Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Verbrennungsmotors

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Verbrennungsmotors, das einen Hochdruckspeicher (Rail) und eine Kraftstoff in den Hochdruckspeicher fördernde Kraftstoffhochdruckpumpe mit di- gitalem Einlassventil aufweist.

Derartige Kraftstoffeinspritzsysteme finden in modernen Benzin ^¬ oder Dieselmotoren Verwendung. Sie weisen neben den Ein- spritzinj ektoren, dem Hochdruckspeicher (Rail) auch eine Kraftstoffhochdruckpumpe zur Erzeugung des notwendigen Drucks auf. Hierbei wird Kraftstoff aus einem Kraftstofftank von einer Vorförderpumpe der Hochdruckpumpe zugeführt, die den Kraftstoff unter hohem Druck zum Hochdruckspeicher fördert. Die Ein- spritzinj ektoren werden über den Hochdruckspeicher (Rail) gespeist.

In modernen Einspritzsystemen finden Kraftstoffhochdruckpumpen mit digitalen Einlassventilen Verwendung. Als digitales Einlassventil wird hier ein solches bezeichnet, das lediglich eine Auf- oder Zu-Stellung einnimmt und nicht zur Einnahme von

Zwischenstellungen angesteuert wird. Derartige digitale Ein ^¬ lassventile werden elektromagnetisch betätigt. In der Einlassphase wird das Einlassventil geöffnet, so dass der Kolben der Hochdruckpumpe Kraftstoff in den Zylinder saugen kann. In der Förderphase wird das Einlassventil geschlossen, und der Kolben der Hochdruckpumpe drückt Kraftstoff in das Hochdrucksystem.

Bei anderen Ausführungsformen (stromlos geschlossenes Ventil D/V) wird das Einlassventil beim Ansaugen elektrisch offen- gehalten und in der Ausstoßphase deaktiviert, wenn eine Förderung gewünscht wird.

Für die Betätigung eines derartigen digitalen Einlassventils wird elektrische Energie benötigt. Weiterhin wird aufgrund des Öffnens/Schließens des digitalen Einlassventils ein Schalt ^¬ geräusch erzeugt. Derartige Geräuschemissionen sind unerwünscht. Auch besteht generell ein Interesse daran, den

Energieverbrauch von solchen Einspritzsystemen zu senken.

Zur Verringerung der Geräuschemissionen aufgrund der Ansteuerung und damit des Schließens und/oder Öffnens eines digitalen Einlassventils sind bestimmte Verfahren bekannt. Ein Beispiel hierfür besteht darin, ein spezielles Stromprofil zur An- Steuerung des digitalen Einlassventils zu verwenden. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems der eingangs geschilderten Art zur Verfügung zu stellen, das mit einfachen Mitteln einen besonders geräuscharmen Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe ermöglicht .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass die Zahl der Ansteuerpulse für das digitale Einlassventil und damit der Zahl der Pum- penförderhübe gegenüber der Zahl der Einspritzvorgänge eines Injektors des Einspritzsystems reduziert wird. Bei den vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzsystemen erfolgt die Förderung der Kraftstoffhochdruckpumpe üblicher ^¬ weise synchron zur Einspritzung, d.h. auf jede Einspritzung erfolgt oder verläuft zeitgleich ein Pumpenförderhub, der den Mengenverlust durch die Einspritzung und eventuell vorhandene Leckagen ausgleicht. Hiervon wird nunmehr bei dem erfindungsgemäßen Verfahren abgewichen. Erfindungsgemäß wird gezielt eine nichteinspritzsynchrone Pumpenförderung durchgeführt. Mit anderen Worten, die Zahl der Ansteuerpulse für das digitale Einlassventil an der Hochdruckpumpe wird im Vergleich zur Zahl der Einspritzvorgänge reduziert, was zu einer Verringerung der Geräuschemission durch das digitale Einlassventil und zu einer Reduzierung des Energiebedarfes durch die Ansteuerung führt. Durch die Schalthäufigkeitsreduzierung wird zudem die Last- spielzahl (Zahl der Ventilbewegungen über die Lebenszeit) vermindert, was sich ebenfalls positiv auf die Haltbarkeit der Hochdruckpumpe bzw. des Einlassventils auswirkt. Versuchs ^¬ technisch wurde festgestellt, dass sich bereits durch die Einsparung eines Schaltvorganges gegenüber der bekannten einspritzsynchronen Betätigung des Einlassventils eine Geräuschreduzierung von etwa 4 dB (A) erreicht wird.

