EP1072780B1 - Verfahren zur Steuerung eines Common-Rail-Einspritzsystems - Google Patents

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EP1072780B1
EP1072780B1 EP00107645A EP00107645A EP1072780B1 EP 1072780 B1 EP1072780 B1 EP 1072780B1 EP 00107645 A EP00107645 A EP 00107645A EP 00107645 A EP00107645 A EP 00107645A EP 1072780 B1 EP1072780 B1 EP 1072780B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
injection quantity
state
rail pressure
steady
characteristic curve
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP00107645A
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English (en)
French (fr)
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EP1072780A2 (de
EP1072780A3 (de
Inventor
Hermann Grieshaber
Heribert Haerle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP1072780A3 publication Critical patent/EP1072780A3/de
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Publication of EP1072780B1 publication Critical patent/EP1072780B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809Common rail control systems
    • F02D41/3836Controlling the fuel pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809Common rail control systems
    • F02D41/3827Common rail control systems for diesel engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/31Control of the fuel pressure

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a common-rail injection system for internal combustion engines, in particular for turbochargeable diesel engines, according to the preamble of patent claim 1.
  • boost pressure deficit In transient operations, such as a sudden increase in load on a turbochargeable diesel engine creates a sudden boost pressure deficit, which can lead to a sudden sharp increase in soot emissions.
  • boost pressure deficit is conventionally Counteracted by a charge pressure-dependent limitation of the maximum injection quantity.
  • this measure increases the time required to provide the full engine torque.
  • turbocharged engines it is, in contrast to conventional naturally aspirated, of great importance, whether the engine at steady state load (ie, constant injection quantity) or transient load is operated.
  • steady state load ie, constant injection quantity
  • transient load the engine at steady state load
  • the exhaust stream drives a turbine, which in turn pressurizes a compressor which forces the fresh air into the combustion chamber. If more fuel is injected into the combustion chamber, the higher energy in the exhaust gas results in a higher boost pressure.
  • the boost pressure therefore depends heavily on the injection quantity.
  • a steady-state operating point speed and load constant
  • a balanced state results, ie the turbocharger rotates at a constant speed. In transient load conditions, such a balanced state is not present.
  • smoke characteristic map In order to prevent or at least reduce such a smoke surge, it is known to limit the injection quantity as a function of the rotational speed and the boost pressure during a transient increase in load (so-called smoke characteristic map).
  • a fuel injection control device of an internal combustion engine in which a number of injection nozzles are associated with a pressurized fuel collection chamber. There are further provided drive means for controlling the fuel to be delivered and control means for adjusting the pressure in the pressure chamber to a predetermined value.
  • a method for specifying an injection pressure setpoint for a common rail system is described. There, a setpoint, based on the amount and speed specified. This value is added to a dynamic correction value, which is determined by means of a differentiating behavior having timer, based on the speed. In other words, a value having a specific time behavior is added to the value of the stationary operating state. That is, the setpoint is formed by reading a map value plus adding a dynamically changing value.
  • the object of the invention is to provide a control of a common rail injection system with which the total particle emission compared to conventional solutions can be reduced in a simple manner.
  • the rail pressure is increased at steady-state engine load with respect to the rail pressure at steady-state engine load at the same injection quantities in each case by a constant amount.
  • a constant value to a steady-state characteristic can be carried out in a simple and inexpensive manner in terms of control engineering.
  • a preferred differential rail pressure amount is 200-400 bar, in particular 300 bar.
  • Such Railvikabickenungen are easy to implement and lead to favorable changes in the characteristics of the internal combustion engine. It should be noted, however, that the rail pressure increase or the differential rail pressure amount need not be constant, and the indicated pressure values are given by way of example only.
  • the Rail réelleanhebung can be chosen freely, and can be optimized, for example, depending on the engine parameters speed, load, or other parameters.
  • a maximum allowable injection amount per engine stroke as a function of turbocharging pressure of the internal combustion engine in the first, stationary or quasi-stationary load state according to a first characteristic, and in the second, transient load state according to a second Characteristic set, wherein the maximum allowable injection quantity is increased at unsteady load state with respect to the maximum allowable injection quantity in steady-state or quasi-stationary load condition at the same boost pressure.
