EP2681432A1 - Verfahren zum steuern einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum steuern einer brennkraftmaschine

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EP2681432A1 EP12701081.7A EP12701081A EP2681432A1 EP 2681432 A1 EP2681432 A1 EP 2681432A1 EP 12701081 A EP12701081 A EP 12701081A EP 2681432 A1 EP2681432 A1 EP 2681432A1
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  • FIG. 2 diagrammatically shows disadvantageous stop positions for a four-cylinder internal combustion engine

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Abstract

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem an einer Kurbelwelle gelenkig befestigten Kolben, und mit einem Common-Rail-Einspritzsystem aufweisend eine Hochdruckpumpe mit einer zumindest einen Nocken (4) aufweisenden Pumpennockenwelle (3) und zumindest eine mit der Pumpennockenwelle (3) über einen Rollenstößel (5) zusammenwirkenden Pumpenplunger (7). Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine angegeben, mit dem das Verschleißverhalten und das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine verbessert sind. Dies wird dadurch erreicht, dass der Winkelversatz der Pumpennockenwelle (3) zu der Kurbelwelle hinsichtlich eines verschleißminimierten und betriebsoptimierten Betriebs der Brennkraftmaschine ausgelegt ist.

Description

Beschreibung
Titel:
Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem an einer Kurbelwelle gelenkig befestigtem Kolben und einem Common- Rail-Einspritzsystem, aufweisend eine Hochdruckpumpe mit einer zumindest einen Nocken aufweisende Pumpennockenwelle und zumindest einem mit der Pumpenno- ckenwelle über einen Rollenstößel zusammenwirkenden Pumpenzylinder.
Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine ist aus der DE 10 2010 001 725 A1 bekannt. Dieses Verfahren ist so ausgelegt, dass es insbesondere bei Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen verbaut sind und die mit einem Start- Stopp/Wiederstart-System versehen sind, die Stabilität beim Starten der Brennkraftmaschine gewährleisten soll. Dabei ist das beschriebene Steuerverfahren so ausgelegt, dass eine Abweichung einer Zeit minimiert ist, die erforderlich ist, um die Brennkraft- maschine zu starten. Dazu ist insbesondere eine Drosselklappe vorhanden, die geöffnet oder geschlossen wird, um eine Luftzufuhr zu der Brennkraftmaschine zu steuern. Diese Drosselklappe wird gemäß einem aufwändigen Algorithmus gesteuert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern einer Brenn- kraftmaschine anzugeben, mit dem das Verschleißverhalten und das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Winkelversatz der Pumpennockenwelle zu der Kurbelwelle hinsichtlich eines verschleißminimierten und betriebsoptimierten Be- triebs der Brennkraftmaschine ausgelegt ist. Dieser Winkelversatz der Pumpennockenwelle zu der Kurbelwelle hat Einfluss auf die Einspritzung insofern, als dieser Winkelversatz einen Einfluss auf den Nachfüllvorgang eines Hochdruckspeichers in Bezug zu dem von den Kraftstoff! njektoren entnommenen Kraftstoff hat. Weiterhin hat der Winkelversatz einen direkten Einfluss auf die in der Hochdruckpumpe auftretenden
Lagerkräfte und bei einem Antrieb der Hochdruckpumpe durch beispielsweise eine Kette auf die Kettenkräfte. Somit wird durch den Winkelversatz das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine verbessert und der Verschleiß minimiert. In Weiterbildung der Erfindung ist der Winkelversatz hinsichtlich des Betriebs des Einspritzsystems optimiert. Und in weiterer Ausgestaltung ist der Winkelversatz insbesondere hinsichtlich der mechanischen Belastung des Einspritzsystems optimiert. Hier ergeben sich je nach Bauart, Ausgestaltung und Zylinderzahl der Brennkraftmaschine unterschiedliche Wnkelversatze.
Beispielsweise beträgt ein solcher Winkelversatz bei einer vierzylindrigen Reihenbrennkraftmaschine 39°. Dies bedeutet, dass die Hochdruckpumpe immer 39° vor dem Brennkraftmaschinen-Zylinder-OT (OT = oberer Totpunkt) fördert und folglich stets 39° nach Brennkraftmaschinen-Zylinder-OT steht. Dabei ist die Hochdruckpumpe als so- genannte Einstempelpumpe ausgebildet und die zugehörige Pumpennockenwelle weist zwei Nocken auf. Das zugehörige Übersetzungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Pumpennockenwelle beträgt i= 1.
