Beschreibung
Verfahren zur Bestimmung des Raildruckes in einem Common- Rail-System und Common-Rail-Einspritzsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Raildruckes in einem Common-Rail-Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors, ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzmenge in einem Common-Rail-Einspritzsystem basierend auf dem Raildruck, ein Verfahren zur Steuerung des Raildruckes in einem Common-Rail-Einspritzsystem sowie ein Common- Rail-Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor.
In Common-Rail-Einspritzsystemen werden mehrere Injektoren (Einspritzventile) , typischerweise alle Einspritzventile des entsprechenden Verbrennungsmotors, über eine gemeinsame Zuführung mit Kraftstoff versorgt. Der Kraftstoff wird hierbei durch eine gemeinsame Hochdruckpumpe unter Druck gehalten. Der Kraftstoff kann dazu der Hochdruckpumpe mittels einer Kraftstoffförderpumpe aus einem Tank zugeführt werden. Zur
Einstellung eines hier als Raildruck bezeichneten Druckes in der gemeinsamen Zuführung des Common-Rail-Einspritzsystems, also zwischen der Hochdruckpumpe und den Einspritzventilen, ist der Hochdruckpumpe typischerweise ein Druckregelventil oder ein Mengenregelventil vorgeschaltet.
Die Menge des während einer Einspritzung in einen Zylinder eingespritzten Kraftstoffes (Einspritzmenge) wird über ein diesem Zylinder zugeordnetes Einspritzventil (Injektor) ge- steuert. Vorrausetzung für eine genaue Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge ist jedoch die Kenntnis des Raildruckes im Common-Rail-Einspritzsystem, also jenes Druckes, der im Kraftstoff zwischen der Hochdruckpumpe und dem Einspritzventil herrscht. Das System weist daher typischer- weise einen Raildruck-Sensor im Bereich der als Common-Rail bezeichneten gemeinsamen Zuführung zwischen der Hochdruckpumpe und den Injektoren auf, mit welchem der Raildruck bestimmbar ist.
Ist nun der Drucksensor defekt, steht der Motorsteuerung keine Information über den Raildruck zur Verfügung, so dass die Steuerung der Einspritzmenge unmöglich wird. Darüber hinaus können eine Reihe unterschiedlicher Defekte auftreten, die dazu führen, dass der Raildruck im Common-Rail-System auf einen Wert steigt, welcher oberhalb des Messbereiches des Drucksensors liegt. Dies kann z.B. der Fall sein, wenn ein Mengenregelventil der Pumpe offen hängt. Auch hier fehlt die zur Steuerung der Einspritzmenge notwendige Druckinformation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit welchem der Raildruck unabhängig vom Drucksensor und insbesondere außerhalb des Messbereiches des Drucksensors bestimmbar ist. Darüber hinaus sollte die Be- Stimmung ohne zusätzliche Komponenten möglich sein. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, damit auch ein Verfahren zur Steuerung einer Einspritzmenge und ein Verfahren zur Steuerung des Raildrucks sowie ein zur Durchführung eines dieser Verfahren geeignetes Common-Rail-Einspritzsystem vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Bestimmung des Raildrucks in einem Common-Rail-System eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, das Verfahren zur Steuerung der Einspritzmenge in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, das Verfahren zur Steuerung des Raildruckes in einem Common- Rail-Einspritzsystem nach Anspruch 11 und durch das Common- Rail-Einspritzsystem nach Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren und des erfindungs- gemäßen Common-Rail-Einspritzsystems ergeben sich mit den Merkmalen der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Normalerweise wird in Verbrennungsmotoren die Hochdruckpumpe des Common-Rail-Einspritzsystems durch die Bewegung der Kur- belwelle des Motors angetrieben. Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass eine Veränderung des Raildruckes eine zeitabhängige Veränderung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle zur Folge hat. Erfindungsgemäß wird daher zu-
nächst zumindest eine Messgröße ermittelt, die ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwellenbewegung des Verbrennungsmotors ist. Aus dieser Messgröße oder aus einer aus dieser Messgröße abgeleiteten Größe wird dann der Raildruck im Common-Rail-System bestimmt. Unter Winkelgeschwindigkeit wird hier der Winkel pro Zeiteinheit verstanden, um welchen sich die Kurbelwelle um ihre Längsachse dreht. Diese ist proportional zur momentanen Drehzahl, welche die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle pro Zeiteinheit angibt, wobei die Messgröße hier eine zeitlich hoch aufgelöste Größe sein soll. Unter Raildruck wird hier jener Druck verstanden, der im Treibstoff zwischen der Hochdruckpumpe und den Einspritzventilen herrscht, wenn alle Einspritzventile geschlossen sind.
