Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine.

Zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brenn- kraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, kommen Einspritzanlagen zum Einsatz, die in den letzten Jahren immer mehr als so genannte „Common-Rail"-Anlagen ausgeführt sind. Bei diesen werden die in den Brennräumen angeordneten Injektoren aus einem gemeinsamen KraftstoffSpeicher, dem Common-Rail, mit Kraftstoff versorgt. Der einzuspritzende Kraftstoff liegt dabei im KraftstoffSpeicher unter einem Druck von bis zu über 2000 bar vor.

Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise verschiedene Pumpen auf, mittels derer Kraftstoff gefördert wird, um in Brennräume der Brennkraftmaschine eingebracht zu werden. Derartige Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit des zur Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftma- schine erforderlichen Einspritzdrucks.

Dies ist besonders wichtig, da immer strengere Gesetzesvorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, erlassen werden. Diese machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. So ist beispielsweise die Bildung von Ruß stark abhängig von der Aufbereitung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Dabei ist es vorteilhaft für die Senkung der Schadstoffemissionen, wenn der Kraftstoff sehr präzise in den Zylinder eingespritzt werden kann.

Aus der EP 1 296 060 Bl ist eine Einspritzanlage für eine

Brennkraftmaschine bekannt, mit einer Vorförderpumpe, mit der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zur Saugseite einer Hochdruckpumpe gefördert werden kann. Eine der Vorförderpumpe hydraulisch nachgeschaltete Hochdruckpumpe fördert Kraftstoff dann in einen KraftstoffSpeicher, von wo aus er dann an mit dem KraftstoffSpeicher hydraulisch gekoppelte Injektoren verteilt werden kann. Bei geeigneter Ansteuerung der Hochdruckpumpe kann in dem KraftstoffSpeicher ein vorgegebener, von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängiger Druck erreicht werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der in einfacher Weise ein präzises und zuverlässiges Zumessen von Kraftstoff für die

Brennkraftmaschine und ein einfacher Aufbau der Einspritzanlage ermöglicht werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Vorförderpumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank und einer stromabwärts der Vorförderpumpe angeordneten Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffs in einen KraftstoffSpeicher . Das Verfahren umfasst folgende Schritte: abhängig von einem Vorsteuerkennfeld wird ein von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine abhängiger Vorförderwert ermittelt. Ein Korrekturwert für die Vorförderpumpe wird mit einem Sicherheitswert initialisiert, der derart vorgegeben ist, dass innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegende Abweichungen von einem vorgegebenen Förderverhalten der Vorförder- pumpe so kompensiert werden, dass eine ausreichende Förderleistung der Vorförderpumpe gewährleistet ist. Die Vorförderpumpe wird angesteuert abhängig von dem Vorförderwert und dem Korrekturwert, und der Korrekturwert wird bezüglich seiner Wirkung auf das Förderverhalten der Vorförderpumpe abhängig von einer Größe der Einspritzanlage angepasst, deren Wert oder Werteverlauf repräsentativ ist dafür, ob ein gewünschter Druck in dem KraftstoffSpeicher erreicht werden kann, und zwar im Sinne eines Verringerns der Förderleistung der Vor- förderpumpe, solange der Wert repräsentativ ist dafür, dass der gewünschte Druck in dem KraftstoffSpeicher erreicht wird.

Insofern wird der Korrekturwert unter Verringerung der För- derleistung der Vorförderpumpe solange verändert wird, bis die Größe der Einspritzanlage, deren Wert oder Werteverlauf repräsentativ ist dafür, dass ein gewünschter Druck in dem KraftstoffSpeicher erreicht werden kann, ein Verhalten zeigt, das darauf hinweist, dass der Kraftstoff im Kraftstoffspei- eher gerade noch in ausreichender Menge und mit ausreichendem Druck zum Einspritzen in die Brennkraftmaschine zur Verfügung steht.

