Steuern des Treibstoffdrucks in einer Einspritzanlage

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein

computerlesbares Medium zum Steuern eines Drucks in einer Einspritzanlage für einen Motor eines Fahrzeugs.

Hintergrund der Erfindung

Um Treibstoff zu sparen, können Fahrzeuge mit einer sogenannten Start/Stopp- Automatik ausgestattet werden, die bei Stillstand des Fahrzeugs den Motor des Fahrzeugs selbstständig abschaltet und ihn bei Weiterfahrt wieder automatisch startet.

Bei Fahrzeugen mit Hochdruckeinspritzsystemen, wie etwa Dieselfahrzeugen, kann es vorteilhaft sein, wenn beim Starten des Motors der Druck in der

Einspritzanlage unterhalb eines Leerlaufdrucks (beispielsweise in etwa 500 bar) liegt, um beispielsweise einen definierten und thermodynamisch optimalen Motorstart zu gewährleisten. Dazu kann während des Motorstopps der in der Einspritzanlage verbleibende Restdruck gezielt weiter reduziert werden

(beispielsweise auf in etwa 300 bar).

Insbesondere für Nutzfahrzeuge sind die Einspritzsysteme bzw. die

Einspritzanlage in der Regel notlauffähig ausgelegt. D.h., es sind

Druckregelventile verbaut, die einen gewissen Mindesteinspritzdruck

(beispielsweise in etwa 900 bar) gewährleisten, so dass bei Defekten das Fahrzeug noch betrieben werden kann. Dieser Druck liegt normalerweise über dem Leerlaufdruck, so dass der Einspritzdruck zum Erreichen des Leerlaufdrucks beispielsweise über die Einspritzungen selbst abgebaut werden muss.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Treibstoffverbrauch eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Drucks in einer Einspritzanlage für einen Motor eines Fahrzeugs. Beispielsweise kann der Motor ein Dieselmotor sein, der von einer Hochdruckpumpe über eine Hochdruck- Einspritzanlage mit Treibstoff versorgt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte von: Ermitteln, ob das Fahrzeug verzögert; Senken der Fördermenge einer Hochdruckpumpe, die die Einspritzanlage mit Treibstoff versorgt; und Senken des Drucks in der Einspritzanlage auf einen Stillstandsdruck mittels eines Leerlaufbetriebs des Motors.

Beispielsweise kann in einem elektronischen Steuergerät ermittelt werden, ob ein Fahrer des Fahrzeugs seinen Fuß vom Gas genommen hat bzw. im

Allgemeinen, ob der Fahrer eine Verzögerung des Fahrzeugs wünscht. Auch kann aus aktuellen Fahrzeugdaten, wie etwa die aktuelle Geschwindigkeit, eine gewünschte Verzögerung ermittelt werden.

Die Fördermenge der Hochdruckpumpe kann dadurch gesenkt werden, dass ein Saugregelventil am Eingang der Pumpe geschlossen wird. Es ist möglich, dass das Fördervolumen der Hochdruckpumpe auf 0 gesenkt wird.

Der Druck in der Einspritzanlage kann zunächst mit einem Druckregelventil zwischen der Hochdruckpumpe und der Einspritzanlage gesenkt werden, indem Treibstoff mittels des Druckregelventils zurück vor den Eingang der

Hochdruckpumpe geleitet wird. Dieses Druckregelventil kann dazu ausgeführt sein, einen vordefinierten Mindestdruck zu halten.

Weiter kann der Druck in der Einspritzanlage dadurch gesenkt werden, dass Treibstoff über Einspritzungen in den Motor aus der Einspritzanlage abgelassen wird.

Das Verfahren umfasst weiter die Schritte von: Abschätzen einer Stillstandszeit, zu der das Fahrzeug zum Stillstand kommt; und Senken der Fördermenge der Hochdruckpumpe, bevor die Stillstandszeit erreicht wird, so dass zur

Stillstandszeit der Stillstandsdruck in der Einspritzanlage erreicht wird. Auf diese Weise kann der Motor genau bei Fahrzeugstillstand oder zumindest kurz danach abgestellt werden, da bereits zu diesem Zeitpunkt oder kurz danach ein

Stillstandsdruck in der Einspritzanlage vorhanden ist, mit dem der Motor später wieder gestartet werden kann. Auf diese Weise kann Treibstoff gespart werden, da es nicht notwendig ist, den Motor zum Senken des Drucks in der

Einspritzanlage nach dem Stillstand des Fahrzeugs weiterlaufen zu lassen.

