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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe und ein Verfahren
zur Bestimmung von Kraftstoffdruckwerten.
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Fahrzeuge
enthalten typischerweise einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem,
normalerweise mehreren, selektiv in Betrieb gesetzten Kraftstoff-Einspritzdüsen, die
ausgelegt sind, um Kraftstoff aufzunehmen und den aufgenommenen
Kraftstoff in Kolben enthaltende Zylinder einzuspritzen, so dass der
Kraftstoff in den Zylindern wirksam verbrannt werden kann und bewirkt
wird, dass die darin bewegbar enthaltenen Kolben in gewünschter
Weise und derart bewegt werden, dass ein Drehmoment erzeugt wird.
Damit der Motor in der gewünschten
und wirksamen Weise arbeiten kann und um die Emission von unerwünschten
Bestandteilen, die durch die Verbrennung des Kraftstoffes gebildet
werden, zu verringern, ist es wünschenswert,
die in die Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge zu regeln. Diese
Regelung wird normalerweise erreicht, indem die Zeitgröße geregelt
oder gesteuert wird, in der die Einspritzdüsen nach einer der zahlreichen
Methoden in Betrieb gesetzt werden, z. B. wenn sie Kraftstoff in
die Zylinder einspritzen.
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Jede
dieser Methoden erfordert die Verwendung einer Größe, die
der Höhe
des Kraftstoffdruckes entspricht, der in einem Kraftstoff-Abgabeelement
oder einer Baugruppe vorhanden ist, z. B. das Element einer Kraftstoff-Verteilerleiste
oder Baugruppe, das physikalisch an eine Kraftstoffquelle und Einspritzdüsen angeschlossen
ist und den Kraftstoff selektiv mit den Einspritzdüsen in Verbindung
bringt. Spezieller wird diese Druckgröße typischerweise durch einen
Kraftstoff-Drucksensor bereitgestellt, der in dem Kraftstoff-Abgabeelement vorhanden
ist.
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Während ein
Kraftstoff-Drucksensor die erforderliche Druckmessung oder Größe liefert,
weist er einige Nachteile auf. Zum Beispiel ist der Sensor relativ
kostspielig und kann eine Wartung oder einen Austausch erforderlich
machen, wodurch sich die Gesamtkosten für das Betreiben und die Wartung
eines Fahrzeugs erhöhen.
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Aus
der
DE 44 46 277 A1 ist
ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine mit
einer Elektrokraftstoffpumpe, deren Förderleistung abhängig von
Betriebsgrößen steuer-
oder regelbar ist und mit einem Kraftstoffmesssystem bekannt. Der Kraftstoffdruck
und die Kraftstoff- Durchflussmenge werden
ausgehend von gemessenen spezifischen Größen der Brennkraftmaschine
oder Pumpe von einer Elektronik ermittelt. Die Elektronik umfasst
eine Beobachterfunktion. Der ermittelte Kraftstoffdruck und die
ermittelte Kraftstoff-Durchflussmenge werden dem Steuergerät der Brennkraftmaschine übermittelt.
Aus diesen und weiteren Daten wird die Einspritzzeit ermittelt.
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Der
in der Ansteuerelektronik integrierte Beobachter bestimmt durch
Messen der Klemmenspannung und des Stromes der elektrischen Kraftstoffpumpe
den jeweiligen Betriebspunkt des Motors und errechnet sich die momentanen
Werte für
die Drehzahl der Elektrokraftstoffpumpe und das Drehmoment. Diese
Berechnung erfolgt aus den entsprechenden Motorgleichungen oder
Motorkennlinien. Die vom Beobachter ermittelten Größen werden über ein
Pumpenmodell ausgewertet. Davon ausgehend wird durch das Steuergerät ein Korrekturwert
für den Druck
gebildet und dem Beobachter wieder zugeführt. Zusätzlich ist in der Ansteuerelektronik
der Elektrokraftstoffpumpe ein Drucksensor integriert, der den aktuellen
Kraftstoffdruck misst und dem Beobachter zur Beeinflussung des Druckes
an den Einspritzventilen übermittelt.
