EP2681432B1 - Verfahren zum steuern einer brennkraftmaschine - Google Patents

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EP2681432B1
EP2681432B1 EP12701081.7A EP12701081A EP2681432B1 EP 2681432 B1 EP2681432 B1 EP 2681432B1 EP 12701081 A EP12701081 A EP 12701081A EP 2681432 B1 EP2681432 B1 EP 2681432B1
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combustion engine
crankshaft
pump
camshaft
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Sascha Ambrock
Friedrich Boecking
Frank Zehnder
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D1/162—Adjustment of injection timing by mechanical means dependent on engine speed for angular adjustment of driving and driven shafts
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
    • F02M59/102—Mechanical drive, e.g. tappets or cams
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
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    • F02M39/00—Arrangements of fuel-injection apparatus with respect to engines; Pump drives adapted to such arrangements
    • F02M39/02—Arrangements of fuel-injection apparatus to facilitate the driving of pumps; Arrangements of fuel-injection pumps; Pump drives

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a method for controlling an internal combustion engine is known from EP 1 767 769 A1 known.
  • the internal combustion engine has at least one piston pivotally mounted on a crankshaft and is equipped with a common-rail injection system.
  • the common rail injection system has a high pressure pump with a pump camshaft having at least one cam and at least one pump plunger cooperating with the pump camshaft via a roller tappet.
  • the angular offset of the pump camshaft to the crankshaft is designed in terms of wear-minimized and operationally optimized operation of the internal combustion engine.
  • the angular offset of the pump camshaft to the crankshaft is designed so that the order of the torque excitation of the pump camshaft is equal to the order of the torque excitation at least one camshaft of the engine and extinguish at least partially oscillations of the torque at the pump camshaft and oscillations of the torque at the camshaft.
  • a defined angular offset of the pump camshaft to the crankshaft at the start and / or stop of the internal combustion engine is not taken into account here.
  • the invention has for its object to provide a method for controlling an internal combustion engine, with the particular during the start and / or stop of the engine, the wear behavior and performance of the high-pressure pump is improved.
  • This object is achieved in that at a fixed angular position of the start and / or stop of the internal combustion engine takes place at a crankshaft angle, which is optimized for the operation of the high-pressure pump.
  • the operation is optimized, for example, with regard to the occurring forces and / or the wear behavior and the start and / or stop of the internal combustion engine takes place at a crankshaft angle at which the at least one cam of the pump camshaft is in the range outside of an upper and lower dead center of the roller tappet , It should be noted that in the area of the top and bottom dead center, the risk of a ram in the high-pressure pump is greatest. According to the invention, these ranges, which are at -5 ° to + 5 °, 85 ° to 95 °, 175 ° to 185 ° and 265 ° to 275 ° (PNW), are avoided.
  • awkward rotational positions of the crankshaft are 51 ° ⁇ 5 °, 141 ° ⁇ 5 °, 231 ° ⁇ 5 °, 321 ° ⁇ 5 °, 411 ° ⁇ 5 °, 501 ° ⁇ 5 °, 591 ° ⁇ 5 ° and 681 ⁇ 5 ° (KW).
  • unfavorable crankshaft angular positions are 51 ° ⁇ 5 °, 141 ° ⁇ 5 °, 231 ° ⁇ 5 °, 321 ⁇ 5 °, 411 ° ⁇ 5 °, 501 ⁇ 5 °, 591 ° ⁇ 5 ° and 681 ⁇ 5 ° (KW).
  • an internal combustion engine electronics stops at a stop command, the crankshaft at a predetermined crankshaft angle, which avoids the previously specified areas.
  • This stopping process can take place in that, depending on operating parameters of the internal combustion engine and the high-pressure pump, the stop command of, for example, an automatic start-stop system of the internal combustion engine is converted at a crankshaft angle, of which the internal combustion engine electronics know that the internal combustion engine has reached a specific angle of rotation after reaching this crankshaft angle continue to turn and then come to a halt.
  • an auxiliary device such as a starter for targeted braking of the crankshaft can be used by the starter is used in this operating condition as a brake.
