DE102007033858A1

DE102007033858A1 - Verfahren zum Betrieb eines bedarfsgesteuerten Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102007033858A1
Application number: DE200710033858
Authority: DE
Inventors: Achim Dipl.-Ing. Mißner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Verfahren nach dem Stand der Technik ohne Drucksensor sind auf derartige Kraftstoffsysteme beschränkt, bei welchen die elektrische Kraftstoffpumpe direkt den Einspritzdruck erzeugt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass - in einer ersten Kalibrierungsphase eine maximale Förderleistung der Kraftstoffpumpe eingestellt und dabei gegebenenfalls eine Abweichung der Hochdruckregelung im Hochdruckbereich festgestellt wird, - in einer zweiten Kalibrierungsphase die Förderleistung der Kraftstoffpumpe so weit reduziert wird, bis die Zumesseinrichtung zur Einhaltung des Druckes im Hochdruckbereich die Kraftstoffförderleistung erhöht, - beim Erreichen eines applizierbaren Schwellwerts für den Öffnungsgrad der Zumesseinheit die aktuelle Ansteuerung der Zumesseinrichtung mit einer Referenzansteuerung verglichen und bei einer Abweichung ein neuer Korrekturfaktor berechnet wird und - beim weiteren gesteuerten Betrieb der Kraftstoffpumpe der neue Korrekturfaktor berücksichtigt wird. Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Betrieb eines bedarfsgesteuerten Kraftstoffsystems für eine Otto- oder Diesel-Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines bedarfsgesteuerten Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Minimierung der elektrischen Verbraucher zur CO₂-Reduzierung soll die elektrische Kraftstoffpumpe nicht ständig mit voller Leistung betrieben, sondern entsprechend dem notwendigen Volumenstrom angesteuert werden. Jedoch ist hierfür üblicherweise ein zweiter Drucksensor im Niederdruckkraftstoffbereich einer Brennkraftmaschine notwendig.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 4446277 A1 bzw. der zugehörigen Patentschrift DE 4446277 B4 ist ein Kraftstoffversorgungssystem ohne Drucksensor für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einer direkt mit Einspritzdüsen verbundenen elektrischen Kraftstoffpumpe, deren Förderleistung abhängig von Betriebsgrößen steuer- oder regelbar ist, und mit einem Kraftstoffzumesssystem, wobei der Kraftstoffdruck und die Kraftstoffdurchflussmenge ausgehend von gemessenen brennkraftmaschinenspezifischen oder pumpenspezifischen Größen von einer Elektronik ermittelt wird. Zur Kalibirierung der Steuerung wird das Lambdasignal verwendet, wodurch eine zu geringes Kraftstoffmenge und somit der Kraftstoffdruck indiziert werden.
Bei derartigen Kraftstoffsystemen ist keine Hochdruckpumpe vorhanden, sondern die elektrische Kraftstoffpumpe erzeugt direkt den Einspritzdruck.
Bekannte Verfahren ohne Drucksensor sind auf derartige Kraftstoffsysteme beschränkt, bei welchen die elektrische Kraftstoffpumpe direkt den Einspritzdruck erzeugt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffsystem für eine Diesel-Brennkraftmaschine anzugeben, das ohne einen zusätzlichen Drucksensor im Niederdruckkraftstoffbereich auskommt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass

– zum Zweck einer Kalibrierung des Niederdruckbereichs in einer ersten Kalibrierungsphase eine maximale Förderleistung bzw. -menge der Kraftstoffpumpe eingestellt und dabei gegebenenfalls eine Abweichung der Hochdruckregelung im Hochdruckbereich festgestellt wird,
– anschließend in einer zweiten Kalibrierungsphase die Förderleistung der Kraftstoffpumpe so lange reduziert wird, bis die Zumesseinrichtung zur Einhaltung des Druckes im Hochdruckbereich die Kraftstoffförderleistung erhöht,
– ein applizierbarer Schwellwert für den Öffnungsgrad der Zumesseinheit festgelegt wird,
– beim Erreichen dieses Schwellwertes die aktuelle Ansteuerung der Zumesseinrichtung mit einer Referenzansteuerung verglichen und bei einer Abweichung ein neuer Korrekturfaktor berechnet wird und
– beim weiteren gesteuerten Betrieb der Kraftstoffpumpe der neue Korrekturfaktor berücksichtigt wird.

