EP2643582A1 - Verfahren zum betreiben eines kraftstoffsystems einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines kraftstoffsystems einer brennkraftmaschine

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EP2643582A1
EP2643582A1 EP11758210.6A EP11758210A EP2643582A1 EP 2643582 A1 EP2643582 A1 EP 2643582A1 EP 11758210 A EP11758210 A EP 11758210A EP 2643582 A1 EP2643582 A1 EP 2643582A1
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EP
European Patent Office
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fuel
operating
internal combustion
combustion engine
pressure
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EP11758210.6A
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EP2643582B1 (de
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Joerg Kuempel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2643582B1 publication Critical patent/EP2643582B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3845—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • F02M59/368—Pump inlet valves being closed when actuated

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1, and a computer program and a control and / or regulating device according to the independent claims.
  • HDP high-pressure piston pump
  • Piston pump can be described as follows: If the HDP usually upstream quantity control valve for controlling the amount of fuel supplied for a longer period not driven, so is due to the lack of pressure difference (between a high-pressure delivery chamber to a pre-pressure applied so-called "step room") no
  • Piston bush important. Additionally, as a result of the lack of or low pressure, the fuel may be at the comparatively high temperature in the HDP if necessary, evaporate already. Due to the lack of lubrication at the contact points between the piston and the piston bushing, the HDP can be permanently damaged ("piston seizure").
  • Particularly critical in this regard may be bivalent propulsion systems in which the internal combustion engine is operated for longer intervals instead of with liquid fuel (gasoline or diesel) with gas (CNG).
  • CNG liquid fuel
  • HDP high-pressure pump
  • hybrid systems can be critical in which the HDP is subjected to similar conditions during electrical operation as in the US Pat
  • Can flow fuel pump wherein movable elements of the fuel pump, such as a piston, are lubricated by the flowing fuel. As a result, the fatigue strength of the fuel pump can be increased.
  • inventive method alone by a modified control of a valve device of the fuel pump, ie by means
  • the invention is based on the consideration that during operation of a
  • Combustion chambers of the internal combustion engine is burned and no corresponding
  • Fuel is pumped by the fuel pump.
  • This can be the case, for example, in so-called “fuel cut-off” phases, or in such internal combustion engines, which are alternatively operated with liquid fuel or with gas, as well as in motor vehicles with hybrid drive.
  • a first operating case of the fuel system may be defined, in which a normal delivery of fuel takes place in the pressure range, and a second operating case, in which no fuel is to be conveyed into the pressure range.
  • a valve device which measures an amount of fuel supplied to the fuel pump, in the second operating case at least temporarily so controlled that in a first phase of the working movement of the fuel pump fuel from the upstream
  • Remaining amount of fuel between movable elements of the fuel pump and the guide or storage is pressed to lubricate this.
  • the three phases in particular the transition from the second to the third or the third to the second phase, according to the invention by means of
  • a controllable inlet valve is the Valve device opened during the first two phases, and closed during the third phase.
  • the third phase begins shortly before reaching the top dead center of the piston and ends with the reaching of the top dead center.
  • the three phases can be repeated cyclically with the movement of the piston.
  • Valve device takes place in the second operating case periodically with each stroke of the fuel pump.
  • This maximum lubrication, for example, the piston can be achieved, whereby the fatigue strength of the fuel pump can be significantly increased.
  • a further embodiment of the method provides that the control of the valve device takes place occasionally or periodically in the second operating case, and that no activation takes place in intervening intervals. This can - depending on a specific embodiment of the fuel pump - a sufficient lubrication are made possible, at the same time an unwanted promotion of fuel in the pressure range of the fuel system - and thus a possible exceeding of a limit pressure - is unlikely.
  • Pressure range is promoted (zero conveying angle), taking into account at least one operating variable of the internal combustion engine is determined. This can be achieved depending on the at least one operating variable, on the one hand sufficiently lubricated the fuel pump and on the other hand, an unwanted promotion of fuel is avoided.
  • the method can be performed more precisely if the zero-feed angle is determined taking into account a plurality of operating variables using at least one characteristic map.
  • a large number of operating variables can be used to control the valve device, with further information being available without the additional computational outlay of a control and / or regulating device of the internal combustion engine or of the motor vehicle through the use of one or more characteristic maps. This generally improves the performance of the method, saves computing time and reduces costs.
  • the zero-feed angle is determined taking into account at least one of the following variables:
  • the first operating case can be distinguished from the second operating case by means of these variables, and thus a "switch-on condition" for the method can be derived.
  • these quantities are used to precisely determine the time for the transition from the second to the third phase, so that a sufficient lubrication of the fuel pump can be achieved and at the same time the unwanted promotion of fuel in the pressure range can be prevented.
  • the zero-feed angle is changed so far that the rate remains below the limit value. So that can so to speak "anticipatory" the zero conveying angle can be adjusted, so that the security against an unwanted delivery of fuel can be reduced and the probability of exceeding a limit pressure in the pressure range can be minimized.
  • the control of the valve device for carrying out the method is further improved if a pressure increase due to heating of the fuel in the pressure range with increasing operating time is taken into account. This makes it easier to distinguish whether the pressure increase has arisen or arises as a result of an unwanted delivery of fuel or as a result of the heating of the fuel. As far as the pressure increase is due to the heating of the fuel, the zero feed angle need not be further reduced, whereby an optimal lubrication of the fuel pump can be maintained.