Vorzugsweise wird die Zahl der Ansteuerpulse unter Berück ^¬ sichtigung eines in Abhängigkeit von Emissionsgrenzwerten des Verbrennungsmotors einzuhaltenden Raildruckgrenzwertes bzw. Raildruckbereiches reduziert.

Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird berücksichtigt, dass die Zahl der Ansteuerpulse für das digitale Einlassventil und damit die Zahl der Pumpenförderhübe gegenüber der Zahl der Einspritzvorgänge nur so weit reduziert wird, dass hierdurch ein Raildruckgrenzwert oder Raildruckbereich eingehalten wird, der sich aus Emissionsgrenzwerten des Verbrennungsmotors ergibt. Solche Emissionsgrenzwerte, bei- spielsweise solche aus der Abgasgesetzgebung (EU4, EU5, EU6 etc.), und die daraus resultierenden Raildruckgrenzwerte oder Raildruckbereiche sind bekannt oder können berechnet oder versuchstechnisch ermittelt werden. Beispielsweise zeigen Verbrennungsuntersuchungen mit Diesel-Common-Rail-Einspritz- Systemen, dass eine motorabhängige Abweichung von bis zu 16 % vom Drucksetpunkt zur Erreichung der aktuellen Emissionsgrenze (EU6) zulässig sein kann. Wenn ein solcher Raildruckgrenzwert oder Raildruckbereich ermittelt worden ist, kann erfindungsgemäß so vorgegangen werden, dass im Betrieb des Verbrennungsmotors die Zahl der eingesparten Ansteuerpulse sukzessive erhöht wird, bis der entsprechende Raildruckgrenzwert oder die Untergrenze des Raildruckbereiches erreicht ist, wonach das Einlassventil wieder angesteuert wird, um erneut mit der Förderung zu beginnen.

Hierbei wird die Zahl der Ansteuerpulse vorzugsweise in Ab ^¬ hängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors und damit der geforderten Einspritzmenge und/oder eventuell vor ^¬ handenen Leckage reduziert. Beispielsweise wird die Zahl der Ansteuerpulse im Leerlauf oder in Teillast verringert.

Die Hochdruckpumpe wird speziell so angesteuert, dass nach der Reduzierung der Zahl der Ansteuerpulse eine im Vergleich größere Kraftstoffmenge gefördert wird, um den Druckverlust auszu- gleichen.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der einzuhaltende Raildruckgrenzwert oder Raildruckbereich für jeden Verbrennungsmotor in dessen Ent- wicklungsphase versuchstechnisch bestimmt. Im nachfolgenden Betrieb des Verbrennungsmotors wird dann das digitale Ein ^¬ lassventil der Hochdruckpumpe so angesteuert, dass mindestens ein Schaltvorgang des Einlassventils eingespart wird, ohne dass der versuchstechnisch ermittelte Raildruckgrenzwert oder der entsprechende Raildruckbereich unterschritten bzw. verlassen wird . _n

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Wie bereits erwähnt, wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugweise nur in bestimmten Teilen des Motorkennfeldes, wie im Leerlauf oder unter Teillast, durchgeführt. Um eine Umschaltmöglichkeit vorzusehen, mit der von einer einspritzsynchronen Ansteuerung des Einlassventils zu einer nichteinspritzsynchronen Ansteuerung umgeschaltet werden kann, wird zweckmäßigerweise ein entsprechendes Motorkennfeld in der Motorsteuereinrichtung implementiert. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Raildruckregelungsstrategie ausgeführt wer ^¬ den .

Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein durch die Einspritzung bewirkter Druckabfall vorausberechnet und hierdurch ein einzuhaltender Raildruckgrenzwert oder

Raildruckbereich festgelegt, oberhalb bzw. innerhalb von dem die Pumpenförderung durch Reduzierung der Ansteuerpulse zeitweise deaktiviert wird. Hierbei kann über die von der Motorsteuer ^¬ einrichtung berechnete Einspritzmenge durch die physikalische Beziehung

Druckabfall = Kompressionsmodul des Kraftstoffes x Vo ^¬ lumenänderung im Hochdruck/gesamtes Hochdruckvolumen der Druckabbau durch die Einspritzung vorausberechnet werden. Die entsprechenden motorspezifischen Daten, wie Hochdruckvolumen, und kraftstoffspezifischen Daten werden dabei in der Motorsteuereinrichtung hinterlegt . Durch die entsprechende Deaktivierung des digitalen Einlass ^¬ ventils werden die Geräuschemissionen in entsprechend relevanten Betriebszuständen, vor allem im Leerlauf, reduziert. Ferner wird hierdurch zur Verringerung des Energiebedarfes beigetragen. Die Anzahl der Ventilschaltungen über die Lebensdauer nimmt ebenfalls ab.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei einem Ein- spritzsystem Anwendung finden, bei dem die Kraftstoffhochdruckpumpe zusätzlich zum digitalen Einlassventil ein digitales Auslassventil aufweist. Hierbei wird das digitale Auslassventil analog zum digitalen Einlassventil angesteuert. Eine Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit beste ^¬ henden Geräuschminderungsmaßnahmen, beispielsweise der Whi- spering-Funktion, zur Ansteuerung des digitalen Einlassventils der Hochdruckpumpe ist möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte . In Schritt 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird versuchs ^¬ technisch ein Grenzwert für den Raildruck ermittelt, bis zu dem der Raildruck absinken kann, ohne dass hierdurch entsprechende Emissionsgrenzwerte aus der Abgasgesetzgebung, beispielsweise EU6, überschritten werden. Der entsprechende Grenzwert bzw. Grenzbereich für den Raildruck wird in der Motorsteuereinrichtung hinterlegt. Ferner wird in Schritt 2 ein entsprechendes Kennfeld in Abhängigkeit von beispielsweise der Motordrehzahl und der Einspritzmenge etc. implementiert, um eine Umschaltung auf die erfindungsgemäße Raildruckregelungsstrategie zu er- möglichen.

Im Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems bzw. des entspre ^¬ chenden Fahrzeuges wird in Schritt 3 des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn sich der Motor z.B. im Leerlauf befindet, auf die erfindungsgemäße Raildruckregelungsstrategie umgeschaltet. Hierbei wird die Kraftstoffförderung durch die Hochdruckpumpe, d.h. das Ansteuern des digitalen Einlassventils der Hochdruckpumpe, so lange ausgesetzt, bis der hinterlegte Rail- druckgrenzwert erreicht ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein, zwei oder mehr Förderhübe handeln, so dass ein, zwei oder mehr Schaltvorgänge für das Einlassventil entfallen. Das Re ^¬ alisieren der erfindungsgemäßen Raildruckstrategie durch Deaktivieren des Einlassventils bis zum Erreichen des

Raildruckgrenzwertes findet in Schritt 4 statt.

Wenn der hinterlegte Grenzwert für den Raildruck erreicht ist, wird das digitale Einlassventil der Hochdruckpumpe wieder aktiviert, und es wird eine im Vergleich größere Menge Kraftstoff in das Rail gefördert, um den entstandenen Druckverlust rascher auszugleichen. Dies ist in Schritt 5 dargestellt.