Insbesondere müssen die bei Hybridfahrzeugen und/oder Starl Stopp- Fahrzeugen zur Kraftstoffeinsparung vorhandenen Rekuperationsphasen nicht maßgeblich beeinflusst werden. Es wird vermieden, den ebenfalls

verbrauchsrelevanten Motornachlauf im Fahrzeugstillstand zu verlängern.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Stillstandszeit basierend auf einer durchschnittlichen Verzögerung seit Beginn der Verzögerung des Fahrzeugs abgeschätzt. Um eine ausreichende Genauigkeit der Vorausrechnung der Zeit bis Fahrzeugstillstand zu gewährleisten, kann die mittlere Verzögerung in entsprechender Auflösung nachgerechnet werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiter den Schritt von: Ermitteln eines Zeitraums, der dazu nötig ist, den Druck der

Einspritzanlage mittels Leerlaufbetriebs auf den Stillstandsdruck zu senken. Die Fördermenge der Hochdruckpumpe kann zu einem Zeitpunkt gesenkt werden, der (im Wesentlichen genau) dem ermittelten Zeitraum vor der Stillstandszeit liegt. Mit anderen Worten kann der zum Senken des Drucks benötigte Zeitraum von dem abgeschätzten Stillstandszeitpunkt abgezogen werden, um den

Zeitpunkt zum Senken des Drucks in der Einspritzanlage zu ermitteln.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Zeitraum basierend auf einem Volumen der Einspritzanlage und einem Einspritzvolumen von Treibstoff im Leerlaufbetrieb berechnet. Wenn die Hochdruckpumpe keinen Treibstoff mehr liefert, kann beispielsweise ein Treibstoffvolumen berechnet werden, das über die Einspritzanlage abgegeben werden muss, um den Druck auf den

gewünschten Wert, d.h. den Stillstandsdruck, zu senken.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiter den Schritt von: Betreiben des Motors in einem Schubbetrieb und/oder

Rekuperationsbetrieb während eines Zeitraums, in dem das Fahrzeug verzögert, so dass der Druck in der Einspritzanlage auf einen Mindesteinspritzdruck gesenkt wird, der durch ein Druckregelventil definiert ist. In diesem Fall ist der Mindesteinspritzdruck der Druck, von dem aus der Druck in der Einspritzanlage auf den Stillstandsdruck gesenkt werden soll. Um den Motor in den

Leerlaufbetrieb zu bringen, kann dann der Motor vom Antriebsstrang getrennt werden, wenn die Fördermenge der Hochdruckpumpe gesenkt wird.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiter den Schritt von: Betreiben des Motors in einem Leerlaufbetrieb während eines Zeitraums, in dem das Fahrzeug verzögert, so dass der Druck in der

Einspritzanlage auf einen Leerlaufdruck gesenkt wird. Der Motor kann vom Antriebsstrang getrennt werden, wenn das Fahrzeug zu verzögern beginnt. In diesem Fall ist der Leerlaufdruck der Druck, von dem aus der Druck in der Einspritzanlage auf den Stillstandsdruck gesenkt werden soll.

In beiden Fällen wird der Motor vom Antriebsstrang getrennt, bevor das

Fahrzeug zum Stillstand kommt. Mit dem Verfahren kann der Kupplungszeitpunkt somit nach vorne verlegt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, das, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt ist, den Prozessor dazu anleitet, die Schritte des Verfahrens, so wie es obenstehend und untenstehend beschrieben ist, durchzuführen. Das Verfahren kann durch Bereitstellung einer geeigneten Software- Funktion zur Darstellung bzw. zum Timing des Einspritzdruckabbaus in einem Steuergerät in einem Fahrzeug implementiert werden. Die

Einspritzhardware muss dabei nicht verändert werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein derartiges Computerprogramm gespeichert ist. Das computerlesbare Medium kann beispielsweise ein ROM, EPROM oder FLASH-Speicher sein. Es ist auch möglich, dass das computerlesbare Medium eine Diskette oder eine Festplatte ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Steuern eines Drucks in einer Einspritzanlage, das dazu ausgeführt ist, das Verfahren, so wie es obenstehend und untenstehend beschrieben ist, durchzuführen.