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Die
DE 197 42 993 A1 betrifft
ein Verfahren zum Steuern des Kraftstoffdruckes in einem Kraftstoffverteiler
für eine
Brennkraftmaschine.
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Der
Kraftstoffdruck wird berechnet und mit einem vorgegebenen Solldruck
verglichen und über eine
Steuerung der Elektrokraftstoffpumpe geregelt. Zur Steuerung der
Elektrokraftstoffpumpe wird ein Sollstrom ermittelt und die Elektrokraftstoffpumpe
mit diesem Sollstrom angetrieben. Außerdem wird eine Sollkraftstoffinenge
vorgegeben, mit der ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff
gesteuert wird. Aus dem Sollstrom und der Sollkraftstoffmenge wird
der Kraftstoffdruck im Kraftstoffverteiler berechnet. In Ausgestaltung
wird aus dem Sollstrom entweder die Drehzahl oder das Drehmoment
der Elektrokraftstoffpumpe und daraus deren Förderleistung berechnet.
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Von
daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Baugruppe und
ein Verfahren Bestimmung der Größe von im
Kraftstoff-Zuliefer-Strang vorhandenem Kraftstoffdruck in einer
Weise, mit der alle der zuvor dargestellten Nachteile von Verfahren und
Vorrichtungen im Stand der Technik überwunden werden, bereitzustellen.
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Das
Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale der Ansprüche
1 und 5. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
abhängigen
Ansprüchen
erfasst.
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Die
Erfindung umfasst mehrere Lösungen des
Problems.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Baugruppe vorgesehen, um eine
Druckgröße in einer
Kraftstoff-Verteilerleiste zu gewinnen und die gewonnene Druckgröße zur Steuerung
einer Kraftstoff-Einspritzdüse
zu nutzen.
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Die
Baugruppe zur Bestimmung von Kraftstoffdruckwerten umfasst:
eine
Vielzahl von Kraftstoff-Einspritzdüsen;
eine Kraftstoffquelle;
ein
erstes Element, das mit der Kraftstoffquelle und mit der Vielzahl
von Kraftstoff-Einspritzdüsen verbunden
ist;
ein zweites Element, das mit einer Spannungsquelle verbunden
ist, die eine bestimmte Spannungsgröße erzeugt, wobei das zweite
Element weiter mit der Kraftstoffquelle und mit dem ersten Element
verbunden ist und wobei das zweite Element bewirkt, dass zumindest
etwas von dem in der Kraftstoffquelle vorhandenen Kraftstoff zu
dem ersten Element geleitet wird, wodurch ein bestimmter Druck in
dem ersten Element erzeugt wird; und
eine Regeleinrichtung,
die mit dem zweiten Element und der Vielzahl von Kraftstoff-Einspritzdüsen verbunden
ist, wobei die Regeleinrichtung eine Vielzahl von Beziehungen zwischen
dem Kraftstoffdruck und der Kraftstoff-Durchflussmenge über einen
Spannungsbereich speichert und wobei die Regeleinrichtung die bestimmte
Spannungsgröße misst,
die gewünschte
Kraftstoff-Durchflussmenge bestimmt und wirksam ist, um den bestimmten
Druck innerhalb des ersten Elements zu berechnen, wobei nur eine
der Vielzahl von Beziehungen verwendet wird, die der bestimmten
Spannungsgröße entspricht;
und
die Regeleinrichtung den ermittelten Druck verwendet, um
ein Aktivierungs-Zeitintervall für
die Vielzahl von Kraftstoff-Einspritzdüsen einzustellen.