  • Figure 1 is a simplified diagram of a fuel system of a
  • FIG. 2 is a schematic of a fuel pump of the fuel system of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a time diagram with different phases of the working movement of the fuel pump
  • FIG. 4 shows a flowchart for a computer program for processing in a control and / or regulating device of the internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a fuel system 1 of an internal combustion engine in a greatly simplified schematic representation.
  • a fuel tank 9 is connected via a suction line 4, a prefeed pump 5 and a low pressure line 7 with a Fuel pump 3 connected.
  • To the fuel pump 3 is via a
  • High pressure line 11 a high pressure accumulator 13 ("common rail") connected.
  • the high pressure line 1 1 and the high pressure accumulator 13 together form a pressure region 16 of the fuel system 1.
  • Electromagnet 15 denotes - is arranged hydraulically in the course of the low-pressure line 7 between the prefeed pump 5 and the fuel pump 3.
  • the electromagnet 15 is controlled by a computer program 8 of a control and / or regulating device 19 using maps 6.
  • the fuel pump 3 comprises a cam 17 arranged on a drive shaft 10, which can vertically move a piston 18 in the drawing.
  • Other elements, such as an exhaust valve of the fuel pump 3, are not shown in FIG.
  • the valve device 14 may be formed as a unit with the fuel pump 3.
  • the valve device 14 may be designed as a forcibly openable inlet valve of the fuel pump 3 in the sense of a so-called "quantity control valve". During operation of the fuel system 1 promotes the feed pump 5 fuel from
  • FIG. 2 shows the fuel pump 3 of Figure 1 in a somewhat more detailed, but also schematic representation.
  • the fuel pump 3 has a
  • the fuel pump 3 comprises an inlet 28 connected to the low-pressure line 7 with an inlet valve 30, and one with the
  • Inlet valve 30 includes a valve spring 31 and a valve body 33.
  • the valve body 33 can be moved by means of a horizontally displaceable in the drawing and coupled to the armature 24 valve needle 35. If the electromagnet 15 is energized, the inlet valve 30 can be closed by the force of the valve spring 31. If the electromagnet 15 is not energized, the inlet valve 30 can be forced by the force of the armature spring 26 be opened.
  • the piston 18 is arranged vertically movable in the drawing. The piston 18 can be moved by means of a roller 40 of the - in this case elliptical - cam 17 in a cylinder 37.
  • the cylinder 37 is formed in a portion of the housing 20.
  • Inlet valve 30 is hydraulically connected via an opening 38 with the delivery chamber 36.
  • the fuel pump 3 delivers fuel from the inlet 28 to the outlet 32, wherein the outlet valve 34 opens or closes according to a respective pressure difference between the delivery chamber 36 and the outlet 32.
  • the inlet valve 30 is at
  • FIG. 3 shows a second operating case of the fuel system 1, in which the fuel pump 3 is intended to convey or convey no fuel into the pressure region 16.
  • the fuel pump 3 is intended to convey or convey no fuel into the pressure region 16.
  • the lower part of the drawing is a time diagram with two
  • Time t in the coil 22 flowing current I applied to the ordinate In the upper coordinate system, a stroke 44 of the piston 18 between a bottom dead center UT and a top dead center OT is plotted on the ordinate in the same time scale over the time t.
  • a suction phase PH1 a suction phase PH1
  • a gearströmphase PH2 a delivery phase PH3
  • the funding phase PH3 corresponds to one
  • the transition from the remindström phase PH2 in the delivery phase PH3 is too a time t1.
  • the sum of the phases PH1 to PH3 shown in FIG. 3 between the two top dead centers OT shown corresponds to a period of the working movement of the piston 18, which in this case corresponds to half a revolution of the cam 17 or the drive shaft 10.
  • a hatched area 48 additionally illustrates the delivery phase PH3.
  • the suction phase PH1 In the second operating case of the fuel system 1 starts from the left in the drawing top dead center OT, the suction phase PH1.
  • the coil 22 of the electromagnet 15 is not energized.
  • the inlet valve 30 is opened under pressure control and the outlet valve 34 is closed.
  • fuel may flow from the inlet 28 through the opened inlet valve 30 and through
  • Opening 38 in the delivery chamber 36 flow.
  • the delivery chamber 36 is simultaneously increased.
  • the arranged within the housing 20 volumes of the fuel pump 3 are also filled in the second operating case substantially with fuel.
  • the suction phase PH1 ends at bottom dead center UT.
  • the fuel located in the delivery chamber 36 is at least partially pushed out through the opening 38 and the inlet valve 30 along an arrow 56 and into the low-pressure line 7.
  • the remindströmphase PH2 ends at time t1.
  • the transition from the remindströmphase PH2 in the subsequent delivery phase PH3 is triggered by the coil 22 is energized.
  • the current I has, for example, the course shown in Figure 3 in the lower coordinate system.
  • the piston 18 is located shortly before the top dead center OT continues in the upward movement.
  • the armature 24 and the valve needle 35 are in the
  • the conveyor angle 46 is dimensioned so that the exhaust valve 34 remains closed in all phases PH1 to PH3 and thus just no fuel in the
  • Pressure range 16 is conveyed, provided that in the delivery chamber 36 of the pressure prevailing in the pressure chamber 16 hydraulic pressure is not exceeded.