Beispielsweise kann das Steuergerät einen Prozessor aufweisen, der dazu ausgeführt ist, das oben genannte Computerprogramm auszuführen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, beispielsweise ein Nutzfahrzeug, wie etwa einen Lkw, Bagger oder Bus. Es ist jedoch auch möglich, dass das Fahrzeug ein Pkw ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Fahrzeug einen Motor, eine Einspritzanlage zum Einspritzen von Treibstoff in den Motor, eine

Hochdruckpumpe zum Versorgen der Einspritzanlage mit Treibstoff und ein Steuergerät, so wie es obenstehend und untenstehend beschrieben ist.

Der Motor kann beispielsweise ein Dieselmotor sein, der ein Common-Rail- Einspritzsystem als Einspritzanlage umfasst.

Weiter kann das Fahrzeug ein Hybrid- Fahrzeug mit einem Elektromotor sein, der beispielsweise im Rekuperationsbetrieb des Fahrzeugs als Generator genutzt werden kann.

Zusammenfassend können mit dem Verfahren bzw. mit dem Steuergerät Fahrzeuge mit einem konventionellen Nutzfahrzeug- Einspritzsystem dazu befähigt werden, den Druck in ihrer Einspritzanlage durch gezielten Einspritzdruckabbau vor Motorstoppphasen auf den für den Motorwiederstart benötigten Wert abzusenken.

Kurze Beschreibung der Figuren

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, mit dem ein Verfahren zum Steuern eines Drucks in einer Einspritzanlage eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert wird.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Diagramm, mit dem ein Verfahren zum Steuern eines Drucks in einer Einspritzanlage eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert wird. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen

Bezugszeichen versehen.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen Fig. 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 10, das einen Verbrennungsmotor 12 als

Antrieb umfasst, der über eine Einspritzanlage 14 mit Treibstoff versorgt werden kann. Dazu weist das Fahrzeug 10 eine Hochdruckpumpe 16 auf, die Treibstoff unter hohem Druck in die Einspritzanlage 14 fördern kann. Mit der Einspritzanlage 14 kann Treibstoff in den Motor 12 eingespritzt werden.

Über die Menge und die Zeitpunkte der Einspritzung kann dabei bestimmt werden, wie viel Treibstoff pro Zeiteinheit von der Einspritzanlage an den Motor abgegeben wird.

Über ein Druckregelventil 18, das sich zwischen der Hochdruckpumpe und der Einspritzanlage befindet, kann der Druck in der Einspritzanlage 14 geregelt werden. Zum Druckausgleich kann über das Druckregelventil 18 Treibstoff aus der Einspritzanlage 14 in den Niederdruckkreis vor der Hochdruckpumpe 16 zurückgeleitet werden. Das Druckregelventil 18 ist dabei so ausgeführt, dass ein Mindesteinspritzdruck erhalten bleibt, auch wenn das Druckregelventil 18 geöffnet ist. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass das Fahrzeug 10 auch bei einem Defekt des Druckregelventils 18 betriebsfähig bleibt.

Mit einem Saugregelventil 20, das am Eingang der Hochdruckpumpe angeordnet ist, kann eingestellt werden, wie viel Treibstoff die Hochdruckpumpe 16 fördert. Je mehr das Saugregelventil 20 geschlossen wird, umso mehr sinkt die

Förderleistung der Hochdruckpumpe 16.

Neben dem Verbrennungsmotor 12 kann das Fahrzeug noch einen Elektromotor 22 umfassen, der genauso wie der Verbrennungsmotor 12 mit einem

Antriebsstrang 24 des Fahrzeugs 10 gekoppelt sein kann. Mit anderen Worten kann das Fahrzeug 10 ein Hybridfahrzeug sein.

Ein programmierbares Steuergerät 26 des Fahrzeugs 10 mit einem Prozessor kann die Einspritzanlage 14, das Druckregelventil 18, die Hochdruckpumpe 16 und das Saugregelventil 20 steuern. Mit dem Steuergerät kann ein Verfahren zum Steuern des Treibstoffdrucks in der Einspritzanlage 14 durchgeführt werden, so wie es in Bezug auf die beiden folgenden Figuren beschrieben ist.