Die vorgeschlagene Bestimmung des Raildruckes erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise in einem Betriebszustand, in dem ge- keine Einspritzungen erfolgen, also dann, wenn alle Einspritzventile, die durch Common-Rail-System versorgt werden, geschlossen sind, abgesehen von einer eventuellen Schaltleckage an den Einspritzventilen. Ein solcher Betriebstzustand wird auch als Schubphase bezeichnet. Bei einem Kraftfahrzeug liegt eine Schubphase z.B. dann vor, wenn der entsprechende Verbrennungsmotor in einem eingekuppelten Zustand von dem rollenden Fahrzeug bewegt wird, ohne dass Gas gegeben wird.
Normalerweise wird in einem Verbrennungsmotor die Winkelgeschwindigkeit sehr genau über eine sogenannte Zahnzeit gemessen. Hierzu weist die Kurbelwelle dann ein Geberrad mit einer Vielzahl von entlang des Umfangs des Geberrades angeordneten Zähnen oder ähnlichen periodischen Signalgebern auf. Dreht sich die Kurbelwelle, so bewegen sich diese Zähne oder Signalgeber an einem Sensor vorbei, durch welchen das Passieren eines Zahnes bzw. Signalgebers registriert wird. Als Zahnzeit sei hier jene Zeit bezeichnet, die zwischen einem Passieren zweier aufeinander folgender Zähne bzw. Signalgeber des Geberrades an dem Sensor oder entsprechend zwischen zwei aufeinander folgenden vergleichbaren Flanken eines am Sensor ab-
gegriffenen zahnformigen Signals verstreicht. Üblicherweise werden die Zahne magnetisch ausgestaltet. Der Sensor kann dann eine Spule aufweisen und die dort durch die passierenden Zahne induzierte Spannung messen. Die Zahnzeit ist besonders vorteilhaft als Messgroße zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit geeignet, einerseits wegen ihrer hohen Präzision und andererseits, weil diese Messung ohnehin standardmäßig durchgeführt wird, so dass sich ein Vorsehen zusatzlicher Komponenten zur Durchfuhrung des vorgeschlagenen Verfahrens erub- rigt.
Die Messgroße sollte hinreichend genau aufgelost sein, um wahrend jedes Taktes des Motors und wahrend jeder Phase der Bewegung der Hochdruckpumpe mehrere Stutzstellen zu liefern. Ist die Messgroße die Zahnzeit, so wird dies durch eine hinreichend große Zahl von Zahnen am Geberrad erreicht. Vorzugsweise ist die Zahl der Zahne großer oder gleich 60.
Als aus der Messgroße abgeleitete Große, die zum Bestimmen des Raildrucks verwendet wird, kann insbesondere eine Amplitude der Zahnzeit oder jeder anderen als Maß für die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle dienenden Messgroße dienen. Die Messgroße hat nämlich typischerweise einen im Wesentlichen periodischen Verlauf, wobei die Amplitude dieses Ver- laufs ein Maß ist für ein an der Kurbelwelle wirkendes Wechselmoment - verursacht in erster Linie durch Kompression und Dekompression in den Zylindern. Neben der Zahnzeit selbst kann also insbesondere das Wechselmoment der Kurbelwelle oder eine dieses Wechselmoment widerspiegelnde Große wahrend zu- mindest eines Segments, vorzugsweise im Laufe zumindest eines vollständigen Arbeitszyklusses, zur Bestimmung des Raildrucks dienen. Als Segment sei dabei ein typischerweise einem Arbeitstakt eines Zylinders zuordenbare Kurbelwellendrehung um einen Winkel von 2π geteilt durch Anzahl der Zylinder be- zeichnet.
