DE10014223B4

DE10014223B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10014223B4
Application number: DE10014223A
Authority: DE
Inventors: Juergen Biester; Peter Schubert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: DE10014223A1; FR2806756B1; JP2001289105A; FR2806756A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die einzuspritzende Kraftstoffmenge auf einen Maximalwert begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Common-Rail-System der Maximalwert wenigstens abhängig von einer Größe vorgebbar ist, die die aktuelle Fördermenge einer Kraftstoffpumpe charakterisiert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem die einzuspritzende Kraftstoffmenge auf einen Maximalwert begrenzt wird, ist aus der DE 28 20 807 A1 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge, die abhängig von Betriebskenngrößen vorgebbar ist, auf einen vorgebbaren Maximalwert begrenzt. Dies erfolgt, um unzulässig hohe Abgasemissionen zu vermeiden und/oder um die Brennkraftmaschine vor Überlastung zu schützen.
Aus der DE 196 37 395 C1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung bekannt, bei dem zur Bestimmung der einer Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge auf Grundlage des gewünschten Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine eine Sollkraftstoffmenge ermittelt wird. Ausgehend von einem minimalen Luftverhältnis, bei dem eine rossfreier Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt wird eine maximale Kraftstoffmenge ermittelt. Auf dieses maximale Kraftstoffmenge wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge begrenzt.
Desweiteren sind Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt, bei denen Kraftstoff in einen Speicher gefördert und von dort über Injektoren den einzelnen Brennräumen zugemessen wird. Solche Systeme werden üblicherweise als Common-Rail-Systeme bezeichnet. Bei solchen Systemen hängt die Förderleistung der Hochdruckpumpe, die den Kraftstoff in den Speicher fördert, vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine ab. Dies bedeutet, in unterschiedlichen Betriebszuständen stehen unterschiedliche Kraftstoffmengen zur Einspritzung zur Verfügung.
Üblicherweise wurden die Hochdruckpumpen derart dimensioniert, dass sie in allen Betriebszuständen eine solche Kraftstoffmenge liefern, die der höchstzulässigen Kraftstoffmenge entspricht. So dimensionierte Pumpen verursachen erhebliche Kosten, sie benötigen einen sehr großen Bauraum und der Wirkungsgrad bzw. die Verlustleistung des Gesamtsystems verschlechtert sich. Dies beruht unter anderem darauf, dass in vielen Betriebszuständen die Pumpe eine zu hohe Leistung besitzt und zu viel Kraftstoff fördert. Würde dagegen eine kleinere Pumpe gewählt, so wird die maximale Leistung des Motors insbesondere bei großen Kraftstoffverbräuchen reduziert.
Diese Problematik tritt insbesondere dann auf, wenn das System zur Steuerung eines Einspritzsystems verwendet wird, bei denen Einspritzungen erfolgen, die kein Beitrag zum Drehmoment bilden. Dies ist insbesondere bei einer Nacheinspritzung der Fall. Solche Nacheinspritzungen werden häufig zur Abgasnachbehandlung verwendet.
Vorteile der Erfindung
Dadurch, dass die höchstzulässige Kraftstoffmenge abhängig von einer Größe vorgebbar ist, die die aktuelle Fördermenge der Kraftstoffmenge charakterisiert, kann eine optimale Anpassung der Motorleistung an die Pumpenleistung gewährleistet werden. D. h. es kann eine kostengünstige Hochdruckpumpe mit kleinem Bauraum und hohem Wirkungsgrad und geringer Verlustleistung verwendet werden, ohne dass die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine vermindert wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Maximalwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge unter Berücksichtigung von erfolgenden Einspritzungen erfolgt, die nicht zum Drehmoment beitragen. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei einer erfolgenden Nacheinspritzung die höchstzulässige Menge gegenüber einem Betriebszustand ohne Nacheinspritzung etwas reduziert wird. In Betriebszuständen ohne Nacheinspritzung steht die gesamte Kraftstoffmenge und damit das gesamte Drehmoment der Brennkraftmaschine zur Verfügung. Lediglich in einigen ausgewählten Betriebszuständen wird die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine reduziert.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt 1 eine schematische Darstellung eines Common-Rail-Systems und 2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 sind die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauteile eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung dargestellt. Das dargestellte System wird üblicherweise als Common-Rail-System bezeichnet.
Mit 100 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Dieser steht über ein ersten Filter 105, eine Vorförderpumpe 110 mit einem zweiten Filtermittel 115 in Verbindung. Vom zweiten Filtermittel 115 gelangt der Kraftstoff über eine Leitung zu einer Hochdruckpumpe 125. Die Verbindungsleitung zwischen dem Filtermittel 115 und der Hochdruckpumpe 125 steht über ein Niederdruckbegrenzungsventil 145 mit dem Vorratsbehälter 100 in Verbindung. Die Hochdruckpumpe 125 steht mit einem Rail 130 in Verbindung. Das Rail 130 wird auch als Speicher bezeichnet und steht über Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 131 in Kontakt. Über ein Druckablaßventil 135 ist das Rail 130 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 100 verbindbar. Das Druckablaßventil 135 ist mittels einer Spule 136 steuerbar.
