EP1544447A2 - Verfahren und Vorrichtung zum steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1544447A2
EP1544447A2 EP04105682A EP04105682A EP1544447A2 EP 1544447 A2 EP1544447 A2 EP 1544447A2 EP 04105682 A EP04105682 A EP 04105682A EP 04105682 A EP04105682 A EP 04105682A EP 1544447 A2 EP1544447 A2 EP 1544447A2
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EP
European Patent Office
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fuel
pressure pump
low
flow rate
pressure
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EP1544447B1 (de
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Erwin Achleitner
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Aumovio Germany GmbH
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Siemens AG
Siemens Corp
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for Controlling an internal combustion engine.
  • Known internal combustion engines have a fuel supply device with a low pressure circuit, which is a low pressure pump and a regulator comprising a predetermined pressure in the low pressure circuit when the flowing through it Flow rate of fuel is less than one Limit.
  • internal combustion engines are also with a High-pressure pump equipped, which is coupled on the input side with the low-pressure circuit and the fuel into a fuel tank promotes. Injectors are with the fuel tank coupled and measure the fuel in the Combustion chambers of the cylinder of the internal combustion engine too. If the Temperature of the fuel in the low pressure circuit very high Values reached, there is a risk that there vapor bubbles form.
  • the regulator should be designed to withstand the pressure in the Low pressure circuit sufficiently high, so that also ensured is when the temperature of the high pressure pump pumped fuel reaches a maximum value, that no vapor bubbles form.
  • this has the disadvantage that in other operating conditions, in which the temperature the fuel is significantly lower, the low-pressure pump be driven with unnecessarily high power got to.
  • the object of the invention is a method and a device to provide for controlling the internal combustion engine, the or that is simple and reliable at the same time.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for controlling an internal combustion engine with a fuel supply device with a low-pressure circuit, which includes a low pressure pump and a regulator.
  • the regulator sets a predetermined pressure in the Low pressure circuit when the flow rate flowing through it of the fuel is less than a limit.
  • the internal combustion engine has a high-pressure pump, the the input side is coupled to the low pressure circuit and the Promotes fuel into a fuel storage.
  • One size is determined, which is characteristic of the temperature the fuel that the high pressure pump delivers. A given Condition is met if recognized by size is that the temperature of the fuel is a predetermined Threshold exceeded.
  • the low pressure pump is in the sense of Higher flow rate of the fuel is controlled, as if the Temperature of the fuel below the preset threshold is, with the higher flow rate specified is that a specifiable increase in pressure on the input side Pressure of the high pressure pump results.
  • the invention uses the knowledge that the flow rates / fuel pressure characteristic of the regulator from a certain Flow rate, which is the limit, to a significant increase in pressure leads.
  • she uses the Realizing that the given threshold temperature of the fuel, as a rule, in operating states of the internal combustion engine is exceeded, in which only a small Fuel quantity by means of injection valves in the combustion chambers the cylinder of the internal combustion engine is metered.
  • the Flow rate of the low pressure pump adjusted so that a very high flow through the regulator results, the then the desired predetermined pressure increase of the input side Pressure of the high-pressure pump result.
  • a very simple regulator can be used, for example only a spring-loaded check valve is with a Characteristic curve in which a large increase in pressure is dependent from the flow rate, and yet ensured be that a vapor bubble formation is avoided, when the temperature of the fuel, the high-pressure pump promotes, has exceeded the predetermined threshold. If the flow rate is not increased, the flow is by the regulator significantly lower and the pressure then approximately independent of the flow rate through the regulator.
  • the regulator can be used for one be designed according to lower pressure, because of Increasing the pressure due to the increased flow rate. This then has an increase in the efficiency of the internal combustion engine Result and at the same time is the wear of the low pressure pump reduced.
  • the low pressure pump for a predetermined period of time in Sensed the increased flow rate, if the predetermined Condition is met.
  • This can be a suitable choice the predetermined period of time to ensure that a no vapor bubbles occur and on the other hand the burden is kept low for the low pressure pump.
  • the predefinable time duration is particularly advantageous from the integral of the metered fuel mass during the Control of the low pressure pump in terms of increased flow determined.
  • the length of time within which a vapor bubble formation Probably, can be so very precise be estimated and the load of the low pressure pump can be kept so low.
  • control of the low-pressure pump takes place when the predetermined Condition is met, in the sense of an approximately maximum Flow rate of the low pressure pump. This results then a maximum pressure rise in the low-pressure circuit and Although the input side of the high-pressure pump.
  • the regulator can work in In this case, then to a corresponding to the maximum pressure increase reduced pressure designed for normal operation and so can the efficiency of the internal combustion engine be further improved and also the wear of the low pressure pump be kept very low.
  • An internal combustion engine (FIG. 1) comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the engine block 2 includes a plurality of cylinders, which Pistons and connecting rods have over them with a crankshaft 21 are coupled.
  • the cylinder head 3 comprises a valve train with an inlet valve, an exhaust valve and valve actuators.
  • the cylinder head 3 further includes an injection valve 34 and a Spark plug.
  • a feed device 5 is provided for fuel. It comprises a fuel tank 50, which has a first Fuel line connected to a low pressure pump 51 is. The fuel line opens into a swirl pot 50a.