Die Fig. 2 zeigt im oberen Bereich ein Diagramm mit der Geschwindigkeit 30 des Fahrzeugs 10 gegenüber der Zeit t, das einen Starl Stopp- Betrieb des Fahrzeugs 10 beschreibt.

Vor dem Zeitpunkt to fährt das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit Vi. Zum Zeitpunkt t ₀ beginnt der Fahrer des Fahrzeugs 10 zu bremsen, das

Fahrzeug verzögert zwischen den Zeitpunkten t ₀ und ti und kommt beim

Zeitpunkt ti zum Stillstand und der Motor 12 des Fahrzeugs 10 wird abgestellt. Später, zum Zeitpunkt t ₂ , tritt der Fahrer auf das Fahrpedal, um das Fahrzeug 10 wieder zu beschleunigen und der Motor 12 wird zum Zeitpunkt t ₂ wieder gestartet. Nach einer Start- und Leerlaufphase zwischen den Zeitpunkten t ₂ und 3 beginnt das Fahrzeug 10 zum Zeitpunkt ₃ anzufahren und wieder zu beschleunigen. Das Steuergerät 26 ist dazu ausgeführt zu ermitteln, dass das Fahrzeug 10 verzögert werden soll. Dazu können beispielsweise aktuelle Fahrzeugdaten, wie etwa eine ermittelte Stellung des Fahrpedalhebels oder des Bremspedalhebels, herangezogen werden.

Ab dem Schubübergang des Fahrzeugs 10 zum Zeitpunkt to, d.h. während der Verzögerung, wird aus weiteren aktuellen Fahrzeugdaten, wie etwa der aktuellen Geschwindigkeit, die mittlere Verzögerung des Fahrzeugs 10 durch das

Steuergerät 26 abgeschätzt. Aus der mittleren Verzögerung kann das

Steuergerät 26 dann den Zeitraum At _v bis zum Stillstand des Fahrzeugs 10 zum Zeitpunkt ti berechnen. Diese Berechnung kann nach dem Zeitpunkt t ₀ regelmäßig wiederholt werden, um einer sich verändernden aktuellen

Verzögerung Rechnung zu tragen.

Im unteren Bereich zeigt die Fig. 2 ein Diagramm mit dem Druck 32 in der Einspritzanlage 14 des Fahrzeugs 10 gegenüber der Zeit t.

Während sich das Fahrzeug 10 mit der konstanten Geschwindigkeit Vi bewegt, weist die Einspritzanlage 14 einen Druck pi von beispielsweise in etwa 1.100 bar auf.

Nach dem Zeitpunkt to, wenn eine beabsichtigte Verzögerung des Fahrzeugs erkannt wurde, verbleibt der Motor 12 dann im Schubbetrieb (d.h. bleibt mit dem Antriebsstrang 24 gekoppelt) und der Druck 32 in der Einspritzanlage 14 wird durch das Steuergerät 26 so weit wie möglich herabgeregelt, wie es mit dem Druckregelventil 18 möglich ist, d.h. bis zum Mindesteinspritzdruck p _M , der beispielsweise in etwa 900 bar betragen kann.

Alternativ oder zusätzlich kann sich das Fahrzeug 10 im Rekuperationsbetrieb befinden, indem der Elektromotor 22 als Generator verwendet wird, um über den Antriebsstrang 24 Bewegungsenergie in Strom umzuwandeln.

Aus dem aktuellen Druck 32 in der Einspritzanlage 14 und bekannten

(vorbestimmten) Daten der Einspritzanlage, wie etwa das in der Einspritzanlage vorhandene Treibstoffvolumen und das im Leerlauf des Motors 12 eingespritzte Treibstoffvolumen, ermittelt das Steuergerät 26 den Zeitraum At _P , der notwendig ist, um den Druck 32 in der Einspritzanlage 14 auf einen gewünschten

(vorbestimmten) Stillstandsdruck p _s zu reduzieren.

Der Stillstandsdruck p _s entspricht dem Druck 32, mit dem der Motor 12 zum Zeitpunkt ti abgestellt werden soll und dann in der Folge zum Zeitpunkt t ₂ wiedergestartet werden soll. p _s kann thermodynamisch optimal für den

Motorwiederstart bestimmt werden und beträgt beispielsweise in etwa 300 bar.