  • the full engine torque is only available when the boost pressure exceeds a certain point of a smoke characteristic curve and the injection quantity, depending on the engine speed, may no longer be increased.
  • the combination of the increase of the rail pressure or injection pressure according to the invention and the simultaneous increase of the limiting amount in the so-called smoke map results in the following advantages in particular: At the same maximum exhaust gas turbidity (target value of the increase in quantity in the smoke map) the smoke pulse is shortened and the total particle emission is reduced. Full engine torque is achieved earlier than conventional solutions, and higher horsepower is available to the driver during load increase. During driving, this results in advantages in the starting and acceleration behavior. Overall, the efficiency of an engine controlled by the method according to the invention is improved during the rail pressure increase, which leads, for example, to a lower specific consumption.
  • the implementation of the method according to the invention can be done by software, conventionally existing EDC sensors can be used.
  • the injection differential amount is 15-25, in particular 21 mg / stroke. With such difference amounts is the time duration until, for example, about 90% of the stationary full-load torque is available, can be shortened by about 30%. Furthermore, during a transient phase, the driver is up to 20% higher torque available.
  • the injection differential amount or the increase in the injection quantity likewise does not necessarily have to be chosen to be constant, whereby here too the indicated values are only given by way of example. The limits can also be freely selected within the framework of an optimization.
  • Fig. 1 represents the curve 12.
  • the curves 10 and 12 apply to the same constant speed for simplicity of illustration. It can be seen that the rail pressure is increased over the entire permissible injection quantity range by a constant amount compared with the stationary case. If, for example, at constant speed, the accelerator pedal fully depressed (the engine is in the representation of Fig. 1 from point 2 to point 3), the rail pressure is raised as shown.
  • the measure of the increase, which in the Fig. 1 is not shown in detail depends in particular on the speed and the level of the normal rail pressure curve (curve 10).
  • the abscissa indicates the time, on the left ordinate the available torque and on the right ordinate the exhaust opacity.
  • the curves A, B show the available torque as a function of time, and the curves C, D the exhaust opacity as a function of time during a transient full load.
  • the solid lines each show the curves when using the Railbuchanhebung invention, the dashed curves show the state without Raildruckanhebung.
  • the second measure provided according to the invention namely the increase of the maximum allowable injection quantity in the smoke map at unsteady full load is explained.
  • the maximum allowable injection quantity Me is shown as a function of the boost pressure p provided (corrected) by means of a turbocharger.
  • Curve F (dashed line) here represents the characteristic curve for a transient partial load
  • curve G is the characteristic curve for a transient full load
  • curve H is the characteristic curve provided according to the invention for a transient full load with increase of the limiting quantity in the case of a rail pressure increase.
  • the characteristic curve H it is now provided to allow an additional increase in the injection quantity in such a case, as shown by the characteristic curve H.
  • the characteristic curve is increased by an approximately constant amount relative to the characteristic curve of the curve G.
  • the injection quantity from point 2 is increased via point 3 of curve G to point 3 'of curve H.
  • the characteristic curve or curve H passes over the point 3 'into the point 4.
  • the measure according to the invention therefore consists in increasing the maximum permissible injection quantity for a state of the transient load of the engine compared with the conventional maximum injection quantity. It should be noted that the increase in the limiting amount should be made only in conjunction with the Railbucherhöhung. Optimum results can be achieved with this combination of measures.
  • Fig. 4 The achievable with this measure results are in Fig. 4 shown.
  • the curves A, B symbolize the course of the torque over time at unsteady full load
  • the curves D, E the corresponding Abgastrübung.
  • the solid lines indicate states in which a rail pressure boost and an increased maximum injection amount are provided
  • the dashed lines indicate the base state Fig. 2 , ie without Railbuchanhebung and without the additional increase of the maximum injection quantity according to the curve H of Fig. 3 ,

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Common-Rail-Einspritzsystems für Verbrennungsmotoren, insbesondere für turboladbare Dieselmotoren, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Die Anforderungen an eine erfolgreiche Applikation eines Diesel-Einspritzsystems bestehen darin, mit einer gegebenen Einspritzausrüstung mögliche Variationsparameter derart zu variieren, daß in bezug auf Abgasemissionen, Kraftstoffverbrauch und Geräuschentwicklung optimale Ergebnisse erzielt werden können.