  • the low pressure pump 51 includes a suction jet pump, the Fuel from the fuel tank 50 in the swirl pot 50a inflated.
  • the suction jet pump is characterized by that of the low pressure pump 51 conveyed fuel driven.
  • the low pressure pump 51 On the output side, the low pressure pump 51 with an inlet 53 of a high-pressure pump 54 operatively connected. Further, too On the output side of the low-pressure pump 51, a mechanical regulator 52 provided, which on the output side via another Fuel line is connected to the fuel tank 50.
  • the low-pressure pump 51, the mechanical regulator 52, the Fuel line, the other fuel line and the inlet 53 form a low pressure circuit.
  • the mechanical regulator 52 is preferably a simple one spring-loaded valve in the manner of a check valve, wherein the spring constant is chosen so that in the inlet 53 a predetermined low pressure of, for example, 3000 bis 6000 hPa is not exceeded.
  • the regulator can do the Pressure within a given flow range by him to the predetermined pressure, e.g. Set 4000 hPa, if the flow rate is e.g. less than 100 1 / h. If the flow rate through the regulator is higher, The regulator can no longer set the pressure to the specified level Adjust pressure and pressure increases with increasing flow rate in the low-pressure circuit.
  • the low-pressure pump 51 is preferably designed so that they always during the operation of the internal combustion engine provides a sufficiently high fuel quantity, which ensures that the predetermined low pressure is not exceeded. For example, the maximum amount of fuel to be metered through the injectors 200 1 / h and the Low pressure pump maximum 280 1 / h promote.
  • the inlet 53 is guided to the high-pressure pump 54, which on the output side the fuel to a fuel tank 55 promotes.
  • the high pressure pump 54 is usually driven by the camshaft and thus promotes constant Speed N of the crankshaft a constant fuel volume in the fuel storage 55.
  • the injection valves 34 are connected to the fuel reservoir 55 operatively connected.
  • the fuel thus becomes the injectors 34 supplied via the fuel tank 55.
  • a volume flow control valve 56th provided by means of which the flow rate can be adjusted can, which is supplied to the high-pressure pump.
  • the internal combustion engine is a control device 6 assigned, which in turn are assigned sensors that different Measurements record and in each case the measured value of the Determine measured quantity.
  • the control device 6 determines dependent of at least one of the measured variables manipulated variables, which then in corresponding control signals for controlling actuators be implemented by means of appropriate actuators.
  • the sensors are a pedal position transmitter, which the position an accelerator pedal detected, a crankshaft angle sensor, which detects a crankshaft angle and which then a Speed N is assigned, an air mass meter, which detects the air mass flow, a pressure sensor 58, which the Fuel pressure in the fuel reservoir 55 detects, a first temperature sensor, which the temperature T_IM the intake air detected in the intake tract, a second temperature sensor, which detects a temperature TCO of a coolant, preferably the cooling water, and a third temperature sensor, which detects the temperature TCO of the engine oil.
  • the invention may be any subset of Sensors or additional sensors may be present.
  • the actuators are for example as intake or exhaust valves, the injection valves 34, a spark plug, a Throttle, the low pressure pump 51 or the flow control valve 56 trained.
  • the internal combustion engine also has other cylinders, which then corresponding actuators are assigned.
  • a program for controlling the internal combustion engine is in one Step S1 ( Figure 2) started, in which optionally variables be initialized.
  • a control signal SG for driving the Low-pressure pump 51 preferably depends on a zuzu messengerden Fuel mass MFF and the speed N determined.
  • the zuzu messengerde Fuel mass is from another control function, which is processed in the control device 6, depending determined by the internal combustion engine load.
  • the actuating signal is determined in step S4 so that the Flow rate of the fuel through the low pressure pump 51 safely sufficient to the predetermined pressure in the low-pressure circuit on the other hand it is ensured that the flow rate through the regulator 52 is less than the limit, from which he sets the pressure in the low-pressure circuit can not adjust to the specified pressure.
  • the current operating state BZ is the Internal combustion engine depending on the temperature TCO of the coolant, and / or the temperature T_IM of the intake air in the Intake tract 1 and / or the temperature TOIL of the engine oil and / or the speed and possibly other operating variables the internal combustion engine determined.
  • An operating state of the HS of the hot start becomes, for example taken when the temperature of the fuel that the High-pressure pump delivers, exceeded a predetermined threshold Has.
  • the threshold can be, for example, at 80 ° C lie.
  • the operating state of the hot start occurs, for example on when the internal combustion engine after a longer Operating time is turned off and shortly thereafter again is started when the engine block is still a high temperature Has. In this case, then the fuel that is in the Low pressure circuit is heated to the high temperature.
  • an operating state HIS of the hot idling in which by means of the injection valves 34 only a small Fuel quantity is metered and so in the Heat the low-pressure circuit fuel accordingly high can.
  • the operating state of the hot-idling HIS becomes based on the usual conditions for an idle, so based the speed N and possibly other sizes recognized and further depending on the temperature TCO of the coolant, and / or the temperature T_IM of the intake air temperature and / or the temperature TOIL of the engine oil.
