EP1556609B1

EP1556609B1 - Verfahren zum betreiben eines common-rail-kraftstoffeinspritzsystems für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP1556609B1
Application number: EP03740102A
Authority: EP
Inventors: Math Lemoure
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: US7059302B2; DE10247564A1; WO2004036034A1; JP2006503205A; JP4317133B2; US20050103313A1; DE50308024D1; EP1556609A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems vorgeschlagen, bei dem im Leerlauf bzw. im Teillastbetrieb das Förderverhalten der Kraftstoffhochdruckpumpe vergleichmäßigt werden kann. Dies wirkt sich positiv auf die Laufruhe der Brennkraftmaschine und die Regelgüte des Drucks im Common-Rail aus.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe mehrere Pumpenelemente aufweist, mit einem saugseitig der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordneten Zumessventil, wobei die von den Pumpenelementen angesaugte Kraftstoffmenge durch das Zumessventil regelt bzw. steuerbar ist, mit einem Common-Rail und mit einem Druckregelventil und wobei der Druck im Common-Rail durch das Druckregelventil gesteuert bzw. geregelt wird.
Die Fördermengenregelung von Kraftstoffhochdruckpumpen ist von erheblicher Bedeutung für den Gesamtwirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzsystems und damit auch für den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine. Außerdem muss eine Kraftstoffhochdruckpumpe deren Fördermenge nur in begrenztem Umfang regelbar größere Auslegungsreserven aufweisen, was die Herstellungskosten der Kraftstoffhochdruckpumpe erhöht.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die von den Pumpenelementen angesaugte Kraftstoffmenge durch ein Zumessventil auf der Saugseite der Pumpenelemente zu begrenzen und somit auch die Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe zu begrenzen. Der Druck im Common-Rail wird durch ein Druckregelventil, welches in der Regel am Common-Rail angeordnet ist, oder durch ein Zumessventil geregelt.
Wenn die Kraftstoffhochdruckpumpe mehrere Pumpenelemente aufweist und die Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe durch das Zumessventil stark reduziert wird, kommt es zu einer ungleichen Verteilung der Fördermenge auf die Pumpenelemente (siehe EP 1 195 514 A ). Beispielsweise kann es sein, dass von drei Pumpenelementen nur zwei Pumpenelemente einen nennenswerten Beitrag zur Kraftstoffförderung leisten, während ein drittes Pumpenelement de facto außer Betrieb ist. Dieser Effekt ist unerwünscht, da er zu erhöhten Druckschwankungen im Common-Rail führt und außerdem die zum Antrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe erforderliche Leistung ebenfalls starken Schwankungen ausgesetzt ist. Diese Leistungsschwankungen führen ebenso wie die erwähnten Druckschwankungen im Common-Rail zu einem unrunden Lauf der Brennkraftmaschine im Teillastbereich, insbesondere im Leerlauf.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die durch das Zumessventil strömende Kraftstoffmenge erfasst wird, das theoretische Fördervolumen der Kraftstoffhochdruckpumpe erfasst oder berechnet wird, und das Druckregelventil, wenn die geförderte Kraftstoffmenge kleiner als eine vorgegebene Mindestfördermenge ist, so angesteuert wird, dass eine definierte Leckage auftritt.

Vorteile der Erfindung

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann in den für den Gleichlauf der Brennkraftmaschine kritischen Teillastbereichen mit einem Füllungsgrad der Pumpenelemente von beispielsweise weniger als 30 % dieser Füllungsgrad dadurch erhöht werden, dass eine definierte Leckage am Druckregelventil des Common-Rails eingestellt wird. Durch die Erhöhung des Füllungsgrads der Pumpenelemente verringert sich der Unterschied zwischen den Fördermengen der einzelnen Pumpenelemente, was sich in einem konstanteren Druck im Common-Rail und einem verbesserten Rundlauf der Brennkraftmaschine positiv bemerkbar macht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf verschiedenste Typen von Kraftstoffhochdruckpumpen anwendbar und benötigt insbesondere keine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer in dem Förderraum der Pumpenelemente integrierten Feder des Saugventils der Pumpenelemente. Aus diesem Grund stellt das erfindungsgemäße Verfahren keine besonderen Anforderungen an die Kraftstoffhochdruckpumpe bzw. das Kraftstoffeinspritzsystem.