  • Neben Variationen der verwendeten Bauelemente, beispielsweise Düsen, Injektoren, usw. sind bei Common-Rail-Systemen als übliche Variationsparameter der Spritzbeginn, der Raildruck sowie eventuelle Zusatzeinspritzungen zu nennen.
  • Bei instationären Vorgängen, wie etwa bei einer plötzlichen Lasterhöhung an einem turboladbaren Dieselmotor entsteht ein plötzliches Ladedruckdefizit, welches zu einer plötzlichen starken Erhöhung der Rußemission führen kann. Bei einem derartigen Ladedruckdefizit wird herkömmlicherweise durch eine ladedruckabhängige Begrenzung der maximalen Einspritzmenge entgegengewirkt. Durch diese Maßnahme verlängert sich jedoch die notwendige Zeitspanne zur Bereitstellung des vollen Motordrehmoments.
  • Insbesondere bei turboladbaren Motoren ist es, im Gegensatz zu herkömmlichen Saugmotoren, von großer Bedeutung, ob der Motor bei stationärer Last (d.h. konstanter Einspritzmenge) oder instationärer Last betrieben wird. Dies liegt daran, daß bei turboladbaren Motoren der Abgasstrom eine Turbine antreibt, die wiederum einen Verdichter beaufschlagt, der die Frischluft in den Brennraum drückt. Wird mehr Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt, ergibt die höhere Energie im Abgas einen höheren Ladedruck. Der Ladedruck hängt daher stark von der Einspritzmenge ab. Bei einem stationären Betriebspunkt (Drehzahl und Last konstant) ergibt sich daher ein ausgeglichener Zustand, d.h. der Turbolader dreht sich mit konstanter Drehzahl. Bei instationären Lastzuständen liegt ein derartiger ausgeglichener Zustand nicht vor. Dies sei anhand eines Beispiels erläutert: Es sei davon ausgegangen, daß sich ein Motor mit einer Drehzahl N1 dreht, welcher eine maximal zulässige Einspritzmenge Me1, ein Ladedruck p1 und eine entsprechende Luftmenge ML1, welche durch den Turbolader geliefert wird, zugeordnet sind. Wird der Motor jedoch instationär in diesen Betrieb überführt, wird die Einspritzmenge Me sprunghaft von kleiner Menge auf den Wert Me1 erhöht. Hierbei liefert der Turbolader einen Ladedruck p2, der kleiner als p1 ist. Dies führt bei instationärer Lasterhöhung dazu, daß Ladedruck und dadurch Verbrennungsluft fehlt, und sich die Verbrennung verschlechtert. Der Motor würde in diesem Fall während der instationären Lasterhöhung einen Rauchstoß emittieren. Dieser Rauchstoß ist nicht nur sichtbar, sondern wirkt sich bei einem transienten Abgastest auf das Partikelergebnis sehr negativ aus.
  • Um einen derartigen Rauchstoß zu verhindern oder zumindest zu verringern, ist es bekannt, bei instationärer Lasterhöhung die Einspritzmenge abhängig von der Drehzahl und dem Ladedruck zu begrenzen (sogenanntes Rauchkennfeld).
  • Aus der US 4,841,936 ist eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung eines Verbrennungsmotors bekannt, bei welchem eine Anzahl von Einspritzdüsen einer unter Druck stehenden Brennstoffsammelkammer zugeordnet sind. Es sind ferner Antriebsmittel zur Steuerung des abzugebenden Kraftstoffs sowie Steuermittel zur Anpassung des Drucks in der Druckkammer auf einen vorbestimmten Wert vorgesehen.
  • Aus der EP 0 812 981 A2 ist ferner ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzung eines während eines instationären Zustandes eines turboladbaren Dieselmotors bekannt. Hierbei ist eine Variation des Einspritzdrucks mit zunehmender Motorlast bekannt, wobei jedoch bei Feststellung eines instationären Zustandes eine geringere Druckerhöhung als bei einem entsprechenden stationären Zustand ausgeführt wird.
