EP1529948A2 - Verfahren zum Vorsteuern einer Hub Kolben Kraftstoffpumpe einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1529948A2
EP1529948A2 EP04021981A EP04021981A EP1529948A2 EP 1529948 A2 EP1529948 A2 EP 1529948A2 EP 04021981 A EP04021981 A EP 04021981A EP 04021981 A EP04021981 A EP 04021981A EP 1529948 A2 EP1529948 A2 EP 1529948A2
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EP
European Patent Office
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pressure
fuel
fuel pump
rail
volume
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EP04021981A
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EP1529948B1 (de
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Axel Wachtendorf
Leonhard Lang
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Volkswagen AG
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    • F02D2041/141—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a feed-forward control element
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    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/02—Fuel evaporation in fuel rails, e.g. in common rails

Definitions

  • the invention relates to a method for piloting a stroke piston fuel pump of a Internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, wherein the internal combustion engine a High-pressure rail and associated injection valves, according to the preamble of Claim 1.
  • a bulkhead of a reciprocating piston fuel pump for a fuel supply of a Internal combustion engine sets an amount of fuel that is in the reciprocating piston fuel pump compressed and pushed into a high-pressure rail.
  • a control algorithm implements the opening and closing times or angles of the quantity control station the pump is calculated. These opening and closing times are in shape an electrical signal output to the bulkhead.
  • the invention is based on the object with regard to a method of the abovementioned type with regard to activation the Mengenstelltechniks the Hub piston fuel pump to achieve a high Accuracy in providing the fuel injection amount and the fuel injection pressure to improve in the high pressure rail and to make it more robust against disturbances.
  • the stroke-piston fuel pump from the input values volume of fuel removal vevphh from the high pressure rail through the fuel injection valves per stroke, the stroke-piston fuel pump, fuel volume vdaavst which a change to the setpoint pressure .DELTA.p _ rail to the high-pressure rail per stroke, the stroke-piston fuel pump vkdavst , which requires the piston of the reciprocating piston fuel pump for compression of the fuel from low pressure to pressure in the high pressure rail per stroke of the reciprocating piston fuel pump, as well as volume loss vvlfghdp by not optimal delivery due to Damfblasen realise in the fuel per stroke of Hub Piston Fuel Pump Closing and opening times for a bulkhead of the reciprocating piston fuel pump are determined.
  • Fig. 1 illustrates a non-return fuel system with a fuel tank 10, a electric fuel pump 12, a fuel filter 14, a reciprocating piston fuel pump or high-pressure pump (HDP) 16 with quantity control station, a high-pressure rail 18, a plurality of high-pressure injection valves (HDEV) 20, a return line 22, a pressure relief valve (DBV) 24, an engine control unit (ECU) 26, a low pressure sensor 28, a high pressure sensor 30 and a power output stage 32 for driving the fuel pump 12.
  • Line 34 separates the fuel system into a high pressure side 36 and a low pressure side 36.
  • the electric fuel pump (EKP) 12 serves as a feed pump for the Hub Piston Fuel Pump (HDP) 16.
  • the Hub Piston Fuel Pump (HDP) 16 provides the Fuel pressure in the distribution bar or high-pressure rail 18 a.
  • the high pressure injectors 20 are supplied from the high-pressure rail 20 with fuel.
  • About the return line 22nd fuel flows back when the pressure in the high-pressure rail is a safety-critical one Exceeds limit. This can only occur in the event of a fault.
  • a leakage line, not shown the Hub Piston Fuel Pump (HDP) 16 discharges fuel contained in the Hub Piston Fuel Pump (HDP) 16 escapes between piston and cylinder. This amount is however relatively small.
  • the stroke piston fuel pump 16 includes, as shown in FIG. 2, a piston 40 in a cylinder 42 which performs a lifting movement. This lifting movement is divided into a downward and upward movement. In the downward movement is a displacement with fuel from the fuel tank 10 of the low pressure system 38 filled with fuel. In the upward movement the compression of the fuel takes place.
  • a quantity control station in the form of a Rate control valve 44 disconnects during a predetermined portion of the upstroke Compression space from the supply side or low pressure side 38. During that Section of the upward movement of the piston 40, which is used to compress the fuel is to be used, the bulkhead 44 separates the connection between engine capacity the stroke piston fuel pump 16 and supply line 46.
  • the quantity control 44 opens the connection between the displacement the stroke-piston fuel pump 16 and the supply line 46. A closing interval is created, which lies in the compression stroke of the stroke piston fuel pump 16.
  • the position of the interval in the compression stroke is in principle freely selectable. Usually will either the closing or the opening time to one of the dead points of the movement of the piston 40 is placed. With both concepts it is possible the effective compression stroke adjust.
  • the displacement is with the high pressure rail 18 of the high pressure system 36 via a check valve 48 is connected. As soon as the pressure in the displacement of the Hub piston fuel pump 16 is greater than the pressure in the high-pressure rail 18, the flows compressed fuel from the displacement of the stroke piston fuel pump 16 in the High Pressure Rail 18.
  • the engine controller 26 ( Figure 1) provides the switching pulse to the flow control valve (44) of the quantity control station. The duration of this switching pulse sets Considering the piston speed and piston position fixed the effective stroke.
  • Fig. 4 illustrates the control of the quantity control station 44 with the two different concepts.
  • a graph 50 illustrates the movement of the piston 40 between a top dead center 52 and a bottom dead center 54, wherein a filling 56 and a compression 58 cyclically alternate.
  • graph 62 shows a drive signal for the quantity control valve 44 between 0V and 12V, a graph 64 a state of the quantity control valve 44 between "open” 66, and “closed” 68 and a graph 70 a pressure in the compression chamber, the stroke-piston fuel pump 16 between a low pressure p low-pressure 72 in the low pressure system 38 and a high pressure p HD-rail 74 in the high-pressure system 36 or
  • graph 78 shows a drive signal for the mass control valve 44 between 0V and 12V
  • a graph 80 indicates a state of the mass control valve 44 between "open” 82 and “closed” 84 and a graph 86 a pressure in the compression chamber
  • the stroke-piston fuel pump 16 between a low pressure p low-pressure 88 in the low pressure system 38 and a high pressure p HD-rail 90 in the high-pressure system 36 or high-pressure rail 18th
  • the closing interval 60 or 76 of the quantity-adjusting mechanism 44 lies between the bottom dead center 54 and the top dead center 52 of the piston 40 of the reciprocating piston fuel pump 16 relative to a piston 40 moving upward in the cylinder 42. In principle, it does not matter if the closing interval immediately after passing through the bottom dead center 54 begins (concept I, arrow 60) or ends with reaching the top dead center 52 (concept II, arrow 76). Both concepts lead to pressure build-up. For energetic reasons, however, the second concept (arrow 76) is preferable.