Dies hat den Vorteil, dass die Vorförderpumpe bezüglich ihres Förderverhaltens in einfacher Weise an die Erfordernisse der Einspritzanlage angepasst werden kann. Da der Korrekturwert gerade so angepasst wird, wie es eben noch für einen zuverlässigen Betrieb der Einspritzanlage erforderlich ist, kann die Vorförderpumpe in einem energetisch günstigen Förderbe- reich betrieben werden, ohne dass zusätzlich Kraftstoff in unnötiger Weise von der Vorförderpumpe gefördert werden muss.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Größe der Einspritzanlage, deren Wert oder Werteverlauf repräsentativ ist dafür, ob ein gewünschter Druck in dem KraftstoffSpeicher erreicht werden kann, ein ermittelter zeitabhängiger Verlauf des Drucks in dem KraftstoffSpeicher, und der Wert solange repräsentativ dafür, dass vorgegebene Abweichungen von einem Sollwert des Drucks nicht überschritten werden. Dies ist vorteilhaft, da durch eine Nutzung eines ohnehin in der Einspritzanlage erforderlichen Drucksensors auf weitere Sensoren zur Steuerung und/oder Regelung der Vorförderpumpe verzichtet werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Einspritzanlage ein hydraulisch zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe angeordnetes Volumenstromsteuerventil auf, mit dem der Kraftstofffluß von der Vorförderpumpe in die Hochdruckpumpe einstellbar ist. Die Größe der Einspritzanlage, deren Wert oder Werteverlauf repräsentativ ist dafür, ob ein gewünschter Druck in dem KraftstoffSpeicher erreicht werden kann, ist ein zeitabhängiger Verlauf eines für die Anforderung von Kraftstoff für die Hochdruckpumpe repräsentativen Werts einer Stellgröße des Volumenstromsteuerventils, und der Wert solange repräsentativ dafür ist, dass ein vorgegebener Wertebereich der Stellgröße des Volumenstromsteuerventils nicht verlassen wird. Dies ist vorteilhaft, da durch eine Nutzung eines Ansteuersignals für das ohnehin in der Ein- Spritzanlage erforderliche Volumenstromsteuerventil auf weitere Sensoren zur Steuerung und/oder Regelung der Vorförder- pumpe verzichtet werden kann. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Korrekturwert bezüglich seiner Wirkung auf das Förderverhalten der Vorförderpumpe während eines Leerlaufbetriebs der Brennkraftmaschine angepasst. Dies hat den Vorteil, dass im Leerlaufbetrieb stationäre Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine bestehen, und so der Korrekturwert besonders einfach und genau angepasst werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Korrekturwert bezüglich seiner Wirkung auf das Förderverhalten der Vorförderpumpe während eines Volllastbetriebs der Brennkraftmaschine angepasst. Dies hat den Vorteil, dass im Volllastbetrieb der Verlauf des Werts der Messgröße oder des Werts der Stellgröße der Einspritzanlage, die repräsentativ ist für das Maß der Förderung von Kraftstoff in den KraftstoffSpeicher, besonders empfindlich auf Änderungen des Korrekturwerts reagiert, und so der Korrekturwert besonders genau angepasst werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinheit,

Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern der

Einspritzanlage der Brennkraftmaschine, und

Figur 3 ein weiteres Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern der Einspritzanlage der Brennkraftmaschine. Die in Figur 1 dargestellte Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine weist einen Kraftstofftank 10 auf, aus dem mittels einer Vorförderpumpe 12 Kraftstoff gefördert wird. Die Vorförderpumpe 12 ist mit Vorzug als Flügelzellenpumpe ausge- führt. Es kann jedoch auch eine andere Pumpenart, z. B. eine Zahnradpumpe oder eine Gerotorpumpe für die Vorförderung verwendet werden. Es kann eine elektrisch betriebene Vorförderpumpe 12 eingesetzt werden, wodurch eine Steuerung der Förderleistung der Vorförderpumpe 12 unabhängig von der Förder- leistung weiterer Pumpen möglich ist. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Vorförderpumpe 12 eine so genannte Intankpumpe, das heißt, sie ist innerhalb des Kraftstofftanks 10 angeordnet, und bevorzugt beispielsweise als Tauchpumpe ausgebildet.