  • step S8 it is then checked whether the current Operating state BZ the operating state HS of the hot start or the operating state of the HIS is the hot idle. is does not satisfy the condition of step S8, the processing becomes continued in a step S14. Is the condition on the other hand, step S8 is satisfied, then in one step S10 a corrected control signal SG_COR depending on the Control signal SG, the current operating state BZ and preferably the time T_BZ since taking the current operating state BZ and preferably the fuel mass to be metered MFF determined.
  • the corrected actuating signal SG_COR is determined in the manner that by driving the low-pressure pump 51st Such an increased flow rate results in a predetermined Pressure increase, e.g. around 1000 hPa of the input side Pressure of the high pressure pump 54 in comparison to a control with the control signal SG results.
  • the corrected actuating signal SG_COR is then preferably determined by means of a characteristic field.
  • step S10 equalized the corrected control signal SG_COR a maximum control signal SG_MAX. This simply makes the maximum pressure rise can be achieved.
  • a time T_COR is increased Flow rate of the low pressure pump 51 determined.
  • This can be in fixed in a simple configuration, e.g. between 30 seconds and 3 minutes, or depending from the time T_BZ since taking the current operating state BZ and the fuel mass MFF to be metered be determined. This is preferably done by integrating the fuel mass MFF to be metered. This can be a very good estimation of the time duration T_COR of the increased flow rate be achieved because the integral of the Fuel mass is characteristic of the course of the temperature T_F of the fuel in the low-pressure circuit.
  • the low-pressure pump 51 then becomes corresponding with the control signal SG or with the corrected Control signal SG_COR activated.
  • the actuating signal is preferred a pulse width modulated signal.
  • the control of the low-pressure pump with the corrected control signal SG_COR preferably for the time T_COR the increased flow, which was determined in step S12.
  • the corrected control signal SG_COR in the step S14 then with a changing metering fuel mass MFF according to step S4 and optionally with increasing time T_BZ since taking the current operating state BZ adjusted.
  • step S14 the program remains in the Step S16 for a predetermined waiting period T_W before the processing in step S4 is continued again.
  • a second embodiment of a program for controlling the internal combustion engine is started in a step S18 ( Figure 3).
  • a step S20 according to the step S4 determines the control signal SG.
  • a step S22 becomes the fuel temperature T_F of the fuel, the high-pressure pump 54 promotes, depending on the temperature TCO of the Coolant and / or the temperature T_IM the intake air in the intake tract 1 and / or the temperature TOIL of the engine oil and / or the speed and / or the fuel mass to be metered MFF determined. This is preferably done by means of a appropriate observer or by means of maps.
  • a step S24 it is then checked whether the fuel temperature T_F is greater than a threshold T_F_THR. If this is not the case, then the processing is in one Step S30 continues.
  • step S26 the corrected control signal SG_COR determined. This is preferably done depending on the fuel temperature T_F and optionally from the control signal SG and optionally of the fuel mass MFF to be metered.
  • the time period T_COR is then increased Flow rate preferably by integrating the zuzessessenden Determined fuel mass.
  • the time duration T_COR of the increased Flow rate can also be fixed.
  • step S30 the low-pressure pump 51 then either with the control signal SG or accordingly with the corrected Control signal SG_COR activated. Preference is given respectively to rechecked for a predetermined period of time whether the fuel temperature T_F continues to be larger than the given one Threshold T_F_THR and only then the fuel pump 51 is controlled with the corrected actuating signal SG_COR, if this is still the case.
  • the corrected actuating signal SG_COR as well as the control signal SG is changing to a MFF to be metered according to the Step S20 adapted respectively.
  • the corrected Actuating signal for driving the low-pressure pump 51 also accordingly the calculation rule of step S26 changing fuel temperature T_F adapted in the way is that the delivery of the low pressure pump at decreasing fuel temperature T_F is reduced.
  • a step S32 the program then stops for a predetermined waiting time before processing again in the step S20 is continued.

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Abstract

Eine Brennkraftmaschine hat eine Kraftstoffzuführeinrichtung mit einem Niederdruckkreis, der eine Niederdruckpumpe und einen Regulator umfasst, der einen vorgegebenen Druck in dem Niederdruckkreis einstellt, wenn die durch ihn fließende Durchflussmenge des Kraftstoffs geringer ist als ein Grenzwert. Die Kraftstoffzuführeinrichtung umfasst ferner eine Hochdruckpumpe, die eingangsseitig gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher fördert. Eine Größe wird ermittelt, die charakteristisch ist für die Temperatur des Kraftstoffs, den die Hochdruckpumpe fördert. Eine vorgegebene Bedingung ist erfüllt, wenn anhand der Größe erkannt wird dass die Temperatur des Kraftstoffs einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat. Wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wird die Niederdruckpumpe im Sinne einer höheren Fördermenge des Kraftstoffs angesteuert, als wenn die Temperatur des Kraftstoffs unterhalb des vorgegebenen Schwellenwertes liegt, wobei die höhere Fördermenge so vorgegeben ist, dass sich ein vorgebbarer Druckanstieg des eingangsseitigen Drucks der Hochdruckpumpe ergibt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine.