  • the compression process 60 or 76 is triggered by closing the quantity control station 44 with upwardly moving piston 40. The volume of fuel in the compression space at this moment is at approximately low pressure level. By the upward movement of the piston 40, the pressure increases.
  • the check valve 48 opens and the fuel flows out of the compression space of the reciprocating piston fuel pump 16 into the high-pressure rail 18. Dies takes place as long as the pressure in the compression chamber above the pressure p HD rail is maintained in the high-pressure rail 18.
  • the effective compression stroke is ended by opening the quantity-adjusting mechanism 44 or as soon as the piston 40 reaches its top dead center 52. Depending on the pump design and concept, a residual volume at the end of the compression process 58 may remain in the compression space of the reciprocating piston fuel pump 16.
  • the fuel for example petrol
  • changes its volume under pressure. This volume change results ⁇ V V 0 * ⁇ p * ⁇
  • V 0 is an initial volume [mm 3]
  • ⁇ p a change in pressure [bar]
  • .DELTA.V a change in volume [mm 3].
  • the one compressibility number ⁇ [1 / bar] for the fluid to be compressed results, as a function of temperature and pressure, from a family of curves according to FIG. 3.
  • FIG. 3 shows a pressure in [bar] and on a vertical axis 92 on a horizontal axis 92 Axis 94 the compressibility in [E-4 / bar].
  • the curves correspond from top to bottom to a temperature of 413K, 393K, 373K, 353K, 333K, 313K, 293K, 273K, 253K and 233K.
  • the density of the fuel for the respective operating point is first calculated.
  • the fuel flows through first the lift-piston fuel pump 16, the fuel line and then the high-pressure rail 18. There is a heat transfer due to the contact of the fuel with the inner surfaces of the fuel-carrying components instead.
  • the source of heat is the engine block or the ambient air in the engine compartment as well as the compression work in the reciprocating piston fuel pump 16. These heat inputs bear the following names t emotr , t eulr and t krailnp .
  • the fuel flows into the compression space via the open quantity control 44 at the temperature t flvrhdp . There, the fuel is compressed and flows through the check valve 48 in the high-pressure rail 18. By this thermodynamic process takes place a temperature entry t krailnp in the fuel.
  • the dependencies of t emotr , t eulr and t krailnp are determined empirically and stored in curves and maps .
  • the dynamic behavior of the temperature t krail in the high-pressure rail 18 is detected.
  • the time behavior of the filter is determined as a function of the fuel mass flow Q fuel ) and of the difference between t mot and t krailnp .
  • the precontrol of the stroke piston fuel pump 16 is based on the calculation the stroke volume of the piston 40, which is used for the compression of the fuel shall be.
  • This stroke volume is defined by closing and opening times the quantity control station 44, taking into account the pump geometry.
  • the to be compressed Fuel volume results from the requirements of the engine controller 26 in terms Target fuel pressure in the high-pressure rail 18 and fuel quantity and the current Operating parameters, such as temperature and actual pressures.
  • Ap soll_rail is defined as follows: ⁇ p soll_rail> 0 meant that the nominal pressure gradient is positive and Ap soll_rail ⁇ 0 meant the nominal pressure gradient däß negative.
  • kmeshdp, tflvrhdp, nmot and p low pressure maps are addressed, which are empirically determined in the experiment.
  • the delta crank angle dwms ⁇ s ⁇ g refers to that part of the rising edge of the drive cam for the reciprocating piston fuel pump that is conceptually used for the compression interval.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorsteuern einer Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine ein Hochdruckrail und damit verbundene Einspritzventile aufweist. Hierbei wird aus den Eingangswerten Kraftstoffvolumenentnahme vevphh aus dem Hochdruckrail durch die Einspritzventile pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe, Kraftstoffvolumen vdaavst , welches für eine Änderung des Solldruckes Δpsoll_rail im Hochdruckrail pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe benötigt wird, Hubvolumen vkdavst , welches der Kolben der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe zur Verdichtung des Kraftstoffes von Niederdruck auf Druck im Hochdruckrail pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe benötigt, sowie Volumenverlust vvlfghdp durch nicht optimalen Liefergrad aufgrund von Damfblasenbildung im Kraftstoff pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe Schließ- und Öffnungszeitpunkte für ein Mengenstellwerk der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe bestimmt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorsteuern einer Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine ein Hochdruckrail und damit verbundene Einspritzventile aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Mengenstellwerk einer Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe für eine Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine legt eine Kraftstoffmenge fest, die in der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe komprimiert und in ein Hochdruckrail geschoben wird. In einem Motorsteuergerät ist ein Regelalgorithmus implementiert, der die Öffnungs- und Schließzeiten bzw. -winkel des Mengenstellwerkes der Pumpe berechnet. Diese Öffnungs- und Schließzeiten werden in Form eines elektrischen Signals an das Mengenstellwerk ausgegeben. Für eine abgas- und verbrauchsoptimale Gemischbildung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine muß der Kraftstoffdruck und die zur Einspritzung zur Verfügung stehende Kraftstoffmenge im Hochdruckrail so genau wie möglich bereitgestellt werden.
Bei einem bekannten Algorithmus für die Ansteuerung des Mengenstellwerkes sind eine Vorsteuerung und ein Regler vorgesehen. In der Vorsteuerung wird die Zeitdauer für die Ansteuerung mit eingeschränkter Genauigkeit ermittelt. Eingangssignale der Vorsteuerung sind die Sollwerte für Kraftstoffdruck und -menge. Auf Basis dieser Sollwerte werden Kennfelder adressiert, in denen ein Ansteuerwinkel abgelegt ist. Diese Kennfelder bilden nicht die physikalischen Gegebenheiten in der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe nach, sondern sind empirisch an exemplarisch ausgewählten Pumpen ermittelt. Durch die Verwendung eines Reglers besteht die Möglichkeit, die in der Vorsteuerung ermittelte Ansteuerdauer des Mengenstellwerkes zu korrigieren. Der Regler arbeitet auf Basis einer Istdruck-Erfassung mit einem Sensor im Hochdruckrail. Dieser Regler ist als PI-Regler ausgelegt. Diese Korrektur ist notwendig, da von den Vorsteuerkennfeldern folgende Zusammenhänge nicht berücksichtigt werden können:
  • Die Toleranzlagenstreuung der Pumpe in der Serie.
