DE10144669C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffdrucks für eine Hochdruckeinspritzung - Google Patents

Abstract

Für den Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckdirekteinspritzung ist ein vorbestimmtes Kraftstoffdruckniveau in der Verteilerleiste (58) erforderlich. Um bei dem Wiedereinsetzen des Drehmomentaufbaus zu kurze Öffnungszeiten für die Einspritzventile (60) zu vermeiden, wird vorgeschlagen, bei dem Schubbetrieb und bei Schubabschaltung einen niedrigen Kraftstoffdruck in der Verteilerleiste (58) aufzubauen. Der niedrige Kraftstoffdruck ermöglicht Öffnungszeiten für die Einspritzventile (60), die eine zuverlässige Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffdrucks für eine Hochdruckeinsprit­ zung einer Brennkraftmaschine.

Bei dem Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckein­ spritzung wird ein vorbestimmtes Kraftstoffdruckniveau in ei­ nem Rail der Hochdruckdirekteinspritzung durch die Motorsteu­ erung eingestellt. Der Kraftstoff wird hierzu von einer Pumpe in das Rail gefördert und über Einspritzventile in den Zylin­ derinnenraum eingebracht. Die Pumpe ist von der Motorsteue­ rung vorzugsweise volumenstromgesteuert. Bei einigen Be­ triebszuständen der Brennkraftmaschine weicht der Kraftstoff­ bedarf vom stationären Bedarf der betriebswarmen Brennkraft­ maschine ab, so daß korrigierende Eingriffe in die Gemisch­ bildung erforderlich sind. Beim Wiedereinsetzen eines Drehmo­ mentaufbaus durch die Brennkraftmaschine kann die in den Zy­ linderinnenraum eingebrachte Kraftstoffmenge nur ungenau ge­ steuert werden.

Aus DE 43 13 852 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzung für Brennkraftmaschinen bekannt, die drehzahlunabhängig eine freie Wahl des Einspritzdrucks an den Einspritzventilen zu­ läßt und mit zwei unterschiedlichen Druckniveaus arbeitet. Bei der bekannten Kraftstoffeinspritzung ist ein zusätzlicher Druckraum zwischen einem Druckspeicherraum und den Einspritz­ leitungen vorgesehen. Der zusätzliche Druckraum ermöglicht es, den Einspritzdruck an den Einspritzventilen bis hin zum Maximaldruck des Druckraums frei zu wählen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, um beim Wiedereinsetzen nach Abschalten der Einspritzventile eine zuverlässige und genaue Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge zu ge­ währleisten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt in den Betriebszu­ ständen Schubbetrieb und Schubabschaltung einen Kraftstoff­ drucksollwert für die Hochdruckeinspritzung. Im Schubbetrieb ist das von der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment klei­ ner als das für den Selbstlauf und den Betrieb der Nebenag­ gregate erforderliche Drehmoment, d. h. das Fahrzeug wird langsamer. Bei der Schubabschaltung wird das Motorsollmoment durch die Motorsteuerung ruckfrei abgeregelt. Der Schubbe­ trieb und die Schubabschaltung gehen einem Wiedereinsetzen des Drehmomentaufbaus voran. Erfindungsgemäß wird während des Schubbetriebs und der Schubabschaltung ein Kraftstoffdruck­ sollwert für die Hochdruckeinspritzung bestimmt, der bei dem nachfolgenden Wiedereinsetzen Öffnungszeiten der Einspritz­ ventile erforderlich macht, die lang genug wird, damit die eingebrachte Kraftstoffmenge über die Öffnungszeit der Ein­ spritzventile zuverlässig steuerbar ist. Eine Pumpe fördert vor einem Abschalten der Einspritzventile eine dem Kraft­ stoffdrucksollwert entsprechende Kraftstoffmenge in eine Ver­ teilerleiste der Hochdruckeinspritzung, ein sogenanntes Rail ein. Über die Fördermenge des Kraftstoffs in das Rail wird unter Berücksichtigung der durch die Einspritzventile aus dem Rail abgegebene Kraftstoffmenge der Kraftstoffdruck einge­ stellt. Der in dem Rail eingestellte Kraftstoffdruck ermög­ licht es, daß bei einem Wiedereinsetzen, also wenn erneut Kraftstoff in die Zylinderinnenräume eingebracht wird, ein Druck in dem Rail vorliegt, der eine ausreichend lange Öff­ nungszeit der Einspritzventile für eine exakte Steuerung der eingebrachten Kraftstoffmenge zuläßt. Dem liegt zugrunde, daß bei größerem Druck in dem Rail Öffnungszeiten erforderlich werden, die so kurz sind, daß die eingebrachte Kraftstoffmen­ ge nicht-linear von der Öffnungszeit abhängt. Diese Nicht- Linearität kann nur ungenügend in der Motorsteuerung abgebil­ det werden, so daß beim Wiedereinsetzen die eingebrachte Kraftstoffmenge nur ungenau durch die Motorsteuerung erfaßt wird.