Bekannte Brennkraftmaschinen haben eine Kraftstoffzuführeinrichtung mit einem Niederdruckkreis, der eine Niederdruckpumpe und einen Regulator umfasst, der einen vorgegebenen Druck in dem Niederdruckkreis einstellt, wenn die durch ihn fließende Durchflussmenge des Kraftstoffs geringer ist als ein Grenzwert. Zunehmend sind Brennkraftmaschinen auch mit einer Hochdruckpumpe ausgestattet, die eingangsseitig gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher fördert. Einspritzventile sind mit dem Kraftstoffspeicher gekoppelt und messen den Kraftstoff in die Brennräume der Zylinder der Brennkraftmaschine zu. Wenn die Temperatur des Kraftstoffs in dem Niederdruckkreis sehr hohe Werte erreicht, besteht die Gefahr, dass sich dort Dampfblasen bilden.
Aus der EP 0 365 714 B1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem überprüft wird, ob ein Betriebszustand des Heißstarts vorliegt, in dem eine erhöhte Gefahr der Bildung von Dampfblasen besteht. Wird der Betriebszustand des Heißstarts erkannt, so wird die mittels der Einspritzventile zuzumessende Kraftstoffmasse erhöht im Vergleich zu einem Betriebszustand, in dem die Wahrscheinlichkeit einer Dampfblasenbildung gering ist.
Ein derartiges Vorgehen ist jedoch für Brennkraftmaschinen, die neben dem Niederdruckkreis noch eine Hochdruckpumpe haben, die den Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher fördert ungeeignet, da Dampfblasen in der geförderten Kraftstoffmenge vor der Hochdruckpumpe einen Hochdruckaufbau verhindern.
Für Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruckpumpe ist es bekannt, den Regulator so auszulegen, dass er den Druck in dem Niederdruckkreis ausreichend hoch einstellt, so dass auch sichergestellt ist, wenn die Temperatur des von der Hochdruckpumpe geförderten Kraftstoffs einen Maximalwert erreicht, dass sich keine Dampfblasen bilden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass in sonstigen Betriebszuständen, in denen die Temperatur des Kraftstoffs deutlich geringer ist, die Niederdruckpumpe mit unnötig hoher Leistung angesteuert werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine zu schaffen, das bzw. die einfach und gleichzeitig zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffzuführeinrichtung mit einem Niederdruckkreis, der eine Niederdruckpumpe und einen Regulator umfasst. Der Regulator stellt einen vorgegebenen Druck in dem Niederdruckkreis ein, wenn die durch ihn fließende Durchflussmenge des Kraftstoffs geringer ist als ein Grenzwert. Ferner hat die Brennkraftmaschine eine Hochdruckpumpe, die eingangsseitig gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher fördert. Eine Größe wird ermittelt, die charakteristisch ist für die Temperatur des Kraftstoffs, den die Hochdruckpumpe fördert. Eine vorgegebene Bedingung ist erfüllt, wenn anhand der Größe erkannt wird, dass die Temperatur des Kraftstoffs einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat. Wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wird die Niederdruckpumpe im Sinne einer höheren Fördermenge des Kraftstoffs angesteuert, als wenn die Temperatur des Kraftstoffs unterhalb des vorgegebenen Schwellenwertes liegt, wobei die höhere Fördermenge so vorgegeben ist, dass sich ein vorgebbarer Druckanstieg des eingangsseitigen Drucks der Hochdruckpumpe ergibt.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass die Durchflussmengen/Kraftstoffdruck-Kennlinie des Regulators ab einer bestimmten Durchflussmenge, die der Grenzwert ist, zu einem deutlichen Druckanstieg führt. Darüber hinaus nutzt sie die Erkenntnis, dass der vorgegebene Schwellenwert der Temperatur des Kraftstoffs in der Regel in Betriebszuständen der Brennkraftmaschine überschritten wird, in denen nur eine geringe Kraftstoffmenge mittels der Einspritzventile in die Brennräume der Zylinder der Brennkraftmaschine zugemessen wird.
Im Gegensatz zu der bisher üblichen geringen Fördermenge der Niederdruckpumpe in derartigen Betriebszuständen wird die Fördermenge der Niederdruckpumpe so angepasst, dass sich eine sehr hohe Durchflussmenge durch den Regulator ergibt, die dann den gewünschten vorgebbaren Druckanstieg des eingangsseitigen Drucks der Hochdruckpumpe zur Folge hat. So kann ein sehr einfacher Regulator eingesetzt werden, der beispielsweise lediglich ein federbelastetes Rückschlagventil ist mit einer Kennlinie, bei der sich ein großer Druckanstieg in Abhängigkeit von der Durchflussmenge ergibt, und dennoch sichergestellt werden, dass eine Dampfblasenbildung vermieden wird, wenn die Temperatur des Kraftstoffs, den die Hochdruckpumpe fördert, den vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat. Wenn die Fördermenge nicht erhöht ist, ist der Durchfluss durch den Regulator deutlich geringer und der Druck stellt sich dann annähernd unabhängig von der Durchflussmenge durch den Regulator ein. Der Regulator kann darüber hinaus für einen entsprechend niedrigeren Druck ausgelegt sein, wegen der Erhöhung des Drucks auf Grund der erhöhten Fördermenge. Dies hat dann eine Erhöhung des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine zur Folge und gleichzeitig ist der Verschleiß der Niederdruckpumpe verringert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die vorgegebene Bedingung, dass ein Betriebszustand des Heiß-Starts oder des Heiß-Leerlaufs der Brennkraftmaschine eingenommen wird. Dies hat den Vorteil, dass dies die Betriebszustände der Brennkraftmaschine sind, in denen eine Dampfblasenbildung mit hoher Wahrscheinlichkeit auftreten kann. Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird ohnehin auch zu anderen Steuerungszwecken ermittelt und so ist dann kein zusätzlicher Rechenaufwand notwendig.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Niederdruckpumpe für eine vorgegebene Zeitdauer im Sinne der erhöhten Fördermenge angesteuert, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Dadurch kann bei geeigneter Wahl der vorgegebenen Zeitdauer sichergestellt werden, dass zum einen keine Dampfblasen auftreten und zum anderen die Belastung für die Niederdruckpumpe gering gehalten wird.