  • Aus der EP 0 930 426 ist ein Verfahren zur Vorgabe eines Einspritzdruck-Sollwertes für ein Common-Rail-System beschrieben. Dort wird ein Sollwert, ausgehend von der Menge und der Drehzahl, vorgegeben. Diesem Wert wird ein dynamischer Korrekturwert hinzuaddiert, der mittels eines differenzierenden Verhaltens aufweisenden Zeitgliedes, ausgehend von der Drehzahl ermittelt wird. Das heißt zu dem Wert des stationären Betriebszustandes wird ein, ein bestimmtes zeitliches Verhalten aufweisender Wert, hinzuaddiert. Das heißt der Sollwert wird durch Auslesen eines Kennfeldwertes plus Addition eines sich dynamisch ändernden Wertes gebildet.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Steuerung eines Common-Rail-Einspritzsystems, mit welchem sich die Gesamtpartikelemission gegenüber herkömmlichen Lösungen in einfacher Weise verringern läßt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Durch den mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung gestellten erhöhten Einspritzdruck bei instationärem Ladezustand des Motors ergibt sich eine wesentlich bessere Zerstäubung und hierdurch verursacht ein wesentlich geringerer Rauchstoß. Nach Beendigung des instationären Lastzustands des Motors ist der erhöhte Raildruck nicht mehr notwendig, da wieder genügend Ladedruck zur Verfügung steht, so daß der Raildruck wieder auf Normalniveau (als alleinige Funktion der Einspritzmenge) abgesenkt werden kann.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Zweckmäßigerweise ist der Raildruck bei instationärer Motorlast bezüglich des Raildrucks bei stationärer Motorlast bei gleichen Einspritzmengen jeweils um einen konstanten Betrag erhöht. Eine derartige Addition eines konstanten Wertes zu einer stationären Kennlinie ist steuerungstechnisch in einfacher und unaufwendiger Weise durchführbar.
  • Ein bevorzugter Differenz-Raildruckbetrag beträgt 200 - 400 bar, insbesondere 300 bar. Derartige Raildruckanhebungen sind leicht zu verwirklichen und führen zu vorteilhaften Veränderungen der Charakteristika des Verbrennungsmotors. Es sei jedoch angemerkt, daß die Raildruckanhebung bzw. der Differenz-Raildruckbetrag nicht konstant sein muß, und die angegebenen Druckwerte lediglich beispielhaft angegeben sind. Die Raildruckanhebung kann frei gewählt werden, und kann, beispielsweise abhängig von den Motorparametern Drehzahl, Last, oder auch anderen Parametern, optimiert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine maximal zulässige Einspritzmenge pro Verbrennungsmotorhub als Funktion eines Turboladedrucks des Verbrennungsmotors in dem ersten, stationären oder quasistationären Lastzustand gemäß einer ersten Kennlinie, und in dem zweiten, instationären Lastzustand gemäß einer zweiten Kennlinie eingestellt, wobei die maximal zulässige Einspritzmenge bei instationärem Lastzustand bezüglich der maximal zulässigen Einspritzmenge bei stationärem oder quasistationärem Lastzustand bei gleichem Ladedruck jeweils erhöht ist. Durch diese Maßnahme der Anhebung der maximalen Einspritzmenge bei instationärer Lasterhöhung ist ein optimales Hochfahren des Motordrehmoments bei instationärer Lasterhöhung in Abhängigkeit von einem Ladedruck erzielbar. Das volle Motordrehmoment steht hierbei erst dann an, wenn der Ladedruck über einen bestimmten Punkt einer Rauchkennfeldlinie hinausgeht und die Einspritzmenge, drehzahlabhängig, nicht mehr erhöht werden darf. Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Anhebung des Raildrucks bzw. Einspritzdrucks und der gleichzeitigen Erhöhung der Begrenzungsmenge im sogenannten Rauchkennfeld ergeben sich insbesondere folgende Vorteile: Bei gleicher maximaler Abgastrübung (Zielwert der Mengenerhöhung im Rauchkennfeld) verkürzt sich der Rauchstoß, und die Gesamtpartikelemission wird verringert. Das volle Motordrehmoment wird gegenüber herkömmlichen Lösungen zu einem früheren Zeitpunkt erreicht, und während der Lasterhöhung steht dem Fahrer ein höheres Drehmoment zur Verfügung. Im Fahrbetrieb ergeben sich hierdurch Vorteile beim Anfahr- und Beschleunigungsverhalten. Insgesamt wird der Wirkungsgrad eines über das erfindungsgemäße Verfahren gesteuerten Motors während der Raildruckanhebung verbessert, was beispielsweise zu einem niedrigeren spezifischen Verbrauch führt. Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann softwaremäßig erfolgen, wobei herkömmlicherweise bereits vorhandene EDC-Sensoren verwendet werden können.