Beispielsweise beträgt der Zeitraum At _P = 3,6 sec bei einem Anfangsdruck beim Mindesteinsp ritzdruck p _M von 900 bar, einem Enddruck beim Stillstandsdruck p _s von 300 bar, einem Volumen des Einspritzsystems 14 von 70 cm ³ , und einem Einspritzvolumen von 20 mm ³ bei 6 Zylindern und 600 rpm.

Aus dem Zeitraum At _P und dem Zeitpunkt ti, an dem das Fahrzeug 10 wahrscheinlich zum Stillstand kommen wird, bestimmt das Steuergerät den Zeitpunkt t _s = ti - At _P , ab dem der Druck 32 in der Einspritzanlage 14 reduziert werden soll, so dass beim Zeitpunkt ti der gewünschte Druck p _s herrscht. Bei der Berechnung von t _s können auch Verzögerungszeiten, die beispielsweise durch endliche Schaltzeiten entstehen können, berücksichtigt werden.

Zum Zeitpunkt t _s senkt das Steuergerät 26 die Fördermenge der

Hochdruckpumpe 16 (beispielsweise vollständig auf 0), indem es das

Saugregelventil 20 entsprechend schließt, und trennt den Motor 12 vom

Antriebsstrang 24, so dass der Motor 12 im Leerlauf betrieben wird. Über Leerlaufeinspritzungen wird der Druck 32 in der Einspritzanlage 14 nun auf einen definierten, applizierbaren Wunschwert p _s reduziert.

Um den Fahrzeugschub vom für den Druckabbau nötigen Motorleerlauf möglichst zu trennen und so den beispielsweise den in Hybridfahrzeug- Anwendungen topologieabhängig möglichen Rekuperationsvorgang in hohem Umfang zu ermöglichen, wird auf Basis der oben beschriebenen

Zeitabschätzungen der Motorleerlauf erst zum spätestmöglichen Zeitpunkt t _s vor dem Fahrzeugstillstand zum Zeitpunkt ti angefordert und durchgeführt. Bei einem Abbruch der Verzögerung vor dem Fahrzeugstillstand zum Zeitpunkt ti ist bis zu einem gewissen Punkt immer der korrekte Einspritzdruck für eine Weiterfahrt oder Beschleunigung gewährleistet, da der Druckabbau auf den Stillstandsdruck p _s erst zum spätestmöglichen Zeitpunkt t _s kurz vor Stillstand des Fahrzeugs 10 erfolgt.

In der Fig. 2 ist zum Vergleich ein weiterer möglicher Druckverlauf 34 für den Druck in der Einspritzanlage 14 dargestellt, der bei einem Motorleerlaufbetrieb während der Verzögerung entsteht.

Dieser Vorgang ist in der Fig. 3 dargestellt, die ein Diagramm analog der Fig. 2 darstellt.

Im Gegensatz zum Ablauf der Fig. 2 wird kurz nach dem Zeitpunkt to, bei dem eine gewünschte Verzögerung erkannt wird, der Motor 12 vom Antriebsstrang 24 getrennt (beispielsweise durch Öffnen einer Kupplung). Danach befindet sich das Fahrzeug in einem sogenannten Segelbetrieb ("Free Rolling"), bei dem ein freies Rollen mit offener Kupplung ohne Rekuperation stattfinden kann. Der Motor 12 befindet sich dann im Leerlauf.

Dadurch sinkt der Druck 34 während des Beginns der Verzögerungsphase bereits auf einen Leerlaufdruck p _L , der beispielsweise 600 bar betragen kann. Der Einspritzdruck 34 wird also zunächst über die Einspritzung auf den applizierten Leerlaufdruck p _L abgebaut, indem das Steuergerät 26 das

Druckregelventil 18 öffnet und den Motor 12 im Leerlaufbetrieb betreibt.

Analog der Fig. 2 bestimmt das Steuergerät 26 nun die Zeiträume At _v , At _P ' und den Zeitpunkt t _s ', wobei allerdings der aktuelle Druck, von dem ausgegangen wird, nun der Leerlaufdruck pL ist.

Den Zeitraum Dt _P ' vor dem prognostizierten Fahrzeugstillstand bzw. Motorstopp zum Zeitpunkt ti wird der Druckabbau auf p _s per Solldruck durch das Steuergerät 26 angefordert, beispielsweise indem zum Zeitpunkt t _s ' das Saugregelventil 20 geschlossen wird. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener

Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den

Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.