  • Fehler in den Vorsteuerkennfeldern.
  • Physikalische Abhängigkeiten, wie beispielsweise Temperaturabhängigkeiten.
Je genauer die Vorsteuerkennfelder den realen Bedingungen entsprechen, desto kleiner fallen die Eingriffe des Reglers aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obengenannten Art bzgl. Ansteuerung des Mengenstellwerks der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe zum Erzielen einer hohen Genauigkeit bzgl. der Bereitstellung der Kraftstoffeinspritzmenge und des Kraftstoffeinspritzdruckes im Hochdruckrail zu verbessern und gegen Störungen robuster zu machen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß aus den Eingangswerten Kraftstoffvolumenentnahme vevphh aus dem Hochdruckrail durch die Einspritzventile pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe, Kraftstoffvolumen vdaavst, welches für eine Änderung des Solldruckes Δp soll _ rail im Hochdruckrail pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe benötigt wird, Hubvolumen vkdavst , welches der Kolben der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe zur Verdichtung des Kraftstoffes von Niederdruck auf Druck im Hochdruckrail pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe benötigt, sowie Volumenverlust vvlfghdp durch nicht optimalen Liefergrad aufgrund von Damfblasenbildung im Kraftstoff pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe Schließ- und Öffnungszeitpunkte für ein Mengenstellwerk der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe bestimmt werden.
Dies hat den Vorteil, daß eine höhere Genauigkeit bei geringerem Applikationsaufwand und besserer Diagnosefähigkeit erzielt wird, wobei unterschiedliche Pumpenkonzepte realisierbar sind.
Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in
Fig. 1
ein schematisches Schaltbild eines bekannten, rücklauffreien Kraftstoffsystems,
Fig. 2
ein schematisches Schaltbild der Funktionsweise einer Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 3
ein Kennfeld für die Kompressibilität des Kraftstoffs in Abhängigkeit von Druck und Temperatur.
Fig. 4
eine schematische Darstellung der Ansteuerung eines Mengenstellwerkes einer Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe,
Fig. 1 veranschaulicht ein rücklauffreies Kraftstoffsystem mit einem Kraftstofftank 10, einer elektrischen Kraftstoffpumpe 12, einem Kraftstoff-Filter 14, einer Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe bzw. Hochdruckpumpe (HDP) 16 mit Mengenstellwerk, einem Hochdruckrail 18, mehreren Hochdruckeinspritzventilen (HDEV) 20, einer Rücklaufleitung 22, einem Druckbegrenzungsventil (DBV) 24, einem Motorsteuergerät (ECU) 26, einem Niederdrucksensor 28, einem Hochdrucksensor 30 und einer Leistungsendstufe 32 zum Ansteuern der Kraftstoffpumpe 12. Linie 34 trennt das Kraftstoffsystem in eine Hochdruckseite 36 und eine Niederdruckseite 36. Die elektrische Kraftstoffpumpe (EKP) 12 dient als Vorförderpumpe für die Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe (HDP) 16. Die Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe (HDP) 16 stellt den Kraftstoffdruck in der Verteilerleiste bzw. Hochdruckrail 18 ein. Die Hochdruckeinspritzventile 20 werden aus der Hochdruckrail 20 mit Kraftstoff versorgt. Über die Rücklaufleitung 22 fließt Kraftstoff zurück, wenn der Druck in der Hochdruckrail einen sicherheitskritischen Grenzwert überschreitet. Dies kann nur im Fehlerfall eintreten. Eine nicht dargestellte Leckageleitung der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe (HDP) 16 führt Kraftstoff ab, der in der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe (HDP) 16 zwischen Kolben und Zylinder entweicht. Diese Menge ist jedoch relativ klein.
Die Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 umfaßt, wie aus Fig. 2 ersichtlich, einen Kolben 40 in einem Zylinder 42, der eine Hubbewegung ausführt. Diese Hubbewegung unterteilt sich in eine Ab- und Aufwärtsbewegung. In der Abwärtsbewegung wird ein Hubraum mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10 des Niederdrucksystems 38 mit Kraftstoff befüllt. In der Aufwärtsbewegung erfolgt die Kompression des Kraftstoffes. Ein Mengenstellwerk in Form eines Mengensteuerventils 44 trennt während eines vorbestimmten Teils des Aufwärtshubes den Kompressionsraum von der Versorgungsseite bzw. Niederdruckseite 38. Während desjenigen Abschnittes der Aufwärtsbewegung des Kolbens 40, der zur Kompression des Kraftstoffes genutzt werden soll, trennt das Mengenstellwerk 44 die Verbindung zwischen Hubraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 und Versorgungsleitung 46. Während desjenigen Abschnittes der Aufwärtsbewegung des Kolbens 40, der nicht zur Kompression des Kraftstoffes genutzt werden soll, öffnet das Mengenstellwerk 44 die Verbindung zwischen dem Hubraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 und der Versorgungsleitung 46. Es entsteht ein Schließintervall, das im Kompressionstakt der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 liegt.
Die Lage des Intervalls im Kompressionstakt ist prinzipiell frei wählbar. Üblicherweise wird entweder der Schließ- oder der Öffnungszeitpunkt auf einen der Totpunkte der Bewegung des Kolbens 40 gelegt. Mit beiden Konzepten ist es möglich, den effektiven Kompressionshub einzustellen. Der Hubraum ist mit dem Hochdruckrail 18 des Hochdrucksystems 36 über ein Rückschlagventil 48 verbunden. Sobald der Druck im Hubraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 größer wird als der Druck im Hochdruckrail 18, strömt der komprimierte Kraftstoff aus dem Hubraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 in das Hochdruckrail 18. Die Motorsteuerung 26 (Fig. 1) gibt den Schaltimpuls an das Mengensteuerventil (44) des Mengenstellwerkes aus. Die Zeitdauer dieses Schaltimpulses legt unter Berücksichtigung der Kolbengeschwindigkeit und Kolbenposition den effektiven Hub fest.