  • This conveyor angle 46 is also referred to as "zero conveyor angle" below which no
  • Fuel pump 3 can be effected, and on the other hand, an unwanted promotion of fuel in the pressure region 16 can be avoided.
  • the zero-feed angle may be based on the angle of the drive shaft 10 of the fuel pump 3.
  • control of the electromagnet 15 can be done for example with each stroke 44 of the fuel pump 3.
  • the drive may only be occasional or periodic, with no drive at intervening intervals.
  • Yet another alternative is to control the valve device 14 over a first limited number of times
  • FIG. 4 shows a flowchart for the execution of the method in FIG.
  • a query block 72 it is decided in a query block 72 whether there is a switch-on condition for carrying out the method.
  • the first operating case is distinguished from the second operating case by means of the above-mentioned operating variables. However, this is not shown in detail in FIG. If the engine is currently in the first operating condition, there is no power-on condition and the program branches back to the start block 70.
  • the delivery angle 46 (zero-conveying angle) is determined in a subsequent block 74 from a characteristic diagram 6 and also taking into account the above-mentioned operating variables.
  • the electromagnet 15 is actuated in the second operating case and thus the fuel pump 3 is operated in a manner comparable to that shown in FIG.
  • a pressure in the pressure region 16 is detected, from which a rate or a gradient of the pressure is determined.
  • a possible pressure increase due to heating of the fuel in the pressure region 16 can be taken into account in addition with increasing duration of the second operating case.
  • Exhaust valve 34 is thus acted upon more strongly in the closed position. The risk that unintentionally fuel is conveyed into the pressure region 16, thus becomes smaller. Thereafter, the program branches back to the start block 70 and the program continues there.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems (1) einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem in mindestens einem ersten Betriebsfall durch eine entsprechende Einstellung einer Ventileinrichtung (14) eine Kraftstoffpumpe (3) Kraftstoff in einem Förderraum (36) komprimiert und in einen Druckbereich (16) fördert, und bei dem die Kraftstoffpumpe (3) in mindestens einem zweiten Betriebsfall durch eine entsprechende Einstellung der Ventileinrichtung (14) keinen Kraftstoff in den Druckbereich (16) fördert, wobei in dem zweiten Betriebsfall die Ventileinrichtung (14) wenigstens zeitweise derart angesteuert wird, dass Kraftstoff im Förderraum (36) zwar komprimiert, aber nicht in den Druckbereich (16) gefördert wird.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff Systems einer Brennkraftmaschine Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
Bei modernen direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen mit bedarfsgeregelter Kraftstoffförderung wird die dafür erforderliche Kolben-Hochdruckpumpe (HDP) abhängig von einem Betriebszustand eines Kraftfahrzeuges gelegentlich vorübergehend ohne Förderung betrieben. Dies erfolgt bei herkömmlichen Systemen vor allem in den Phasen mit Schubabschaltung, in denen die
Brennkraftmaschine keinen Kraftstoff benötigt und deshalb auch kein Kraftstoff gefördert werden muss. Da diese Phasen häufig vergleichsweise kurz sind (beispielsweise weniger als fünf Minuten) verkraftet die HDP diese Phasen ohne Schädigung.
Ein möglicher Schädigungsmechanismus einer als HDP verwendeten
Kolbenpumpe kann folgendermaßen beschrieben werden: Wird das der HDP üblicherweise vorgeschaltete Mengensteuerventil zur Steuerung der zugeführten Kraftstoffmenge für eine längere Zeitspanne nicht angesteuert, so findet aufgrund des fehlenden Druckunterschieds (zwischen einem Hochdruck-Förderraum zu einem mit Vordruck beaufschlagten so genannten "Stufenraum") kein
nennenswerter Kraftstoffaustausch im Spalt zwischen dem Kolben und der Kolbenbuchse der HDP statt. Der Austausch von Kraftstoff ist jedoch für die Schmierung des Kolbens sowie für eine Zentrierung des Kolbens in der
Kolbenbuchse wichtig. Außerdem kann als Folge des fehlenden oder geringen Drucks der Kraftstoff bei den vergleichsweise hohen Temperatur in der HDP gegebenenfalls schon verdampfen. Durch die fehlende Schmierung an den Kontaktstellen zwischen Kolben und Kolbenbuchse kann auf Dauer die HDP beschädigt werden ("Kolbenfresser").
Besonders kritisch können in dieser Hinsicht bivalente Antriebssysteme sein, bei denen die Brennkraftmaschine für längere Intervalle statt mit flüssigem Kraftstoff (Benzin oder Diesel) mit Gas (CNG) betrieben wird. Während dessen läuft die Hochdruckpumpe (HDP) in der Regel ohne Förderung mit, wobei sie
vergleichsweise heiß werden kann. Daraus ergibt sich der oben genannte Schädigungsmechanismus.
Ebenfalls können in dieser Hinsicht Hybridsysteme kritisch sein, bei denen im Elektrobetrieb die HDP ähnlichen Bedingungen ausgesetzt ist, wie im
kombinierten Kraftstoff-Gas-Betrieb.
Beide oben beschrieben Fälle können lange Phasen ohne Förderbetrieb der HDP bei zugleich hohen Kraftstofftemperaturen aufweisen. Insbesondere entfällt im normalem Betrieb die über den Kraftstoffdurchfluss sich ergebende Kühlung der HDP.
