DE102008035985A1

DE102008035985A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdruckes im Druckspeicher eines Common-Rail-Einspritzsystems

Info

Publication number: DE102008035985A1
Application number: DE102008035985A
Authority: DE
Inventors: Uwe Jung; Janos Radeczky; Michael Wirkowski
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-08-02
Also published as: US20110120417A1; WO2010012545A1; CN102112722B; DE102008035985B4; CN102112722A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdruckes im Druckspeicher eines Common-Rail-Einspritzsystems. Dabei wird die Differenz zwischen dem Motor-Drehzahlistwert und einem Motor-Drehzahlsollwert gebildet und aus der ermittelten Differenz eine Injektionszeit ermittelt. Die Regelung des Kraftstoffdruckes erfolgt in Abhängigkeit von der ermittelten Injektionszeit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdruckes im Druckspeicher eines Common-Rail-Einspritzsystems.
Common-Rail-Einspritzsysteme sind bereits bekannt. Es handelt sich dabei um Einspritzsysteme für Verbrennungsmotoren, bei denen eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau bringt. Der unter Druck stehende Kraftstoff füllt ein Rohrleitungssystem, welches bei Motorbetrieb ständig unter Druck steht.
Ein derartiges Common-Rail-Einspritzsystem ist aus der DE 10 2006 023 470 A1 bekannt. Das dort beschriebene System weist eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe zum Fördern von Kraftstoff, einen an die Hochdruck-Kraftstoffpumpe angeschlossenen Hochdruckkraftstoffspeicher zum Speichern von Kraftstoff unter einem Einspritzdruck gegenüber der Umgebung des Common-Rail-Einspritzsystems, mindestens einen an den Hochdruckkraftstoffspeicher angeschlossenen Injektor zum Abgeben von Kraftstoff in mindestens einen Brennraum, eine Rückleitung zum Rückleiten von Kraftstoff vom Injektor zur Hochdruck-Kraftstoffpumpe unter einem Rückleitdruck gegenüber der Umgebung des Common-Rail-Einspritzsystems und ein Einstellmittel zum Einstellen des Rückleitdruckes auf.
Ein weiteres Common-Rail-Einspritzsystem ist aus der DE 10 2006 026 928 A1 bekannt. Das dort beschriebene System enthält einen Kraftstofftank, eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, eine Rail-Leitung, einen Druckspeicher, einen Injektor und eine digitale Steuerung. In der Zuführleitung zwischen dem Kraftstofftank und der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist ein Volumenstromregelventil angeordnet, welches von der digitalen Steuerung über eine Volumenstromregelventilansteuerleitung angesteuert wird. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe weist mindestens eine Verdrängereinheit auf. Sie liefert im Betrieb des Einspritzsystems einen in der Rail-Leitung an dem Injektor anliegenden Einspritzdruck. Der Druckspeicher steht mit einem Drucksensor in Verbindung, der in die Railleitung bzw. den Druckspeicher hineinragt. Während des Betriebes des Einspritzsystems nimmt der Drucksensor den Einspritzdruckmesswert auf und sendet ihn an die digitale Steuerung. Weicht der im Druckspeicher herrschende Einspritzdruck von seinem Sollwert ab, dann passt die digitale Steuerung die Fördermenge durch Verstellen eines Stellgliedes an, so dass die Abweichung minimiert wird.
Fällt im Betrieb eines derartigen Common-Rail-Einspritzsystems der Drucksensor aus, dann liegt der Steuerung keine Information über den Raildruck vor und es kann keine Regelung des Raildruckes in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Drucksensors erfolgen. Ein derartiger Ausfall des Drucksensors kann beispielsweise durch einen Abfall eines Steckers, das Auftreten eines Kabelbruches oder das Auftreten eines Kurzschlusses bedingt sein.
In fördermengengeregelten Systemen, die kein aktives Druckablassventil aufweisen, ist der Raildruck aufgrund der zahlreichen vorhandenen Störgrößen alleine durch eine Steuerung, beispielsweise eine Sollwertführung bzw. Vorsteuerung eines Volumenregelsystems nicht genau genug einstellbar. Extrem zu niedriger Einspritzdruck oder extrem zu hoher Einspritzdruck können in diesem Fall zu einem ungewollten Motorstopp oder zu einem Ansprechen eines vorhandenen Überdruckventils führen. Ein Ansprechen des Überdruckventils geht wegen des zu hohen Druckes mit einer Schädigung von Bauteilen einher. Eine sichere Weiterfahrt ist somit nicht möglich.