Außerdem benötigt das erfindungsgemäße Verfahren keine zusätzlichen Daten, sondern kann auf der Basis der von einem Steuergerät eines Kraftstoffeinspritzsystems ohnehin verarbeiteter Daten, wie beispielsweise Drehzahl der Brennkraftmaschine, Durchflussmenge durch das Zumessventil und anderes mehr, durchgeführt werden. Aus diesem Grund müssen keine zusätzlichen Sensoren an der Brennkraftmaschine oder dem Kraftstoffeinspritzsystem installiert werden, was ebenfalls zur Kostenreduktion beiträgt.
Es hat sich bei Messungen gezeigt, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Gleichlauf der Brennkraftmaschine im Leerlauf erzielt werden konnte, der etwa dem einer Radialkolbenpumpe entspricht, deren Saugventilfedern im Förderraum der Pumpenelemente angeordnet sind. Diese mechanisch relativ aufwendige Ausführung hat, wie sich wegen des notwendigerweise vergrößerten Totraumvolumens ergibt, einen schlechteren Wirkungsgrad als eine Kraftstoffhochdruckpumpe, bei der die Saugventilfedern nicht im Förderraum angeordnet sind. Da es das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, die Kraftstoffhochdruckpumpe, ohne Saugventilfedern im Förderraum einzusetzen, führt der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads des Kraftstoffeinspritzsystems von 10%-Punkten in allen Betriebsbereichen und über die gesamte Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzsystems.
Der vorgegebene Grenzwert kann den Erfordernissen der Kraftstoffeinspritzanlage entsprechend frei gewählt werden. Der vorgegebene Grenzwert kann auch als Kennfeld in dem Steuergerät der Brennkraftmaschine abgespeichert werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Grenzwert so gewählt wird, dass er etwa 30% der theoretischen Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe beträgt.
Besonders einfach ist die Einstellung einer definierten Leckage am Druckregelventil, wenn die Schließkraft des Drucksteuerventils, insbesondere eines als Sitzventil ausgebildeten Drucksteuerventils, so weit verringert wird, dass die gewünschte Leckage am Druckregelventil auftritt.
Die Schließkraft des Druckregelventils kann beispielsweise durch Ändern des Verhältnisses zwischen den Zeitintervallen in denen das Druckregelventil stromlos ist und den Zeitintervallen in denen das Druckregelventil bestromt wird gesteuert werden.
Dabei ist es vorteilhaft wenn die Ansteuerung des Druckregelventils in Abhängigkeit eines Solldrucks im Common-Rail und einer Drehzahl, mit der die Kraftstoffhochdruckpumpe angetrieben wird, erfolgt.
Um zu vermeiden, dass unzulässige Betriebszustände im Kraftstoffeinspritzsystem auftreten, wird in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dieses nur angewandt, wenn die von der Kraftstoffhochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge größer als die von den Injektoren verbrauchte Kraftstoffmenge ist. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, würde eine Leckage am Druckregelventil zu einer Unterversorgung der Injektoren führen, was unter allen Umständen zu vermeiden ist.
Die Ansteuerung des Druckregelventils zur Einstellung einer definierten Leckage kann über einen Regler und/oder über ein bzw. mehrere Kennfelder eingestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in Form eines Computerprogramms, insbesondere eines auf einem Speichermedium abspeicherbaren Computerprogramms, oder eines Steuergeräts für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine realisiert werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Es zeigen:

Fig. 1:: eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2:: eine stark vereinfachte Darstellung eines Pumpenelements mit einer im Förderraum befindlichen Saugventilfeder;
Fig. 3:: eine Mengenbilanz eines Kraftstoffeinspritzsystems in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine;
Fig. 4:: den Druckverlauf im Rail bzw. das Förderverhalten der Kraftstoffhochdruckpumpe ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 5:: den Druckverlauf im Common-Rail, sowie Förderverhalten der Kraftstoffhochdruckpumpe ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 6:: den Druckverlauf im Rail bzw. das Förderverhalten einer Kraftstoffhochdruckpumpe bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 7:: den Druckverlauf im Common-Rail sowie das Förderverhalten der Kraftstoffhochdruckpumpe bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 8:: Ein Ablaufdiagramm einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein Common-Rail-Einspritzsystem nach dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Das in Fig. 1 beschriebene Einspritzsystem dient dazu, das der Erfindung zu Grunde liegende Problem zu erläutern, wobei die Erfindung jedoch nicht auf Einspritzsysteme dieses Typs beschränkt ist. Die unter Hochdruck stehenden Leitungen des Kraftstoffeinspritzsystems sind in Fig. 1 mit dicken Linien gezeichnet, während die unter niedrigem Druck stehenden Bereiche des Kraftstoffeinspritzsystems mit dünnen Linien dargestellt sind.
