EP1834073B1 - Method for operation of an internal combustion engine - Google Patents
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- the power amplifier 40 switches the signals BATTx_1 to BATTx_3 to SHSx_1 to SHSx_3, and DLSX1_1 to DLSX1_3 to drive HPIV11 to ground.
- a lower current in the hold phase flows through HPIV11.
- the output SHSX supplies a basic voltage for opening the valve.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zu deren Betrieb.The present invention relates to an internal combustion engine and a method for its operation.
Für das Öffnen eines innen öffnenden Hochdruckeinspritzmagnetventils bei Benzin-Direkteinspritzung ist auf Grund des hohen Systemdrucks eine Boosterphase notwendig, in der der durch das Hochdruckeinspritzventil fließende Strom bis auf Werte wie z.B. 12 A ansteigt. Der hohe Strom wird durch das Zuschalten des Hochdruckeinspritzventils auf einen Boosterkondensator erzeugt, welcher Energie unter einer Spannung von z.B. 65 V speichert und sie dem Hochdruckeinspritzventil während der Boosterphase liefert. Die in der Boosterphase entnommene Energie wird durch einen Nachladeschaltkreis bis zur nächsten Boosterphase dem Boosterkondensator wieder nachgeliefert. Die Größe dieses Nachladeschaltkreises sowie des Boosterkondensators hängt u. a. von der vom Hochdruckeinspritzventil benötigten Boosterenergie ab, welche wiederum von dem für das Öffnen des Hochdruckeinspritzventils benötigten Boosterstrom abhängt. Die Höhe des Boosterstroms wird hauptsächlich durch den maximalen Systemdruck, gegen den das Hochdruckeinspritzventil öffnen muss, und den statischen Durchfluss bestimmt.For gasoline direct injection opening of an inwardly opening high pressure injection solenoid valve, due to the high system pressure, a booster phase is required in which the flow through the high pressure injection valve is limited to values such as, for example, 12 A increases. The high current is generated by connecting the high-pressure injection valve to a booster capacitor which supplies energy under a voltage of e.g. Stores 65V and supplies it to the high pressure injector during the booster phase. The energy taken during the booster phase is re-supplied to the booster capacitor through a recharge circuit until the next booster phase. The size of this recharge circuit and the booster capacitor depends u. a. from the required by the high-pressure injection valve boost energy, which in turn depends on the need for opening the high-pressure injection valve booster. The height of the booster current is determined mainly by the maximum system pressure against which the high pressure injector must open and the static flow.
Aus der
Aus der
Der höchste Systemdruck im Normalbetrieb bei Benzin-Direkteinspritzung wird durch das Öffnen eines Druckbegrenzungsventils bestimmt. Der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils wird in zwei Fällen des Normalbetriebs erreicht. Den ersten Fall stellt der Heißstart dar, d.h. ein Startvorgang nach einer Abstellphase mit Druckerhöhung im Kraftstoffhochdrucksystem auf Grund der Aufheizung desThe highest system pressure in normal operation with gasoline direct injection is determined by the opening of a pressure relief valve. The opening pressure of the pressure relief valve is achieved in two cases of normal operation. The first case is the hot start, i. a start after a shutdown with pressure increase in the high-pressure fuel system due to the heating of
Kraftstoffs. Die Aufheizung des Kraftstoffs im Kraftstoffsystem erfolgt durch die Wärmeübertragung eines vorher in Volllast gefahrenen und deshalb stark aufgeheizten Motors. Den zweiten Fall stellt das Wiedereinsetzen der Einspritzungen nach einem Schubbetrieb dar. Im Schubbetrieb wird das Einspritzen des Kraftstoffs eingestellt, und eine Druckerhöhung im Kraftstoffhochdrucksystem findet wegen dem oben genannten Grund statt. In beiden Fällen wird der Druck im Kraftstoffhochdrucksystem nach einigen Einspritzungen bis auf normales, geringeres Druckniveau abgesenkt. Der Boosterstrom wird aber nach dem maximal erreichbaren Druck ausgelegt, nämlich nach dem Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils. Der Nachladekreis und der Nachladekondensator sind für den Normalbetrieb dann überdimensioniert.Fuel. The heating of the fuel in the fuel system is carried out by the heat transfer of a previously driven at full load and therefore strongly heated engine. The second case is the reinstatement of the injections after overrun operation. In overrun mode, the injection of fuel is discontinued and an increase in pressure in the high-pressure fuel system takes place for the reason stated above. In both cases, the pressure in the high-pressure fuel system is lowered after a few injections to normal, lower pressure level. However, the booster current is designed according to the maximum achievable pressure, namely after the opening pressure of the pressure relief valve. The recharging circuit and the recharging capacitor are then oversized for normal operation.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den ein Verfahren anzugeben, das eine sichere Einspritzung auch in den Extremfällen Wiedereinsetzen der Einspritzungen nach einem Schubbetrieb sowie Startvorgang nach einer Abstellphase mit Druckerhöhung im Kraftstoffhochdrucksystem auf Grund der Aufheizung des Kraftstoffs bei für den Normalbetrieb ausgelegten Boosterkondensatoren gewährleistet.The object of the invention is therefore to provide a method that ensures a safe injection in the extreme cases reinserting the injections after a coasting operation and starting after a shutdown with pressure increase in the high-pressure fuel system due to the heating of the fuel at designed for normal operation booster capacitors.
Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Einspritzventil, das elektrisch geöffnet und geschlossen wird, wobei ein Boosterkondensator der Erhöhung der Stromstärke bei Öffnen des Einspritzventils dient, wobei das Stromprofil des Boosterstroms in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine von einem Standardwert auf einen erhöhten Wert und/oder auf eine längere Dauer umgeschaltet und mit Beendigung des bestimmten Betriebszustandes auf den Standardwert sowie die Standarddauer zurückgesetzt wird. Dabei ist vorgesehen, dass das Stromprofil des Boosterstroms von dem erhöhten Wert auf den Standardwert oder von der verlängerten Dauer auf die Standarddauer umgeschaltet wird wenn die Anzahl der Einspritzungen mit dem erhöhten Wert des Boosterstroms einen Maximalwert überschreitet. Das Stromprofil des Boosterstroms wird vorzugsweise während eines Startvorganges der Brennkraftmaschine und/oder beim Wiedereinsetzen der Einspritzung nach einem Schubbetrieb von dem Standardwert auf den erhöhten Wert und/oder von der Standarddauer der Boosterphase auf die verlängerte Boosterphase umgeschaltet und mit Beendigung des Startvorganges und nach einigen Einspritzungen beim Wiedereinsetzen nach einem Schubbetrieb auf den Standardwert bzw. auf die Standarddauer der Boosterphase zurückgesetzt. Das Stromprofil des Boosterstroms wird vorzugsweise durch Mehrfachboosterung, d.h. ein wiederholtes Einschalten des Boosterstromes für jeweils eine kurze Zeitdauer, auf eine insgesamt längere Dauer umgeschaltet.This problem is solved by a method for operating an internal combustion engine with an injection valve, which is electrically opened and closed, wherein a booster capacitor is used to increase the current when opening the injection valve, wherein the current profile of the booster current is switched in certain operating states of the internal combustion engine from a standard value to an increased value and / or to a longer duration and reset to the default value and the standard duration with completion of the specific operating condition. It is provided that the current profile of the booster current is switched from the increased value to the standard value or from the extended duration to the standard duration when the number of injections with the increased value of the booster current exceeds a maximum value. The current profile of the booster current is preferably switched during a starting operation of the internal combustion engine and / or resuming the injection after a coasting operation from the default value to the increased value and / or from the standard duration of the booster phase to the extended booster phase and with termination of the starting process and after a few injections reset after a coasting operation to the default value or the standard duration of the booster phase reset. The current profile of the booster current is preferably switched to a total of longer duration by multiple booster, ie a repeated switching on the booster current for a short period of time.
Der Öffnungsdruck der Hochdruckeinspritzventile wird durch die Änderung des Boosterstroms für die zwei oben erwähnten Fälle erhöht. Die Änderung des Boosterstroms muss bei Absenkung des Kraftstoffdruckes schnell wieder rückgängig gemacht werden, um eine tiefe Entladung des Boosterkondensators zu vermeiden. Durch die wenigen Einspritzungen mit geändertem Boosterstrom ist die Entladung des Boosterkondensators minimal, so dass weitere Einspritzungen sichergestellt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Nachladeschaltkreis und der Boosterkondensator für den Normalbetrieb dimensioniert werden können. Ihre Überdimensionierung für den Heißstart und Wiedereinsetzen nach Schubabschalten ist nicht notwendig. Ferner kann die Öffnungskraft des Hochdruckeinspritzventils erhöht werden (durch z.B. die Erhöhung des statischen Durchflusses des Ventils), ohne die Hardware ändern zu müssen. Mit einem größeren statischen Durchfluss kann z.B. eine aufgeladene Variante einer Motorbaureihe bedient werden und/oder die Verlustleistung im Steuergerät, z.B. durch Verkleinerung des Einspritzfensters, reduziert werden. Mit größerem statischen Durchfluss wird auch das Verhalten des Starts bei Tieftemperaturen verbessert.The opening pressure of the high-pressure injection valves is increased by the change of the booster current for the two cases mentioned above. The change in the booster current must be reversed quickly when lowering the fuel pressure to avoid a deep discharge of the booster capacitor. Due to the few injections with changed booster current, the discharge of the booster capacitor is minimal, so that further injections are ensured. Another advantage is that the recharging circuit and the booster capacitor can be dimensioned for normal operation. Their oversizing for hot start and reinsertion after overrun fuel cutoff is not necessary. Further, the opening force of the high-pressure injection valve can be increased (by, for example, increasing the static flow of the valve) without having to change the hardware. With a larger static flow can eg a charged variant of an engine series are operated and / or the power loss in the control unit, for example by reducing the injection window can be reduced. With greater static flow, the behavior of the start at low temperatures is also improved.