Fachveröffentlichungen aus diesem Gebiet sind beispielsweise die DE 198 34 121 A1 , die US 20080208439 A1 , die US 20070163536 A1 , die US 20060037583 A1 , die US 20060196475 A1 , die US 20060102149 A1 und die US 20050098155 A1.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird. Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass in einem Betriebsfall eines
Kraftstoffsystems, in welchem eine Kraftstoffpumpe keinen Kraftstoff in einen Druckbereich des Kraftstoffsystems fördert, Kraftstoff in einen Förderraum der
Kraftstoffpumpe fließen kann, wobei bewegbare Elemente der Kraftstoffpumpe, beispielsweise ein Kolben, von dem fließenden Kraftstoff geschmiert werden. Dadurch kann die Dauerfestigkeit der Kraftstoffpumpe erhöht werden.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren allein durch eine veränderte Ansteuerung einer Ventileinrichtung der Kraftstoffpumpe, also mittels
Software durchgeführt werden.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass im Betrieb einer
Brennkraftmaschine Betriebsfälle vorkommen, in denen kein Kraftstoff in
Brennräumen der Brennkraftmaschine verbrannt wird und entsprechend kein
Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe gefördert wird. Dies kann beispielsweise in Phasen der so genannten "Schubabschaltung" der Fall sein, oder bei solchen Brennkraftmaschinen, die alternativ mit flüssigem Kraftstoff oder mit Gas betrieben werden, sowie bei Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb. Es kann ein erster Betriebsfall des Kraftstoff Systems definiert werden, in welchem eine normale Förderung von Kraftstoff in den Druckbereich stattfindet, und ein zweiter Betriebsfall, in welchem kein Kraftstoff in den Druckbereich gefördert wird bzw. gefördert werden soll. Erfindungsgemäß wird eine Ventileinrichtung, welche eine der Kraftstoffpumpe zugeführte Kraftstoffmenge zumisst, in dem zweiten Betriebsfall wenigstens zeitweise derart angesteuert, dass in einer ersten Phase der Arbeitsbewegung der Kraftstoffpumpe Kraftstoff aus dem stromaufwärts gelegenen
Niederdruckbereich angesaugt wird, in einer zweiten Phase fast vollständig in den Niederdruckbereich zurück gefördert wird, und in einer dritten Phase eine
Restmenge des Kraftstoffs zwischen bewegbare Elemente der Kraftstoffpumpe und deren Führung bzw. Lagerung gedrückt wird, um diese zu schmieren.
Die drei Phasen, insbesondere der Übergang von der zweiten zur dritten oder der dritten zur zweiten Phase, werden erfindungsgemäß mittels der
Ventileinrichtung gesteuert. Beispielsweise ist ein steuerbares Einlassventil der Ventileinrichtung während der beiden ersten Phasen geöffnet, und während der dritten Phase geschlossen. Vorzugsweise beginnt die dritte Phase kurz vor dem Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbens und endet mit dem Erreichen des oberen Totpunktes. Die drei Phasen können zyklisch mit der Bewegung des Kolbens wiederholt werden.
Eine Ausgestaltung des Verfahren sieht vor, dass die Ansteuerung der
Ventileinrichtung in dem zweiten Betriebsfall periodisch mit jedem Hub der Kraftstoffpumpe erfolgt. Damit kann eine maximale Schmierung beispielsweise des Kolbens erreicht werden, wodurch die Dauerfestigkeit der Kraftstoffpumpe deutlich erhöht werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Ansteuerung der Ventileinrichtung in dem zweiten Betriebsfall gelegentlich oder periodisch erfolgt, und dass in dazwischen liegenden Intervallen keine Ansteuerung erfolgt. Damit kann - abhängig von einer konkreten Ausführung der Kraftstoffpumpe - eine ausreichende Schmierung ermöglicht werden, wobei zugleich eine ungewollte Förderung von Kraftstoff in den Druckbereich des Kraftstoffsystems - und damit eine mögliche Überschreitung eines Grenzdrucks - unwahrscheinlicher wird.
Eine nochmals weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die
Ansteuerung der Ventileinrichtung in dem zweiten Betriebsfall fortlaufend über jeweils eine erste Anzahl von Hüben der Kraftstoffpumpe erfolgt, und danach jeweils über eine zweite Anzahl von Hüben der Kraftstoffpumpe keine
Ansteuerung der Ventileinrichtung erfolgt. Damit kann das erfindungsgemäße
Verfahren abwechselnd über mehrere Arbeitshübe der Kraftstoffpumpe durchgeführt und anschließend über mehrere Arbeitshübe nicht durchgeführt werden. Auf diese Weise sind eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Durchführung des Verfahrens gegeben, welche flexibel an Betriebszustände oder
Betriebsgrößen der Kraftstoffpumpe und/oder der Brennkraftmaschine angepasst werden können.
Das Verfahren arbeitet besser, wenn der Winkel einer Antriebswelle der
Kraftstoffpumpe, bei dem eine Kompression durch eine entsprechende
Einstellung der Ventileinrichtung beginnt, ohne dass Kraftstoff in den
Druckbereich gefördert wird (Nullförderwinkel), unter Berücksichtigung von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Damit kann abhängig von der mindestens einen Betriebsgröße erreicht werden, dass einerseits die Kraftstoffpumpe ausreichend geschmiert und andererseits eine ungewollte Förderung von Kraftstoff vermieden wird.