Die Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 125 und dem Eingang des Druckregelventils 135 werden als Hochdruckbereich bezeichnet. In diesem Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Der Druck im Hochdruckbereich wird mittels eines Sensors 140 erfaßt. Die Leitungen zwischen dem Tank 100 und der Hochdruckpumpe 125 werden als Niederdruckbereich bezeichnet.
Eine Steuerung 160 beaufschlagt die Hochdruckpumpe 125 mit einem Ansteuersignal AP, die Injektoren 131 mit einem Ansteuersignal A und/oder das Druckablaßventil 135 mit Ansteuersignal AV. Die Steuerung 160 verarbeitet verschiedene Signale verschiedener Sensoren 165, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs, daß die Brennkraftmaschine antreibt, charakterisieren. Ein solcher Betriebszustand ist beispielsweise die Drehzahl N der Brennkraftmaschine.
Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Kraftstoff, der sich im Vorratsbehälter befindet, wird von der Vorförderpumpe 110 durch die Filtermittel 105 und 115 gefördert.
Steigt der Druck im Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte an, so öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil 145 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 110 und dem Vorratsbehälter 100 frei.
Die Hochdruckpumpe 125 fördert die Kraftstoffmenge Q1 vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die Hochdruckpumpe 125 baut im Rail 130 einen sehr hohen Druck auf. Üblicherweise werden bei Systemen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar erzielt. Über die Injektoren 131 kann der Kraftstoff unter hohem Druck den einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zugemessen werden.
Mittels des Sensors 140 wird der Druck P im Rail bzw. im gesamten Hochdruckbereich erfaßt. Mittels der steuerbaren Hochdruckpumpe 125 und/oder des Druckablaßventils 135 wird der Druck im Hochdruckbereich geregelt.
Als Vorförderpumpe 110 werden üblicherweise Elektrokraftstoffpumpen eingesetzt. Für höhere Fördermengen, die insbesondere bei Nutzkraftfahrzeugen erforderlich sind, können auch mehrere parallel geschaltete Vorförderpumpen eingesetzt werden.
Die 1 zeigt lediglich eine Ausführungsform eines Common-Rail-Systems. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist nicht auf das dargestellte System beschränkt. Die Vorgehensweise kann bei allen Systemen verwendet werden, bei denen eine Kraftstoffpumpe Kraftstoff fördert.
In 2 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines Blockdiagramms dargestellt. Einer Mengenvorgabe 200 werden verschiedene Signale, die verschiedene Betriebskenngrößen charakterisieren, von Sensoren 165 und 205 zugeführt. Die Mengenvorgabe 200 beaufschlagt eine erste Minimalauswahl 210 mit einer Wunschmenge QK0. Desweiteren liefert sie ein Signal an eine Mengenbegrenzung 240, der zusätzlich das Ausgangssignal des Drucksensors 140 zugeleitet wird. Am zweiten Eingang der Minimalauswahl 210 liegt das Ausgangssignal QKM1 einer Momentenbegrenzung 220, der verschiedene Signale der Sensoren 225 zugeleitet werden. Die Minimalauswahl 210 und die Mengenbegrenzung 240 beaufschlagen eine zweite Minimalauswahl 230, die wiederum eine Stellgrößenvorgabe 235 mit einem Kraftstoffmengensignal QK beaufschlagen.
Die Mengenvorgabe 200 berechnet ausgehend von verschiedenen Signalen eine Wunschmenge QK0. Diese Kraftstoffmenge QK0 ist erforderlich, um das vom Fahrer gewünschte Drehmoment oder die gewünschte Leistung bereitzustellen. Der Fahrerwunsch wird dabei beispielsweise mittels des Sensors 205 ermittelt. Neben der Drehzahl N und dem Fahrerwunsch FP können noch weitere Größen berücksichtigt werden.
Die Momentenbegrenzung 220 berechnet eine höchstzulässige Kraftstoffmenge QKM1, ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen. Bei der einfachsten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ausgehend von der Drehzahl N eine höchstzulässige Kraftstoffmenge QKM1 vorgegeben wird. Die Minimalauswahl 210 wählt dann ausgehend von der höchstzulässigen Menge QKM1 und der Fahrerwunschmenge QK0 den kleineren der beiden Werte aus, d. h. es begrenzt die Wunschmenge QK0 auf die höchstzulässige Menge QKM1. Solche Vorgehensweisen und Vorrichtungen, die eine solche Mengenbegrenzung durchführen, sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Zur Verbesserung der in der Einleitung beschriebenen Problematik bei Common-Rail-Systemen ist eine zweite Mengenbegrenzung 240 vorgesehen, die diese höchstzulässige Kraftstoffmenge auf einen zweiten Mengenwert QKM2 begrenzt. Dies erfolgt durch die Minimalauswahl 230. Die Vorgabe der höchstzulässigen Menge QKM2 erfolgt dabei vorzugsweise abhängig vom Druck P im Speicher 130 und/oder von der aktuellen Fördermenge der Hochdruckpumpe 125.
