie 54 die Last der Brennkraftmaschine dargestellt. Zu einem Zeitpunkt T1 wird die Last der Brennkraftmaschine verringert, bis zum Zeitpunkt T2 ein neuer stationärer Lastzustand der Brennkraftmaschine erreicht wurde. In Folge dessen wird die eingespritzte Kraftstoffmenge reduziert und das Mengensteuerventil 22 wird entsprechend angesteuert. Dies ist in 3 durch eine zweite Linie 56 veranschaulicht.
Wegen der Laständerung der Brennkraftmaschine wird, zeitlich verzögert, auch der Solldruck P_Soll in der Kraftstoffsammelleitung 24 reduziert. Diese Druckabsenkung beginnt zum Zeitpunkt T3 und endet zum Zeitpunkt T4. Da, nur durch eine Ansteuerung des Mengensteuerventils 22 der geförderte Druckgradient in der Kraftstoffsammelleitung im Zeitraum von T3 bis T4 nicht erreicht werden kann, wird während dieses Zeitraums das Drucksteuerventil 38 teilweise geöffnet, so dass Kraftstoff aus der Kraftstoffsammelleitung 24 in den Kraftstoffbehälter 14 abfließen kann. Die Ansteuerung des Drucksteuerventils 38 ist in 3 durch eine dritte Linie 58 angedeutet. Wenn ein größerer negativer Druckgradient gewünscht wird, wird das Drucksteuerventil 38 weiter geöffnet. Dadurch kann nahezu jeder gewünschte Druck negative Druckgradient durch eine geeignete Vorsteuerung des Drucksteuerventils 38 erreicht werden.
Ganz unten in 3 ist neben dem Solldruck P_Soll auch der Istdruck P_Ist in der Kraftstoffsammelleitung 24 dargestellt wenn die Druckregelung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt. Wie durch den Vergleich von P_Soll und P_Ist ersichtlich, kann der Druck P_Ist in der Kraftstoffsammelleitung sehr gut dem Solldruck P_Soll nachgeführt werden. Es kommt auch zu den Zeitpunkten T3 und T4 nicht zu Druckstößen oder sonstigen unerwünschten dynamischen Vorgängen in der Kraftstoffsammelleitung.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10) bei der Kraftstoff in einer Kraftstoff-Sammelleitung (24) gespeichert wird und von dort über mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (26) in einen der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (26) zugeordneten Brennraum (28) gelangt, bei dem der Druck (p_rail) in der Kraftstoff-Sammelleitung (24) mittels eines Mengensteuerventils (22) nach einem Solldruck (p_soll) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Absenkung des Solldrucks (p_Soll) in der Kraftstoff-Sammelleitung (24) eine Vorsteuerung (50) aktiviert wird, welche auf ein an die Kraftstoff-Sammelleitung (24) angeschlossenes Drucksteuerventil (38) wirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerung (50) des Drucksteuerventils (38) kennfeldabhängig erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorsteuerung (50) die Stellung des Drucksteuerventils (38) verändert wird (62).
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert und auf einem Speichermedium (42) gespeichert ist.
Elektrisches Speichermedium (42) für ein Steuer- und/oder Regelgerät (36) einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm nach Anspruch 4 abgespeichert ist.
Steuer- und/oder Regelgerät (36) für eine Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 programmiert ist.
Brennkraftmaschine (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Steuer- und/oder Regelgerät (36), welches zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 programmiert ist.