Das Verfahren kann präziser durchgeführt werden, wenn der Nullförderwinkel unter Berücksichtigung von mehreren Betriebsgrößen unter Verwendung mindestens eines Kennfelds ermittelt wird. Dadurch können eine Vielzahl von Betriebsgrößen zur Ansteuerung der Ventileinrichtung genutzt werden, wobei durch die Verwendung eines oder mehrerer Kennfelder weitere Informationen ohne zusätzlichen Rechenaufwand einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehen. Damit kann die Durchführung des Verfahrens allgemein verbessert, Rechenzeit gespart und Kosten gesenkt werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Nullförderwinkel unter Berücksichtigung von mindestens einer der folgenden Größen ermittelt wird:
- Drehzahl der Brennkraftmaschine;
- Drehmoment der Brennkraftmaschine;
- Temperatur der Brennkraftmaschine;
- Temperatur des Kraftstoffs;
- Kraftstoff druck im Druckbereich; und/oder
- Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere eine
Schubabschaltung.
Mittels dieser Größen kann unter anderem der erste Betriebsfall von dem zweiten Betriebsfall unterschieden und somit eine "Einschaltbedingung" für das Verfahren abgeleitet werden. Insbesondere werden diese Größen dazu verwendet, um den Zeitpunkt für den Übergang von der zweiten in die dritte Phase präzise zu ermitteln, so dass eine ausreichende Schmierung der Kraftstoffpumpe erreicht und zugleich die ungewollte Förderung von Kraftstoff in den Druckbereich verhindert werden kann.
Weiterhin ist vorgesehen, dass dann, wenn der Druck im Druckbereich mit einer Rate ansteigt, welche größer ist als ein Grenzwert, der Nullförderwinkel soweit verändert wird, dass die Rate unterhalb des Grenzwerts bleibt. Damit kann sozusagen "vorausschauend" der Nullförderwinkel eingestellt werden, so dass die Sicherheit gegen eine ungewollte Förderung von Kraftstoff verringert und die Wahrscheinlichkeit für ein Überscheiten eines Grenzdrucks in dem Druckbereich minimiert werden kann.
Die Ansteuerung der Ventileinrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird weiter verbessert, wenn eine Druckerhöhung infolge Erwärmung des Kraftstoffs im Druckbereich mit ansteigender Betriebsdauer berücksichtigt wird. Dadurch kann besser unterschieden werden, ob die Druckerhöhung als Folge einer ungewollten Förderung von Kraftstoff oder als Folge der Erwärmung des Kraftstoffs entstanden ist bzw. entsteht. Soweit die Druckerhöhung durch die Erwärmung des Kraftstoffs erfolgt, braucht der Nullförderwinkel nicht zusätzlich vermindert werden, wodurch eine optimale Schmierung der Kraftstoffpumpe aufrecht erhalten werden kann.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 ein vereinfachtes Schema eines Kraftstoffsystems einer
Brennkraftmaschine;
Figur 2 ein Schema einer Kraftstoffpumpe des Kraftstoffsystems von Figur 1 ;
Figur 3 ein Zeitdiagramm mit verschiedenen Phasen der Arbeitsbewegung der Kraftstoffpumpe; und
Figur 4 ein Flussdiagramm für ein Computerprogramm zur Abarbeitung in einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt ein Kraftstoffsystem 1 einer Brennkraftmaschine in einer stark vereinfachten schematischen Darstellung. Ein Kraftstofftank 9 ist über eine Saugleitung 4, eine Vorförderpumpe 5 und eine Niederdruckleitung 7 mit einer Kraftstoffpumpe 3 verbunden. An die Kraftstoffpumpe 3 ist über eine
Hochdruckleitung 11 ein Hochdruckspeicher 13 ("Common Rail") angeschlossen. Die Hochdruckleitung 1 1 und der Hochdruckspeicher 13 bilden zusammen einen Druckbereich 16 des Kraftstoff Systems 1. Ein elektromagnetisch betätigtes Schaltventil 14 - im Folgenden als Ventileinrichtung 14 bezeichnet - mit einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 15 - im Folgenden als
Elektromagnet 15 bezeichnet - ist hydraulisch im Verlauf der Niederdruckleitung 7 zwischen der Vorförderpumpe 5 und der Kraftstoffpumpe 3 angeordnet. Der Elektromagnet 15 wird von einem Computerprogramm 8 einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 unter Verwendung von Kennfeldern 6 angesteuert.
Weiterhin umfasst die Kraftstoffpumpe 3 einen auf einer Antriebswelle 10 angeordneten Nocken 17, welcher einen Kolben 18 in der Zeichnung vertikal bewegen kann. Sonstige Elemente, wie beispielsweise ein Auslassventil der Kraftstoffpumpe 3, sind in der Figur 1 nicht gezeichnet. Es versteht sich, dass die Ventileinrichtung 14 als Baueinheit mit der Kraftstoffpumpe 3 ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann die Ventileinrichtung 14 als zwangsweise zu öffnendes Einlassventil der Kraftstoffpumpe 3 im Sinne eines so genannten "Mengensteuerventils" ausgebildet sein. Beim Betrieb des Kraftstoff Systems 1 fördert die Vorförderpumpe 5 Kraftstoff vom
Kraftstofftank 9 in die Niederdruckleitung 7. Dabei bestimmt die Ventileinrichtung
14 die einem Förderraum 36 der Kraftstoffpumpe 3 zugeführte Kraftstoffmenge.