Durch verschiedene Einflüsse schwankt die Winkelgeschwindigkeit im Verlauf der Kurbelwellenumdrehung und der Takte des
Verbrennungsmotors. Um aus dieser Vielzahl an Einflüssen den Einfluss des Raildruckes herauszufiltern, ist es bevorzugt, wenn zur Bestimmung des Raildruckes die Differenz der Messgröße in zumindest einer Phase der Kurbelwellenumdrehung oder des Motorlaufes zu einem Wert dieser Messgröße bei einer entsprechenden Phase der Kurbelwellenumdrehung oder des Motorlaufes beim Vorliegen eines Referenz-Raildruckes bestimmt wird. Die mittlere Drehzahl des Motors sollte bei der Messung beim Referenzdruck die gleiche sein wie bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die mittlere Drehzahl ist hier die über eine Vielzahl von Umdrehungen der Kurbelwelle gemittelte Drehzahl des Motors und ist proportional der über die entsprechende Zahl der Umdrehungen gemittelten Winkelgeschwindigkeit. Einflüsse auf die Messgröße, die von anderen Ursachen als dem Raildruck herrühren und damit auch beim Re- ferenz-Raildruck vorliegen, werden hierdurch vom Signal subtrahiert. Ist also die Messgröße, wie oben als bevorzugt beschrieben, die Zahnzeit, so wird hier die Zahnzeit gemessen und von dieser gemessenen Zahnzeit jene Zahnzeit abgezogen, welche bei einem Raildruck, der einen Referenzwert hat, für die gleiche Phase der Kurbelwellenumdrehung oder des Motorlaufs bei einer gleichen mittleren Drehzahl bestimmt wurde. Auf diese Weise ist der Einfluss des Raildrucks besonders klar erfassbar und der Raildruck besonders genau bestimmbar.
Die Bestimmung des Raildrucks wird also mit anderen Worten vorzugsweise vorgenommen, indem die Messgröße und/oder die daraus abgeleitete Größe sowohl für einen aktuellen Betriebszustand als auch für einen Vergleichsbetriebszustand bestimmt wird, wobei der Vergleichsbetriebszustand sich durch einen Referenz-Raildruck und eine dem aktuellen Betriegszustand entsprechende Drehzahl auszeichnet. Der Raildruck ergibt sich dann als Funktion einer Abweichung zwischen der aktuellen Messgröße oder daraus abgeleiteten Größe mit der entsprechen- den Mess- oder abgeleiteten Größe für den Vergleichsbetriebszustand. Dabei kann die Messgröße oder die daraus abgeleitete Größe für den Vergleichsbetriebszustand unter Umständen auch nicht durch Messung im Vergleichszustand selbst, sondern
durch entsprechende Messungen in anderen Betriebszustanden und Interpolation bestimmt werden.
Eine Bewegung der direkt oder indirekt durch die Kurbelwelle angetriebenen, nachfolgend bisweilen auch nur als Pumpe bezeichneten Hochdruckpumpe kann auf in weiten Grenzen beliebige Weise mit der Kurbelwellenbewegung synchronisiert sein. Die Pumpe bzw. ein Antrieb der Pumpe kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass die Pumpe gerade am oberen Totpunkt ei- nes Zylinders ausschiebt. In diesem Falle verändert der Ein- fluss der Hochdruckpumpe signifikant das Maximum, das Minimum und die Amplitude der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwellenbewegung selbst, so dass diese direkt zur Bestimmung des Raildruckes herangezogen werden können. Ist beispielsweise die Hochdruckpumpe eine Zweikolbenpumpe, welche mit einer
1 : 1-Ubersetzung mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, so schiebt die Pumpe bei einer Umdrehung der Kurbelwelle zweimal aus. Wahrend dieses Ausschiebens verlangsamt sich die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle, so dass die Zahnzeit großer wird.