Besonders vorteilhaft wird die vorgebbare Zeitdauer abhängig von dem Integral der zugemessenen Kraftstoffmasse während der Ansteuerung der Niederdruckpumpe im Sinne einer erhöhten Fördermenge ermittelt. Die Zeitdauer, innerhalb der eine Dampfblasenbildung wahrscheinlich ist, kann so besonders präzise abgeschätzt werden und die Belastung der Niederdruckpumpe kann so gering gehalten werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ansteuerung der Niederdruckpumpe, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, im Sinne einer in etwa maximalen Fördermenge der Niederdruckpumpe. Dadurch ergibt sich dann ein maximal Druckanstieg in dem Niederdruckkreis und zwar eingangsseitig der Hochdruckpumpe. Der Regulator kann in diesem Fall dann auf einen entsprechend dem maximalen Druckanstieg verringerten Druck für den Normalbetrieb ausgelegt werden und so kann der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine weiter verbessert werden und auch der Verschleiß der Niederdruckpumpe sehr gering gehalten werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Ansteuerung der Niederdruckpumpe, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, mit sinkender Temperatur des Kraftstoffs entsprechend reduziert wird. Dadurch kann der Verschleiß der Niederdruckpumpe weiter verringert werden und gleichzeitig sichergestellt werden, dass keine Dampfblasenbildung auftritt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung,
Figur 2
ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms zum Steuern der Brennkraftmaschine gemäß Figur 1 und
Figur 3
ein Ablaufdiagramm eines weiteren Programms zum Steuern der Brennkraftmaschine gemäß Figur 1.
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Motorblock 2 umfasst mehrere Zylinder, welche Kolben und Pleuelstangen haben, über die sie mit einer Kurbelwelle 21 gekoppelt sind.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Einlassventil, einem Auslassventil und Ventilantrieben. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und eine Zündkerze.
Ferner ist eine Zuführeinrichtung 5 für Kraftstoff vorgesehen. Sie umfasst einen Kraftstofftank 50, der über eine erste Kraftstoffleitung mit einer Niederdruckpumpe 51 verbunden ist. Die Kraftstoffleitung mündet in einen Schwalltopf 50a. Die Niederdruckpumpe 51 umfasst eine Saugstrahlpumpe, die Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 50 in den Schwalltopf 50a pumpt. Die Saugstrahlpumpe wird durch den von der Niederdruckpumpe 51 geförderten Kraftstoff angetrieben.
Ausgangsseitig ist die Niederdruckpumpe 51 mit einem Zulauf 53 einer Hochdruckpumpe 54 wirkverbunden. Ferner ist auch ausgangsseitig der Niederdruckpumpe 51 ein mechanischer Regulator 52 vorgesehen, welcher ausgangsseitig über eine weitere Kraftstoffleitung mit dem Kraftstofftank 50 verbunden ist. Die Niederdruckpumpe 51, der mechanische Regulator 52 , die Kraftstoffleitung, die weitere Kraftstoffleitung und der Zulauf 53 bilden einen Niederdruckkreis.
Der mechanische Regulator 52 ist vorzugsweise ein einfaches federbelastetes Ventil in der Art eines Rückschlagventils, wobei die Federkonstante so gewählt ist, dass in dem Zulauf 53 ein vorgegebener Niederdruck von beispielsweise 3000 bis 6000 hPa nicht überschritten wird. Der Regulator kann den Druck innerhalb eines vorgegebenen Durchflussmengenbereichs durch Ihn auf den vorgegebenen Druck, so z.B. 4000 hPa einstellen, wenn die Durchflussmenge z.B. geringer ist als 100 1/h. Wenn die Durchflussmenge durch den Regulator höher ist, kann der Regulator den Druck nicht mehr auf den vorgegebenen Druck einstellen und der Druck steigt mit steigender Durchflussmenge in dem Niederdruckkreis an.