Stromabwärts der Vorförderpumpe ist eine Hochdruckpumpe 14 zur Förderung des Kraftstoffs in einen KraftstoffSpeicher 16 angeordnet. Der KraftstoffSpeicher 16 ist mit der Hochdruckpumpe 14 über eine KraftstoffSpeicherzuleitung 44 hydraulisch gekoppelt. Die Hochdruckpumpe 14 kann vorzugsweise als Radialkolbenpumpe oder als Reihenkolbenpumpe mit mehreren Zylindereinheiten ausgebildet sein, wie sie zum Einsatz in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt sind.

Der KraftstoffSpeicher 16 ist des Weiteren über Leitungen mit einem Injektor 18 oder mehreren Injektoren 18 hydraulisch gekoppelt. Jedem der Injektoren 18 ist ein Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnet und jeder kann so angesteuert werden, dass Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Durch die Hochdruckpumpe 14 kann der Kraftstoff, der mittels der Injektoren 18 in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, einen relativ hohen Einspritzdruck erreichen . Überschüssiger Kraftstoff kann von den Injektoren 18 über eine Inj ektorrücklaufleitung 46 zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.

Zwischen der Vorförderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 ist ein Volumenstromsteuerventil 22 angeordnet, mit dem der Kraftstofffluss von der Vorförderpumpe 12 in die Hochdruckpumpe 14 einstellbar ist. Zwischen der Vorförderpumpe 12 und dem Volumenstromsteuerventil 22 ist ein Temperatursensor 24 angeordnet. Mittels des Temperatursensors 24 und eines Drucksensors 26, durch den ein Kraftstoffdruck p in dem KraftstoffSpeicher 16 bestimmt werden kann, sowie gegebenenfalls in Abhängigkeit von weiteren Eingangsgrößen, kann das Volumenstromsteuerventil 22 so angesteuert werden, dass eine nie- derdruckseitige Steuerung des der Hochdruckpumpe 14 zugeführten KraftstoffStroms möglich ist.

Der KraftstoffSpeicher 16 ist mittels einer Speicherrücklaufleitung 42 mit einem Druckregelventil 28 verbunden, das bei- spielsweise abhängig von dem vom Drucksensor 26 ermittelten

Kraftstoffdruck p im KraftstoffSpeicher 16 angesteuert werden kann. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks in dem KraftstoffSpeicher 16 kann das Druckregelventil 28 öffnen und ein Teil des von der Hochdruckpumpe 14 geförderten Kraftstoffs kann über die Speicherrücklaufleitung 42 in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden.

Stromabwärts der Vorförderpumpe 12 zweigt eine Spülleitung 29 ab, die ausgangsseitig in das Gehäuse der Hochdruckpumpe 14 mündet, so dass es möglich ist, das Gehäuse der Hochdruckpumpe 14 während des Betriebs mit Kraftstoff zu spülen. Damit kann eine Kühlung und Schmierung der Hochdruckpumpe 14 bewirkt werden. Der zu Spülungszwecken verwendete Kraftstoff kann anschließend vom Gehäuse der Hochdruckpumpe 14 über eine Spülrücklaufleitung 36 in den Kraftstofftank 10 zurückgeführt werden .

Zum Schutz vor im Kraftstoffström mitgeführten Partikeln oder zum Abscheiden von Wasser ist stromaufwärts der Vorförderpum- pe 12 ein Filter 38 angeordnet. In dem Filter 38 oder in dessen Umgebung ist der Temperatursensor 24 angeordnet, mit dem eine für den Filter 38 repräsentative Temperatur ermittelt werden kann.

Die Spülrücklaufleitung 36, die Speicherrücklaufleitung 42 und die Injektorrücklaufleitung 46 sind vorzugsweise zum Kraftstofftank 10 zurückgeführt.

