EP1544447B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1544447B1
EP1544447B1 EP20040105682 EP04105682A EP1544447B1 EP 1544447 B1 EP1544447 B1 EP 1544447B1 EP 20040105682 EP20040105682 EP 20040105682 EP 04105682 A EP04105682 A EP 04105682A EP 1544447 B1 EP1544447 B1 EP 1544447B1
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EP
European Patent Office
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fuel
low
pressure pump
pressure
temperature
Prior art date
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EP20040105682
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English (en)
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EP1544447A2 (de
EP1544447A3 (de
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Erwin Achleitner
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
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Publication date
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Publication of EP1544447A3 publication Critical patent/EP1544447A3/de
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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 comprising a low pressure pump and a regulator which sets a predetermined pressure in the low pressure circuit when the flow rate of the fuel flowing therethrough is less than a threshold value.
  • internal combustion engines are also equipped with a high-pressure pump, which is coupled on the input side with the low-pressure circuit and which promotes fuel into a fuel reservoir.
  • Injectors are coupled to the fuel accumulator and measure the fuel in the combustion chambers of the cylinders of the internal combustion engine. If the temperature of the fuel in the low-pressure circuit reaches very high levels, there is a risk that vapor bubbles will form there.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for controlling the internal combustion engine, by means of which the load of the low-pressure pump can be kept as low as possible.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for controlling an internal combustion engine having a fuel supply device with a low-pressure circuit, which comprises a low-pressure pump and a regulator.
  • the regulator adjusts a predetermined pressure in the low pressure circuit when the flow rate of the fuel flowing therethrough is less than a threshold value.
  • the internal combustion engine has a high-pressure pump, which is coupled on the input side with the low-pressure circuit and promotes the fuel in a fuel tank.
  • An amount is determined which is characteristic of the temperature of the fuel that the high pressure pump is delivering.
  • a predetermined condition is met when it is detected by the magnitude that the temperature of the fuel has exceeded a predetermined threshold.
  • the low-pressure pump is driven in terms of a higher flow rate of the fuel than when the temperature of the fuel is below the predetermined threshold, the higher flow rate is set so that there is a predeterminable pressure rise of the input-side pressure of the high-pressure pump ,
  • the invention makes use of the knowledge that the flow rate / fuel pressure characteristic of the regulator above a certain flow rate, which is the limit, leads to a significant increase in pressure.
  • the predetermined threshold value of the temperature of the fuel is usually exceeded in operating states of the internal combustion engine in which only a small amount of fuel is metered by means of the injection valves into the combustion chambers of the cylinders of the internal combustion engine.
  • the delivery rate of the low-pressure pump is adjusted so that a very high flow rate results through the regulator, which then the desired predetermined pressure increase of the input side Pressure of the high-pressure pump result.
  • a very simple regulator can be used which, for example, is merely a spring-loaded check valve with a characteristic curve which gives rise to a large increase in pressure as a function of the flow rate and nevertheless ensures that vapor bubble formation is avoided when the temperature of the fuel, which promotes the high-pressure pump, has exceeded the predetermined threshold. If the flow rate is not increased, the flow through the regulator will be much lower and the pressure will then be approximately independent of the flow rate through the regulator.
  • the regulator may also be designed for a correspondingly lower pressure because of the increase in pressure due to the increased flow rate. This then results in an increase in the efficiency of the internal combustion engine and at the same time the wear of the low-pressure pump is reduced. Furthermore, the low-pressure pump is driven for a predetermined period of time in terms of increased flow rate when the predetermined condition is met.
  • the predefinable time is determined depending on the integral of the metered fuel mass during the control of the low-pressure pump in terms of an increased flow rate.
  • the period of time within which vapor bubble formation is likely can thus be estimated very precisely and the load on the low-pressure pump can be kept so low.
  • the predetermined condition is that an operating state of the hot start or the hot idling of the internal combustion engine is taken.