Um die oben genannten Differenzen der Messgroße oder der daraus abgeleiteten Große zu deren Wert bei einem Referenz- Raildruck bestimmen zu können, ist die Kenntnis des Verlaufs der Messgroße bzw. der daraus abgeleiteten Große beim Refe- renz-Raildruck wichtig. Dieser Verlauf der Messgroße mit der Zeit oder der Phase beim Referenz-Raildruck kann bei der Herstellung des Verbrennungsmotors, vorzugsweise für verschiedene mittlere Drehzahlen, vorgegeben und eingespeichert werden, es ist aber auch möglich, den Referenzverlauf der Messgroße zu bestimmten Zeitpunkten im Betrieb des Motors neu zu bestimmen. Eine derartige Bestimmung der Messgroße kann z.B. bei Inbetriebnahme des Motors, beim Einschalten des Motors oder auch in bestimmten Zeitintervallen erfolgen. So kann beispielsweise stundlich oder minutlich die Messgroße zeitabhängig oder für bestimmte Phasen der Kurbelwellenbewegung für verschiedene typischerweise durch eine mittlere Drehzahl und einen Ladedruck charakterisierte Betriebszustande des Motors,
vorzugsweise Schubphasen-Betriebszustande, aufgenommen werden. Je häufiger die Messgroße aufgenommen wird, desto geringer können Einflüsse, die nicht auf den Raildruck zurückzuführen sind, gehalten werden. Mit langer auseinander liegen- den Messungen der Referenzwerte sind andererseits längerfristige Änderungen des Raildruckes nachweisbar.
Wie beschrieben überlagert die Bewegung der Hochdruckpumpe gegen den Raildruck der Drehbewegung der Kurbelwelle eine pe- riodische Bewegung, die mit der Periode der Pumpbewegung schwankt. Besonders einfach kann aus der zeitabhängig aufgenommenen Messgroße oder aus einer aus dieser abgeleiteten Große Amplitude, Maximalwert und/oder Minimalwert der Messgroße und/oder der abgeleiteten Große bestimmt werden. Ampli- tude, Maximalwert und/oder Minimalwert der Messgroße können auch die abgeleitete Große selbst sein.
Wenn die Ausschubphasen der Pumpe beispielsweise mit am Beginn eines Arbeitstakt des jeweiligen Zylinders liegenden oberen Totpunkten von Zylindern des Verbrennungsmotors zusammenfallen, kann die Amplitude, der Maximalwert und/oder der Minimalwert der absoluten Messgroße bestimmt und theoretisch direkt als Maß für den Raildruck verwendet werden. Wegen der höheren Genauigkeit ist es jedoch bevorzugt, wenn die wie o- ben beschrieben erhaltenen Differenzen zur Messgroße bei einem Referenzbetriebszustand mit einem definierten Referenzdruck herangezogen werden. Dann kann die Amplitude und/oder der Maximalwert und/oder der Minimalwert des Verlaufs der genannten Differenz der Messgroße wahrend einer Periode der Kurbelwellenbewegung oder der Motorbewegung oder des Pumpen- zykluses zum entsprechenden Verlauf beim Referenz-Raildruck und gleicher mittlerer Drehzahl sowie vorzugsweise gleichem Ladedruck zur Ermittlung des Raildruckes verwendet werden, und zwar unabhängig davon, wie die Hochdruckpumpe aufgebaut und mit der Kurbelwelle synchronisiert ist. Zu beachten ist allerdings, dass die Bildung der Differenzen jeweils in Phasen von Arbeitszyklussen bei den miteinander verglichenen Be- triebszustanden erfolgt, die einander sowohl bezuglich des
Kurbelwellenwinkels und der Takte der Zylinder als auch bezüglich einer beispielsweise durch eine Stößelstellung definierten Phase der Hochdruckpumpe entsprechen. Dazu sollte die Differenz jeweils über einen Zeitraum beobachtet werden, der einem gemeinsamen Zyklus von Verbrennungsmotor und Hochdruckpumpe entsprechen - also zumindest einem kleinsten gemeinsamen vielfachen von zwei Kurbelwellenumdrehungen und einem Kurbelwellenwinkel, der einem Pumpenzyklus entspricht.
Die tatsächliche Zuordnung eines gemessenen Wertes der Messgröße oder eines Wertes einer aus der Messgröße abgeleiteten Größe zu einem Raildruck ist auf verschiedene Weise möglich. Im einfachsten Fall kann eine Tabelle gespeichert werden, die bestimmten Werten der Messgröße oder der hieraus abgeleiteten Größe für die gegebene mittlere Drehzahl bestimmte Raildrücke zuordnet. Zur Steigerung der Genauigkeit kann auch zwischen den Werten der Tabelle interpoliert werden. Die Interpolation kann zwischen verschiedenen Werten der Messgröße als auch zwischen verschiedenen mittleren Drehzahlen erfolgen. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, die Zuordnung als analytische oder nummerische Funktion anzugeben, mit deren Hilfe aus einer gemessenen Messgröße oder der daraus abgeleiteten Größe der Raildruck berechnet wird.