Fig. 4 veranschaulicht die Ansteuerung des Mengenstellwerkes 44 mit den zwei unterschiedlichen Konzepten. Hierzu veranschaulicht ein Graph 50 die Bewegung des Kolbens 40 zwischen einem oberen Totpunkt 52 und einem unteren Totpunkt 54, wobei sich eine Füllung 56 und eine Kompression 58 zyklisch abwechseln. Gemäß einem ersten Konzept mit Schließintervall am Beginn des Kompressionshubes 58, wie mit Pfeilen 60 (Kompressionsphase gemäß Konzept I) angedeutet, zeigt Graph 62 ein Ansteuersignal für das Mengensteuerventil 44 zwischen 0V und 12V, ein Graph 64 einen Zustand des Mengensteuerventils 44 zwischen "offen" 66 und "geschlossen" 68 und ein Graph 70 einen Druck im Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 zwischen einem Niederdruck pniederdruck 72 im Niederdrucksystem 38 und einem Hochdruck pHD-rail 74 im Hochdrucksystem 36 bzw.
Hochdruckrail 18. Gemäß einem zweiten Konzept mit Schließintervall am Ende des Kompressionshubes 58, wie mit Pfeilen 76 (Kompressionsphase gemäß Konzept II) angedeutet, zeigt Graph 78 ein Ansteuersignal für das Mengensteuerventil 44 zwischen 0V und 12V, ein Graph 80 einen Zustand des Mengensteuerventils 44 zwischen "offen" 82 und "geschlossen" 84 und ein Graph 86 einen Druck im Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 zwischen einem Niederdruck pniederdruck 88 im Niederdrucksystem 38 und einem Hochdruck pHD-rail 90 im Hochdrucksystem 36 bzw. Hochdruckrail 18.
Das Schließintervall 60 bzw. 76 des Mengenstellwerkes 44 liegt zwischen dem unteren Totpunkt 54 und dem oberen Totpunkt 52 des Kolbens 40 der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 bezogen auf einen sich im Zylinder 42 aufwärts bewegenden Kolben 40. Prinzipiell ist es egal, ob das Schließintervall direkt nach durchschreiten des unteren Totpunktes 54 beginnt (Konzept I, Pfeil 60) oder mit erreichen des oberen Totpunktes 52 endet (Konzept II, Pfeil 76). Beide Konzepte führen zum Druckaufbau. Aus energetischen Gründen ist aber das zweite Konzept (Pfeil 76) zu bevorzugt. Der Kompressionsvorgang 60 bzw. 76 wird durch verschließen des Mengenstellwerkes 44 bei sich aufwärts bewegendem Kolben 40 ausgelöst. Das sich in diesem Moment im Kompressionsraum befindliche Kraftstoffvolumen hat annähernd Niederdruckniveau. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 40 erhöht sich der Druck. Steigt der Druck im Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 über den im Hochdruckrail 18 herrschenden Druck pHD-rail, dann öffnet sich das Rückschlagventil 48 und der Kraftstoff strömt aus dem Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 in das Hochdruckrail 18. Dies erfolgt so lange, wie der Druck im Kompressionsraum über dem Druck pHD-rail im Hochdruckrail 18 gehalten wird. Beendet wird der effektive Kompressionshub durch Öffnen des Mengenstellwerkes 44 bzw. sobald der Kolben 40 seinen oberen Totpunkt 52 erreicht. Je nach Pumpenkonstruktion und -Konzept kann ein Restvolumen am Ende des Kompressionsvorgangs 58 im Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 verbleiben.
Der Kraftstoff, beispielsweise Ottokraftstoff, ändert unter Druck sein Volumen. Diese Volumenänderung ergibt sich aus ΔV = V 0 *Δp *χ wobei V 0 ein Ausgangsvolumen [mm3], Δp eine Druckänderung [bar], χ eine Kompressibilitätszahl [1/bar] und ΔV eine Volumenänderung [mm3] ist. Die eine Kompressibilitätszahl χ [1/bar] für das zu komprimierende Fluid ergibt sich in Abhängigkeit von Temperatur und Druck aus einer Kennlinienschar gemäß Fig. 3. Die Fig. 3 zeigt auf einer horizontalen Achse 92 einen Druck in [bar] und auf einer vertikalen Achse 94 die Kompressibilität in [E-4/bar]. Die Kennlinien entsprechen von oben nach unten einer Temperatur von 413K, 393K, 373K,353K, 333K, 313K, 293K, 273K, 253K und 233K. Die Kompressibilität ist empirisch ermittelt und bezieht sich bei dem dargestellten Beispiel auf Superbenzin, das bei 15°C und 1 bar die Dichte ρ =0,7647 g/cm3 aufweist.
Erfindungsgemäß werden zur Berechnung der Volumenänderung bei der Kompression von Kraftstoff die Größen Druckänderung, Temperaturänderung, Ausgangsvolumen, Ausgangsdruck und Ausgangstemperatur sowie ein Kompressibilitätskennfeld der verwendeten Kraftstoffsorte verwendet.
Für die Berechnung der Dichteänderung durch Kompression wird zunächst die Dichte des Kraftstoffes für den jeweiligen Betriebspunkt berechnet. Die Dichte ist gemäß folgender Formel abhängig von der Kompressibilität und dem Druck: ρKraftstoff = ρnorm (1 - (prail - pnorm ) * χKrail ) wobei ρKraftstoff eine Dichte des Kraftstoffes in [g/mm3], ρnorm eine Dichte des Kraftstoffes unter Normbedingungen in [g/mm3], pKraftstoff ein Druck des Kraftstoffes [bar], ], pnorm ein Normdruck in [bar] und χKraftstoff eine Kompressibilität des Kraftstoffes ist. Dieser Zusammenhang ist gültig für Kraftstoff in flüssiger Form.