Die Niederdruckpumpe 51 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie während des Betriebs der Brennkraftmaschine immer eine ausreichend hohe Kraftstoffmenge liefert, die gewährleistet, dass der vorgegebene Niederdruck nicht unterschritten wird. So kann beispielsweise die maximale zuzumessende Kraftstoffmenge durch die Einspritzventile 200 1/h betragen und die Niederdruckpumpe maximal 280 1/h fördern.
Der Zulauf 53 ist hin zu der Hochdruckpumpe 54 geführt, welche ausgangsseitig den Kraftstoff hin zu einem Kraftstoffspeicher 55 fördert. Die Hochdruckpumpe 54 wird in der Regel von der Nockenwelle angetrieben und fördert somit bei konstanter Drehzahl N der Kurbelwelle ein konstantes Kraftstoffvolumen in den Kraftstoffspeicher 55.
Die Einspritzventile 34 sind mit dem Kraftstoffspeicher 55 wirkverbunden. Der Kraftstoff wird somit den Einspritzventilen 34 über den Kraftstoffspeicher 55 zugeführt.
In dem Vorlauf der Hochdruckpumpe 54, das heißt stromaufwärts der Hochdruckpumpe 54, ist ein Volumenstromsteuerventil 56 vorgesehen, mittels dessen der Volumenstrom eingestellt werden kann, der der Hochdruckpumpe zugeführt wird. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Volumenstromsteuerventils 56 kann sichergestellt werden, dass im Kraftstoffspeicher 55 immer der gewünschte Kraftstoffdruck herrscht, ohne dass ein elektromagnetischer Regulator ausgangsseitig des Kraftstoffspeichers 54 mit einer entsprechenden Rückführleitung in den Niederdruckkreis vorgesehen sein muss.
Alternativ kann die Brennkraftmaschine jedoch auch mit einem elektromagnetischen Regulator ausgangsseitig des Kraftstoffspeichers 54 und mit einer entsprechenden Rückführleitung in den Niederdruckkreis versehen sein. Alternativ kann auch das Volumenstromregelventil in die Hochdruckpumpe 54 integriert sein.
Ferner ist der Brennkraftmaschine eine Steuereinrichtung 6 zugeordnet, der wiederum Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in entsprechende Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber, welcher die Stellung eines Fahrpedals erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst und welchem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird, ein Luftmassenmesser, welcher den Luftmassenstrom erfasst, ein Drucksensor 58, welcher den Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher 55 erfasst, ein erster Temperatursensor, welcher die Temperatur T_IM der Ansaugluft in dem Ansaugtrakt erfasst, ein zweiter Temperatursensor, der eine Temperatur TCO eines Kühlmittels erfasst, bevorzugt des Kühlwassers, und ein dritter Temperatursensor, der die Temperatur TCO des Motoröls erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der Sensoren oder auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise als Einlass- oder Auslassventile, die Einspritzventile 34, eine Zündkerze, eine Drosselklappe, die Niederdruckpumpe 51 oder auch das Volumenstromsteuerventil 56 ausgebildet.
Bevorzugt hat die Brennkraftmaschine auch weitere Zylinder, denen dann entsprechende Stellglieder zugeordnet sind.
Ein Programm zum Steuern der Brennkraftmaschine wird in einem Schritt S1 (Figur 2) gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
In einem Schritt S4 wird ein Stellsignal SG zum Ansteuern der Niederdruckpumpe 51 bevorzugt abhängig von einer zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF und der Drehzahl N ermittelt. Die zuzumessende Kraftstoffmasse wird von einer anderen Steuerfunktion, die in der Steuereinrichtung 6 abgearbeitet wird, abhängig von der Brennkraftmaschine anliegenden Last ermittelt. Das Stellsignal wird in dem Schritt S4 so ermittelt, dass die Fördermenge des Kraftstoffs durch die Niederdruckpumpe 51 sicher ausreicht, um den vorgegebenen Druck in dem Niederdruckkreis einzustellen und andererseits sichergestellt ist, dass die Durchflussmenge durch den Regulator 52 geringer ist als der Grenzwert, ab dem er den Druck in dem Niederdruckkreis nicht mehr auf den vorgegebenen Druck einstellen kann.
In einem Schritt S6 wird der aktuelle Betriebszustand BZ der Brennkraftmaschine abhängig von der Temperatur TCO des Kühlmittels, und/oder der Temperatur T_IM der Ansaugluft in dem Ansaugtrakt 1 und/oder der Temperatur TOIL des Motoröls und/oder der Drehzahl und gegebenenfalls weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt.
Ein Betriebszustand des HS des Heißstarts wird beispielsweise eingenommen, wenn die Temperatur des Kraftstoffs, den die Hochdruckpumpe fördert, einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat. Der Schwellenwert kann beispielsweise bei 80° C liegen. Der Betriebszustand des Heißstarts tritt beispielsweise auf, wenn die Brennkraftmaschine nach einer längeren Betriebsdauer abgestellt wird und kurz darauf erneut gestartet wird, wenn der Motorblock noch eine hohe Temperatur hat. In diesem Fall ist dann der Kraftstoff, der sich in dem Niederdruckkreis befindet, auf die hohe Temperatur erhitzt.