  • the engine electronics by means of an auxiliary device at a stop command and / or start command rotates the crankshaft to a predetermined crankshaft angle, which also avoids the previously specified areas. If the internal combustion engine runs so that the crankshaft and thus the pump camshaft is in an unfavorable rotational position, the crankshaft is rotated further until a favorable angular position of the pump camshaft is reached. This can in turn be done for example by the controlled use of the starter during the stop process or during the subsequent startup of the internal combustion engine.
  • the high-pressure pump 1 is designed as a stamped pump and has a pump housing 2 by a pump camshaft 3 is rotatably mounted.
  • the pump camshaft 3 has two opposing cams 4.
  • On the cam track thus formed runs a roller tappet 5 with a roller 6 from.
  • the roller 6 is rotatably mounted in a roller shoe of the roller tappet 5 and converts the rotational movement of the pump camshaft 3 in a translational up and down movement of the roller tappet 5.
  • a pump plunger 7 cooperates, of a plunger 8 against the roller tappet 5 is pressed.
  • the pump plunger 7 is guided in a cylinder and cooperates with a working space, is introduced into the controlled fuel.
  • This introduced into the working space fuel is conveyed in a pumping movement of the pump plunger 7 in a high-pressure accumulator, from which the fuel stored there under a pressure of up to about 3,000 bar fuel injectors is selectively removed and injected into associated combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the pump camshaft 3 is at the rotational angle 0 ° PNW with respect to the roller tappet 5 and the roller 6, wherein the rotation angle 90 °, 180 ° and 270 ° (PNW) in Fig. 1 are additionally entered.
  • an angular offset of 39 ° is provided in the form that the high-pressure pump always promotes 39 ° before the engine cylinder TDC and therefore at the engine cylinder TDC always 39 ° after the internal combustion engine Cylinder OT stands.
  • the internal combustion engine is turned off according to the invention that in Fig. 1 shown rotational position (and below specified rotational position) of the pump camshaft 1 is not taken. These are the ranges -5 ° to + 5 °, 85 ° to 95 °, 175 ° to 185 ° and 265 ° to 275 ° (PNW).
  • Fig. 2 For the internal combustion engine, thus resulting in the crankshaft disadvantageous parking positions, in Fig. 2 are shown or reproduced.
  • the lower degree scale shows the pump camshaft angle PNW, while the crankshaft angle KW is entered on the upper degree scale.
  • the angular offset of 39 ° between the crankshaft and the pump camshaft 3 results in the illustrated offset between the angular positions of the pump camshaft and the crankshaft.
  • high-pressure pump 1 is designed as a two-stamp pump and therefore has two roller tappet 5 and two pump plunger 7, which cooperate with the pump camshaft 3.
  • the pump camshaft 3 also has two opposed cams 4 in this embodiment.
  • the angular offset of the pump camshaft with respect to the crankshaft is 16.36 °, the pump with respect to the pump camshaft angle always promotes this amount after the engine cylinder TDC and therefore at the internal combustion engine cylinder TDC always 16.36 ° before the internal combustion engine Cylinder OT stands.
  • Fig. 4 For the internal combustion engine, thus resulting in the crankshaft disadvantageous parking positions, in Fig. 4 are shown or reproduced.
  • the lower scale shows as in Fig. 2
  • the pump camshaft angle PNW while registered on the upper degree scale of the crankshaft angle KW.