  • Es erweist sich als besonders zweckmäßig, daß der Einspritz-Differenzbetrag 15 - 25, insbesondere 21 mg/Hub beträgt. Mit derartigen Differenzbeträgen ist die Zeitdauer bis beispielsweise etwa 90% des stationären Vollastdrehmoments zur Verfügung steht, um etwa 30% verkürzbar. Ferner steht während einer instationären Phase dem Fahrer ein bis zu 20% höheres Drehmoment zur Verfügung. Der Einspritz-Differenzbetrag bzw. die Erhöhung der Einspritzmenge muß ebenfalls nicht notwendigerweise konstant gewählt werden, wobei auch hier die angegebenen Werte lediglich beispielhaft mitgeteilt sind. Die Grenzwerte können auch hier im Rahmen einer Optimierung frei gewählt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt
  • Fig. 1
    ein Schaubild zur Darstellung der erfindungsgemäßen Maßnahme der Anhebung des Raildrucks bei einem instationären Lastzustand,
    Fig. 2
    ein Schaubild zur Darstellung des Drehmoments und einer Abgastrübung in Abhängigkeit von der Zeit mit und ohne die erfindungsgemäße Raildruckanhebung,
    Fig. 3
    ein Schaubild zur Darstellung der Maßnahme der Erhöhung der maximalen Einspritzmenge im Rauchkennfeld bei instationärer Vollast,
    Fig. 4
    ein der Fig. 2 entsprechendes Schaubild im Falle einer zusätzlich vorgesehenen Erhöhung der maximalen Einspritzmenge.
  • Im Gegensatz zu nockenbetriebenen Systemen besteht bei Common-Rail-Systemen die Möglichkeit, den Einspritzdruck im Rahmen der Systemgrenzen frei zu wählen. Im sogenannten Raildruckkennfeld ist der Raildruck in Abhängigkeit von Drehzahl und Einspritzmenge Me abgelegt. Für eine konstante Drehzahl ergibt sich somit der Raildruck als alleinige Funktion der Einspritzmenge Me. Ein derartiger Raildruckverlauf für eine konstante Drehzahl ist in Fig. 1 mit 10 bezeichnet. Man erkennt, daß mit zunehmender Einspritzmenge Me ein Anstieg des Raildrucks vorgesehen ist. Bei höheren Einspritzmengen kann die Kurve des Raildruckverlaufs flach (konstanter Raildruck) oder auch stetig steigend ausgebildet sein.
  • Die grundsätzliche Idee der vorliegenden Erfindung liegt nun in einer temporären Überhöhung des Raildruckes während einer Phase der instationären Last bzw. Vollast des Motors. Diese Erhöhung des Raildrucks gegenüber dem stationären Fall ist in Fig. 1 mittels der Kurve 12 dargestellt. Es sei zur Einfachheit der Darstellung hierbei davon ausgegangen, daß die Kurven 10 und 12 für die gleiche konstante Drehzahl gelten. Man erkennt, daß der Raildruck hier über den gesamten zulässigen Einspritzmengenbereich um einen konstanten Betrag gegenüber dem stationären Fall erhöht ist. Wird beispielsweise bei konstanter Drehzahl das Fahrpedal voll durchgetreten (der Motor wird in der Darstellung der Fig. 1 von Punkt 2 nach Punkt 3 überführt), wird wie dargestellt der Raildruck angehoben. Das Maß der Anhebung, welches in der Fig. 1 nicht im einzelnen dargestellt ist, hängt insbesondere von der Drehzahl und dem Niveau des normalen Raildruckverlaufes (Kurve 10) ab.
  • Durch den erhöhten Rail- bzw. Einspritzdruck ergibt sich eine bessere Zerstäubung und dadurch ein wesentlich geringerer Rauchstoß. Insgesamt ergibt sich, in der Darstellung der Fig. 1, während der Phase der instationären Vollast ein Kurvenverlauf von Punkt 2 über den Punkt 3 bis zu einem Punkt 4. Hat der Motor die instationäre Phase verlassen (ab Punkt 4) ist der erhöhte Raildruck nicht mehr notwendig bzw., wegen der limitierten NOX-Emission im Stationärtest, auch nicht mehr zulässig. Es steht wieder genügend Ladedruck zur Verfügung und der Raildruck wird wieder auf das Normalniveau (als alleinige Funktion der Einspritzmenge) abgesenkt, wie mittels des Punktes 5 in der Fig. 1 dargestellt ist.