Bei einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine in V-Bauart beträgt der Winkelversatz der Pumpennockenwelle zu der Kurbelwelle 16,36°, wobei bezogen auf die Winkellage der Pumpennockenwelle die Hochdruckpumpe immer 16,36° nach dem Brennkraftma- schinen-Zylinder-OT fördert und somit bei Brennkraftmaschinen-Zylinder-OT stets 16,36° vor dem Brennkraftmaschinen-Zylinder-OT steht. Bei einer solchen Brennkraftmaschine ist die Hochdruckpumpe als Zweistempelpumpe ausgebildet, wobei die bei- den Stempel (Pumpenplunger) einen Winkel von 90° einschließen. Die Pumpennockenwelle weist bei dieser Ausführung ebenfalls zwei Nocken auf und wird mit einem Übersetzungsverhältnis von i = 3/4 von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Beide Auslegungen optimieren beziehungsweise minimieren insgesamt die mechanische Belastung des Einspritzsystems.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt bei festgelegter Wnkellage der Start und/oder der Stopp der Brennkraftmaschine bei einem Kurbelwellenwinkel, der für den Betrieb des Einspritzsystems optimiert ist. Hierbei kann der Betrieb beispielsweise hinsichtlich der auftretenden Kräfte und/oder des Verschleißverhaltens optimiert sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgen der Start und/oder der Stopp der Brennkraftmaschine bei einem Kurbelwellenwinkel, bei dem der zumindest eine Nocken der Pumpennockenwelle im Bereich außerhalb eines oberhalb eines oberen oder unteren Totpunktes des Rollenstößels steht. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass im Bereich des oberen und des unteren Totpunktes die Gefahr eines Stößeldrehers in der Hochdruckpumpe am größten ist. Erfindungsgemäß werden diese Bereiche, die bei -5° bis +5°, 85° bis 95°, 175° bis 185° und 265° bis 275° (PNW) liegen, vermieden.
Somit sind bei einer vierzylindrigen Reihenbrennkraftmaschine ungünstige Drehwinkelstellungen der Kurbelwelle 51 ° ± 5°, 141 °± 5°, 231 ° ± 5°, 321 ° ± 5°, 41 1 ° ± 5°, 501 ° ± 5° und 681 ° ± 5° (KW). Bei einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine in V-Bauart sind ungünstige Drehwinkelstellungen der Kurbelwelle 51 ° ± 5°, 141 °± 5°, 231 ° ± 5°, 321 ° ± 5°, 411 ° ± 5°, 501 ° ± 5° und 681 ° ± 5° (KW).
In Weiterbildung der Erfindung stoppt eine Brennkraftmaschinenelektronik bei einem Stoppbefehl die Kurbelwelle bei einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel ab, der die zuvor angegebenen Bereiche meidet. Dieser Abstoppvorgang kann dadurch erfolgen, dass in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und der Hochdruckpumpe der Stoppbefehl beispielsweise einer Start-Stopp-Automatik der Brennkraftmaschine bei einem Kurbelwellenwinkel umgesetzt wird, von dem die Brennkraftmaschinenelektronik weiß, dass die Brennkraftmaschine nach Erreichen dieses Kur- belwellenwinkels um einen bestimmten Drehwinkel weiterdreht und dann zum Stillstand kommt. Gegebenenfalls kann auch eine Hilfseinrichtung, wie beispielsweise ein Starter zum gezielten Bremsen der Kurbelwelle eingesetzt werden, indem der Starter in diesem Betriebszustand als Bremse verwendet wird. In Weiterbildung der Erfindung dreht die Brennkraftmaschinenelektronik mittels einer
Hilfseinrichtung bei einem Stoppbefehl und/oder Startbefehl die Kurbelwelle auf einen vorgegebenen Kurbelwellenwinkel, der ebenfalls die zuvor angegebenen Bereiche meidet. Läuft die Brennkraftmaschine so aus, dass die Kurbelwelle und somit die Pumpennockenwelle in einer ungünstigen Drehlage steht, wird die Kurbelwelle soweit wei- tergedreht, bis eine günstige Winkelstellung der Pumpennockenwelle erreicht ist. Dies kann wiederum beispielsweise durch den gezielt gesteuerten Einsatz des Starters während des Stoppvorgangs oder auch während des nachfolgenden Startvorgangs der Brennkraftmaschine geschehen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine als Einstempelpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe,