Das Stromprofil wird beim Start generell geändert, so dass das Öffnen der Hochdruckeinspritzventile bis zum Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils sichergestellt ist. Am Ende des Startvorgangs wird das Stromprofil für den Normalbetrieb wieder aktiviert. Der Nachladeschaltkreis kann den Boosterkondensator auf Grund der geringen Drehzahl im Startvorgang auch mit erhöhtem Boosterenergiebedarf des geänderten Stromprofils ausreichend nachladen. Überschreitet der Systemdruck eine bestimmte Druckschwelle im Schubbetrieb, wird das Stromprofil für die darauf folgende Wiedereinsetzphase geändert. Die ersten Einspritzungen der Wiedereinsetzphase werden dann einen erhöhten Boosterenergiebedarf beanspruchen.The current profile is generally changed at startup, so that the opening of the high-pressure injection valves is ensured up to the opening pressure of the pressure relief valve. At the end of the start process, the current profile is reactivated for normal operation. The Nachladeschaltkreis can sufficiently recharge the booster capacitor due to the low speed in the boot process with increased Boosterenergiebedarf the changed power profile. If the system pressure exceeds a certain pressure threshold in overrun mode, the current profile is changed for the subsequent restart phase. The first injections of the re-insertion phase will then require an increased booster energy demand.
Die Umschaltung zwischen Standardwert und erhöhtem Wert erfolgt vorzugsweise innerhalb eines Einspritzzyklus.The switching between standard value and increased value preferably takes place within one injection cycle.
Das Stromprofil des Boosterstroms wird von dem erhöhten Wert auf den Standardwert oder von der verlängerten Dauer auf die Standarddauer vorzugsweise umgeschaltet wenn der Raildruck eine Schwelle unterschreitet.The current profile of the booster current is preferably switched from the increased value to the standard value or from the extended duration to the standard duration when the rail pressure falls below a threshold.
Alternativ oder zusätzlich kann des Weiteren vorgesehen sein, dass das Stromprofil des Boosterstroms von dem erhöhten Wert auf den Standardwert oder von der verlängerten Dauer auf die Standarddauer umgeschaltet wird, sobald die Spannung des Boosterkondensators eine untere Schwelle unterschreitet.Alternatively or additionally, it may further be provided that the current profile of the booster current is switched from the increased value to the standard value or from the extended duration to the standard duration as soon as the voltage of the booster capacitor falls below a lower threshold.
Sobald der Systemdruck die Druckschwelle also wieder unterschreitet oder die Anzahl von abgesetzten Einspritzungen mit geändertem Stromprofil eine bestimmte Schwelle überschreitet, wird das Stromprofil auf originalles, geringeres Niveau rasch zurückgesetzt. Somit wird es verhindert, dass der Boosterkondensator tief entladen wird, was zu Einspritzaussetzungen führen könnte.As soon as the system pressure falls below the pressure threshold again or the number of remote injections with a changed current profile exceeds a certain threshold, the current profile is rapidly reset to its original, lower level. Thus, it is prevented that the booster capacitor is deeply discharged, which could lead to injection exposures.
Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 8. Der Boosterkondensator wird vorzugsweise von einem Nachladekreis geladen.The aforementioned problem is also solved by an internal combustion engine according to claim 8. The booster capacitor is preferably charged by a recharging circuit.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines Zylinders ei- ner Brennkraftmaschine mit Kraftstoffversorgungs- system;
- Fig. 2
- eine Schaltskizze mit Steuergerät und Einspritzdü- sen.
- Fig. 1
- a schematic representation of a cylinder of an internal combustion engine with fuel supply system;
- Fig. 2
- a circuit diagram with control unit and injectors.
Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase gelangen über das Auslassventil 28 aus dem Brennraum 26 zu einem Abgasrohr 33, in dem ein Temperatursensor 31 und eine Lambdasonde 32 angeordnet sind. Mit Hilfe des Temperatursensors 31 wird die Temperatur und mit Hilfe der Lambdasonde 32 der Sauerstoffgehalt der Abgase erfasst.The resulting during combustion exhaust gases pass through the
Ein Drucksensor 21 und ein Drucksteuerventil 19 sind am Speicherraum 17 angeschlossen. Das Drucksteuerventil 19 ist eingangsseitig mit dem Speicherraum 17 verbunden. Ausgangsseitig führt eine Rückflussleitung 20 zur Kraftstoffleitung 15. In dem Ansaugtrakt 36 ist eine Drosselklappe 38 angeordnet, deren Drehstellung über eine Signalleitung 39 und einen zugehörigen, hier nicht dargestellten elektrischen Aktuator durch das Steuergerät 25 einstellbar ist.A
Anstatt einem Drucksteuerventil 19 kann auch ein Mengensteuerventil in dem Kraftstoffversorgungssystem 10 zur Anwendung kommen. Mit Hilfe des Drucksensors 21 wird der Istwert des Kraftstoffdrucks im Speicherraum 17 erfasst und einem Steuergerät 25 zugeführt. Durch das Steuergerät 25 wird auf der Basis des erfassten Istwertes des Kraftstoffdrucks ein Ansteuersignal gebildet, mit dem das Drucksteuerventil angesteuert wird. Die elektrische Ansteuerung der Einspritzventile 18 ist in
In
Nach der Boosterphase schaltet die Endstufe 40 die Signale BATTx_1 bis BATTx_3 zu SHSx_1 bis SHSx_3 zu, und DLSX1_1 bis DLSX1_3 für die Ansteuerung von HPIV11 zur Masse. Somit fließt ein geringerer Strom in der Haltephase durch HPIV11. Der Ausgang SHSX liefert dabei eine Grundspannung zum Öffnen des Ventils.After the booster phase, the
Das Boosterstromniveau lässt sich durch den Mikrocontroller 31 schrittweise einstellen, beispielsweise zwischen 8,5 und 12 Ampere in 0,5 Ampereschritten. Wird das Boosterstromniveau so hoch eingestellt, dass die Boosterspannung im Boosterkondensator BK auf Dauer durch Nachladen nicht aufrecherhalten werden kann, wird der Boosterkondensator innerhalb einiger Einspritzzyklen vollständig entladen. Um eine Entladung des Boosterkondensators BK zu vermeiden wird der Betrieb mit längerer Boosterphase auf einige Einspritzungen begrenzt. Dazu kann die Spannung des Boosterkondensators BK herangezogen werden, bei Erreichen einer unteren Grenze wird wieder auf Normalbetrieb umgeschaltet. Die Umschaltung auf Normalbetrieb kann auch durch Unterschreiten einer Druckschwelle erfolgen. In jedem Fall wird nach einer bestimmten Anzahl von Einspritzungen, wobei die Anzahl vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, z.B. Drehzahl, Last und dergleichen abhängig sein kann, auf Normalbetrieb umgeschaltet.The booster current level can be adjusted stepwise by the
Claims (9)
- Method for operating an internal combustion engine having an injection valve (18) which is opened and closed electrically, a booster capacitor (BK) serving for increasing the current intensity during the opening of the injection valve (18), and the current profile of the booster current being changed over, in specific operating states of the internal combustion engine, from a standard value to an increased value and/or to a longer duration, characterized in that the current profile of the booster current is changed over from the increased value or from the longer duration to the standard value and the standard duration when the number of injections having the increased value of the booster current overshoots a maximum value.
- Method according to Claim 1, characterized in that the current profile of the booster current is changed over, during an operation to start the internal combustion engine, from the standard value to the increased value and/or to a longer duration and is reset to the standard value at the transition to normal operation.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the current profile of the booster current is changed over, at the end of an overrun operation from the standard value to the increased value and/or to a longer duration and is reset to the standard value at the transition to normal operation.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the current profile of the booster current is changed over to a longer duration by means of multiple boosting.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the changeover between the standard value and increased value takes place within one injection cycle.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the current profile of the booster current is changed over from the increased value or from the longer duration to the standard value and the standard duration when the rail pressure undershoots a lower threshold.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the current profile of the booster current is changed over from the increased value or from the longer duration to the standard value and standard duration as soon as the voltage of the booster capacitor (BK) undershoots a lower threshold.
- Internal combustion engine having an injection valve (18) which can be opened and closed electrically, a connectable booster capacitor (BK) serving for increasing the current intensity during the opening of the injection valve (18), and the current profile of the booster current being capable of being changed over from a standard value to an increased value and/or to a longer duration, characterized in that the current profile of the booster current is changed over from the increased value or from the longer duration to the standard value and the standard duration when the number of injections having the increased value of the booster current overshoots a maximum value.
- Internal combustion engine according to Claim 8, characterized in that the booster capacitor (BK) is charged by a recharging circuit (NLK).
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