Die Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine umfasst eine Steuereinheit 50. Die Steuereinheit 50 weist Sensoren auf, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgrößen ermitteln können. Die Steuereinheit 50 ermittelt in Abhängigkeit von mindestens einer der Messgrößen Stellgrö- ßen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden können. Die Stellglieder sind beispielsweise die Vorförderpumpe 12 und das Volumenstromsteuerventil 22, Sensoren sind beispielsweise der Temperatursensor 24 und der Drucksensor 26. Die Steuereinheit 50 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine bezeichnet werden.

Im Folgenden soll kurz die Funktion der Einspritzanlage be- schrieben werden:

Die Vorförderpumpe 12 fördert Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10. Der Kraftstoff gelangt dann über den Temperatursensor 24 und den Filter 38 zu dem Volumenstromsteuerventil 22. Durch das Volumenstromsteuerventil 22 wird der Hochdruckpumpe 14 so viel Kraftstoff zur Verfügung gestellt, wie vom KraftstoffSpeicher 16 benötigt wird. Mittels der Hochdruckpumpe 14 wird der Kraftstoff über die KraftstoffSpeicherzuleitung 44 an den KraftstoffSpeicher 16 geliefert. Vom KraftstoffSpeicher 16 wird der Kraftstoff den Injektoren 18 zugeführt, und von diesen in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt .

Der in dem KraftstoffSpeicher 16 erforderliche Kraftstoffdruck p wird durch das Druckregelventil 28 in der Speicherrücklaufleitung 42 eingestellt. Steigt der Kraftstoffdruck p im KraftstoffSpeicher 16 zu stark an oder soll der Kraftstoffdruck p im KraftstoffSpeicher 16 gezielt verringert wer- den, so kann mittels des Druckregelventils 28 Kraftstoff über die Speicherrücklaufleitung 42 aus dem KraftstoffSpeicher 16 abgelassen werden.

In den Figuren 2 und 3 sind Programme zur Steuerung der Vor- richtung zum Betreiben der Einspritzanlage der Brennkraftmaschine schematisch dargestellt, die vorzugsweise auf einem Speichermedium der Steuereinheit 50 gespeichert sind. Die Programme dienen dazu, einen Korrekturwert CORR für die Vor- förderpumpe 12 derart anzupassen, dass der Kraftstofffluss in den KraftstoffSpeicher 16 so hoch ist, dass er gerade noch ausreicht, dass der Kraftstoff im KraftstoffSpeicher 16 mit ausreichendem Druck für die Injektoren 18 zum Einspritzen in die Brennkraftmaschine zur Verfügung steht.

Das in Figur 2 dargestellte Programm wird vorzugsweise in einem Schritt SlO gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. Dies geschieht vorzugsweise bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine. In einem Schritt S12 wird aus einem Vorsteuerkennfeld ein von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine abhängiger Vorförderwert PRE ermittelt und der Korrekturwert CORR mit einem Sicherheitswert CORR_INI initialisiert. Der Vorförderwert PRE ist in einem Vorsteuerkennfeld der Steuereinheit 50 abgelegt, der Sicherheitswert CORR_INI stellt eine Sicherheitsgröße für die Vorförderpumpe 12 dar. Diese ist derart ausgebildet, dass Abweichungen von einem vorgegebenen Förderverhalten der Vor- förderpumpe 12, die innerhalb eines bestimmten vorgegebenen

Toleranzbereichs liegen, kompensiert werden, so dass noch eine ausreichende Förderleistung der Vorförderpumpe 12 gewährleistet ist. Der Sicherheitswert CORR_INI berücksichtigt beispielsweise die Streuung von verschiedenen Vorförderpumpen, besondere Dynamiken im Betrieb der Einspritzanlage oder Spannungsschwankungen .