Fig. 2 in Diagrammform nachteilige Stopppositionen für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine,
Fig. 3 eine als Zweistempelpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe und
Fig. 4 in Diagrammform nachteilige Stopp-Positionen für eine sechszylindrige V- Brennkraftmaschine.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Hochdruckpumpe 1 gemäß Fig. 1 ist als Einstempelpumpe ausgebildet und weist ein Pumpengehäuse 2 auf, indem eine Pumpennockenwelle 3 drehbar gelagert ist. Die Pumpennockenwelle 3 weist zwei gegenüberliegende Nocken 4 auf. Auf der so gebildeten Nockenbahn läuft ein Rollenstößel 5 mit einer Laufrolle 6 ab. Die Laufrolle 6 ist in einem Rollenschuh des Rollenstößels 5 drehbar gelagert und wandelt die Drehbewegung der Pumpennockenwelle 3 in eine translatorische Auf- und Ab-Bewegung des Rollenstößels 5. Mit dem Rollenstößel 5 wirkt ein Pumpenplunger 7 zusammen, der von einer Plungerfeder 8 gegen den Rollenstößel 5 gedrückt wird. Der Pumpenplunger 7 ist in einem Zylinder geführt und wirkt mit einem Arbeitsraum zusammen, in den gesteuert Kraftstoff eingebracht wird. Dieser in den Arbeitsraum eingebrachte Kraftstoff wird bei einer Pumpbewegung des Pumpenplungers 7 in einen Hochdruckspeicher gefördert, aus dem der dort unter einem Druck von bis zu ca. 3.000 bar gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren gezielt entnommen wird und in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die in Fig. 1 dargestellte Hochdruckpumpe 1 ist für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine ausgelegt und wird mit einem Übersetzungsverhältnis i=1 von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. In der dargestellten Ausführung steht die Pumpennockenwelle 3 bei dem Drehwinkel 0° PNW in Bezug zu dem Rollenstößel 5 bezie- hungsweise der Laufrolle 6, wobei die Drehwinkel 90°, 180° und 270° (PNW) in Fig. 1 ergänzend eingetragen sind. Zwischen der Pumpennockenwelle 3 und der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist ein Winkelversatz von 39° in der Form vorgesehen, dass die Hochdruckpumpe immer 39° vor dem Brennkraftmaschinen-Zylinder-OT fördert und demzufolge bei dem Brennkraftmaschinen-Zylinder-OT stets 39° nach dem Brenn- kraftmaschinen-Zylinder-OT steht. Die Brennkraftmaschine wird erfindungsgemäß so abgestellt, dass die in Fig. 1 dargestellte Drehwinkelstellung (und nachfolgend angegebene Drehwinkelstellungen) der Pumpennockenwelle 1 nicht eingenommen wird. Dies sind die Bereiche -5° bis +5°, 85° bis 95°, 175° bis 185° und 265° bis 275° (PNW). Für die Brennkraftmaschine ergeben sich somit auf die Kurbelwelle bezogen nachteilige Abstellpositionen, die in Fig. 2 dargestellt bzw. wiedergegeben sind. Dabei zeigt die untere Gradskala den Pumpennockenwellenwinkel PNW, während auf der oberen Gradskala der Kurbelwellenwinkel KW eingetragen ist. Durch den Wnkelversatz von 39° zwischen der Kurbelwelle und der Pumpennockenwelle 3 ergibt sich der dargestell- te Versatz zwischen den Winkelstellungen der Pumpennockenwelle und der Kurbelwelle. Entsprechend den vorherigen Ausführungen ergeben sich somit ungünstige Abstellwinkel der Brennkraftmaschine bei einem Kurbelwellenwinkel von 51 ° ± 5°, 141 °± 5°, 231 ° ± 5°, 321 ° ± 5°, 411 ° ± 5°, 501 ° ± 5° und 681 ° ± 5° (KW).