Um den Kraftstoffdrucksollwert für den Schubbetrieb und die Schubabschaltung zuverlässig bestimmen zu können, wird über ein Kennfeld dieser Wert abhängig von der Drehzahl und der eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt. Die Motorsteuerung schaltet zur Bestimmung des Kraftstoffdrucksollwerts entspre­ chend auf das Kennfeld um, während für andere Betriebszustän­ de andere Kennfelder eingesetzt werden. Der Kraftstoffdruck­ sollwert in dem Schubbetrieb und der Schubabschaltung ist kleiner als die Kraftstoffdrucksollwerte in dem homogenen und geschichteten Betrieb. Es wird also vorausschauend auf ein erwartetes Wiedereinsetzen bereits der Kraftstoffdruck in dem Rail abgesenkt, um beim Wiedereinsetzen die eingebrachte Kraftstoffmenge genau steuern zu können.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ebenfalls durch eine Vorrichtung für eine Hochdruckeinspritzung mit den Merkmalen aus Anspruch 4 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt eine Niederdruckver­ sorgungsleitung für Kraftstoff. Die Niederdruckversorgungs­ leitung mündet in ein Elektroventil oder ein Volumen­ stromsteuerventil. Die Ventile werden durch die Motorsteue­ rung abhängig von der eingespritzten Kraftstoffmenge und der Drehzahl gesteuert. Das Elektroventil wird synchronisiert mit dem Kolbenhub geöffnet und geschlossen. Ferner besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Zuleitung zu einer Vertei­ lerleiste, die mit dem Ventilausgang verbunden ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind eine oder mehrere Kolben­ pumpen vorgesehen, deren Ausgangsleitung mit der Zuleitung zu der Verteilerleiste verbunden ist. Mit Hilfe der Kolbenpumpen kann Kraftstoff in die Verteilerleiste gepumpt werden. Hier­ durch ist eine schnelle und zuverlässige Einstellung eines Kraftstoffdruckniveaus in der Verteilerleiste möglich.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist zwischen der Aus­ gangsleitung und der Verteilerleiste ein Rückschlagventil vorgesehen, das einen Rückfluß aus der Verteilerleiste sperrt. Über das Rückschlagventil wird also nur dann Kraft­ stoff in die Verteilerleiste gebracht, wenn in der Zuleitung der Kraftstoffdruck einen entsprechenden Wert besitzt. Der Druck des Kraftstoffs in der Zuleitung kann durch die Kolben­ pumpen eingestellt werden.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist zwischen der Aus­ gangsleitung jeder Kolbenpumpe und der Niederdruckversor­ gungsleitung ein Rückschlagventil vorgesehen, das einen Rückfluß aus der Ausgangsleitung in die Niederdruckversor­ gungsleitung sperrt. Erst wenn ein entsprechend hoher Druck in der Niederdruckversorgungsleitung vorliegt, kann Kraft­ stoff von der Niederdruckversorgungsleitung direkt in die Zu­ leitung der Verteilerleiste strömen.

Bei dem Einsatz von mehreren Kolbenpumpen ist es zweckmäßig, in deren Ausgangsleitung ein Rückschlagventil vorzusehen, das einen Rückfluß von Kraftstoff aus der Zuleitung in die Kol­ benpumpe sperrt.

Der Pumpenstößel einer mengengeregelten Einkolbenpumpe wird meist durch einen Pumpnocken auf einer Nockenwelle angetrie­ ben. Dadurch ist ihr möglicher Einbauort stark auf die unmit­ telbare Nähe zur Nockenwelle beschränkt.

Gelegentlich ist aufgrund des beschränkten Bauraums es nicht möglich, eine mengengeregelte Einkolbenpumpe vorzusehen. Hier bietet sich die mengengeregelte Mehrkolbenpumpe an, die den Vorteil eines von der Nockenwelle unabhängigen Antriebs, bei­ spielsweise eines Kettenantriebs, besitzt.