Des Weiteren ist es bereits bekannt, bei einem Ausfall des Raildrucksensors den Motor des Kraftfahrzeugs durch die Steuereinheit auszuschalten. Kann dies nicht rechtzeitig erfolgen, dann werden Bauteile des Systems geschädigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Weg aufzuzeigen, wie ein Ausfall des Raildrucksensors in einem Raildruckregelsystem kompensiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2–7. Der Anspruch 8 hat eine Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdruckes im Druckspeicher eines mit einem Common-Rail-Einspritzsystem ausgestatteten Fahrzeugs zum Gegenstand. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 8 angegebenen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 9–14.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass bei einem Ausfall des Raildrucksensors in einem Raildruckregelsystem durch die Einleitung eines durch das erfindungsgemäße Verfahren charakterisierten Notlaufbetriebes sichergestellt werden kann, dass das jeweilige Kraftfahrzeug nicht stehen bleibt und dass keine Bauteile des Einspritzsystems geschädigt werden.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
1 eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung und
2 ein Diagramm, in welchem die Einspritzzeit über dem Kraftstoffdruck aufgetragen ist.
Die 1 zeigt eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung. Bei der dargestellten Vorrichtung handelt es sich um ein Common-Rail-Einspritzsystem eines Kraftfahrzeugs.
Das Einspritzsystem 1 weist mindestens einen Injektor 2 zum Einspritzen von Kraftstoff 3 in mindestens einen nicht dargestellten Brennraum auf. Des Weiteren enthält das Einspritzsystem 1 eine Hochdruckkraftstoffpumpe 4, die über eine Rail-Leitung 5 und einen Druckspeicher 6 (= Rail) mit dem Injektor 2 verbunden ist. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 4 bezieht Kraftstoff 3 aus einem Kraftstofftank 7, mit welchem sie über eine Zuführleitung 8 verbunden ist. In der Zuführleitung 8 befindet sich ein Volumenstromregelventil 9 zum Begrenzen der der Hochdruckkraftstoffpumpe 4 zugeführten Kraftstoffmenge.
Der Injektor 2 kann einen Leckagestrom an Kraftstoff aufweisen, der durch eine Rückführleitung 10 zur Zuführleitung 8 zurückgeführt wird. Die Rückführleitung 10 mündet zwischen dem Kraftstofftank 7 und dem Volumenstromregelventil 9 in die Zuführleitung 8.
Im Druckspeicher 6 ist ein Drucksensor 11 vorgesehen, dessen Ausgangssignal an eine Steuereinheit 12 geliefert wird. Die Steuereinheit 12 ist über eine Steuerleitung 13 mit dem Injektor 2 und über eine Volumenstromregelansteuerleitung 14 mit dem Volumenstromregelventil 9 elektrisch verbunden. Sie führt dem Injektor 2 Ansteuersignale s1 und dem Volumenstromregelventil 9 Ansteuersignale s2 zu.
Im Betrieb des Einspritzsystems liefert die Hochdruckkraftstoffpumpe 4 einen in der Rail-Leitung 5, im Druckspeicher 6 und an dem Injektor 2 anliegenden Einspritzdruck.
Die Steuereinheit 12 generiert die von ihr bereitgestellten Ansteuersignale unter anderem in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Motordrehzahlsensors 15 und eines Luftmassenmessers 16.
In die Rail-Leitung 5 kann optional ein Druckkontrollventil 17 eingebaut sein, um den Druck des dem Druckspeicher 6 zugeführten Kraftstoffs zu begrenzen. Das Druckkontrollventil 17 wird von der Steuereinheit 12 mittels Ansteuersignalen s3 über eine Druckkontrollventilansteuerleitung 18 angesteuert.
Im Normalbetrieb der dargestellten Vorrichtung regelt die Steuereinheit 12 den im Einspritzsystem herrschenden Kraftstoffdruck durch eine Druckregelung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Drucksensors 11. Nötige Veränderungen des Druckes erfolgen dadurch, dass die Steuereinheit 12 einem der Druckregelstellglieder der Vorrichtung, beispielsweise dem Volumenstromregelventil 9 oder dem Druckkontrollventil 17 ein diesbezügliches Ansteuersignal zuführt.