Durch die Kalibrierung der Niederdrucktoleranzen sowie der aktuellen Filterbeladung kann auf einen Drucksensor im Niederdruckbereich, der eigentlich für die Regelung benötigt wird, verzichtet werden.
Triggersignal der Kalibrierung ist der Stellerausgang des Hochdruckreglers. Der Niederdruck-Volumenstrom wird solange reduziert, bis der Hochdruck-Regler anspricht. Dieser Punkt entspricht einem Referenzdurchfluss. Der Ausgang des Hochdruckreglers wird im weiteren dazu benutzt, das kalibrierte Niederdruck-System bedarfgerecht zu steuern.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik die Vorteile auf, dass die elektrische Leistung der Kraftstoffpumpe reduziert wird, ohne dass hierzu ein weiterer Drucksensors im Niederdruckkraftstoffbereich erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle Kraftstoffsysteme gleichermaßen für Otto- und Dieselmotoren anwendbar, welche

– eine elektrische Vorförderpumpe,
– eine separate Hochdruckpumpe und
– einen Kraftstoffniederdruckbereich mit Rücklauf zum Tank aufweisen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Beschreibung oder den Figuren angegeben.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert.
Dabei zeigen:
1 ein schematisch dargestelltes Kraftstoffsystem mit Nieder- und Hochdruckbereich und
2 in einem Zeitdiagramm einen schematischen Ablauf eines Kalibrierungsvorgangs.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Betrieb eines bedarfsgesteuerten Kraftstoffsystems für eine Otto- oder Diesel-Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug.
Die 1 zeigt schematisch einen Teil eines Kraftstoffsystems 11 mit einem Niederdruckbereich 12 und einem Hochdruckbereich 13 für einen Verbrennungsmotor 22. Im Niederdruckbereich 12 wird mittels einer Kraftstoffleitung 15 und einer elektrischen Kraftstoffpumpe (mit einstellbarer Förderleistung bzw. Fördermenge) 16 Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 14 gefördert und über einen Kraftstofffilter 17 einer Zumesseinrichtung 18 zugeführt. Die Zumesseinrichtung 18 bemisst die Menge an Kraftstoff, die im Hochdruckbereich 13 benötigt wird; die überschüssige, d. h. eventuell von der Kraftstoffpumpe 16 zuviel geförderter Kraftstoff fließt über eine Rückflussleitung 19 und ein Überströmventil 20 in den Kraftstofftank 14 zurück.
Im Hochdruckbereich 13 wird die korrekt bemessene Kraftstoffmenge einer mechanisch vom Verbrennungsmotor 22 angetriebenen Hochdruckpumpe 21 mit einem Hochdruckregler zugeführt und von dieser unter sehr hohem Druck einer als „Rail" bezeichneten Hochdruck-Kraftstoffleitung 23 zugeführt. Der in der Rail 23 herrschende Druck, als „Raildruck" bezeichnet, wird mittels eines Raildrucksensors 24 gemessen. Der sich in der Rail 23 befindende Kraftstoff wird mittels Injektoren in die Brennräume von Zylindern einer Brennkraftmaschine eingespritzt (nicht dargestellt).
In 2 ist in einem Zeitdiagramm 30 mit einer Zeitachse 31 und einer Kraftstoffmengen-Achse 32 ein schematischer Ablauf eines Kalibrierungsvorgangs dargestellt. Durch die Kalibrierung des Niederdruckkreislaufes kann der gesteuerte Betrieb der Kraftstoffpumpe 16 um die relativ großen Bauteiltoleranzen (insbesondere der Kraftstoffpumpe 16) und auch die zeitliche Veränderung (insbesondere die Beladung des Kraftstofffilters 17) auf deutlich niedrigerem Niveau erfolgen, als ohne Kalibrierung.
Die eigentliche Kalibrierung läuft in zwei Phasen ab, wobei beide Phasen für ihre Initiierung bestimmte Randdaten benötigen, und zwar:

– bestimmte Umweltrandbedingungen müssen erfüllt sein (Kraftstofftemperatur, Tankstand usw.),
– der Motorbetriebspunkt muss sich im Kalibrierfenster befinden und bestimmte Stabilitätskriterien erfüllen und
– eine Notwendigkeit einer Kalibrierung ist gegeben (Fahrstrecke seit letzter Kalibrierung, Filterwechsel usw.).