Ein Maß für die aktuelle Fördermenge der Hochdruckpumpe kann neben der einzuspritzenden Wunschmenge QK0 die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK, oder das Ansteuersignal AB für eine geregelte Hochdruckpumpe verwendet werden.
Bei jeder Einspritzung wird neben er eigentlichen Einspritzmenge, die in den Brennraum gelangt, eine sogenannte Steuermenge zur Injektorsteuerung benötigt. Diese Steuermenge umfaßt ca. 20 mm³ verdichteten Kraftstoff. Üblich sind Einspritzmengen zwischen 5 und 50 mm³. Erfolgen mehrere Teileinspritzungen in einem Zumesszyklus, so wird bei jeder Teileinspritzung die entsprechende Steuermenge benötigt. Bei einem Zumesszyklus mit einer Voreinspritzung und/oder einer Nacheinspritzung nimmt die Steuermenge die gleiche Größenordnung an, wie die eingespritzte Kraftstoffmenge.
Erfindungsgemäß wird dabei so vorgegangen, dass ausgehend von der bekannten Fördermenge der Kraftstoffpumpe, die beispielsweise abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem Kennfeld abgelegt ist, die Menge QKM2 vorgegeben wird. Bei steigender Drehzahl nimmt die geförderte Kraftstoffmenge zu.
Bei der Bestimmung der Menge QKM2 wird berücksichtigt, dass bei Common-Rail-Systemen ein Teil der geförderten Kraftstoffmenge nicht für die Kraftstoffeinspritzung zur Verfügung steht. Die in dem Kennfeld der Mengenbegrenzung abhängig vom Betriebszustand abgelegte Fördermenge wird um die Kraftstoffmenge, die nicht für die Kraftstoffeinspritzung zur Verfügung steht, vermindert. Die Kraftstoffmenge, die nicht für die Einspritzung zur Verfügung steht, beinhaltet die sogenannte Steuermenge pro Einspritzung, die Leckagemenge und die Kraftstoffeinspritzmenge, die nicht zur Bildung des Moments beitragen, wie beispielsweise Nacheinspritzungen.
Die so bestimmte korrigierte Fördermenge wird dann als höchstzulässige Kraftstoffmenge QKM2 verwendet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn neben der Drehzahl weitere Betriebskenngrößen berücksichtigt werden. Dadurch lässt sich die Genauigkeit weiter verbessert. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Kraftstoffdrucks, der auch als Raildruck bezeichnet wird. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die die höchstzulässige Kraftstoffmenge QKM2 ausgehend von der Anzahl der Einspritzungen pro Zumesszyklus vorzugeben.
Erfindungsgemäß wird die höchstzulässige Einspritzmenge abhängig von wenigstens von einer Größe vorgegeben, die die aktuelle Fördermenge der Kraftstoffpumpe charakterisiert.
Hierzu wird vorzugsweise eine Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine verwendet. Als Betriebskenngröße wird vorzugsweise der Kraftstoffdruck berücksichtigt, da dieser einen wesentlichen Einfluß auf die eingespritzte Kraftstoffmenge und die geförderte Kraftstoffmenge besitzt.
Als Betriebskenngröße kann zusätzlich oder alternativ die Drehzahl der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden, da diese einen wesentlichen Einfluß auf die geförderte Kraftstoffmenge besitzt.
Besonders vorteilhaft ist die Berücksichtigung der Anzahl der Einspritzungen. Insbesondere die Berückichsichtigung der Anzahl der Einspritzungen pro Zumesszyklus ist von Vorteil. Ferner ist vorteilhaft, daß die nicht momentenbildende Einspritzmenge berücksichtigt wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die einzuspritzende Kraftstoffmenge auf einen Maximalwert begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Common-Rail-System der Maximalwert wenigstens abhängig von einer Größe vorgebbar ist, die die aktuelle Fördermenge einer Kraftstoffpumpe charakterisiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert abhängig von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine vorgebbar ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebskenngröße der Kraftstoffdruck berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebskenngröße die Drehzahl der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebskenngröße die Anzahl der Einspritzungen berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebskenngröße das die nicht momentenbildende Einspritzmenge berücksichtigt wird.
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die einzuspritzende Kraftstoffmenge auf einen Maximalwert begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die bei einem Common-Rail-System den Maximalwert wenigstens abhängig von einer Größe vorgeben, die die aktuelle Fördermenge einer Kraftstoffpumpe charakterisiert.