Zur Steuerung der Ventile und der Kolbenpumpen ist an der Verteilerleiste ein Drucksensor vorgesehen, der den Kraft­ stoffdruck in der Verteilerleiste fühlt und an eine Mo­ torsteuerung weiterleitet.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der nach­ folgenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zu dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren für die Bestimmung des Kraftstoffdrucksoll­ wertes,

Fig. 2 eine volumenstromgesteuerte Kraftstoffpumpe mit ei­ ner Mehrkolbenpumpe und

Fig. 3 eine volumenstromgesteuerte Kraftstoffpumpe mit ei­ ner Einkolbenpumpe in einer schematischen Ansicht.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild die Bestimmung des Kraftstoffdrucksollwertes (FUP_SP) 10. Der Kraftstoffdruck­ sollwert wird abhängig von der Drehzahl (N_32) 12 und der einge­ spritzten Kraftstoffmenge (MFF_SP) 14 bestimmt. Die unter­ schiedlichen Motorbetriebszustände werden mit Hilfe von ein­ zelnen Flags gesetzt. Das Flag (LV_FUP_SP_SWI) 16 zeigt im gesetzten Zustand (LV_FUP_SP_SWI = 1) an, daß ein homogener Be­ trieb vorgesehen ist. Die Flags LV_PU 18 und LV_PUC 20 zeigen den Schubbetrieb (LV_PU = 1) oder die Schubabschaltung (LV_PUC = 1) an.

Ist das Flag 18 für den Schubbetrieb oder das Flag 20 für die Schubabschaltung gesetzt, so liegt an einem Steuerelement 22 ein Signal an. Bei einem anliegenden Steuersignal verbindet das Steuerelement den Eingang 24 mit dem Ausgang 26. An dem Eingang 24 liegt der Ausgang des Kennfeldes 28 (IP_FUP_SP_PU) an. Das Kennfeld 28 liefert abhängig von der Drehzahl 12 und der eingespritzten Kraftstoffmenge 14 den Kraftstoffdruck­ sollwert 10.

Ist keines der beiden Flags 18 oder 20 gesetzt, so liegt am Eingang des Steuerelements 22 kein Signal an. In diesem Fall wird der Eingang 30 des Steuerelements 22 mit der Ausgangs­ leitung 26 verbunden. Das an dem Eingang 30 anliegende Signal entspricht dem Ausgangssignal des Steuerelements 32. Das Steuerelement 32 gibt einen Sollwert für den Kraftstoffdruck abhängig von dem Eingangssignal 34 an dem Steuerelement aus. Ist das Flag 16 für den homogenen Betrieb gesetzt, so verbin­ det das Steuerelement 32 den Eingang 36 mit dem Ausgang 30. An dem Eingang 36 liegt der Ausgang des Kennfelds 38 für den homogenen Betrieb (IP_FUP_SP_HOM) an. Das Kennfeld 38 ermit­ telt den Kraftstoffdrucksollwert abhängig von der Drehzahl 12 und der eingespritzten Kraftstoffmenge 14.

Ist das Flag 16 für den homogenen Betrieb nicht gesetzt, so verbindet das Steuerelement 32 den Eingang 40 mit dem Ausgang 30. An dem Eingang 40 liegt der Ausgang des Kennfeldes 42 für den geschichteten Betrieb (IP_FUP_SP_S) an. Das Kennfeld 42 ermittelt den Kraftstoffdrucksollwert abhängig von der Dreh­ zahl 12 und der eingespritzten Kraftstoffmenge 14.

In dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild ist zusätzlich ein Testabschnitt 44 vorgesehen. In dem Testabschnitt 44 wird abhängig von einem Flag für den Testmodus 48 (LV_FUP_SP_MAN_CAT) der Ausgang des Steuerelementes 46 ge­ setzt. Ist das Flag 48 für den Testmodus gesetzt, so wird ei­ ne Konstante für den Kraftstoffdrucksollwert 50 (C_FUP_SP_MAN) als Kraftstoffdrucksollwert weitergeleitet. Der Testmodus kann vorgesehen werden, um den Kraftstoffdruck­ sollwert manuell über die Motorsteuerung vorzugeben.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Volumen­ stromsteuerung mit Mehrkolbenpumpen. Über eine Niederdruck­ versorgungsleitung 52 wird Kraftstoff einem Volumenstromsteu­ erventil 54 zugeführt. Das Volumenstromsteuerventil 54 wird über eine Motorsteuerung 57 angesteuert. Der durch das Volu­ menstromsteuerventil 54 getretene Kraftstoff gelangt in eine Zuleitung 56, die den Kraftstoff in eine Verteilerleiste 58 - als sogenanntes Hochdruck-Rail-führt. Aus der Verteilerleiste 58 gelangt der Kraftstoff über die schematisch dargestellten Anschlüsse 60 zu den Einspritzventilen, über die der Kraft­ stoff in den Zylinderinnenraum eingebracht wird. Das Rück­ strömen von Kraftstoff aus der Verteilerleiste ist durch das Rückschlagventil 62 gesperrt. Der in die Verteilerleiste 58 eingetretene Kraftstoff baut in dieser einen Druck auf, der durch den Drucksensor 64 gefühlt und an die Motorsteuerung 57 weitergeleitet wird.