Eine Vorförderpumpe 1 saugt über eine Zulaufleitung 3 nicht dargestellten Kraftstoff aus einem Tank 5 an. Dabei wird der Kraftstoff in einem. Vorfilter 7 und einem Filter mit Wasserabscheider 9 gefiltert.
Die Vorförderpumpe 1 kann als Zahnradpumpe ausgebildet sein und weist ein erstes Überdruckventil 11 auf. Saugseitig wird die Vorförderpumpe durch eine erste Drossel 13 gedrosselt. Eine Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 versorgt eine Kraftstoffhochdruckpumpe 17 mit Kraftstoff.
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 ist als Radialkolbenpumpe mit drei Pumpenelementen 19 ausgeführt und treibt die Vorförderpumpe 1 an. Alternativ kann die Vorförderpumpe 1 auch z.B. elektrisch angetrieben werden. Auf der Saugseite der Pumpenelemente 19 ist je ein Saugventil 21 vorgesehen.
Auf der Druckseite der Pumpenelemente 19 ist je ein Rückschlagventil 23 vorgesehen, welches verhindert, dass der unter hohem Druck stehende Kraftstoff, welcher von den Pumpenelementen 19 in ein Common-Rail 25 gefördert wurde, in die Pumpenelemente 19 zurückfließen kann.
Der Common-Rail 25 versorgt einen oder mehrere in Figur 1 nicht dargestellte Injektoren über eine Hochdruckleitung 27 mit Kraftstoff. Das Druckregelventil 51 verhindert außerdem unzulässig hohe Drücke im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems. Über die Rücklaufleitung 29 und eine Leckageleitung 31 werden die Leckage und die Steuermengen des oder der nicht dargestellten Injektoren in den Tank 5 zurückgeführt. Zur Druckregelung wird ein nicht dargestellter Raildrucksensor benötigt, der üblicherweise am Common-Rail 25 angeordnet ist.
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 wird von der Vorförderpumpe 1 einerseits mit Kraftstoff für die Pumpenelemente 19 und andererseits mit Kraftstoff zur Schmierung versorgt. Die Kraftstoffmenge, welche zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 dient, wird über ein erstes Steuerventil 35 und eine zweite Drossel 37 gesteuert.
Die Vorförderpumpe 1 versorgt über eine Verteilleitung 45 auch die Pumpenelemente 19 mit Kraftstoff. Zur Regelung der Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 ist zwischen der Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 und der Verteilleitung 45 ein Zumessventil 47 vorgesehen. Das Zumessventil 47 ist ein Stromventil, welches von einem nicht dargestellten Steuergerät des Kraftstoffeinspritzsystems angesteuert wird. Die Pumpenelemente 19 werden somit über das Zumessventil 47 saugseitig gedrosselt.
Im Schiebebetrieb, d.h. bspw. bei einer Bergabfahrt eines Kraftfahrzeugs, soll kein Kraftstoff in die Pumpenelemente 19 fließen und auch kein Kraftstoff von den nicht dargestellten Injektoren in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Da das Zumessventil 47 fertigungs- und funktionsbedingt im geschlossenen Zustand eine Leckagemenge aufweist, die in die Verteilleitung 45 strömt, würde sich ohne geeignete Abhilfemaßnahmen auf der Saugseite der Pumpenelemente 19 ein Druck aufbauen, der so groß ist, dass die Pumpenelemente während des Saughubs die Saugventile 21 öffnen und Kraftstoff ansaugen. Dies hätte zur Folge, dass der Druck im Common-Rail 25 unzulässig ansteigt.