Tritt ein Fehler auf, aufgrund dessen der Drucksensor 11 der Steuereinheit 12 keine weiteren Informationen über den Druckistwert im Druckspeicher 6 zuführen kann, dann schaltet die Steuereinheit 12 auf eine Notbetriebsart um, um trotz des Ausfalles des Drucksensors auch weiterhin eine Regelung des Kraftstoffdruckes im Druckspeicher 6 vornehmen zu können.
In dieser Notbetriebsart erfolgt eine Regelung des im Druckspeicher 6 herrschenden Kraftstoffdruckes durch eine Veränderung eines Druckregelstellgliedes in Abhängigkeit von der derzeitigen Injektionszeit. Die derzeitige Injektionszeit basiert auf einem Vergleich des vom Ausgangssignal des Motordrehzahlsensors 15 abgeleiteten Drehzahlistwertes mit einem vorgegebenen Drehzahlsollwert, wobei dieser Vergleich von der Steuereinheit 12 vorgenommen wird. Weicht der Drehzahlistwert vom vorgegebenen Drehzahlsollwert ab, dann verändert die Steuereinheit 12 die Injektionszeit derart, dass die Drehzahl auf ihren Drehzahlsollwert eingeregelt wird. Die Information über die jeweils vorliegende Injektionszeit wird bei der vorliegenden Erfindung dazu verwendet, ein Druckregelstellglied in Abhängigkeit von der Injektionszeit zu beeinflussen mit dem Ziel, den Kraftstoffdruck im Druckspeicher 6 konstant zu halten. Bei steigender Injektionszeit wird die Durchlassmenge des Druckregelstellgliedes vergrößert. Bei geringer werdender Injektionszeit wird die Durchlassmenge des Druckregelstellgliedes verkleinert.
Bei dem Druckregelstellglied handelt es sich um das Volumenstromregelventil 9 oder das optional vorhandene Druckkontrollventil 17. Durch diese Regelung wird der Kraftstoffdruck im Druckspeicher 6 in einem dem jeweils vorliegenden Lastpunkt adäquaten Bereich gehalten. Insbesondere ist sichergestellt, dass der Kraftstoffdruck im Druckspeicher 6 nicht so groß werden kann, dass es zu einem Bersten des Systems kommt und dass Bauteile des Systems geschädigt werden. Des Weiteren ist sichergestellt, dass der Motor nicht ausgeht bzw. nicht ausgeschaltet wird. Das jeweilige Fahrzeug bleibt nicht liegen.
Vorzugsweise ist der oben genannte Drehzahlsollwert von der Stellung des Fahrpedals abhängig. Beispielsweise werden drei verschiedene Drehzahlsollwerte vorgegeben, wobei der erste Drehzahlsollwert dem Leerlaufbetrieb zugeordnet ist, der zweite Drehzahlsollwert einem Fahrbetrieb mit halb durchgedrückten Fahrpedal zugeordnet ist und der dritte Drehzahlsollwert einem Fahrbetrieb mit vollständig durchgedrücktem Fahrpedal zugeordnet ist. Diese Drehzahlsollwerte werden in einem Speicher 12a der Steuereinheit 12 hinterlegt.
Die auf Basis des Vergleiches des Drehzahlistwertes mit dem Drehzahlsollwert ermittelte Injektionszeit ist sowohl von den genannten Drehzahlwerten als auch vom jeweils eingelegten Gang abhängig und wird von der Steuereinheit 12 in Abhängigkeit von den genannten Parametern ermittelt, um den Druck im Druckspeicher 6 auf einem gewünschten Wert bzw. in einem gewünschten Druckwertbereich zu halten.
Des Weiteren berücksichtigt die Steuereinheit 12 bei der Ermittlung der Injektionszeit auch die momentane Fahrstrecke, d. h. ob das Fahrzeug momentan bergauf oder bergab fährt. Diesbezügliche Änderungen der Fahrstrecke führen zu einer Veränderung des Einspritzmengensollwertes, ohne ursächliche Druckänderung. Eine Veränderung des Einspritzmengensollwertes wird beispielsweise dann vorgenommen, wenn die Ausgangssignale des Luftmassenmessers 16 eine tatsächliche Erhöhung der Einspritzmenge erkennen lassen. Eine derartige tatsächliche Erhöhung der Einspritzmenge ist stets mit einem erhöhten Luftbedarf verbunden.