  • the angular offset of 16.36 ° between the crankshaft and the pump camshaft 3 results in the illustrated offset between the angular positions of the pump camshaft and the crankshaft.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Stand der Technik
  • Ein derartiges Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine ist aus der EP 1 767 769 A1 bekannt. Die Brennkraftmaschine weist dabei zumindest einen an einer Kurbelwelle gelenkig befestigten Kolben auf und ist mit einem Common-Rail-Einspritzsystem ausgerüstet. Das Common-Rail-Einspritzsystem weist eine Hochdruckpumpe mit einer zumindest einen Nocken aufweisenden Pumpennockenwelle und zumindest einen mit der Pumpennockenwelle über einen Rollenstößel zusammenwirkenden Pumpenplunger auf. Der Winkelversatz der Pumpennockenwelle zu der Kurbelwelle ist hinsichtlich eines verschleißminimierten und betriebsoptimierten Betriebs der Brennkraftmaschine ausgelegt. Der Winkelversatz der Pumpennockenwelle zur Kurbelwelle ist dabei so ausgelegt, dass die Ordnung der Drehmomenterregung der Pumpennockenwelle gleich der Ordnung der Drehmomenterregung mindestens einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine ist und sich Oszillationen des Drehmoments an der Pumpennockenwelle und Oszillationen des Drehmoments an der Nockenwelle zumindest teilweise auslöschen. Ein definierter Winkelversatz der Pumpennockenwelle zur Kurbelwelle beim Start und/oder Stopp der Brennkraftmaschine ist hierbei nicht berücksichtigt.
  • Durch die DE 197 21 841 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem der Winkelversatz der Pumpennockenwelle zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine durch eine Winkelverstelleinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine wie Last und Drehzahl variabel eingestellt werden kann. Jedoch ist auch hierbei kein definierter Winkelversatz der Pumpennockenwelle zur Kurbelwelle beim Start und/oder Stopp der Brennkraftmaschine berücksichtigt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem insbesondere beim Start und/oder Stopp der Brennkraftmaschine das Verschleißverhalten und das Betriebsverhalten der Hochdruckpumpe verbessert wird.
    • Offenbarung der Erfindung Beschreibung
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei festgelegter Winkellage der Start und/oder der Stopp der Brennkraftmaschine bei einem Kurbelwellenwinkel erfolgt, der für den Betrieb der Hochdruckpumpe optimiert ist. Hierbei ist der Betrieb beispielsweise hinsichtlich der auftretenden Kräfte und/oder des Verschleißverhaltens optimiert und der Start und/oder der Stopp der Brennkraftmaschine erfolgt dabei bei einem Kurbelwellenwinkel, bei dem der zumindest eine Nocken der Pumpennockenwelle im Bereich außerhalb eines oberen und 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°, 411° ± 5°, 501° ± 5°, 591° ± 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°, 591° ± 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 Kurbelwellenwinkels 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 weitergedreht, 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 beziehungsweise 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 Brennkraftmaschinen-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 Winkelversatz von 39° 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 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 Winkelversatz der Pumpennockenwelle gegenüber der Kurbelwelle beträgt 16,36°, wobei die Pumpe bezogen auf den Pumpennockenwellenwinkel immer um diesen Betrag nach dem Brennkraftmaschinen-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 Winkelversatz 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 ± 7°.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem an einer Kurbelwelle gelenkig befestigten Kolben, und mit einem Common-Rail-Einspritzsystem, aufweisend eine Hochdruckpumpe (1) mit einer zumindest einen Nocken (4) aufweisenden Pumpennockenwelle (3) und zumindest einen mit der Pumpennockenwelle (3) über einen Rollenstößel (5) zusammenwirkenden Pumpenplunger (7), wobei der Winkelversatz der Pumpennockenwelle (3) zu der Kurbelwelle hinsichtlich eines verschleißminimierten und betriebsoptimierten Betriebs der Brennkraftmaschine ausgelegt ist,
    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 und 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 und unteren Totpunktes des Rollenstößels (5) steht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennkraftmaschinenelektronik bei einem Stoppbefehl die Kurbelwelle bei einem vorgegebenen Kurbelwellenwinkel abstoppt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschinenelektronik mittels einer Hilfseinrichtung bei einem Stoppbefehl und/oder Startbefehl die Kurbelwelle auf einen vorgegebenen Kurbelwellenwinkel weiterdreht.
EP12701081.7A 2011-03-01 2012-01-10 Verfahren zum steuern einer brennkraftmaschine Active EP2681432B1 (de)

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DE201110004902 DE102011004902A1 (de) 2011-03-01 2011-03-01 Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine
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