Um dies zu verhindern, ist eine dritte Drossel 49 vorgesehen, die nachfolgend auch als Nullförder-Drossel bezeichnet wird. Durch die Nullförder-Drossel 49 kann der Kraftstoff aus der Verteilleitung 45 in das Kurbelgehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 abfließen und dort zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 verwendet werden. Durch den Abfluss von Kraftstoff durch die Nullförder-Drossel 49 wird der oben erwähnte Druckaufbau in der Verteilleitung 45 beim Schiebebetrieb auf Grund der Leckage des geschlossenen Zumessventils 47 verhindert.
Der Druck im Common-Rail 25 kann sowohl über ein Druckregelventil 51, welches auch als Stromventil ausgebildet werden kann, als auch ein Zumessventil 47 geregelt werden. Das Druckregelventil 51 und das Zumessventil 47 werden ebenfalls von dem nicht dargestellten Steuergerät angesteuert.
In der Fig. 2 werden zwei Ausführungsbeispiele von Pumpenelementen 19 einer Kraftstoffhochdruckpumpe 17 schematisch dargestellt.
In der Fig. 2a ist ein Pumpenelement 19, bestehend im Wesentlichen aus einer Zylinderbohrung 53, einem in der Zylinderbohrung 53 oszillierenden Pumpenkolben 55 sowie einem Saugventil 21, stark vereinfacht dargestellt. Ein Rückschlagventil 23 (s. Fig. 1) ist nicht dargestellt, obwohl es zur Funktion des Pumpenelements 19 erforderlich ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2a ist eine Saugventilfeder 57 des Saugventils 21 außerhalb eines von der Zylinderbohrung 53 und dem Pumpenkolben 55 begrenzten Förderraums 59 angeordnet. Bei dieser Bauart kann das Totvolumen des Förderraums 59 sehr klein gehalten werden, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 auswirkt. Allerdings ist bei einer Kraftstoffhochdruckpumpe 17, die aus mehreren Pumpenelementen 19 gemäß Fig. 2a besteht, das Förderverhalten der einzelnen Pumpenelemente im Teillastbereich sehr unterschiedlich, was zu unerwünschten Druckschwankungen im Common-Rail und einer ungleichen Leistungsaufnahme der Kraftstoffhochdruckpumpe führt.
In Fig. 2b ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Pumpenelements 19 dargestellt, dessen Betriebsverhalten im Teillastbereich gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2a deutlich verbessert ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2b stützt sich die Saugventilfeder 57 auf dem Pumpenkolben 55 ab. Bei dieser Bauart ist das Totvolumen des Förderraums 59 notwendigerweise deutlich größer als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2a, was sich in einem schlechteren Wirkungsgrad der Kraftstoffhochdruckpumpe negativ auswirkt. Allerdings ist bei einer Kraftstoffhochdruckpumpe 17, die aus mehreren Pumpenelementen 19 gemäß Fig. 2b besteht, das Förderverhalten der einzelnen Pumpenelemente im Teillastbereich nahezu gleich, so dass die Druckschwankungen im Common-Rail gering sind und die Leistungsaufnahme der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 sehr gleichmäßig ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es beispielsweise möglich, Kraftstoffhochdruckpumpen 17 mit Pumpenelementen 19 gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2a so zu betreiben, dass deren Förderverhalten den Pumpenelementen gemäß Fig. 2b entspricht, ohne Einbußen beim Wirkungsgrad.
In Fig. 3 ist eine Mengenbilanz eines Kraftstoffeinspritzsystems, welches im Wesentlichen aus den Injektoren als Verbrauchern und einer Kraftstoffhochdruckpumpe als Fördereinrichtung besteht, dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzsystem wird so betrieben, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 Pumpenelemente 19 gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2a, d.h. die Saugventilfeder 57 ist außerhalb des Förderraums 59 angeordnet. In Fig. 3 ist die Förderrate 61 in Litern/Stunde über der doppelten Drehzahl n der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 (s. Fig. 1) dargestellt. Eine mit m_{HDP, theor} bezeichnete Linie in Fig. 3 zeigt die theoretische Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe. Die theoretische Fördermenge m_{HDP, theor} steigt linear mit der Drehzahl an.