Gleiches gilt für einen Betriebszustand HIS des Heiß-Leerlaufs, in dem mittels der Einspritzventile 34 nur eine geringe Kraftstoffmenge zugemessen wird und so sich der in dem Niederdruckkreis befindliche Kraftstoff entsprechend hoch erhitzen kann. Der Betriebszustand des Heiß-Leerlaufs HIS wird anhand der üblichen Bedingungen für einen Leerlauf, also anhand der Drehzahl N und gegebenenfalls weiteren Größen erkannt und ferner abhängig von der Temperatur TCO des Kühlmittels, und/oder der Temperatur T_IM der Ansauglufttemperatur und/oder der Temperatur TOIL des Motoröls.
In einem Schritt S8 wird anschließend geprüft, ob der aktuelle Betriebszustand BZ der Betriebszustand HS des Heiß-Starts oder der Betriebszustand des HIS des Heiß-Leerlaufs ist. Ist die Bedingung des Schrittes S8 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S14 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schrittes S8 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S10 ein korrigiertes Stellsignal SG_COR abhängig von dem Stellsignal SG, dem aktuellen Betriebszustand BZ und vorzugsweise der Zeitdauer T_BZ seit Einnahme des aktuellen Betriebszustands BZ und vorzugsweise der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF ermittelt.
Das korrigierte Stellsignal SG_COR wird in der Weise ermittelt, dass sich durch das Ansteuern der Niederdruckpumpe 51 eine derart erhöhte Fördermenge ergibt, dass sich ein vorgegebener Druckanstieg, z.B. um 1000 hPa des eingangsseitigen Drucks der Hochdruckpumpe 54 im Vergleich zu einer Ansteuerung mit dem Stellsignal SG ergibt. Das korrigierte Stellsignal SG_COR wird dann bevorzugt mittels eines Kennfeldes ermittelt.
Besonders einfach kann alternativ entsprechend dem Schritt S10' das korrigierte Stellsignal SG_COR gleichgesetzt werden einem maximalen Stellsignal SG_MAX. Dadurch kann einfach der maximale Druckanstieg erreicht werden.
In einem Schritt S12 wird eine Zeitdauer T_COR einer erhöhten Fördermenge der Niederdruckpumpe 51 ermittelt. Diese kann in einer einfachen Ausgestaltung fest vorgegeben sein, z.B. zwischen 30 Sekunden und 3 Minuten betragen, oder aber abhängig von der Zeitdauer T_BZ seit der Einnahme des aktuellen Betriebszustands BZ und der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF ermittelt werden. Dies erfolgt vorzugsweise mittels Integrierens der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF. Dadurch kann eine sehr gute Abschätzung der Zeitdauer T_COR der erhöhten Fördermenge erreicht werden, da das Integral der zuzumessenden Kraftstoffmasse charakteristisch ist für den Verlauf der Temperatur T_F des Kraftstoffs in dem Niederdruckkreis.
In einem Schritt S14 wird dann die Niederdruckpumpe 51 entsprechend mit dem Stellsignal SG oder mit dem korrigierten Stellsignal SG_COR angesteuert. Das Stellsignal ist bevorzugt ein pulsweitenmoduliertes Signal. Die Ansteuerung der Niederdruckpumpe mit dem korrigierten Stellsignal SG_COR erfolgt vorzugsweise für die Zeitdauer T_COR der erhöhten Fördermenge, die in dem Schritt S12 ermittelt wurde. Selbstverständlich wird das korrigierte Stellsignal SG_COR in dem Schritt S14 dann bei einer sich ändernden zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF entsprechend dem Schritt S4 und gegebenenfalls mit zunehmender Zeitdauer T_BZ seit Einnahme des aktuellen Betriebszustand BZ angepasst.
Im Anschluss an den Schritt S14 verharrt das Programm in dem Schritt S16 für eine vorgegebene Wartezeitdauer T_W, bevor die Bearbeitung in dem Schritt S4 erneut fortgesetzt wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Programms zum Steuern der Brennkraftmaschine wird in einem Schritt S18 gestartet (Figur 3). In einem Schritt S20 wird entsprechend dem Schritt S4 das Stellsignal SG ermittelt. In einem Schritt S22 wird die Kraftstofftemperatur T_F des Kraftstoffs, den die Hochdruckpumpe 54 fördert, abhängig von der Temperatur TCO des Kühlmittels und/oder der Temperatur T_IM der Ansaugluft in dem Ansaugtrakt 1 und/oder der Temperatur TOIL des Motoröls und/oder der Drehzahl und/oder der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines entsprechenden Beobachters oder auch mittels Kennfelder.
In einem Schritt S24 wird anschließend geprüft, ob die Kraftstofftemperatur T_F größer ist als ein Schwellenwert T_F_THR. Ist dies nicht der Fall, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S30 fortgesetzt.
Ist Bedingung des Schrittes S24 hingegen erfüllt, so wird in einem Schritt S26 das korrigierte Stellsignal SG_COR ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise abhängig von der Kraftstofftemperatur T_F und gegebenenfalls von dem Stellsignal SG und gegebenenfalls von der zuzumessenden Kraftstoffmasse MFF.
In einer einfacheren Ausführungsform kann auch in einem Schritt S26' alternativ das korrigierte Stellsignal SG_COR gleichgesetzt werden dem maximalen Stellsignal SG_MAX.