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Nach
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Änderung
eines Aktivierungs-Zeitintervalls für zumindest eine Kraftstoff-Einspritzdüse durch
Bestimmen eines Druckwertes, der innerhalb eines Elements einer Kraftstoff-Verteilereinrichtung
herrscht, vorgesehen. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die
Schritte:
- – Bereitstellen
einer Regeleinrichtung;
- – Ermitteln
einer gewünschten
Kraftstoff-Durchflussmenge;
- – Speichern
einer Vielzahl von Beziehungen zwischen Kraftstoffdruck
und
Kraftstoff-Durchflussmenge, die über
einen Spannungsbereich der Kraftstoffpumpe bestimmt werden, in der
Regeleinrichtung; - – Messen einer bestimmten Spannung
der Kraftstoffpumpe;
- – Verwenden
von lediglich der gewünschten
Kraftstoff-Durchflussmenge und der bestimmten Spannung, um den Druckwert
zu bestimmen; und
- – Verwenden
des bestimmten Druckwerts, um lediglich das Aktivierungs-Zeitintervall
für die
zumindest eine Kraftstoff-Einspritzdüse zu ändern.
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Die
Lösung
zeichnet sich unter anderem durch Bereitstellung eines Verfahrens
und einer Baugruppe aus um die in einem Kraftstoff-Zulieferelement
vorhandene Kraftstoffmenge in einer Weise zu bestimmen mit der einige
oder alle der zuvor dargestellten Nachteile von Verfahren und Vorrichtungen im
Stand der Technik überwunden
werden, weil kein Drucksensor oder Messwandler nötig ist.
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Außerdem kann
eine erwünschte
Zeitgröße bestimmt
werden, für
die zumindest eine Kraftstoff-Einspritzdüse selektiv
in Betrieb gesetzt werden soll.
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Diese
und andere Ausführungsformen, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden
ausführlichen
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung mit Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen deutlich. Es
zeigen:
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1 ein
funktionales Blockbild einer Kraftstoffeinheit, die die Prinzipien
der Erfindung nutzt und mit einer Motorbaugruppe funktionswirksam
verbunden ist und/oder eine solche aufweist;
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2 ein
Ablaufdiagramm, das die Funktion der in 1 dargestellten
Kraftstoffeinheit veranschaulicht; und
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3 eine
Kurve, die bestimmte Funktionsmerkmale der in 1 gezeigten
Kraftstoffpumpe darstellt.
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In 1 ist
eine Kraftstoffeinheit 10 mit der Erfindung dargestellt.
Die Kraftstoffeinheit 10 hat mehrere Kraftstoff-Einspritzdüsen 12, 14,
die angepasst sind an einen Motor 16. Der Motor 16 und
die Kraftstoffeinheit 10 können eine Motorbaugruppe bilden.
Der Motor 16 hat mehrere Kolben enthaltende Zylinder 18, 20,
wobei jeder Zylinder 18, 20 aus den Einspritzdüsen 12, 14 funktionswirksam
Kraftstoff erhält
und den aufgenommenen Kraftstoff verbrennt, wodurch eine Bewegung
der Kolben bewirkt und ein Drehmoment am Motorabtrieb erzeugt wird.
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Die
Kraftstoffeinheit 10 umfasst weiter eine Kraftstoffquelle 22,
eine Pumpe 24, eine elektrische Energiequelle wie eine
Batterie 26 und ein Kraftstoff-Zulieferelement 8 bzw.
eine Kraftstoff-Verteilereinrichtung.
Das Element 8 ist insbesondere mit jeder der Kraftstoff-Einspritzdüsen 12, 14 und
der Pumpe 24 physikalisch und funktionswirksam verbunden. Darüber hinaus
ist die Pumpe 24 funktionswirksam und physikalisch an die
Kraftstoffversorgung 22 angeschlossen und durch eine Bus 28 selektiv
mit der Batterie 26 oder einer anderen Energiequelle verbunden.
Die Regeleinrichtung 36 ist durch das Bussystem 11 elektrisch
mit der Batterie 26 verbunden.
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Bei
Betrieb wird die Pumpe 24 nach Aufnahme von Energie aus
der Batterie 26 in Betrieb gesetzt und bewirkt, dass zumindest
ein Teil des Kraftstoffes 30, der in der Kraftstoffversorgung 22 enthalten
ist, mit dem Element 8 in Verbindung gebracht und den Einspritzdüsen 12, 14 zur
gezielten Abgabe in die Zylinder 18, 20 zugeführt wird.