Unterhalb der Linie m_{HDP, theor} ist die maximale Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe unter Berücksichtigung von Leckagen, Verschleiß und anderem mehr eingetragen. Diese maximale Fördermenge ist in Fig. 3 mit der Referenznummer 63 bezeichnet.
In Fig. 3 ist der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine als Funktion der Drehzahl unter Annahme eines bestimmten Lastzustandes vereinfacht als Linie 65 eingetragen. Da die Injektoren, welche den Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen, jedoch ihrerseits eine Leckage aufweisen und eine Steuermenge zum Öffnen und Schließen der Düsennadeln benötigen, ist der tatsächliche Kraftstoffverbrauch der Injektoren größer als der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffhochdruckpumpe muß den tatsächlichen Kraftstoffbedarf der Injektoren befriedigen. Deshalb ist der tatsächliche Kraftstoffbedarf der Injektoren gleich groß wie die effektive Fördermenge m_{HDP, eff} der Kraftstoffhochdruckpumpe. Die Linie m_{HDP, eff} liegt bei allen Drehzahlen über der Linie 65, welche den Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine darstellt.
Wenn beispielsweise bei einer Drehzahl der Brennkraftmaschine von 1.500 l/min, entsprechend einer Drehzahl der Hochdruckpumpe von 750 l/min bei einem Übersetzungsverhältnis i = ½, die tatsächliche Fördermenge m_{HDP, eff} kleiner ist als eine applizierbare Mindestfördermenge m_Min (oder m_Grenz) wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Druckregelventil 51 so angesteuert, dass eine definierte Leckage am Druckregelventil 51 auftritt. Die Mindestfördermenge m_MIN kann beispielsweise 30% der theoretischen Fördermenge m_HDP. _theor betragen.
Diese Leckage erhöht die Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe und somit den Füllungsgrad der Pumpenelemente 19 der Kraftstoffhochdruckpumpe 17. In Fig. 3 ist die für diesen Betriebspunkt maximal zulässige Leckage am Druckregelventil 51 durch einen Doppelpfeil 67 dargestellt.
Die Mindestfördermenge m_Min hängt vom Betriebsverhalten der Hochdruckpumpe 17 ab und kann deshalb zum Beispiel in einer Kennlinie oder einem Kennfeld abgelegt werden. Die Ermittlung der betriebspunktabhängigen Mindestfördermenge m_Min kann durch Messungen oder Berechnungen erfolgen.
Selbstverständlich ist bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens darauf zu achten, dass die Fördermenge m_{HDP, eff}*_, welche sich aus dem Kraftstoffverbrauch der Injektoren m_{HDP, eff} zuzüglich der betriebspunktabhängigen Leckage 67 zusammensetzt, auf keinen Fall größer ist als die maximale Fördermenge 63 der Kraftstoffhochdruckpumpe.
Aus Fig. 3 wird deutlich, dass in den Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine zwischen 1000 Umdrehungen und 2000 Umdrehungen, entsprechend einer Drehzahl der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 von 500 bis 1000/min, der Abstand in senkrechter Richtung der Linie m_{HDP, eff} und der Linie 63 relativ groß ist. Deshalb kann in diesem Drehzahlbereich, bei dem die Gleichförderung der Pumpenelemente 19 der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens relativ schlecht ist, eine relativ große Leckage 67 am Hochdruckventil 51 eingestellt werden und somit die gewünschte Gleichförderung der Pumpenelemente 19 durch das erfindungsgemäße Verfahren einfach und ohne zusätzlichen Bauaufwand realisiert werden kann.
Wenn das Druckregelventil 51 ein kugelförmiges Ventilglied aufweist, welches durch einen Magnetanker in einen Ventilsitz gepresst wird, um das Druckregelventil 51 zu schließen (nicht dargestellt in Fig. 1), kann die Leckage 67 dadurch eingestellt werden, dass das Verhältnis der Zeitintervalle, innerhalb derer der Magnetanker des Druckregelventils 51 bestromt wird, zu den Intervallen, innerhalb derer der Magnetanker stromlos ist, entsprechend geändert wird. Bei anderen Bauformen von Druckregelventilen 51 kann durch eine entsprechend andere Ansteuerung des Druckregelventils 51 die gewünschte definierte Leckage 67 eingestellt werden.