  • This has the advantage that this is the operating conditions are the internal combustion engine, in which a vapor bubble formation can occur with high probability.
  • the operating state of the internal combustion engine is determined anyway for other control purposes and so no additional computational effort is necessary.
  • the control of the low-pressure pump if the predetermined condition is met, in terms of an approximately maximum flow rate of the low-pressure pump. This then results in a maximum increase in pressure in the low-pressure circuit and on the input side of the high-pressure pump.
  • the regulator can then be designed in this case to a corresponding to the maximum pressure increase reduced pressure for normal operation and so the efficiency of the engine can be further improved and the wear of the low pressure pump can be kept very low.
  • the activation of the low-pressure pump if the predetermined condition is met, is correspondingly reduced with decreasing temperature of the fuel.
  • the wear of the low-pressure pump can be further reduced while ensuring that no vapor bubble formation occurs.
  • 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 comprises a plurality of cylinders having pistons and connecting rods via which they are coupled to a crankshaft 21.
  • the cylinder head 3 includes a valvetrain having an intake valve, an exhaust valve and valve drivers.
  • 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 is connected via a first fuel line to a low-pressure pump 51.
  • the fuel line opens into a swirl pot 50a.
  • the low pressure pump 51 includes a suction jet pump that pumps fuel from the fuel tank 50 into the surge pot 50a. The suction jet pump is driven by the fuel delivered by the low pressure pump 51.
  • the low pressure pump 51 On the output side, the low pressure pump 51 is operatively connected to an inlet 53 of a high pressure pump 54. Furthermore, on the output side of the low-pressure pump 51, a mechanical regulator 52 is provided, which is connected on the output side via a further fuel line to the fuel tank 50.
  • the low-pressure pump 51, the mechanical regulator 52, the fuel line, the further fuel line and the inlet 53 form a low-pressure circuit.
  • the mechanical regulator 52 is preferably a simple spring-loaded valve in the manner of a check valve, wherein the spring constant is selected so that in the inlet 53, a predetermined low pressure of for example 3000 to 6000 hPa is not exceeded.
  • the regulator can regulate the pressure within a given flow rate range by it to the predetermined pressure, e.g. 4000 hPa when the flow rate is e.g. less than 100 1 / h. When the flow rate through the regulator is higher, the regulator can no longer adjust the pressure to the preset pressure and the pressure increases with increasing flow in the low pressure circuit.
  • the low-pressure pump 51 is preferably designed so that it always delivers a sufficiently high fuel quantity during operation of the internal combustion engine, which ensures that the predetermined low pressure is not exceeded.
  • the inlet 53 is guided to the high-pressure pump 54, which promotes the fuel on the output side to a fuel reservoir 55.
  • the high pressure pump 54 is usually driven by the camshaft and thus promotes a constant fuel volume at constant speed N of the crankshaft in the fuel accumulator 55th
  • the injection valves 34 are operatively connected to the fuel reservoir 55.
  • the fuel is thus supplied to the injection valves 34 via the fuel accumulator 55.
  • a volume flow control valve 56 is provided, by means of which the volume flow can be adjusted, which is supplied to the high-pressure pump.
  • the internal combustion engine may also be provided with an electromagnetic regulator on the output side of the fuel accumulator 54 and with a corresponding return line in the low-pressure circuit.
  • the volume flow control valve may be integrated into the high-pressure pump 54.
  • the internal combustion engine is assigned a control device 6, which in turn are assigned sensors that detect different measured variables and in each case determine the measured value of the measured variable.
  • the control device 6 determines dependent on at least one of the measured variables manipulated variables, which are then converted into corresponding control signals for controlling actuators by means of corresponding actuators.
  • the sensors are a pedal position sensor which detects the position of an accelerator pedal, a crankshaft angle sensor which detects a crankshaft angle and which is then assigned a rotational speed N, an air mass meter which detects the air mass flow, a pressure sensor 58 which detects the fuel pressure in the fuel reservoir 55, a first temperature sensor that detects the temperature T_IM of the intake air in the intake tract, a second temperature sensor that detects a temperature TCO of a coolant, preferably the cooling water, and a third temperature sensor that detects the temperature TCO of the engine oil.