Figur 2 zeigt die Kraftstoffpumpe 3 der Figur 1 in einer etwas detaillierteren, jedoch ebenfalls schematischen Darstellung. Die Kraftstoffpumpe 3 weist ein
Gehäuse 20 auf, in dessen in der Zeichnung linken Abschnitt der Elektromagnet
15 mit einer Spule 22, einem Anker 24 und einer Ankerfeder 26 angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Kraftstoffpumpe 3 einen mit der Niederdruckleitung 7 verbundenen Einlass 28 mit einem Einlassventil 30, und einen mit der
Hochdruckleitung 1 1 verbundenen Auslass 32 mit einem Auslassventil 34. Das
Einlassventil 30 umfasst eine Ventilfeder 31 sowie einen Ventilkörper 33. Der Ventilkörper 33 kann mittels einer in der Zeichnung horizontal verschiebbaren und mit dem Anker 24 gekoppelten Ventilnadel 35 bewegt werden. Ist der Elektromagnet 15 bestromt, so kann das Einlassventil 30 durch die Kraft der Ventilfeder 31 geschlossen werden. Ist der Elektromagnet 15 nicht bestromt, so kann das Einlassventil 30 durch die Kraft der Ankerfeder 26 zwangsweise geöffnet werden. In dem Förderraum 36 ist der Kolben 18 in der Zeichnung vertikal bewegbar angeordnet. Der Kolben 18 kann mittels einer Rolle 40 von dem - vorliegend elliptischen - Nocken 17 in einem Zylinder 37 bewegt werden. Der Zylinder 37 ist in einem Abschnitt des Gehäuses 20 gebildet. Das
Einlassventil 30 ist über eine Öffnung 38 mit dem Förderraum 36 hydraulisch verbunden.
In einem ersten Betriebsfall des Kraftstoff Systems 1 fördert die Kraftstoffpumpe 3 Kraftstoff von dem Einlass 28 zu dem Auslass 32, wobei das Auslassventil 34 entsprechend einem jeweiligen Druckunterschied zwischen dem Förderraum 36 und dem Auslass 32 öffnet oder schließt. Das Einlassventil 30 wird bei
Vollförderung von einem jeweiligen Druckunterschied zwischen dem Einlass 28 und dem Förderraum 36 beaufschlagt, jedoch außerdem durch die Ventilnadel 35 bzw. den Elektromagneten 15. Bei einer gewünschten Teilförderung wird der Elektromagnet 15 während eines Förderhubs ab einem bestimmten Zeitpunkt bestromt, wodurch das Einlassventil 30 schließen kann und der dann noch im Förderraum 36 vorhandene Kraftstoff nicht zurück in die Niederdruckleitung 7, sondern in den Hochdruckspeicher 13 ("Rail") gefördert wird. Die innerhalb des Gehäuses 20 angeordneten Volumina der Kraftstoffpumpe 3 sind im
Wesentlichen mit Kraftstoff gefüllt.
Figur 3 zeigt einen zweiten Betriebsfall des Kraftstoffsystems 1 , in welchem die Kraftstoffpumpe 3 keinen Kraftstoff in den Druckbereich 16 fördert bzw. fördern soll. Im unteren Bereich der Zeichnung ist ein Zeitdiagramm mit zwei
Koordinatensystemen dargestellt. Im unteren Koordinatensystem ist über einer
Zeit t ein in der Spule 22 fließender Strom I an der Ordinate aufgetragen. Im oberen Koordinatensystem ist im selben zeitlichen Maßstab über der Zeit t ein Hub 44 des Kolbens 18 zwischen einem unteren Totpunkt UT und einem oberen Totpunkt OT an der Ordinate aufgetragen.
Weiterhin sind mittels gestrichelter Linien drei Phasen der Arbeitsbewegung des Kolbens 18 abgegrenzt, nämlich eine Saugphase PH1 , eine Rückströmphase PH2 und eine Förderphase PH3. Die Förderphase PH3 entspricht einem
Förderwinkel 46 der Antriebswelle 10, welcher ausgehend von dem in der Zeichnung rechten oberen Totpunkt OT in zeitlich negativer Richtung definiert ist.
Der Übergang von der Rückström phase PH2 in die Förderphase PH3 erfolgt zu einem Zeitpunkt t1. Die Summe der in der Figur 3 dargestellten Phasen PH1 bis PH3 zwischen den beiden dargestellten oberen Totpunkten OT entspricht einer Periode der Arbeitsbewegung des Kolbens 18, welche vorliegend einer halben Umdrehung des Nockens 17 bzw. der Antriebswelle 10 entspricht. Ein schraffierter Bereich 48 veranschaulicht die Förderphase PH3 zusätzlich.
Im oberen Bereich der Zeichnung von Figur 3 sind den drei Phasen PH1 bis PH3 entsprechende Zustände der Kraftstoffpumpe 3 - gemäß der Darstellung von Figur 2 - symbolisch zugeordnet.