  • In Fig. 2 ist das bei Anwendung der beschriebenen Raildruckerhöhung erzielbare Ergebnis für einen Motor bei einer Drehzahl N = 1000 l/min (= konstant) dargestellt. Hierbei ist auf der Abszisse die Zeit, auf der linken Ordinaten das verfügbare Drehmoment und auf der rechten Ordinate die Abgastrübung angegeben. Die Kurven A, B zeigen hierbei das verfügbare Drehmoment in Abhängigkeit von der Zeit, und die Kurven C, D die Abgastrübung in Abhängigkeit von der Zeit während einer instationären Vollast. Die durchgezogenen Linien zeigen jeweils die Kurven bei Einsatz der erfindungsgemäßen Raildruckanhebung, die gestrichelten Kurven zeigen den Zustand ohne Raildruckanhebung. Die Abgastrübung wird beispielsweise mit einem Lichtabsorptionsmeßgerät bestimmt (Celesco-Trübung). Mit einer stationären Vollast-Einspritzmenge Me1 = 185 mg/Hub ergibt sich für das dargestellte Beispiel ein stationäres Vollastdrehmoment MdVL(stat.) von 1500 Nm.
  • Man erkennt, daß ohne die Raildruckerhöhung bei einer Lasterhöhung eine maximale Trübung von etwa 8 % entsteht (Kurve D). Sie entspricht einer Bosch-Schwärzungsziffer von etwa 3,2. Wird nun während der Lastanhebung der Raildruck erhöht (im dargestellten Beispiel um 300 bar) so wird nur eine maximale Trübung von 2 % ausgestoßen (Kurve C), was einer Schwärzungsziffer von etwa 1,7 entspricht. Die Mengenbegrenzung bei der instationären Vollast wurde hierbei nicht verändert. Dies führt dazu, daß sich hierbei keine Änderung des Drehmomentverlaufs ergibt (Kurven A, B).
  • Anhand der Fig. 3 wird nun die zweite erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahme, nämlich die Erhöhung der maximal zulässigen Einspritzmenge im Rauchkennfeld bei instationärer Vollast erläutert. Hier ist die maximal zulässige Einspritzmenge Me in Abhängigkeit von dem mittels eines Turboladers zur Verfügung gestellten (korrigierten) Ladedruck p dargestellt. Kurve F (gestrichelt gezeichnet) stellt hierbei die Kennlinie für eine instationäre Teillast, Kurve G die Kennlinie für eine instationäre Vollast, und Kurve H die erfindungsgemäß vorgesehene Kennlinie für eine instationäre Vollast mit Anhebung der Begrenzungsmenge im Fall einer Raildruckanhebung dar.
  • Herkömmlicherweise erfolgte bei einer Überführung des Motors von einer statischen Teillast (Kurve F) in einen instationären Vollastbetrieb ein Übergang von der Kennlinie F zu der Kennlinie G. Das heißt, es wurde zwar, entsprechend einem Übergang von Punkt 2 auf Punkt 3, eine Erhöhung der Einspritzmenge für einen bestimmten Ladedruck zugelassen, jedoch wurde diese Einspritzmengenerhöhung entsprechend der Kennlinie der instatischen Vollast gewählt.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, in einem derartigen Fall eine zusätzliche Erhöhung der Einspritzmenge zuzulassen, wie mittels der Kennlinie H dargestellt ist. Man erkennt, daß der Kennlinienverlauf um einen in etwa konstanten Betrag gegenüber dem Kennlinienverlauf der Kurve G erhöht ist. Bei plötzlicher Beschleunigung bzw. instationärer Vollast erfolgt daher eine Erhöhung der Einspritzmenge von Punkt 2 über den Punkt 3 der Kurve G nach Punkt 3' der Kurve H. Es ergibt sich hierdurch eine höhere Abgasenergie, so daß der Lader mehr Luft verdichten kann, was insgesamt dazu führt, daß der steigende Ladedruck eine höhere Einspritzmenge ermöglicht. Im weiteren Verlauf des dargestellten Zustandes der instationären Vollast geht die Kennlinie bzw. Kurve H über den Punkt 3' in den Punkt 4 über. Durch die dargestellte Begrenzung und allmähliche Erhöhung der Einspritzmenge gemäß der Kennlinie H steht das volle Drehmoment erst dann zur Verfügung, wenn der Ladedruck über Punkt 4 hinausgeht und die Einspritzmenge nicht mehr erhöht werden darf (Drehmomentbegrenzung der Einspritzmenge) . Die erfindungsgemäße Maßnahme besteht also darin, die maximal zulässige Einspritzmenge für einen Zustand der instationären Last des Motors gegenüber der herkömmlichen maximalen Einspritzmenge zu erhöhen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Erhöhung der Begrenzungsmenge nur in Verbindung mit der Raildruckerhöhung erfolgen sollte. Mit dieser Maßnahmenkombination können optimale Ergebnisse erzielt werden.