Um den Druck in der Zuleitung 56 und damit in der Verteiler­ leiste 58 einstellen zu können, ist eine Mehrkolbenpumpe 66 in Fig. 2 dargestellt. Jeder Kolben 68, 70, 72 ist in seiner Ausgangsleitung 74, 76, 78 mit einem Rückschlagventil 80, 82, 84 versehen. Die Rückschlagventile 80, 82, 84 verhindern das Zu­ rückströmen des Kraftstoffs aus der Zuleitung 56 in die ein­ zelnen Ausgangsleitungen 74, 76, 78.

Die Ausgangsleitungen sind über je eine Querleitung mit der Nie­ derdruckversorgungsleitung verbunden. Die Verbindung ist durch Rückschlagventile 86, 88, 90 in Richtung zu der Niederdruck­ versorgungsleitung gesperrt. Insgesamt wird der Druck der Kolben 68, 70, 72 über deren Ausgangsleitung und die Zuleitung 56 in die Verteilerleiste 58 weitergeleitet.

In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden glei­ che Elemente zu dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 mit glei­ chen Bezugszeichen belegt.

Fig. 3 zeigt das Ausführungsbeispiel einer volumenstromge­ steuerten Kraftstoffpumpe mit Elektroventil 92. Das Elektro­ ventil 92 wird synchron mit dem Kolbenhub betätigt. Der Druck in der Zuleitung 56 wird über eine Einkolbenpumpe 94 aufgebaut. Eine Verbindungslei­ tung 98 kann vorgesehen sein, um die Niederdruckversorgungs­ leitung 52 mit einer Ausgangsleitung 96 der Einkolbenpumpe zu verbinden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffdrucksollwerts (FUP_SP) für eine Hochdruckdirekteinspritzung mit einer Vertei­ lerleiste (58), das die folgenden Schritte aufweist:

• - in den Betriebszuständen Schubbetrieb (LV_PU) und Schubabschaltung (LV_PUC) wird ein Kraftstoff­ drucksollwert (FUP_SP) für die Hochdruckeinsprit­ zung bestimmt derart, daß bei einem nachfolgenden Wiedereinsetzen des Drehmomentaufbaus eine Öff­ nungszeit der Einspritzventile vorliegt, die lang genug ist, damit die eingespritzte Kraftstoffmenge über die Öffnungszeit der Einspritzventile exakt steuerbar ist, und
• - eine Pumpe fördert, vor einem Abschalten der Einspritzung, eine dem Kraftstoffdrucksollwert (FUP_SP) ent­ sprechende Kraftstoffmenge in die Verteilerleiste (58) der Hochdruckeinspritzung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffdrucksollwert (FUP_SP) für den Schubbetrieb und die Schubabschaltung über ein Kennfeld (IP_FUP_SP_PU) abhängig von der Drehzahl (N_32) und der eingespritzten Kraftstoffmenge (MFF_SP) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kraftstoffdrucksollwert (FUP_SP) in dem Schubbetrieb und der Schubabschaltung kleiner als bei einem homogenen oder geschichteten Betrieb ist.

4. Vorrichtung für eine Hochdruckdirekteinspritzung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit:
einer Niederdruckversorgungsleitung (52) für Kraftstoff, in die ein Elektroventil (92) oder ein Vo­ lumenstromsteuerventil (54) mündet,
einer Zuleitung (56) zu der Verteilerleiste (58), die mit dem Ventilausgang des Elektroventils (92) bzw. Volumenstromsteuerventils (54) verbunden ist,
und mit mindestens einer Kolbenpumpe (66; 94), deren Ausgangsleitung (74, 76, 78, 96) mit der Zuleitung (56) ver­ bunden ist und die vor einem Abschalten der Ein­ spritzung eine dem Kraftstoffdrucksollwert entspre­ chende Kraftstoffmenge fördert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (56) der Verteilerleiste (58) ein Rückschlagventil (62) vorgesehen ist, das einen Rückfluß aus der Verteilerleiste (58) sperrt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen der Ausgangsleitung (74, 76, 78; 96) jeder Kolben­ pumpe und der Niederdruckversorgungsleitung (52) ein Rück­ schlagventil (86, 88, 90) vorgesehen ist, das einen Rückfluß von der Ausgangsleitung zur der Niederdruckversorgungsleitung sperrt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kolbenpumen in ihrer Aus­ gangsleitung (74, 76, 78) ein Rückschlagventil (80, 82, 84) besitzt, das den Rückfluß von Kraftstoff aus der Zuleitung (56) in die Kolbenpumpe sperrt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerleiste (58) mit einem Druck­ messer (64) verbunden ist, der den Kraftstoffdruck an die Mo­ torsteuerung weiterleitet.