Die Zuordnung von Messgrößen bzw. abgeleiteten Größen zu
Raildrücken kann bei Herstellung des Motors einmalig gespeichert werden, es ist aber möglich, die Zuordnung regelmäßig zu erneuern, indem beispielsweise die Messgröße und vorzugsweise auch die mittlere Drehzahl gemessen wird und gleichzei- tig mit dem intakten Drucksensor zur Bestimmung des Raildru- ckes der zur Messgröße oder zur daraus abgeleiteten Größe gehörige Druck gemessen wird. Im Falle einer Tabelle wird diese also regelmäßig neu gespeichert. Im Falle einer analytischen Funktion kann diese Parameter aufweisen, die mit Hilfe der so bestimmten Messwerte angepasst werden.
Zu beachten ist, dass ein Defekt im Common-Rail-Einspritz- system zur einer starken Erhöhung des Raildruckes führen
kann, so dass dieser den Messbereich des Drucksensors deutlich übersteigt. Für diesen Fall ist es vorteilhaft, die Zuordnung der Messgrößen zu Raildrücken von außen, beispielsweise bei der Herstellung des Motors oder einer Inspektion, vorzugeben. Alternativ kann aber auch aus einer mit dem
Drucksensor gemessenen Zuordnung extrapoliert werden. Auch eine Kombination verschiedener dieser Zuordnungen ist möglich. So können die Werte im Messbereich des Drucksensors regelmäßig aktualisiert werden, während die Werte jenseits des Messbereichs des Drucksensors von außen vorgegeben werden und unverändert bleiben.
Alternativ oder in Kombination hierzu ist es möglich, dass zur Bestimmung des Raildruckes eine Differenz der Messgröße zu einer Referenzgröße in zumindest einer Phase der Kurbelwellenbewegung bestimmt wird, oder dass eine Differenz einer aus der Messgröße abgeleiteten Größe zu einer Referenzgröße in zumindest einer Phase der Kurbelwellenbewegung bestimmt wird. Die Differenzen werden wiederum vorzugsweise bei der gleichen Drehzahl und gleichem Ladedruck bestimmt. Hierbei kann die Referenzgröße die Messgröße oder die aus der Messgröße abgeleitete Größe in der entsprechenden Phase zu einem früheren Zeitpunkt sein. Alternativ kann die Referenzgröße ein für die entsprechende Phase vorgegebener Wert sein.
Um möglichst präzise Ergebnisse für den Raildruck zu erhalten, ist es bevorzugt, wenn die Messgröße über eine Vielzahl von Perioden der Kurbelwellenbewegung, der Pumpenbewegung oder der Motorbewegung bestimmt wird und der Messwert über diese Vielzahl von Perioden gemittelt wird. So kann beispielsweise das Maximum, das Minimum und/oder die Amplitude einer Vielzahl von Perioden gemittelt. Die Zahl der Perioden, über welche gemittelt wird, kann hierbei variieren und davon abhängen, wie schnell sich die Kurbelwelle dreht. Eine Be- grenzung der Zahl der Perioden kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass die Einspritzventile im Betrieb des Motors geöffnet werden, also eine für die Messung genutzte Schubphase beendet wird.
Vorgeschlagen wird mit der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung des Raildrucks in einem Common-Rail- Einspritzsystem, wobei wie oben beschrieben der Raildruck bestimmt wird und dann, basierend auf dem so bestimmten Raildruck, der Raildruck verändert wird. Die Veränderung erfolgt hierbei vorzugsweise so, dass der Raildruck einem soll- wert angeglichen oder jedenfalls in einen Bereich gebracht wird, in welchem eine Einspritzung möglich ist. Vorzugsweise kann der Raildruck auf diese Weise auch in einen Bereich her- abgesetzt werden, in welchem er durch den Drucksensor messbar ist .