  • Durch diese zusätzliche Anhebung der Begrenzungsmenge wird der Rauchstoß wieder auf den zulässigen Ursprungswert erhöht. In Versuchen wurde die Begrenzungsmenge über die ganze Kurve der instationären Vollast (Kurve H) gegenüber der Kurve der statischen Vollast (Kurve G, welche unverändert blieb) um ΔMe = 21 Me/Hub erhöht.
  • Die in Fig. 3 eingezeichneten Begrenzungslinien (für konstante Drehzahl) sind beispielsweise in einer EDC-Einrichtung als Kennfelder abgelegt. Die Kennlinie G existiert bereits in Form des Rauchkennfeldes. Die Kennlinie H wird als neues Kennfeld abgelegt. Außerdem muß ein neues Kennfeld der Raildruckerhöhung (Raildruckerhöhung Δp = f (Drehzahl, Einspritzmenge)) abgelegt werden. Dieses Kennfeld wird wiederum als Funktion der Kennlinien bzw. Kennfelder G, H aktiviert, die wiederum eine Funktion der Drehzahl und des Ladedrucks sind. Es können nun drei Fälle unterschieden werden: Wird eine instationäre Einspritzmenge gewünscht, die unterhalb von Kennlinie G liegt, ist keine Maßnahme erforderlich. Wird jedoch eine instationäre Einspritzmenge gewünscht, die oberhalb von Kennlinie H liegt, wird die Menge entsprechend der Kennlinie H begrenzt und gleichzeitig der Raildruck entsprechend des neuen Kennfeldes der Raildruckerhöhung erhöht. Wird schließlich eine instationäre Einspritzmenge gewünscht, die zwischen den.Kennlinien G und H liegt, wird diese Menge freigegeben und gleichzeitig der Raildruck entsprechend dem Kennfeld erhöht.
  • Die mit dieser Maßnahme erzielbaren Ergebnisse sind in Fig. 4 dargestellt. Hierbei symbolisieren die Kurven A, B den Verlauf des Drehmoments über die Zeit bei instationärer Vollast, und die Kurven D, E die entsprechende Abgastrübung. Die durchgezogenen Linien zeigen Zustände, bei welchen eine Raildruckanhebung und eine erhöhte maximale Einspritzmenge vorgesehen sind, die gestrichelten Linien den Basiszustand gemäß Fig. 2, d.h. ohne Raildruckanhebung und ohne die zusätzliche Erhöhung der maximalen Einspritzmenge gemäß der Kennlinie H der Fig. 3.
  • Anhand der Fig. 4 lassen sich drei wesentliche Vorteile aufzeigen, die mit der dargestellten Kombination von Raildruckanhebung und zusätzlichen Erhöhung der maximalen Einspritzmenge erzielbar sind: Der Maximalwert der Trübung ist zwar gegenüber dem Ausgangszustand nicht verringert (jeweils etwa 8% für die Kurven C,D), die integrierte Trübung (Fläche unter der Kurve C bzw. D) ist jedoch geringer, da sich die instationäre Phase verkürzt. Dies bedeutet eine Verringerung der Gesamtpartikelemission.