In Fig. 4 ist der Druckverlauf im Common-Rail 25 einer Radialkolbenpumpe mit drei Pumpenelementen 19 dargestellt ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In der Fig. 4 ist eine Umdrehung der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 durch zwei senkrechte Linien abgegrenzt. Daraus lässt sich deutlich erkennen, dass von den drei Pumpenelementen nur zwei Pumpenelemente einen nennenswerten Beitrag zur Gesamtfördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe leisten. Diese Beiträge sind in Fig. 4 mit I und II bezeichnet. Der Beitrag III des dritten Pumpenelements ist dagegen vernachlässigbar klein. Fig. 4 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem nach dem Stand der Technik ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 5 ist das gleiche Kraftstoffeinspritzsystem ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Diagrammform dargestellt. In Fig. 5 ist über der Zeit der Volumenstrom m_Zumess durch das Zumessventil 47 (s. Fig. 1) dargestellt.
Eine Linie 69 zeigt das Tastverhältnis am Druckregelventil 51 an. Das Tastverhältnis ist ein Maß für die Schließkraft, mit der das Ventilglied des Druckregelventils 51 gegen seinen Dichtsitz gepresst wird.
Eine weitere Linie zeigt den Sollwert des Drucks p_Soll im Common-Rail 25. Sowohl der Sollwert p_Soll als auch das Tastverhältnis 69 sind in Fig. 5 zeitlich konstant. Eine Linie 73 zeigt den gemessenen Ist-Druck im Common-Rail. Aus Fig. 5 wird deutlich, dass sowohl die durch das Zumessventil 47 strömende Kraftstoffmenge m_Zumess als auch der Druck 73 im Common-Rail 25 relativ starken zeitlichen Schwankungen unterliegen.
In Fig. 6 ist der Druckverlauf der Kraftstoffhochdruckpumpe des gleichen Kraftstoffeinspritzsystems wie in Fig. 4, allerdings mit Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dargestellt. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass durch die definierte Leckage am Druckregelventil 51 die Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 so weit erhöht wurde, dass alle drei Pumpenelemente einen annähernd gleichen Beitrag zur Gesamtfördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 leisten (s. I, II und III in Fig. 6).
In Fig. 7 sind sowohl die Auswirkungen der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf das Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere auf die Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe m_Zumess, als auch auf den Ist-Druck 73 im Common-Rail 25 deutlich erkennbar. Aus dem Vergleich der Fig. 5 und 7 wird deutlich, dass das Tastverhältnis 69 durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens abgesenkt wurde und infolgedessen die von der Kraftstoffhochdruckpumpe geförderte Menge m_Zumess deutlich angestiegen ist. Die Unterschiede zwischen dem Maximum und dem Minimum der Fördermenge m_Zumess hat sich durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich verringert. Dies hat eine Vergleichmäßigung des Antriebsleistungsbedarfs der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 zur Folge, was sich positiv auf die Laufruhe der Brennkraftmaschine auswirkt.
Auch die Regelgüte des Ist-Drucks 73 im Common-Rail 25 hat sich durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens stark verbessert. Dies ist durch den Vergleich der Fig. 7 und Fig. 5 daraus ersichtlich, dass die Unterschiede zwischen Maximalwert und Minimalwert verringert sind.
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens konnten die Differenzen im Raildruck zwischen Maximum und Minimum bei einem untersuchten Kraftstoffeinspritzsystem von 38 bar auf 24 bar verringert werden. Dabei ist zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine Änderung des Kraftstoffeinspritzsystems erforderlich; lediglich die Software im Steuergerät muss entsprechend angepasst werden.