Im Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird diese Einspritzung in gewünschter Weise und stöchiometrisch
ohne Verwendung eines Drucksensors durchgeführt, wie es nachstehend ausführlicher
dargestellt wird.
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Die
Kraftstoffeinheit 10 enthält eine Einspritzdüsen-Steuereinheit 34,
die entsprechend der technischen Lehre der Erfindung hergestellt
ist. Die Baugruppe 34 umfasst eine Regeleinrichtung 36,
die durch eine speicherprogrammierbare Steuerung betreibbar ist;
ein Motordrehzahl-Sensor 38, angepasst, um die tatsächliche
Betriebsdrehzahl des Motors 16 zu bestimmen und ein Ausgangssignal
zu erzeugen, das der sensierten Drehzahl entspricht. Die Regeleinrichtung 36 kann
via Bussystem 11 die Größe der Spannung
oder Energie, die der Pumpe 24 durch die Batterie oder
Energiequelle 26 zugeführt
wird, bestimmen bzw. messen. Die Regeleinrichtung 36 ist physikalisch über Bussystem 44 mit
dem Drehzahlsensor 38 verbunden und nimmt über Bussystem 44 das
Ausgangssignal der Motordrehzahl auf, das von dem Sensor 38 ausgeht.
Ferner ist die Regeleinrichtung 36 über Bussystem 48 physikalisch
und steuerbar mit den Einspritzdüsen 12, 14 verbunden und
so angepasst, um die Zeitgröße oder
den/die zeitlichen Abstand/Abstände
selektiv zu steuern, in denen jede der Einspritzdüsen 12, 14 jeweils
in Betrieb gesetzt wird, z. B., wenn sie jeweils den Zylindern 18, 20 Kraftstoff
zuführen.
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Um
die Funktion der Baugruppe 34 besser zu verstehen, wird
jetzt auf das Ablaufdiagramm gemäß 2 Bezug
genommen, das die Funktion der Regeleinrichtung 36 darstellt.
Im ersten Schritt 52 berechnet oder bestimmt die Regeleinrichtung 36 diejenige
Kraftstoffmenge, die durch jede der Einspritzdüsen 12, 14 für jeden
Takt des Motors 16 zugeführt werden muss. Diese Berechnung
und/oder Bestimmung erfolgt – zunächst – z. B.
durch Anwendung einer für
sich bekannten vordergründigen
Kraftstoff-Berechnungsmethode. Schritt 52 folgt Schritt 54,
in dem die Regeleinrichtung 36 das Motordrehzahl-Signal aufnimmt,
welches von dem Sensor 38 ausgeht, und die Anzahl von Einspritzdüsen 12, 14 bestimmt,
die für
jede Umdrehung des Motors 16 befeuert bzw. in Betrieb gesetzt
werden sollen. Eine solche Bestimmung kann durch den Produzenten
oder Hersteller des Motors 16 vorgenommen und in der Regeleinrichtung 36 gespeichert
werden.
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Im
folgenden Schritt 56 nutzt die Regeleinrichtung 36 die
Informationen, die in den vorherigen Schritten 52 und 54 erzielt
wurden, um eine gewünschte
Kraftstoff-Durchflussmenge zu berechnen. Im Ausführungsbeispiel kann die gewünschte Kraftstoff-Durchflussmenge
berechnet werden, indem die gewünschte
Kraftstoffmenge für
jeden Motortakt mit der sensierten Motordrehzahl und der Anzahl
von Einspritzdüsen,
die für
jede Umdrehung des Motors 16 in Betrieb gesetzt werden
sollen, multipliziert wird.