Größen, die nicht direkt gemessen werden können, müssen mit Hilfe von Modellen nachgebildet werden. Dies betrifft in dem vorliegenden Anwendungsfall die Temperatur. Für die Kompressibilitätsbestimmung ist es notwendig, an zwei Stellen des Kraftstoffsystems die Temperatur des Kraftstoffes zu modellieren, nämlich die Temperatur des Kraftstoffes beim Einströmen in den Kompressionsraum tflvrhdp und die Temperatur des Kraftstoffes im Hochdruckrail tkrail. Für tflvrhdp wird ein Kennfeld adressiert, welches im Versuch empirisch ermittelt wird. Die Temperatur tkrail des Kraftstoffes im Hochdruckrail 18 hängt von verschiedenen Einflußgrößen ab. Ausgangspunkt ist die Eintrittstemperatur tflvrhdp des Kraftstoffes in die Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16. Der Kraftstoff durchfließt zunächst die Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16, die Kraftstoffleitung und dann das Hochdruckrail 18. Es findet ein Wärmeübergang aufgrund der Berührung des Kraftstoffes mit den Innenflächen der kraftstoffdurchflossenen Bauteile statt. Die Quelle der Wärme sind der Motorblock bzw. die Umgebungsluft im Motorraum sowie die Verdichtungsarbeit in der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16. Diese Wärmeeinträge tragen im folgenden die Namen temotr, teulr und t krailnp. Der Kraftstoff strömt über das geöffnete Mengenstellwerk 44 mit der Temperatur tflvrhdp in den Kompressionsraum ein. Dort wird der Kraftstoff verdichtet und strömt über das Rückschlagventil 48 in das Hochdruckrail 18. Durch diesen thermodynamischen Prozeß erfolgt ein Temperatureintrag t krailnp in den Kraftstoff. Für t krail gilt: tkrail = tflvhdp + temotr + teulr + t krailnp temotr = f ((tmot - t krailnp);QKraftstoff ) t krailnp = f ((prail - pNiederdruckseile )) teulr = f(tUmgebung; νFahrzeug )
Die Abhängigkeiten von temotr , teulr und t krailnp werden empirisch ermittelt und in Kennlinien und Kennfeldern abgelegt.
Mittels einer Tiefpaßfilterung wird das dynamische Verhalten der Temperatur t krail im Hochdruckrail 18 erfaßt. Das Zeitverhalten des Filters wird in Abhängigkeit vom Kraftstoffmassenfluß QKraftstoff ) sowie von der Differenz aus t mot und t krailnp festgelegt.
Erfindungsgemäß basiert die Vorsteuerung der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 auf der Berechnung des Hubvolumens des Kolbens 40, das für die Kompression des Kraftstoffes genutzt werden soll. Festgelegt wird dieses Hubvolumen durch Schließ- und Öffnungszeitpunkte des Mengenstellwerkes 44 unter Berücksichtigung der Pumpengeometrie. Das zu komprimierende Kraftstoffvolumen ergibt sich aus den Anforderungen der Motorsteuerung 26 hinsichtlich Soll-Kraftstoffdruck im Hochdruckrail 18 und Kraftstoffmenge sowie den aktuellen Betriebsparametern, wie Temperatur und Ist-Drücke.
Das von den Hochdruckeinspritzventilen 20 aus dem Hochdruckrail entnommene Kraftstoffvolumen muß von der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 wieder dem Hochdruckrail 18 zugeführt werden. Das aus dem Hochdruckrail 18 entnommene Volumen vevphh 96 (Fig. 2)ergibt sich aus: vevphh = kmphvst ρ krarvst kmphvst = dmkrhdeν ishdpvst ishdpνst = nnw * nahdpanz ρkrarvst = ρ rohnνst 1 - ((prail - pnorm ) * χ Krail wobei
νeνphh =
Kraftstoffvolumenentnahme aus dem Hochdruckrail durch die Einspritzventile in [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
kmphνst =
Kraftstoffmassenentnahme durch die Einspritzventile aus dem Hochdruckrail pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe in [g/Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
ρkrarνst =
Dichte des Kraftstoffes bei Ausströmen aus dem Hochdruckrail 18 in [g/mm3].
ρrohnνst =
Normdichte des Kraftstoffes (sortenabhängig) in [g/mm3].
prail =
Druck im Hochdruckrail 18 in [bar].
pnorm =
Normdruck in [bar].
χKrail =
Kompressibilität des Kraftstoffes im Hochdruckrail in [1/bar].
dmkrhdeν =
Kraftstoffmenge durch die Hochdruckeinspritzventile (HDEV) 20 berechnet aus Ventilöffnungszeiten in [g/min].
ishdpνst =
Anzahl der Lastspiele der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe pro min in [1/min].
nnw =
Nockenwellendrehzahl in [1/min].
nahdpanz =
Anzahl der Nocken auf der Nockenwelle für den Antrieb der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe [dimensionslos].
Eine Erhöhung des Drucks im Hochdruckrail 18 läßt such nur über ein zusätzliches Kraftstoffvolumen νdaaνst 98 (Fig. 2)d erreichen. Bei positivem Solldruckgradienten muß daher eine zusätzliche Kraftstoffmenge in das Hochdruckrail 18 gepumpt werden. Weil diese Zusatzmenge nicht von dem Hochdruckrail 18 entnommen wird, kommt es zu einer Druckerhöhung im Hochdruckrail 18. Soll sich der Druck im Hochdruckrail 18 dagegen verringern, dann muß dem Hochdruckrail 18 ein kleineres Kraftstoffvolumen zugeführt werden, wie diesem durch die Hochdruckeinspritzventile 20 entnommen worden ist. Dieses Mindervolumen ergibt sich bei einem negativen Solldruckgradienten. In diesem Fall erhält das berechnete Volumen ein negatives Vorzeichen. Formeltechnisch läßt sich dieser Zusammenhang folgendermaßen erfassen: νdaaνst = Δpsoll_rail *VHDRL * χKrail wobei
νdaaνst =
Volumen Kraftstoff für Druckauf- und -abbau pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
Δpsoll_rail =
Solldruckveränderung pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe [bar/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
VHDRL =
Volumen des gesamten Hochdruckbereiches bestehend aus Hochdruckrail und Hochdruckleitungen in [mm3].
χKrail =
Kompressibilität des Kraftstoffes im Hochdruckrail in [1/bar].
Hierbei ist Δpsoll_rail folgendermaßen definiert: Δpsoll_rail > 0 bedeutete, daß der Solldruckgradient positiv ist und Δpsoll_rail < 0 bedeutete, däß der Solldruckgradient negativ ist.