Die in Fig. 3 dargestellte Hochdruckpumpe 1 ist als Zweistempelpumpe ausgeführt und weist demzufolge zwei Rollenstößel 5 und zwei Pumpenplunger 7 auf, die mit der Pumpennockenwelle 3 zusammenwirken. Die Pumpennockenwelle 3 weist auch bei dieser Ausführung zwei gegenüberliegende Nocken 4 auf. Diese Hochdruckpumpe 1 ist zum Anbau an eine sechszylindrige V-Brennkraftmaschine ausgelegt und die Pumpennockenwelle 3 wird mit einem Übersetzungsverhältnis i=3/4 von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. 2 Umdrehungen der Kurbelwelle entsprechen also 1 ,5 Umdrehungen der Pumpennockenwelle. Der Winkel versatz der Pumpennockenwelle gegenüber der Kurbelwelle beträgt 16,36°, wobei die Pumpe bezogen auf den Pumpennockenwellenwinkel immer um diesen Betrag nach dem Brennkraftma- schinen-Zylinder-OT fördert und demzufolge bei dem Brennkraftmaschinen-Zylinder- OT stets 16,36° vor dem Brennkraftmaschinen-Zylinder-OT steht. Für die Brennkraftmaschine ergeben sich somit auf die Kurbelwelle bezogen nachteilige Abstellpositionen, die in Fig. 4 dargestellt bzw. wiedergegeben sind. Dabei zeigt die untere Gradskala wie bei Fig. 2 den Pumpennockenwellenwinkel PNW, während auf der oberen Gradskala der Kurbelwellenwinkel KW eingetragen ist. Durch den Wnkel- versatz von 16,36° zwischen der Kurbelwelle und der Pumpennockenwelle 3 ergibt sich der dargestellte Versatz zwischen den Winkelstellungen der Pumpennockenwelle und der Kurbelwelle. Entsprechend den vorherigen Ausführungen ergeben sich somit ungünstige Abstellwinkel der Kurbelwelle bei 21 ,7° ± 7°, 141 ,7° ± 7°, 261 ,7° ± 7°, 381 ,7° ± 7°, 501 ,7° ± 7° und 621 ,7° ± 7°(KW). Bezogen auf die Pumpennockenwelle 3 ist auch hier das Toleranzband identisch zu der in Figur 1 dargestellten Hochdruckpumpe 1 , da aber ein Übersetzungsverhältnis von i=3/4 von der Kurbelwelle zu der Pumpennockenwelle 3 vorhanden ist, steigt hier das Toleranzband auf angenähert

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem an einer Kurbelwelle gelenkig befestigten Kolben, und mit einem Common-Rail- Einspritzsystem, aufweisend eine Hochdruckpumpe mit einer zumindest einen Nocken (4) aufweisenden Pumpennockenwelle (3) und zumindest eine mit der Pumpennockenwelle (3) über einen Rollenstößel (5) zusammenwirkenden Pum- penplunger (7),
dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelversatz der Pumpennockenwelle (3) zu der Kurbelwelle hinsichtlich eines verschleißminimierten und betriebsoptimierten Betriebs der Brennkraftmaschine ausgelegt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelversatz hinsichtlich des Betriebs des Einspritzsystems optimiert ist.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelversatz hinsichtlich der mechanischen Belastung des Einspritzsystems optimiert ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei festgelegtem Winkelversatz der Start und/oder der Stopp der Brennkraftmaschine bei einem Kurbelwellenwinkel erfolgt, der für den Betrieb des Einspritzsystems optimiert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Start und/oder der Stopp bei einem Kurbelwellenwinkel erfolgt, bei dem der zumindest eine Nocken (4) der Pumpennockenwelle (3) im Bereich außerhalb eines oberen oder unteren Totpunktes des Rollenstößels (5) steht.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennkraftmaschinenelektronik bei einem Stoppbefehl die Kurbelwelle bei einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel abstoppt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschinenelektronik mittels einer Hilfseinrichtung bei einem Stoppbefehl und/oder Startbefehl die Kurbelwelle auf einen vorgegebenen Kurbelwellenwinkel weiterdreht.
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