In dem zweiten Betriebsfall des Kraftstoffsystems 1 beginnt ab dem in der Zeichnung linken oberen Totpunkt OT die Saugphase PH1. Die Spule 22 des Elektromagneten 15 ist nicht bestromt. Das Einlassventil 30 ist druckgesteuert geöffnet und das Auslassventil 34 geschlossen. Entlang eines Pfeils 50 kann Kraftstoff von dem Einlass 28 durch das geöffnete Einlassventil 30 und durch die
Öffnung 38 in den Förderraum 36 fließen. Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 18 in Richtung eines Pfeils 52 wird der Förderraum 36 zugleich vergrößert. Die innerhalb des Gehäuses 20 angeordneten Volumina der Kraftstoffpumpe 3 sind auch im zweiten Betriebsfall im Wesentlichen mit Kraftstoff gefüllt. Die Saugphase PH1 endet am unteren Totpunkt UT.
In der Rückströmphase PH2, welche am unteren Totpunkt UT beginnt, bleiben das Einlassventil 30 geöffnet und das Auslassventil 34 geschlossen. Die Spule 22 ist weiterhin nicht bestromt. Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 18 in Richtung eines Pfeils 54 wird das Volumen des Förderraums 36 verkleinert.
Dabei wird der in dem Förderraum 36 befindliche Kraftstoff wenigstens teilweise durch die Öffnung 38 und das Einlassventil 30 entlang eines Pfeils 56 wieder heraus und in die Niederdruckleitung 7 gedrückt. Die Rückströmphase PH2 endet zum Zeitpunkt t1.
Der Übergang von der Rückströmphase PH2 in die nachfolgende Förderphase PH3 wird ausgelöst, indem die Spule 22 bestromt wird. Der Strom I hat dazu beispielsweise den in der Figur 3 im unteren Koordinatensystem dargestellten Verlauf. Der Kolben 18 befindet sich kurz vor dem oberen Totpunkt OT weiterhin in der Aufwärtsbewegung. Der Anker 24 und die Ventilnadel 35 werden in der
Zeichnung durch magnetische Kraft nach links bewegt. Durch die Kraft der Ventilfeder 31 wird der Ventilkörper 33 - gegebenenfalls unterstützt durch Strömungskräfte - ebenfalls nach links bewegt und das Einlassventil 30 somit geschlossen. Das Auslassventil 34 bleibt geschlossen. Durch die restliche Hubbewegung des Kolbens 18 bis zum oberen Totpunkt OT wird als Folge des geschlossenen Einlassventils 30 und des geschlossenen Auslassventils 34 der
Kraftstoff im Förderraum 36 komprimiert und ein hydraulischer Druck in dem Förderraum 36 aufgebaut. Als Folge des hydraulischen Drucks bzw. eines Druckunterschieds zu Bereichen außerhalb des Gehäuses 20 wird eine geringe Kraftstoffmenge in Richtung von Pfeilen 58 in der Zeichnung nach unten zwischen die Umfangsfläche des Kolbens 18 und den Zylinder 37 gepresst.
Durch die sich derart ergebende Leckageströmung wird der Kolben 18 geschmiert.
Der Förderwinkel 46 ist so bemessen, dass das Auslassventil 34 in allen Phasen PH1 bis PH3 geschlossen bleibt und somit gerade noch kein Kraftstoff in den
Druckbereich 16 gefördert wird, sofern im Förderraum 36 der in dem Druckraum 16 herrschende hydraulische Druck nicht überschritten wird. Dieser Förderwinkel 46 wird auch als "Nullförderwinkel" bezeichnet, unterhalb dessen keine
Förderung von Kraftstoff stattfindet. Dies wird durch eine geeignete Ansteuerung des Elektromagneten 15 durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 erreicht. Dadurch kann einerseits eine maximale Schmierung der
Kraftstoffpumpe 3 bewirkt werden, und andererseits eine ungewollte Förderung von Kraftstoff in den Druckbereich 16 vermieden werden. Der Nullförderwinkel kann auf den Winkel der Antriebswelle 10 der Kraftstoffpumpe 3 bezogen sein.
Die Ansteuerung des Elektromagneten 15 kann beispielsweise mit jedem Hub 44 der Kraftstoffpumpe 3 erfolgen. Alternativ kann die Ansteuerung nur gelegentlich oder periodisch erfolgen, wobei in dazwischen liegenden Intervallen keine Ansteuerung stattfindet. Eine nochmals andere Alternative besteht darin, die Ansteuerung der Ventileinrichtung 14 über eine erste begrenzte Anzahl von
Hüben 44 mit jedem Hub 44 durchzuführen, und danach über eine zweite begrenzte Anzahl von Hüben 44 keine Ansteuerung vorzunehmen.
Zur optimalen Steuerung des Elektromagneten 15 berücksichtigt die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 - unter Verwendung mindestens eines Kennfelds 6 - bei der Ermittlung des Nullförderwinkels mindestens eine der folgenden Größen, welche Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine darstellen:
- eine Drehzahl der Brennkraftmaschine;
- ein Drehmoment der Brennkraftmaschine;
- eine Temperatur der Brennkraftmaschine;
- eine Temperatur des Kraftstoffs;
- einen Kraftstoffdruck im Druckbereich 16; und/oder
- einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere eine
Schubabschaltung.
Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm zur Abarbeitung des Verfahrens in dem
Computerprogramm 8 der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19. Ausgehend von einem Start-Block 70 wird in einem Abfrage-Block 72 entschieden, ob eine Einschaltbedingung zur Durchführung des Verfahrens vorliegt. Dazu wird mittels der oben genannten Betriebsgrößen der erste Betriebsfall von dem zweiten Betriebsfall unterschieden. Dies ist in der Figur 4 jedoch nicht näher dargestellt. Wenn sich die Brennkraftmaschine aktuell in dem ersten Betriebsfall befindet, so liegt keine Einschaltbedingung vor und das Programm verzweigt zurück zu dem Start-Block 70.
Liegt dagegen eine Einschaltbedingung vor, so wird in einem nachfolgenden Block 74 aus einem Kennfeld 6 und ebenfalls unter Berücksichtigung der oben genannten Betriebsgrößen der Förderwinkel 46 (Nullförderwinkel) ermittelt. Entsprechend dem so ermittelten Förderwinkel 46 wird der Elektromagnet 15 in dem zweiten Betriebsfall angesteuert und die Kraftstoffpumpe 3 somit in einer zu der Figur 3 vergleichbaren Weise betrieben.
Nachfolgend wird in einem Block 76 ein Druck in dem Druckbereich 16 erfasst, woraus eine Rate bzw. ein Gradient des Drucks ermittelt wird. Dabei kann ergänzend eine mögliche Druckerhöhung infolge Erwärmung des Kraftstoffs im Druckbereich 16 mit steigender Dauer des zweiten Betriebsfalls berücksichtigt werden. Danach wird in einem Abfrage-Block 78 geprüft, ob die ermittelte Rate größer ist als ein Grenzwert 80. Ist dies nicht der Fall, so wird wiederum zu dem Start-Block 70 verzweigt und das Programm dort fortgesetzt. Ist die ermittelte Rate jedoch größer als der Grenzwert 80, so wird in einem folgenden Block 82 der Förderwinkel 46 schrittweise um zunächst eine Stufe verkleinert. Durch diese Sicherheitsfunktion wird bewirkt, dass die Förderphase PH3 bzw. der Förderwinkel 46 (Nullförderwinkel) verkürzt wird, wobei entsprechend weniger Druck in dem Förderraum 36 aufgebaut und das
Auslassventil 34 somit stärker in Schließstellung beaufschlagt wird. Die Gefahr, dass ungewollt Kraftstoff in den Druckbereich 16 gefördert wird, wird also geringer. Danach wird ebenfalls zum Start-Block 70 zurück verzweigt und das Programm dort fortgesetzt.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems (1) einer
Brennkraftmaschine, bei dem in mindestens einem ersten Betriebsfall durch eine entsprechende Einstellung einer Ventileinrichtung (14) eine
Kraftstoffpumpe (3) Kraftstoff in einem Förderraum (36) komprimiert und in einen Druckbereich (16) fördert, und bei dem die Kraftstoffpumpe (3) in mindestens einem zweiten Betriebsfall durch eine entsprechende Einstellung der Ventileinrichtung (14) keinen Kraftstoff in den Druckbereich (16) fördert, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Betriebsfall die
Ventileinrichtung (14) wenigstens zeitweise derart angesteuert wird, dass Kraftstoff im Förderraum (36) zwar komprimiert , aber nicht in den
Druckbereich (16) gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Ventileinrichtung (14) in dem zweiten Betriebsfall periodisch mit jedem Hub (44) der Kraftstoffpumpe (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Ventileinrichtung (14) in dem zweiten Betriebsfall gelegentlich oder periodisch erfolgt, und dass in dazwischen liegenden Intervallen keine Ansteuerung erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Ventileinrichtung (14) in dem zweiten Betriebsfall fortlaufend über jeweils eine erste Anzahl von Hüben (44) der Kraftstoffpumpe (3) erfolgt, und danach jeweils über eine zweite Anzahl von Hüben (44) der Kraftstoffpumpe (3) keine Ansteuerung der Ventileinrichtung (14) erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel einer Antriebswelle (10) der Kraftstoffpumpe (3), bei dem eine Kompression durch eine entsprechende Einstellung der Ventileinrichtung (14) beginnt, ohne dass Kraftstoff in den Druckbereich (16) gefördert wird (Nullförderwinkel), unter Berücksichtigung von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Nullförderwinkel unter Berücksichtigung von mehreren Betriebsgrößen unter Verwendung mindestens eines Kennfelds (6) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nullförderwinkel unter Berücksichtigung von mindestens einer der folgenden Größen ermittelt wird:
Drehzahl der Brennkraftmaschine;
Drehmoment der Brennkraftmaschine;
Temperatur der Brennkraftmaschine;
Temperatur des Kraftstoffs;
Kraftstoff druck im Druckbereich (16); und/oder
Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere eine
Schubabschaltung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Druck im Druckbereich (16) mit einer Rate ansteigt, welche größer ist als ein Grenzwert (80), der Nullförderwinkel soweit verändert wird, dass die Rate unterhalb des Grenzwerts (80) bleibt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Druckerhöhung infolge Erwärmung des Kraftstoffs im Druckbereich (16) mit ansteigender Betriebsdauer berücksichtigt wird.
Computerprogramm (8), dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (19) einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Speicher umfasst, auf dem ein
Computerprogramm (8) nach Anspruch 10 abgespeichert ist.
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