Als nächstes wird eine Volumenänderung νkdaνst 100 (Fig. 2) durch Kompression berücksichtigt. Wenn der Kompressionsvorgang beginnt, befindet sich der Kraftstoff zunächst noch auf Niederdruckniveau. Durch den sich nach oben bewegenden Kolben 40 kommt es zu einem Druckanstieg. Erst wenn Druckausgleich zwischen dem Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 und dem Hochdruckrail 18 besteht, öffnet sich das dazwischen befindliche Rückschlagventil 48. Das Hubvolumen, das der Kolben für die Verdichtung von Niederdruck- auf Raildruckniveau benötigt, ist zurückzuführen auf die Kompressibilität des Kraftstoffes. Dieses Hubvolumen wird erfindungsgemäß bei der Berechnung der Ansteuerung des Mengenstellwerkes 44 berücksichtigt und wird zu den zuvor berechneten Volumina νeνphh (Kraftstoffvolumenentnahme aus dem Hochdruckrail durch die Einspritzventile) und νdaaνst (Volumen Kraftstoff für Druckauf- und -abbau im Hochdruckrail18) hinzu addiert. Dieses Zusatzvolumen berechnet sich wie folgt: νkdaνst = χKhdp * Δp * Vkomp 1 - Δp * χ Khdp Vkomp = νeνphh + νdaaνst + νtotraum wobei
νkdaνst =
Volumen für Kompression bis Druckausgleich zwischen Kompressionsraum in der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 und dem Hochdruckrail 18 in [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
χKhdp =
Kompressibilität des Kraftstoffs bei Einströmen in den Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe in [1/bar].
Vkomp =
Kraftstoffvolumen das sich bei Druckausgleich im Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe befindet in [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
νdaaνst =
Volumen Kraftstoff für Druckauf- und -abbau pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
νeνphh =
Kraftstoffvolumenentnahme aus dem Hochdruckrail durch die Einspritzventile in [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
νtotraum =
Kraftstoffvolumen im Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 bei Ende des Kompressionsvorganges in [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
Wenn das Mengenstellwerk 44 im unteren Totpunkt des Kolbens 40 der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 schließt (vgl. Pfeil 60 in Fig. 4 gemäß Konzept I) und der Druckaufbau beginnt, muß stets der gesamte sich im Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 befindliche Kraftstoff von Niederdruck- auf Raildruckniveau gebracht werden. Für Pumpenkonzepte, die prinzipbedingt immer um unteren Totpunkt des Kolbens 40 der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 das Mengenstellwerk 44 schließen und mit einem variablen Öffnungszeitpunkt des Mengenstellwerks 44 ihre Förderleistung einstellen, läßt sich νkdaνst (Volumen für Kompression bis Druckausgleich zwischen Kompressionsraum in der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 und dem Hochdruckrail 18) alternativ etwas einfacher darstellen: νkdaνst = χKhdp * Δp * VKompressionsraum wobei
VKompressionsraum =
Volumen des Kompressionsraumes der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 in [mm3].
Die Befüllung des Kompressionsraumes der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 erfolgt während sich der Kolben 40 abwärts bewegt. Es muß soviel Kraftstoff in den Kompressionsraum nachgefüllt werden, wie im Kompressionstakt zuvor in das Hochdruckrail 18 abgegeben worden ist. Dynamische Strömungseffekte können jedoch dazu führen, daß die Befüllung nicht gleichmäßig erfolgt. Durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten und nicht optimale Einströmkanäle entstehen punktuell Zonen mit niedrigem Druckniveau. In diesen Zonen kann es dazu kommen, daß der Kraftstoff unter Temperatureinwirkung von der flüssigen in die gasförmige Phase übergeht. Dies beinhaltet eine Volumenvergrößerung. Die so entstandenen Dampfblasen befinden sich entweder bereits im Kompressionsraumes der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 oder werden vom Kraftstoffstrom mitgerissen und gelangen so in den Kompressionsraum. Unter Druckerhöhung durch den beginnenden Kompressionsvorgang bilden sich diese Blasen zurück. Es kommt zu einer Volumenverringerung. Das Hubvolumen, das der Kolben 40 der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 bei geschlossenem Mengenstellwerk 44 benötigt, um diese Volumenänderung zu kompensieren wird im folgenden ννlfghdp genannt. Dieses Volumen ννlfghdp 102 (Fig. 2) wird erfindungsgemäß bei der Festlegung des zu komprimierenden Gesamtvolumen berücksichtigt. ννlfghdp = νeνphh + νkdaνst + νdaaνst 1-lfgrhdp wobei
ννlfghdp =
Volumenverlust durch nicht optimalen Liefergrad aufgrund von Damfblasenbildung im Kraftstoff pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe [mm3].
lfgrhdp =
Liefergrad bei der Füllung des Kompressionsraumes der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe [dimensionslos].
Definition:
  • 0 < lfgrhdp < 1
  • 0 = keine Füllung
  • 1 = 100% Füllung
lfgrhdp = f(kmeshdp;tflvrhdp) * f(nmot; pniederdruck)
kmeshdp =
Kraftstoffmasse, die durch das Mengenstellwerk in das Hochdruckrail pro Hub einströmt in [g/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
tflvrhdp =
Temperatur des Kraftstoffes beim Einströmen in den Kompressionsraum in [°C].
nmot =
Motordrehzahl in [1/min].
pniederdruck =
Kraftstoffdruck auf einer Niederdruckseite in [kPa].
Mit kmeshdp , tflvrhdp , nmot und pniederdruck werden Kennfelder adressiert, die im Versuch empirisch ermittelt werden.
Das zu komprimierende Gesamtvolumen ergibt sich aus der Addition der voranstehend ermittelten Volumina gemäß: νkhdpνst = νeνphh + νkdaνst + νdaaνst + ννlfghdp wobei
νkhdpνst =
Pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe zu komprimierendes Gesamtvolumen [mm3].
In vielen Anwendungsfällen wird die Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe über einen Nocken auf einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Welle ist dabei winkelsynchron mit der antreibenden Kurbelwelle verbunden. Die Hubbewegungen des Kolbens der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe erfolgen in einem solchen Fall winkelsynchron zur Kurbelwelle. Die Ansteuerung des Mengenstellwerkes erfolgt dann in vorteilhafter Weise abhängig von dem Kurbelwinkel. Hierbei wird der Schließ- und Öffnungswinkel des Mengenstellwerkes bezogen auf den Kurbelwinkel bestimmt. Zum Umsetzen des zu komprimierende Gesamtvolumens in ein kurbelwellensynchrones Ansteuern des Mengenstellwerkes wird die Anbindung der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe formeltechnisch erfaßt. Dazu ist das Übersetzungsverhältnis und die Anzahl der Nocken auf der Nockenwelle, die der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe zugeordnet sind, zu beachten. Die eigentliche Hubbewegung wird durch die geometrische Form des Nockens festgelegt. Der zurückgelegte Hub ergibt in Verbindung mit dem Durchmesser des Kolbens das Hubvolumen der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe. Es ergibt sich folgende Formel: skhdp = νkhdpνst π*r 2 kolben wobei
skhdp =
Kompressionshub des Kolbens der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe, der für das zu komprimierende Gesamtvolumen νkhdpνst erforderlicher ist [mm].