  • Die Qualität einer guten Anpassung des Rauchkennfeldes wird meist dadurch bewertet, daß einerseits der maximale Rauchstoß beobachtet wird, und andererseits die Dauer ermittelt wird, bis 90 % des stationären Vollastdrehmoments MdVL(stat.) zur Verfügung stehen. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß diese Dauer im Basiszustand (ohne Raildruckanhebung und zusätzliche Einspritzmengenerhöhung) etwa 2,7 Sekunden beträgt. Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Raildruckerhöhung und einer zusätzlichen Anhebung der Begrenzungsmenge im Rauchkennfeld verkürzt sich diese Dauer auf 1,9 Sekunden, was einer Verringerung um etwa 30 % entspricht. Es sind also mittels der erfindungsgemäßen Maßnahmen ein höheres Beschleunigungsmoment und ein schneller erreichtes statisches Vollastmoment zur Verfügung gestellt.
  • Schließlich wird das volle Drehmoment nicht nur früher erreicht, es steht ferner während der instationären Phase ein bis zu 20 % höheres Drehmoment zur Verfügung. Für einen Fahrbetrieb mit ständig wechselnder Fahrpedalstellung ist dies ein erheblicher Vorteil.
  • Die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile werden abschließend noch einmal zusammengefaßt: Wird bei einer plötzlichen Lasterhöhung an einem turboaufgeladenen Dieselmotor während einer instationären Phase der Einspritzdruck (im Vergleich zum stationären Zustand) angehoben und gleichzeitig die Begrenzungsmenge im sogenannten Rauchkennfeld ebenfalls erhöht, ergeben sich die folgenden Effekte: Bei gleicher maximaler Abgastrübung (Zielwert der Mengenerhöhung im Rauchkennfeld) verkürzt sich der Rauchstoß, und die Gesamtpartikelemission wird verringert. Das volle Drehmoment wird gegenüber herkömmlichen Lösungen zu einem früheren Zeitpunkt erreicht. Während der Lastanhebung steht dem Fahrer ein höheres Drehmoment zur Verfügung, woraus sich im Fahrbetrieb Vorteile im Anfahr- und Beschleunigungsverhalten ergeben. Der Wirkungsgrad des Motors wird während der Raildruckanhebung verbessert (niedrigerer spezifischer Verbrauch).

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Common-Rail-Einspritzsystems für turboladbare Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, bei welchem in einem ersten stationären oder quasistationären Lastzustand des Verbrennungsmotors ein Raildruck als Funktion der Einspritzmenge gemäß einer ersten Kennlinie eingestellt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in einem zweiten, instationären Lastzustand des Verbrennungsmotors, insbesondere bei instationärer Vollast, der Raildruck als Funktion der Einspritzmenge gemäß einer zweiten Kennlinie eingestellt wird, wobei der Raildruck bei instationärem Lastzustand bezüglich des Raildrucks bei stationärem oder quasistationären Lastzustand bei gleicher Einspritzmenge jeweils erhöht ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kennlinie sich von der ersten Kennlinie um einen konstanten Differenz-Raildruckbetrag unterscheidet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenz-Raildruck unter Berücksichtigung von Verbrennungsmotorparametern und im Hinblick auf diese gewählt bzw. optimiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenz-Raildruck 200 - 400 bar, insbesondere 300 bar, beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine maximal zulässige Einspritzmenge pro Verbrennungsmotorhub als Funktion eines Turboladedrucks des Verbrennungsmotors in dem ersten, stationären oder quasistationären Lastzustand gemäß einer ersten Kennlinie, und in dem zweiten, instationären Lastzustand gemäß einer zweiten Kennlinie eingestellt wird, wobei die maximal zulässige Einspritzmenge bei instationärem Lastzustand bezüglich der maximal zulässigen Einspritzmenge bei stationärem oder quasistationärem Lastzustand bei gleichem Ladedruck jeweils erhöht ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einspritzmengen-Kennlinie sich von der ersten Einspritzmengen-Kennlinie wenigstens teilweise um einen im wesentlichen konstanten Einspritzmengen-Differenzbetrag unterscheidet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzmengen-Differenzbetrag im Hinblick auf Verbrennungsmotorparameter und/oder Emissionen frei gewählt bzw. optimiert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzmengen-Differenzbetrag 15 - 25, insbesondere 21 mg/Hub beträgt.
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