Zur Änderung des Raildrucks bieten sich eine Reihe von Möglichkeiten an. Beispielhaft kann an zumindest einem Ein- spritzventil eine definierte Schaltleckage erzeugt werden, über welche sich der Druck abbauen kann, bevor das Einspritzventil geöffnet wird. Insbesondere kann auch der Druck über Schaltleckagen an jenen Einspritzventilen abgebaut werden, welche im aktuellen Takt des Motors nicht einspritzen, so dass über die anderen Einspritzventile normal eingespritzt werden kann. Ein Angleichen des Raildruckes an einen Sollwert kann durch einen Regelkreis erfolgen, indem die Messgroße oder die daraus abgeleitete Große auf einen dafür geltenden Sollwert gebracht wird.
Schließlich wird mit der vorliegenden Erfindung außerdem ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzmenge in einem Verbrennungsmotor mit Common-Rail-Einspritzsystem vorgeschlagen, wobei der Raildruck wie oben beschrieben bestimmt wird und dann basierend auf dem so bestimmten Raildruck die Öffnung - also eine von einer jeweiligen Soll-Einspritzmenge abhangige Ansteuerdauer oder Offnungsdauer - der Einspritzventile gesteuert wird. Das Verfahren zur Steuerung der Einspritzmenge ist auch in Kombination mit dem Verfahren zur Steuerung des Raildruckes verwendbar.
Im Folgenden soll das Verfahren zur Bestimmung des Raildruckes anhand zweier Figuren beispielhaft erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 absolute Zahnzeitsignale im Verlauf einer Periode des Motors bei verschiedenen Drucken und
Figur 2 die Differenz der Zahnzeit zu der Zahnzeit bei einem Referenzdruck im Verlauf einer Motorperiode bei verschiedenen Drucken.
Figur 1 zeigt die Zahnzeit in Sekunden mal 10~4 wahrend des Verlaufs einer Motorperiode eines Verbrennungsmotors in einer Schubphase bei drei verschiedenen Raildrucken innerhalb eines Common-Rail-Einspritzsystems des Verbrennungsmotors, wobei ein Ladedruck und eine mittlere Drehzahl bei allen drei veranschaulichten Betriebszustanden gleiche Werte haben. Beim hier verwendeten Viertaktmotor umfasst der Verlauf entlang der x-Achse also vier Takte. Figur 1 zeigt die absolute Zahnzeit, also jene Zeit, die zwischen dem Passieren zweier benachbarter Zahne eines mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbundenen Geberrades an einem Sensor ver- streicht. Das Geberrad hat in diesem Beispiel 60 Zahne. Wahrend der vier Takte eines Arbeitszyklusses passieren den Sensor daher 120 Zahne. Es zeigt nun die mit 1 gekennzeichnete Kurve den Verlauf der Zahnzeit bei einem Raildruck von 160 MPa, Kurve 2 den Verlauf der Zahnzeit bei einem Raildruck von 100 MPa und Kurve 3 den Verlauf der Zahnzeit bei einem
Raildruck von 20 MPa. Im gezeigten Beispiel ist eine Zweikolben-Hochdruckpumpe mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 an die Kurbelwelle gekoppelt, so dass die Pumpe wahrend einer Umdrehung der Kurbelwelle zweimal ausschiebt und wahrend ei- nes Motorzyklusses also viermal ausschiebt. Dabei fallen
Ausschubphasen der Hochdruckpumpe beim vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel jeweils mit einem oberen Totpunkt am Beginn eines Arbeitstaktes eines der Zylinder zusammen.
Der Einfluss des Raildrucks ist in der Figur 1 klar zu erkennen. Für hohe Drucke wird die Zahnzeit in einer Hälfte des Taktes eines Zylinders großer und in der anderen Hälfte kleiner als bei kleineren Drucken. Die Verlängerung bzw. Verkur-
zung der Zahnzeit ist umso größer, je höher der Raildruck ist. Durch Messung der Verlängerung oder Verkürzung der Zahnzeit kann also auf den Raildruck geschlossen werden. Da im gezeigten Beispiel jedoch der Absolutwert der Zahnzeit darge- stellt ist, sind hier auch Einflüsse anderer Ursachen als des höheren Raildrucks überlagert. Soweit diese nicht bei der Festlegung des Zusammenhangs zwischen Messgröße und Raildruck bekannt sind, würden diese die Messung verfälschen. Die Veränderung des Maximums der Zahnzeit ist hier für den ersten Takt des Motors mit 4 gekennzeichnet.