In Fig. 8 ist ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt werden das Zumessventil 47 und das Druckregelventil 51 so angesteuert, dass sich ein vorgegebener Sollwert im Common-Rail 25 einstellt. Beispielsweise über eine Kennlinie wird in Abhängigkeit von Motor- oder Pumpendrehzahl eine Mindestfördermenge m_Min bzw. eine prozentuale Mindestbefüllung der Pumpe abgelegt. Diese wird mit dem theoretischen Fördervolumen m_{HDP, theor} der Kraftstoffhochdruckumpe 17 beispielsweise multipliziert und im Anschluss daran wird das Ergebnis von der aktuellen Fördermenge m_{Hdp, eff} der Pumpe abgezogen. Die Volumenstromdifferenz wird beispielsweise über einen Regler oder über ein bzw. mehrere Kennfelder in eine Stellgröße für das Druckregelventil 51 umgewandelt. Ist die aktuelle Fördermenge m_{HDP, eff} der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 kleiner als die applizierte Mindestfördermenge m_Min, so wird die Stellgröße bzw. das Tastverhältnis am Druckregelventil entsprechend reduziert. Entsprechend der Stellgrößenänderung am Druckregelventil 51 und infolgedessen der Leckageänderung am Druckregelventil 51 wird sich der Druck im Common-Rail 25 verändern. Die Leckageerhöhung am Druckregelventil 51 bzw. die Druckänderung im Common-Rail 25 wird, indem das Zumessventil 47 weiter geöffnet wird, über die Stellgröße des Zumessventils 47 kompensiert. Ist die aktuelle Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 größer als die applizierte Mindestfördermenge m_Min, so bleibt bzw. wird das Druckregelventil 51 geschlossen.
Die Ansteuerung des Druckregelventils 51 kann beispielsweise in Abhängigkeit der Stellgröße des Zumessventils, des Solldrucks im Common-Rail 25 und einer Drehzahl, Pumpen- oder Motordrehzahl, mit der die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 angetrieben wird, erfolgen.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (17), wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe (17) mehrere Pumpenelemente (19) aufweist, mit einem saugseitig der Kraftstoffhochdruckpumpe (17) angeordneten Zumessventil (47), wobei die von den Pumpenelementen (19) angesaugte Kraftstoffmenge durch das Zumessventil (47) steuerbar oder regelbar ist, mit einem Common-Rail (25) und mit einem Druckregelventil (51), wobei der Druck im Common-Rail (25) durch das Druckregelventil (51) gesteuert oder geregelt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Erfassen bzw. Berechnen der von der Kraftstoffhochdruckpumpe (17) geförderten Fördermenge (m_HDP, eff),

- Ansteuern des Druckregelventils (51), wenn die Fördermenge (m_{HDP, eff}) kleiner als ein vorgegebener Grenzwert (m_Grenz) ist, so dass eine definierte Leckage am Druckregelventil (51) auftritt,

- Ansteuern des Zumessventils (47) so, dass sich ein vorgegebener Solldruck (p_Soll) im Common-Rail einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (m_Grenz) frei wählbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft des Druckregelventils (51) so weit verringert wird, dass die geforderte definierte Leckage am Druckregelventil (51) auftritt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft des Druckregelventils (51) durch Ändern des Verhältnisses zwischen den Zeitintervallen, in denen das Druckregelventil (51) stromlos ist, und den Zeitintervallen in denen das Druckregelventil (51) bestromt wird, gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Druckregelventils (51) in Abhängigkeit eines Solldrucks im Common-Rail (25) und einer Drehzahl, mit der die Kraftstoffhochdruckpumpe (17) angetrieben wird oder der Motordrehzahl, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nur angewandt wird, wenn die aktuelle Fördermenge (m_{HDP, eff}) der Kraftstoffhochdruckpumpe (17) kleiner ist als der applizierte Grenzwert (m_Grenz).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Druckregelventils (51) in einem oder mehreren Kennfeldern abgelegt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Druckregelventils (51) durch einen Regler erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermenge (m_HDP,eff) der Kraftstoffhochdruckpumpe (17) aus der durch das Zumessventil (47) strömenden Kraftstoffmenge ermittelt wird.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführt, wenn es auf einem Steuergerät zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine ausgeführt wird.
Computerprogramm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speichermedium abspeicherbar ist.
Steuergerät für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es für die Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgelegt ist.