νkhdpνst =
Pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe zu komprimierendes Gesamtvolumen [mm3].
rKolben =
Radius des Kolbens der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe [mm].
mit dwmsνsνg = Erhebungskurve _ Nocken(skhdp) wobei die Funktion Erhebungskurve_Nocken(skhdp) die Geometrie der steigenden Flanke der Antriebsnockens für die Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe in Form einer Kennlinie beschreibt. Adressiert wird diese Kennlinie mit dem erforderlichen Kompressionshub skhdp in [mm]. Über die Geometrie ergibt sich mit dwmsνsνg der notwendige Kurbelwinkel, den das Mengenstellwerk geschlossen sein muß, damit der Kolben der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe den erforderlichen Kompressionshub skhdp ausführen kann, mit
dwmsνsνg =
Deltakurbelwinkel, den das Mengenstellwerk geschlossen bleibt in [°KW].
Der Deltakurbelwinkel dwmsνsνg bezieht sich auf den Teil der steigenden Flanke des Antriebsnockens für die Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe, der konzeptbedingt für das Kompressionsintervall genutzt wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
10
Kraftstofftank
12
Kraftstoffpumpe
14
Kraftstoff-Filter
16
Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe bzw. Hochdruckpumpe (HDP)
18
Hochdruckrail
20
Hochdruckeinspritzventile (HDEV)
22
Rücklaufleitung
24
Druckbegrenzungsventil (DBV)
26
Motorsteuergerät /ECU)
28
Niederdrucksensor
30
Hochdrucksensor
32
Leistungsendstufe
34
Linie
36
Hochdruckseite
38
Niederdruckseite
40
Kolben
42
Zylinder
44
Mengenstellwerk / Mengensteuerventil
46
Versorgungsleitung
48
Rückschlagventil
50
Graph: die Bewegung des Kolbens 40
52
oberer Totpunkt
54
unterer Totpunkt
56
Füllung
58
Kompression
60
Pfeil: Kompressionsphase gemäß Konzept I
62
Graph: Ansteuersignal für Mengensteuerventil 44 (Konzept I)
64
Graph: Zustand des Mengensteuerventils 44 (Konzept I)
66
Zustand: "offen" (Konzept I)
68
Zustand: "geschlossen" (Konzept I)
70
Graph: Druck im Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 (Konzept I)
72
Niederdruck Pniederdruck (Konzept I)
74
Hochdruck pHD-rail (Konzept I)
76
Pfeil: Kompressionsphase gemäß Konzept II
78
Graph: Ansteuersignal für Mengensteuerventil 44 (Konzept II)
80
Graph: Zustand des Mengensteuerventils 44 (Konzept II)
82
Zustand: "offen" (Konzept II)
84
Zustand: "geschlossen" (Konzept II)
86
Graph: Druck im Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 (Konzept II)
88
Niederdruck pniederdruck (Konzept II)
90
Hochdruck pHD-rail (Konzept II)
92
horizontale Achse
94
vertikale Achse
96
νeνphh
98
νdaaνst
100
νkdaνst
102
ννlfghdp
dmkrhdeν
Durch die Einspritzventile strömende Kraftstoffmenge in [g/min] berechnet aus Ventilöffnungszeiten.
dwmsνsνg
Deltakurbelwinkel, den das Mengenstellwerk geschlossen bleibt in [°KW].
Erhebungskurνe_Nocken(skhdp)
Kennlinie, die eine Geometrie einer steigenden Flanke eines Antriebsnockens der Nockenwelle für die Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe für den erforderlichen Kompressionshub skhdp beschreibt.
ishdpνst
Anzahl der Lastspiele der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe pro min in [1/min].
kmeshdp
Kraftstoffmasse, die durch das Mengenstellwerk in das Hochdruckrail pro Hub einströmt in [g/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
kmphνst
Kraftstoffmassenentnahme durch die Einspritzventile aus dem Hochdruckrail pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe in [g/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
lfgrhdp
Liefergrad bei der Füllung des Kompressionsraumes der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe [dimensionslos].
nahdpanz
Anzahl der Nocken auf der Nockenwelle für den Antrieb der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe [dimensionslos].
nmot
Motordrehzahl in [1/min].
nnw
Nockenwellendrehzahl in [1/min].
pniederdruck
Kraftstoffdruck auf einer Niederdruckseite in [kPa].
pnorm
Normdruck in [bar].
prail
Druck im Hochdruckrail in [bar].
Δp
Druckänderung in [bar].
Δpsoll_rail
Änderung des Solldruckes im Hochdruckrail [bar/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
QKraftstoff )
Kraftstoffmassenfluß
rKolben
Radius des Kolbens der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe [mm].
ρkrarνst
Dichte des Kraftstoffes bei Ausströmen aus dem Hochdruckrail in [g/mm3].
ρrohnνst
Normdichte des Kraftstoffes (sortenabhängig) in [g/mm3].
skhdp
Kompressionshub, der für das zu komprimierende Gesamtvolumen νkhdpνst erforderlicher ist [mm].
temotr
Temperatur Motorblock [°C].
teulr
Temperatur Umgebungsluft im Motorraum [°C].
tflνrhdp
Temperatur des Kraftstoffes beim Einströmen in den Kompressionsraum in [°C].
t krail
Temperatur im Hochdruckrail 18 [°C].
t krailnp
Temperatur durch Verdichtungsarbeit in Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe 16 [°C].
VHDRL
Volumen des gesamten Hochdruckbereiches bestehend aus Hochdruckrail und Hochdruckleitungen in [mm3].
Vkomp
Kraftstoffvolumen das sich bei Druckausgleich im Kompressionsraum befindet in [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
VKompressionsraum
Volumen des Kompressionsraumes der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe in [mm3].
νdaaνst
Kraftstoffvolumen, welches für eine Änderung des Solldruckes Δpsoll_rail im Hochdruckrail benötigt wird, in [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
νeνphh
Kraftstoffvolumenentnahme aus dem Hochdruckrail durch die Einspritzventile in [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
νkdaνst
Hubvolumen, welches der Kolben der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe zur Verdichtung des Kraftstoffes von Niederdruck auf Druck im Hochdruckrail benötigt in [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
νkhdpνst
Pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe zu komprimierendes Gesamtvolumen [mm3].