  • any subset of the sensors or additional sensors may be present.
  • the actuators are formed, for example, as intake or exhaust valves, the injection valves 34, a spark plug, a throttle valve, the low-pressure pump 51 or the volume flow control valve 56.
  • the internal combustion engine also has other cylinders, which are then assigned corresponding actuators.
  • a program for controlling the internal combustion engine is executed in a step S1 (FIG. FIG. 2 ), in which variables are initialized if necessary.
  • a control signal SG for actuating the low-pressure pump 51 is preferably determined as a function of a fuel mass MFF to be metered and the rotational speed N.
  • the fuel mass to be metered is determined by another control function, which is executed in the control device 6, depending on the load applied to the internal combustion engine.
  • the control signal is determined in step S4 so that the delivery rate of the fuel through the low-pressure pump 51 is certainly sufficient to set the predetermined pressure in the low pressure circuit and on the other hand ensures that the flow rate through the regulator 52 is less than the limit, from he can no longer adjust the pressure in the low pressure circuit to the predetermined pressure.
  • the current operating state BZ of the internal combustion engine is dependent 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 rotational speed and optionally further operating variables of the internal combustion engine determined.
  • An operating state of the HS of the hot start is taken, for example, when the temperature of the fuel, which promotes the high-pressure pump has exceeded a predetermined threshold.
  • the threshold may be, for example, 80 ° C.
  • the operating state of the hot start occurs, for example, when the internal combustion engine is turned off after a longer period of operation and shortly after is restarted when the engine block is still at a high temperature. In this case, the fuel that is in the low-pressure circuit is then heated to the high temperature.
  • an operating state HIS of the hot idling in which only a small amount of fuel is metered by means of the injection valves 34 and thus the fuel located in the low-pressure circuit can heat up correspondingly high.
  • the operating state of the hot idle HIS is detected on the basis of the usual conditions for idling, ie based on the rotational speed N and possibly other variables and further depending on the temperature TCO of the coolant, and / or the temperature T_IM the intake air temperature and / or the temperature TOIL of the engine oil.
  • a corrected actuating signal SG_COR is determined in a step S10 as a function of the actuating signal SG, the current operating state BZ and preferably the time T_BZ since the current operating state BZ and preferably the fuel mass MFF to be metered are adopted.
  • the corrected control signal SG_COR is determined in such a way that the driving of the low-pressure pump 51 results in such an increased flow rate that a predetermined increase in pressure, e.g. results in 1000 hPa of the input-side pressure of the high-pressure pump 54 in comparison to a control with the control signal SG.
  • the corrected actuating signal SG_COR is then preferably determined by means of a characteristic field.
  • the corrected actuating signal SG_COR can be particularly easily equated to a maximum actuating signal SG_MAX. This can easily be achieved the maximum pressure increase.
  • a time period T_COR of an increased flow rate of the low-pressure pump 51 is determined.
  • This can be fixed in a simple embodiment, e.g. be between 30 seconds and 3 minutes, or depending on the time period T_BZ be determined since taking the current operating state BZ and the fuel mass MFF to be metered. This is preferably done by integrating the fuel mass MFF to be metered. As a result, a very good estimation of the time duration T_COR of the increased flow rate can be achieved, since the integral of the fuel mass to be metered is characteristic of the profile of the temperature T_F of the fuel in the low-pressure circuit.
  • a step S14 the low-pressure pump 51 is then driven in accordance with the control signal SG or with the corrected control signal SG_COR.
  • the control signal is preferably a pulse width modulated signal.
  • the control of the low pressure pump with the corrected control signal SG_COR takes place Preferably, for the period T_COR the increased flow rate, which was determined in step S12.