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Schritt 58 folgt
dem Schritt 56, in welchem die Regeleinrichtung 36 die
Größe des Kraftstoffdrucks,
der in dem Kraftstoff-Zulieferelement 8 vorhanden ist,
ohne die Verwendung eines Kraftstoffdrucksensors, bestimmt bzw.
ableitet bzw. gewinnt. In Schritt 60 schließlich nutzt
die Regeleinrichtung 36 den gewonnenen Druckwert und die
gewünschte Kraftstoff-Durchflussmenge,
um eine gewünschte Dauer
oder einen zeitlichen Abstand der Aktivierung für jede der Kraftstoff-Einspritzdüsen 12, 14 zu
berechnen. In diesem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel
wird die tatsächliche
Dauer oder der zeitliche Abstand der Aktivierung für jede der
Einspritzdüsen 12, 14 auf
der Basis der Differenz des so ermittelten Kraftstoffdruckwertes
von einem Standard-Druckwert gemäß einer
bekannten Bernoulli-Beziehung
berechnet, um die gewünschte
Kraftstoffmenge in jedem der entsprechenden Zylinder 18, 20 genau
zu erreichen, wodurch jedem Zylinder 18, 20 eine
erwünschte
Kraftstoffmenge 30 zugeführt werden kann.
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Um
die Art und Weise zu verstehen, wie der Kraftstoffdruckwert ermittelt
wird, sei jetzt auf die grafische Darstellung in 3 Bezug
genommen. In dem Diagramm ist das Merkmal 84, der Kraftstoffdruck
des Abgabeelements 8 über
dem Merkmal 82, dem Kraftstoffdurchfluss der Pumpe 24 in
einer Kurvenschar aufgetragen, wobei die Werte dieser wesentlichen
Eigenschaften zusammenwirkend eine Beziehung bilden, z. B. getrennte
Wertepaare für
die Merkmale von Kraftstoffdurchfluss und Kraftstoffdruck, für jeden
Wert der Betriebsspannung der Batterie 26, und für jede Betriebsspannung,
wobei diese Wertepaare ein grafisches Segment oder eine Linie wie
das Segment oder die Linien 86, 88 bilden können. Solche
Informationen können
für jedes
Kraftstoff-Abgabesystem 10 empirisch abgeleitet oder durch
Erprobung erzielt werden und können
in der Regeleinrichtung 36 abgelegt sein. Zum Beispiel zeigt
die grafische Linie (Beziehung) 86 eine Veränderlichkeit
des Druckes von etwa 0 bis etwa 2,1·105 Pa
(etwa 0 bis etwa 30 psi) sowie eine Veränderlichkeit von etwa 0 bis
etwa 907 g pro Minute (etwa 0 bis etwa 2,1 Pfund pro Minute) des
Kraftstoffdurchflusses/Massenstrom bei einer Spannung von etwa 6 Volt,
während
die grafische Linie oder Beziehung 88 eine Veränderlichkeit
von etwa 0 bis etwa 6.9·105 Pa (0 bis 100 psi) Kraftstoffdruck und
von etwa 816 bis 2450 g pro minute (etwa 1,8 bis etwa 5,4 Pfund
per Minute) Kraftstoffdurchfluss bei einer Spannung von etwa 13,2
Volt darstellt. Diese Informationen machen deshalb einen Drucksensor überflüssig, da
die Spannung durch die Regeleinrichtung 36 (Steuereinheit) gemessen
und die Durchflussmenge im Schritt 56 bestimmt wird, wodurch
die Regeleinrichtung 36 auf zwei Variablen der vorhergehenden
Beziehung mit drei Variablen, z. B. die Beziehung zwischen der Spannung,
der Durchflussmenge und dem Druck, die in 3 beispielhaft
gezeigt ist, zugreifen kann. Hier wird die in der grafischen Darstellung
gezeigte gespeicherte Information durch die Regeleinrichtung 36 zusammen
mit der gemessenen Spannung und der berechneten Kraftstoff-Durchflussmenge genutzt,
um durch das mathematische Prinzip der Interpolation den in dem
Kraftstoff-Abgabeelement 8 vorhandenen Druck zu bestimmen.