νtotraum
Kraftstoffvolumen im Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe bei Ende des Kompressionsvorganges in [mm3/Hub Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe].
ννlfghdp
Volumenverlust durch nicht optimalen Liefergrad aufgrund von Damfblasenbildung im Kraftstoff pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe [mm3].
χKhdp
Kompressibilität des Kraftstoffs bei Einströmen in den Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe in [1/bar].
χKrail
Kompressibilität des Kraftstoffes im Hochdruckrail in [1/bar].

Claims (16)

  1. Verfahren zum Vorsteuern einer Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine ein Hochdruckrail und damit verbundene Einspritzventile aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Eingangswerten Kraftstoffvolumenentnahme νeνphh aus dem Hochdruckrail durch die Einspritzventile pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe, Kraftstoffvolumen νdaaνst, welches für eine Änderung des Solldruckes Δpsoll_rail im Hochdruckrail pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe benötigt wird, Hubvolumen νkdaνst , welches der Kolben der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe zur Verdichtung des Kraftstoffes von Niederdruck auf Druck im Hochdruckrail pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe benötigt, sowie Volumenverlust ννlfghdp durch nicht optimalen Liefergrad aufgrund von Damfblasenbildung im Kraftstoff pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe Schließ- und Öffnungszeitpunkte für ein Mengenstellwerk der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe bestimmt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe zu komprimierendes Gesamtvolumen νkhdpνst gemäß der Summe: νkhdpνst = νeνphh + νkdaνst + νdaaνst + ννlfghdp berechnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zu komprimierendes Gesamtvolumen νkhdpνst ein dafür erforderlicher Kompressionshub skhdp des Kolbens der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe gemäß skhdp = νkhdpνst π * r 2 Kolben berechnet wird, wobei rKolben ein Radius des Kolbens der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird, wobei Schließ- und Öffnungszeitpunkte als Deltakurbelwinkel dwmsνsνg , den das Mengenstellwerk geschlossen bleibt, gemäß dwmsνsνg = Erhebungskurνe_Nocken(skhdp) bestimmt wird, wobei die Funktion Erhebungskurνe _ Nocken(skhdp) eine Geometrie einer steigenden Flanke eines Antriebsnockens der Nockenwelle für die Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe in Form einer Kennlinie für den erforderlichen Kompressionshub skhdp beschreibt.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffvolumenentnahme νeνphh gemäß νeνphh = kmphνst ρ krarνst berechnet wird, wobei kmphνst eine Kraftstoffmassenentnahme durch die Einspritzventile aus dem Hochdruckrail pro Hub der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe in und ρkrarνst eine Dichte des Kraftstoffes bei Ausströmen aus dem Hochdruckrail ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffvolumenentnahme kmphνst gemäß kmphνst = dmkrhdeν ishdpνst berechnet wird, wobei dmkrhdeν eine durch die Einspritzventile strömende Kraftstoffmenge berechnet aus Ventilöffnungszeiten und ishdpνst eine Anzahl der Lastspiele der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe pro min ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Anzahl der Lastspiele der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe ishdpνst gemäß ishdpνst = nnw * nahdpanz berechnet wird, wobei nnw eine Nockenwellendrehzahl und nahdpanz eine Anzahl der Nocken auf der Nockenwelle für den Antrieb der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe ist.
  8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ρkrarνst gemäß ρ krarνst = ρ rohnνst 1 - ((prail - pnorm ) * χ Krail ) berechnet wird, wobei ρrohnνst eine Normdichte des Kraftstoffes, prail ein Druck im Hochdruckrail in, pnorm ein Normdruck und χKrail eine Kompressibilität des Kraftstoffes im Hochdruckrail ist.
  9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffvolumen νdaaνst gemäß νdaaνst = Δpsoll_rail * VHDRL * χKrail berechnet wird, wobei Δpsoll_rail eine Änderung des Solldruckes im Hochdruckrail, VHDRL ein Volumen des gesamten Hochdruckbereiches bestehend aus Hochdruckrail und Hochdruckleitungen und χKrail eine Kompressibilität des Kraftstoffes im Hochdruckrail ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Δpsoll_rail größer 0 ist, wenn ein Solldruckgradient positiv ist, und daß Δpsoll _ rail kleiner 0 ist, wenn ein Solldruckgradient negativ ist.
  11. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubvolumen νkdaνst gemäß νkdaνst = χ Khdp * Δp * Vkomp 1 - Δp * χ Khdp berechnet wird, wobei χKhdp eine Kompressibilität des Kraftstoffs bei Einströmen in den Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe, Δp eine Druckänderung und Vkomp ein Kraftstoffvolumen das sich bei Druckausgleich im Kompressionsraum befindet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffvolumen Vkomp gemäß Vkomp = νeνphh + νdaaνst + νtotraum berechnet wird, wobei νtotraum ein Kraftstoffvolumen im Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe bei Ende des Kompressionsvorganges ist.
  13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenstellwerk an einem unteren Totpunkt des Kolbens der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe geschlossen wird, wobei das Hubvolumen νkdaνst gemäß νkdaνst = χKhdp *Δp * VKompressionsraum berechnet wird, wobei VKompressionsraum ein Volumen des Kompressionsraumes der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe, Δp eine Druckänderung und χKhdp eine Kompressibilität des Kraftstoffs bei Einströmen in den Kompressionsraum der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe ist.
  14. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenverlust ννlfghdp gemäß ννlfghdp = νeνphh + νkdaνst + νdaaνst 1 - lfgrhdp berechnet wird, wobei lfgrhdp ein Liefergrad bei der Füllung des Kompressionsraumes der Hub-Kolben-Kraftstoffpumpe ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß 0 < lfgrhdp < 1 ist, wobei 0 = keine Füllung und 1 = 100%-Füllung ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Liefergrad lfgrhdp gemäß lfgrhdp = f (kmeshdp; tflνrhdp) * f(nmot; pniederdruck )) berechnet wird, wobei kmeshdp eine Kraftstoffmasse, die durch das Mengenstellwerk in das Hochdruckrail pro Hub einströmt, tflνrhdp eine Temperatur des Kraftstoffes beim Einströmen in den Kompressionsraum, nmot eine Motordrehzahl und pniederdruck ) ein Kraftstoffdruck auf einer Niederdruckseite ist.
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