In der ersten Phase der Kalibrierung von einem Zeitpunkt t₁ bis zu einem Zeitpunkt t₄ im Zeitdiagramm 30 wird zunächst eine Vollförderung (maximale Förderleistung bzw. -menge) der Kraftstoffpumpe 16 eingestellt, und dabei Abweichungen der Hochdruckregelung bestimmt. Hierdurch werden Toleranzen des Hochdruckbereiches 13 getrennt (Applikationsunschärfen im Vorsteuerkennfeld und Bauteiltoleranzen, z. B. der Zumesseinheit 18).
Anschließend wird in der zweiten Phase der Kalibrierung von einem Zeitpunkt t₅ bis zu einem Zeitpunkt t₈ im Zeitdiagramm 30 die Förderleistung der Kraftstoffpumpe 16 so weit reduziert, bis wegen Minderbefüllung die Zumesseinheit 18 weiter öffnen muss, um den Raildruck 23 bzw. 24 noch einstellen zu können.
Sobald die aktuelle Ansteuerung der Zumesseinheit 18 größer ist als die eingestellte Vorsteuerung plus einem Offset plus einer Kalibrierschwelle 39, ist die Bedingung der Kalibrierung erfüllt; die aktuelle Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 16 wird mit einer zuvor definierten Referenzansteuerung verglichen und daraus der neue Korrekturfaktor berechnet.
Nach der Kalibrierung erfolgt wieder der gesteuerte Betrieb der Kraftstoffpumpe 16 mit der Ansteuerung der Zumesseinheit 18 als Steuergröße plus dem zusätzlichen neuen Kalibrierfaktor.
In 2 zeigt eine erste Kurve 33 den Fördermengenverlauf bei der elektrischen Kraftstoffpumpe (mit einstellbarer Förderleistung) 16 (1), eine zweite Kurve 34 die durch eine Vorsteuerung eingestellte Fördermenge bei der Zumesseinrichtung 18 und eine dritte Kurve 35 die einzuregelnde Fördermenge (Regelgröße) bei der Zumesseinrichtung 18.
In der ersten Phase der Kalibrierung wird zum Zeitpunkt t₁ die elektrische Kraftstoffpumpe 16 von einer Basisförderungsmenge 36 auf eine Vollförderungsmenge 37 eingestellt, um die Hochdruckregelung in Bezug auf Toleranzen und Applikationsunschärfen zu kalibrieren. Zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t₂ hat die elektrische Kraftstoffpumpe 16 den Zustand der Vollförderung mit der Vollförderungsmenge 37 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt t₂ beginnt die Kalibrierung der Hochdruckregelung, die bis zu einem nachfolgenden Zeitpunkt t₃ andauert. Zum Zeitpunkt t₃ wird ein Offset zur Vorsteuerung 38 bestimmt und die Förderleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 wieder auf eine Basisförderungsmenge 36 eingestellt, die zum Zeitpunkt t₄ erreicht ist.
Zum Zeitpunkt t₅ beginnt die zweite Phase der Kalibrierung damit, dass die Förderleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 stetig reduziert wird. Zu einem Zeitpunkt t₆ muss die Zumesseinheit 18 wegen Minderbefüllung weiter öffnen, um den Raildruck 23 bzw. 24 noch einstellen zu können. Zu einem Zeitpunkt t₇ erreicht der Öffnungsgrad der Zumesseinheit 18 den applizierbaren Schwellwert 39, wodurch zu diesem Zeitpunkt t₇ ein Trigger zur Kalibrierung ausgelöst und ein neuer Korrekturfaktor berechnet wird, wie bereits beschrieben wurde.
Dabei berechnet sich der neue Korrekturfaktor aus dem Verhältnis zwischen einer aktuellen Ansteuerung 40 zum Zeitpunkt t₇ der Kraftstoffpumpe 16 und einem Mittelwert 41 der bisherigen Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 16. Zudem wird zum Zeitpunkt t₇ die Fördermenge der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 auf einen neuen Wert 42 eingestellt, wobei sich der neue Wert 42 aus dem vorigen Wert, der Basisförderungsmenge 36 plus dem neuen Korrekturfaktor berechnet.
Ab dem Zeitpunkt t₈ erfolgt wieder der gesteuerte Betrieb der Kraftstoffpumpe 16 unter Verwendung des neuen Kalibrierfaktors.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4446277 A1 [0003]
- DE 4446277 B4 [0003]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines bedarfsgesteuerten Kraftstoffsystems (11) für eine Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, wobei das Kraftstoffsystem (11) in einem Niederdruckbereich (12) eine elektrische Kraftstoffpumpe (16) mit einstellbarer Förderleistung und eine Zumesseinrichtung (18), und in einem Hochdruckbereich (13) eine Hochdruckpumpe (21) mit einem Hochdruckregler aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – in einer ersten Kalibrierungsphase des Niederdruckbereichs (12) eine maximale Förderleistung bzw. -menge der Kraftstoffpumpe (16) eingestellt und dabei gegebenenfalls eine Abweichung der Hochdruckregelung im Hochdruckbereich (13) festgestellt wird, – in einer zweiten Kalibrierungsphase die Förderleistung der Kraftstoffpumpe (16) so weit reduziert wird, bis die Zumesseinrichtung (18) zur Einhaltung des Druckes im Hochdruckbereich (13) die Kraftstoffförderleistung erhöht, – ein applizierbarer Schwellwert (39) für den Öffnungsgrad der Zumesseinheit (18) festgelegt wird, – beim Erreichen dieses Schwellwertes (39) die aktuelle Ansteuerung der Zumesseinrichtung (18) mit einer Referenzansteuerung verglichen und bei einer Abweichung ein neuer Korrekturfaktor berechnet wird und – beim weiteren gesteuerten Betrieb der Kraftstoffpumpe (16) der neue Korrekturfaktor berücksichtigt wird.