Figur 2 zeigt in Sekunden mal 10~6 die Differenz der während eines Arbeitszyklusses gemessenen Zahnzeit zu einer Zahnzeit in entsprechender Phase des Motorzyklusses bei einem Refe- renz-Raildruck und gleicher mittlerer Drehzahl der Kurbelwelle in vergleichbaren Betriebszuständen . Für jeden der Durchgänge eines Zahnes durch den Sensor wird also die Differenz zwischen dem bei der Messung gemessenen Zahnzeitwert und einem in einer Referenzmessung bei einem Referenz-Raildruck und entsprechender Phase gemessenen Zahnzeitwert bestimmt. Die
Referenzmessung wird dabei bei einem Referenz-Betriebszustand durchgeführt, der neben dem bekannten Referenz-Raildruck durch dem untersuchten Betriebszustand entsprechende Werte für Drehzahl und Ladedruck charakterisiert ist. Sowohl bei dem untersuchten (aktuelle) Betriebszustand, für den der
Raildruck bestimmt werden soll, als auch bei dem Referenz- Betriebszustand handelt es sich dabei um Schubphasen des Verbrennungsmotors. Auf diese Weise können im Wesentlichen alle Einflüsse auf die Schwankung der Zahnzeit eliminiert werden, die nicht auf einen veränderten Raildruck zurückzuführen sind. Insbesondere sind auch Einflüsse durch die Phase des Motors in diesem Signal nicht mehr vorhanden. In der gezeigten Darstellung schiebt die Pumpe viermal aus. Je höher der Raildruck ist, gegen den die Pumpe ausschiebt desto grö- ßer ist die Verlängerung der Zahnzeit während dieses Ausschiebens. In Figur 2 wurde die Kurve 5 bei einem Raildruck von 160 MPa aufgenommen, die Kurve 6 bei einem Druck von 100 MPa und die Kurve 7 bei einem Druck von 40 MPa. Als Referenz
diente die bei einem Druck von 20 MPa aufgenommene Zahnzeitkurve bei gleicher Drehzahl. Für eine Bestimmung des Raildrucks kann also der Maximalwert, der Minimalwert und/oder die Amplitude dieser Zahnzeitdifferenz bestimmt wer- den. Die Bestimmung ist hierbei weitgehend unabhängig von anderen Einflüssen als dem Raildruck.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird nun die Amplitude der in Figur 2 erkennbaren Schwankung der dort aufgetra- genen Zahnzeitdifferenzen zum Bestimmen des Raildrucks verwendet, was aufgrund des erkennbaren eindeutigen Zusammenhangs zwischen beiden Größen möglich ist. Dieser Zusammenhang, der einmalig für einen Motortyp oder wiederholt durch Messungen während eines Motorbetriebs bestimmt werden kann, ist dazu - in Abhängigkeit von Drehzahl und Ladedruck - in einer Tabelle abgelegt oder als numerische oder analytische Funktion gespeichert. Anstelle der Amplitude kann auch der Maximal- oder Minimalwert des in Figur 2 gezeigten Verlaufs entsprechend zum Bestimmen des Raildrucks verwendet werden.
Das Common-Rail-Einspritzsystems des Verbrennungsmotors weist zur beschriebenen Bestimmung des Raildrucks eine entsprechend programmtechnisch eingerichtete Vorrichtung auf. Zusätzlich kann diese eingerichtet sein zum Regeln des so bestimmten Raildrucks sowie zum Anpassen einer Ansteuerdauer für die den Zylindern des Verbrennungsmotors zugeordneten Injektoren in Abhängigkeit von einer aktuellen Soll-Einspritzmenge, die wiederum von einem - auf die zur Messung des Raildrucks genutzte Schubphase folgenden - aktuellen Betriebszustand ab- hängt.
Die Erfindung ist in allen Motorsystemen anwendbar, in welchen Kraftstoff über ein Common-Rail-System eingespritzt wird. Dies sind vor allem Motoren von Kraftfahrzeugen, insbe- sondere PKW oder LKW mit Otto- oder Dieselmotor.