In einem Schritt S28 wird dann die Zeitdauer T_COR der erhöhten Fördermenge bevorzugt durch Integrieren der zuzumessenden Kraftstoffmasse ermittelt. Die Zeitdauer T_COR der erhöhten Fördermenge kann jedoch auch fest vorgegeben sein.
In dem Schritt S30 wird die Niederdruckpumpe 51 dann entweder mit dem Stellsignal SG oder entsprechend mit dem korrigierten Stellsignal SG_COR angesteuert. Bevorzugt wird jeweils nach einer vorgegebenen Zeitdauer erneut geprüft, ob die Kraftstofftemperatur T_F weiterhin größer ist als der vorgegebene Schwellenwert T_F_THR und nur dann weiterhin die Kraftstoffpumpe 51 mit dem korrigierten Stellsignal SG_COR angesteuert, wenn dies noch der Fall ist. Das korrigierte Stellsignal SG_COR wird ebenso wie das Stellsignal SG an eine sich ändernde zuzumessende Kraftstoffmasse MFF entsprechend dem Schritt S20 jeweils angepasst.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das korrigierte Stellsignal zum Ansteuern der Niederdruckpumpe 51 auch entsprechend der Berechnungsvorschrift des Schrittes S26 bei sich ändernder Kraftstofftemperatur T_F in der Weise angepasst wird, dass die Fördermenge der Niederdruckpumpe bei sinkender Kraftstofftemperatur T_F reduziert wird.
In einem Schritt S32 verharrt das Programm anschließend für eine vorgegebene Wartezeit, bevor die Bearbeitung erneut in dem Schritt S20 fortgesetzt wird.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffzuführeinrichtung (5)mit einem Niederdruckkreis, der eine Niederdruckpumpe (51) und einen Regulator (52) umfasst, der einen vorgegebenen Druck in dem Niederdruckkreis einstellt, wenn die durch ihn fließende Durchflussmenge des Kraftstoffs geringer ist als ein Grenzwert, und mit einer Hochdruckpumpe (54), die eingangsseitig gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher (55) fördert, bei dem
    eine Größe ermittelt wird, die charakteristisch ist für die Temperatur (T_F) des Kraftstoffs, den die Hochdruckpumpe (54) fördert,
    eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wenn anhand der Größe erkannt wird dass die Temperatur (T F) des Kraftstoffs einen vorgegebenen Schwellenwert (T_F_THR) überschritten hat, und
    wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, die Niederdruckpumpe (51) im Sinne einer höheren Fördermenge des Kraftstoffs angesteuert wird, als wenn die Temperatur (T_F) des Kraftstoffs unterhalb des vorgegebenen Schwellenwertes (T_F_THR) liegt, wobei die höhere Fördermenge so vorgegeben ist, dass sich ein vorgebbarer Druckanstieg des eingangsseitigen Drucks der Hochdruckpumpe (54) ergibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die vorgegebene Bedingung ist, dass ein Betriebszustand (BZ) des Heiss-Starts (HS) oder des Heiss-Leerlaufs (HIS) der Brennkraftmaschine eingenommen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Niederdruckpumpe (51) für eine vorgebbare Zeitdauer (T_COR) im Sinne der erhöhten Fördermenge angesteuert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem Zeitdauer (T_COR) abhängt von dem Integral der zugemessenen Krafstoffmasse (MFF) während der Ansteuerung der Niederdruckpumpe (51) im Sinne einer erhöhten Fördermenge.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Ansteuerung der Niederdruckpumpe (51) im Sinne einer erhöhten Fördermenge im Sinne einer in etwa maximalen Fördermenge der Niederdruckpumpe (51) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Ansteuerung der Niederdruckpumpe (51) im Sinne einer erhöhten Fördermenge mit sinkender Temperatur (T_F) des Kraftstoffs reduziert wird.
  7. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffzuführeinrichtung (5) mit einem Niederdruckkreis, der eine Niederdruckpumpe (51) und einen Regulator (52) umfasst, der einen vorgegebenen Druck in dem Niederdruckkreis einstellt, wenn die durch ihn fließende Durchflussmenge des Kraftstoffs geringer ist als ein Grenzwert, und mit einer Hochdruckpumpe (54), die eingangsseitig gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher (55) fördert, mit Mitteln, die
    eine Größe ermitteln, die charakteristisch ist für die Temperatur (T_F) des Kraftstoffs, den die Hochdruckpumpe (54) fördert,
    die prüfen, ob eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, die erfüllt ist, wenn anhand der Größe erkannt wird dass die Temperatur (T_F) des Kraftstoffs einen vorgegebenen Schwellenwert (T_F_THR) überschritten hat, und
    die die Niederdruckpumpe (51) im Sinne einer höheren Fördermenge des Kraftstoffs ansteuern, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, als wenn die Temperatur (T_F) des Kraftstoffs unterhalb des vorgegebenen Schwellenwertes (T_F_THR) liegt, wobei die höhere Fördermenge so vorgegeben ist, dass sich ein vorgebbarer Druckanstieg des eingangsseitigen Drucks der Hochdruckpumpe (54) ergibt.
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