In einem Schritt S14 wird überprüft, ob für den aktuellen Korrekturwert CORR der für den KraftstoffSpeicher 16 reprä- sentative Kraftstoffdruck p größer als ein vorgegebener

Schwellwert p THD des für den KraftstoffSpeicher 16 repräsentativen Kraftstoffdrucks ist. Ist die Bedingung des Schritts S12 erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S16 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schritts S14 nicht erfüllt, das heißt, der für den KraftstoffSpeicher 16 repräsentative

Kraftstoffdruck p erfährt einen Einbruch, so dass der für den KraftstoffSpeicher 16 repräsentative Kraftstoffdruck p mindestens zeitweise kleiner als der vorgegebene Schwellwert p THD des für den KraftstoffSpeicher 16 repräsentativen Kraftstoffdrucks ist, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S18 fortgesetzt.

In einem Schritt S16 wird der Korrekturwert CORR abhängig vom Korrekturwert CORR und vom Kraftstoffdruck p derart variiert, dass die Förderleistung der Vorförderpumpe 12 verringert wird. Anschließend wird die Bearbeitung in dem Schritt S14 fortgesetzt

In dem Schritt S18 wird ein angepasster Korrekturwert CORR_AD festgelegt, indem diesem der aktuelle Korrekturwert CORR zugewiesen wird. Bei dem angepassten Korrekturwert CORR_AD ist der Kraftstofffluss in den KraftstoffSpeicher 16 so hoch, dass er gerade noch ausreicht, dass der Kraftstoff im Kraft- stoffSpeicher 16 mit ausreichendem Druck für die Injektoren 18 zum Einspritzen in die Brennkraftmaschine zur Verfügung steht. Die Bearbeitung des Programms wird anschließend in dem Schritt S20 fortgesetzt.

In dem Schritt S20 wird das Programm beendet. Vorzugsweise wird das Programm einmal während eines Betriebslaufs der Brennkraftmaschine regelmäßig abgearbeitet.

Das in Figur 3 dargestellte Programm wird vorzugsweise in ei- nem Schritt SIlO gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. Dies geschieht vorzugsweise bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine.

In einem Schritt S112 wird aus dem Vorsteuerkennfeld der von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine abhängige Vorförderwert PRE ermittelt und der Korrekturwert CORR mit dem Sicherheitswert CORR_INI initialisiert.

In einem Schritt S114 wird überprüft, ob für den aktuellen

Korrekturwert CORR ein Wert FUEL_REQ der Stellgröße des Volumenstromsteuerventils 22 kleiner als ein vorgegebener Schwellwert FUEL_REQ_THD der Stellgröße des Volumenstromsteuerventils 22 ist. Ist die Bedingung des Schritts S112 er- füllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S16 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schritts S114 nicht erfüllt, das heißt, der Wert FUEL_REQ der Stellgröße des Volumenstromsteuerventils 22 ist mindestens zeitweise größer als der vorgege- bene Schwellwert FUEL_REQ_THD der Stellgröße des Volumenstromsteuerventils 22, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S118 fortgesetzt.

In einem Schritt S116 wird der Korrekturwert CORR abhängig vom Korrekturwert CORR und vom Kraftstoffdruck p derart variiert, dass die Förderleistung der Vorförderpumpe 12 verringert wird. Anschließend wird die Bearbeitung in dem Schritt S114 fortgesetzt

In dem Schritt S118 wird der angepasste Korrekturwert CORR_AD festgelegt, indem diesem der aktuelle Korrekturwert CORR zugewiesen wird. Die Bearbeitung des Programms wird anschließend in dem Schritt S120 fortgesetzt.

In dem Schritt S120 wird das Programm beendet. Vorzugsweise wird das Programm einmal während eines Betriebslaufs der Brennkraftmaschine regelmäßig abgearbeitet.

Die Anpassung des Korrekturwerts CORR zum Erreichen des ange- passten Korrekturwerts CORR AD erfolgt vorzugsweise während eines Volllastbetriebs, eines Schubbetriebs oder eines Leerlaufbetriebs der Brennkraftmaschine.

Durch das Ermitteln des angepassten Korrekturwerts CORR AD ist es möglich, den Sicherheitszuschlag für die Vorförderpumpe 12 so klein wie möglich zu halten, dabei einen sicheren Betrieb der Einspritzanlage zu ermöglichen und dennoch eine energetische Optimierung für die Vorförderpumpe 12 zu erreichen .