  • the corrected control signal SG_COR is then adjusted in step S14 for a changing metered fuel mass MFF corresponding to step S4 and possibly with increasing time T_BZ since taking the current operating state BZ.
  • step S14 the program pauses in step S16 for a predetermined waiting period T_W before the processing in step S4 is resumed.
  • a second embodiment of a program for controlling the internal combustion engine is started in a step S18 (FIG. FIG. 3 ).
  • the actuating signal SG is determined in accordance with step S4.
  • the fuel temperature T_F of the fuel which the high-pressure pump 54 delivers, depends 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 rotational speed and / or determines the fuel mass MFF to be metered. This is preferably done by means of a corresponding observer or by means of maps.
  • a step S24 it is then checked whether the fuel temperature T_F is greater than a threshold value T_F_THR. If this is not the case, the processing is continued in a step S30.
  • step S26 the corrected actuating signal SG_COR is determined in a step S26. This is preferably done depending on the fuel temperature T_F and optionally of the control signal SG and optionally of the fuel mass MFF to be metered.
  • the corrected actuating signal SG_COR can be set equal to the maximum actuating signal SG_MAX.
  • the time period T_COR of the increased flow rate is then preferably determined by integrating the fuel mass to be metered.
  • the time T_COR the increased flow rate can also be fixed.
  • step S30 the low-pressure pump 51 is then actuated either with the actuating signal SG or correspondingly with the corrected actuating signal SG_COR.
  • the fuel temperature T_F continues to be greater than the predetermined threshold T_F_THR and only then the fuel pump 51 continues to be driven with the corrected control signal SG_COR, if this is still the case.
  • the corrected control signal SG_COR is, like the control signal SG, adapted to a changing fuel mass MFF to be changed in accordance with step S20.
  • the corrected actuating signal for actuating the low-pressure pump 51 is also adapted in accordance with the calculation rule of step S26 with changing fuel temperature T_F in such a way that the delivery quantity of the low-pressure pump is reduced with decreasing fuel temperature T_F.
  • step S32 the program subsequently pauses for a predetermined waiting time before the processing is continued again in step S20.

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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.
  • Aus US 2002/0170508 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5 bekannt.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine zu schaffen, mittels denen die Belastung der Niederdruckpumpe möglichst gering gehalten werden kann.
  • 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. Ferner wird die Niederdruckpumpe für eine vorgegebene Zeitdauer im Sinne der erhöhten Fördermenge angesteuert, wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist.
  • Die vorgebbare Zeitdauer wird 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 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 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 (5)

  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
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Niederdruckpumpe (51) für eine vorgebbare Zeitdauer (T_COR) im Sinne der erhöhten Fördermenge angesteuert wird, wobei die Zeitdauer (T_COR) abhängt von dem Integral der zugemessenen Kraftstoffmasse (MFF) während der Ansteuerung der Niederdruckpumpe (51) im Sinne einer erhöhten Fördermenge.
  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 Ansteuerung der Niederdruckpumpe (51) im Sinne einer erhöhten Fördermenge im Sinne einer in etwa maximalen Fördermenge der Niederdruckpumpe (51) erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Ansteuerung der Niederdruckpumpe (51) im Sinne einer erhöhten Fördermenge derart angepasst wird, dass mit sinkender Temperatur (T_F) des Kraftstoffs die Fördermenge der Niederdruckpumpe (S1) reduziert wird.
  5. 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,
    wobei diese Mittel dadurch gekennzeichnet sind, dass
    bei Erfüllung der Bedingung die Niederdruckpumpe (51) für eine vorgebbare Zeitdauer (T_COR) im Sinne der erhöhten Fördermenge angesteuert wird, wobei die Zeitdauer (T_COR) abhängt von dem Integral der zugemessenen Kraftstoffmasse (MFF) während der Ansteuerung der Niederdruckpumpe (51) im Sinne einer erhöhten Fördermenge.
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