Die 2 zeigt ein Diagramm, in welchem die Einspritzzeit TI über dem Kraftstoffdruck p aufgetragen ist. Die dargestellte Kurve K1 entspricht dabei einer Einspritzmenge von 5 mg, die Kurve K2 einer Einspritzmenge von 10 mg, die Kurve K3 einer Einspritzmenge von 14 mg, die Kurve K4 einer Einspritzmenge von 20 mg und die Kurve K5 einer Einspritzmenge von 28 mg.
Die diesem Diagramm zugehörigen Daten sind in Form eines Kennfeldes in einem Speicher 12b der Steuereinheit 12 hinterlegt. Die Steuereinheit 12 ermittelt unter Zuhilfenahme dieses Kennfeldes die jeweils benötigte Kraftstoffmenge und stellt Ansteuersignale für die Druckregelstellglieder 9 und/oder 17 bereit, um die notwendige Kraftstoffmenge in den Druckspeicher 6 zu befördern.
Aus der 2 geht beispielsweise hervor, dass bei einem Druck von 80 MPa und einer Veränderung der Einspritzzeit von 0,3848 ms auf 0,5506 ms die Einspritzmenge von 10 mg auf 20 mg erhöht werden muss, so dass auch die Kraftstoffregelstellglieder entsprechend geöffnet werden müssen, um die gewünschte Kraftstoffmenge bereitstellen und den gewünschten Kraftstoffdruck im Rail aufrechterhalten zu können.
Weiterhin ist aus der 2 ersichtlich, dass bei einem Druck von 120 MPa und einer Veränderung der Einspritzzeit von 0,3366 ms auf 0,4562 ms die Einspritzmenge von 10 mg auf 20 mg erhöht werden muss, so dass auch die Kraftstoffstellglieder entsprechend geöffnet werden müssen, um die gewünschte Kraftstoffmenge bereitstellen und den gewünschten Kraftstoffdruck aufrechterhalten zu können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006023470 A1 [0003]
- DE 102006026928 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Regelung des Kraftstoffdruckes im Druckspeicher eines mit einem Common-Rail-Einspritzsystem ausgestatteten Fahrzeugs, wobei die Differenz zwischen dem Motor-Drehzahlistwert und einem Motor-Drehzahlsollwert gebildet und aus der ermittelten Differenz eine Injektionszeit ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Kraftstoffdruckes in Abhängigkeit von der ermittelten Injektionszeit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung des Kraftstoffdruckes das Durchlassverhalten eines Druckregelstellgliedes (9, 17) verändert wird, wobei bei größer werdender Injektionszeit die Durchlassmenge des Druckregelstellgliedes vergrößert und bei kleiner werdender Injektionszeit die Durchlassmenge des Druckregelstellgliedes verkleinert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Motor-Drehzahlsollwerte vorgegeben werden, die verschiedenen Fahrpedalstellungen zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass drei Motor-Drehzahlsollwerte vorgegeben werden, wobei der erste Drehzahlsollwert dem Leerlaufbetrieb, der zweite Drehzahlsollwert einem Fahrbetrieb mit halb durchgedrücktem Fahrpedal und der dritte Drehzahlsollwert einem Fahrbetrieb mit vollständig durchgedrücktem Fahrpedal zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Injektionszeit die momentane Fahrstrecke berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Injektionszeit das Ausgangssignal eines Luftmassenmessers (16) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Injektionszeit der momentan eingelegte Gang berücksichtigt wird.
Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdruckes im Druckspeicher eines mit einem Common-Rail-Einspritzsystem ausgestatteten Fahrzeugs, mit – einem Druckspeicher (6), – einem Injektor (2), – einer Steuereinheit (12), – einem Motordrehzahlgeber (15) und – einem Druckregelstellglied (9, 17), wobei die Steuereinheit (12) zur Bereitstellung von Ansteuersignalen für den Injektor und das Druckregelstellglied vorgesehen ist und auf Basis eines Vergleiches zwischen dem Motor-Drehzahlistwert und einem Motor-Drehzahlsollwert eine Injektionszeit berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) die Ansteuersignale für das Druckregelstellglied (9, 17) in Abhängigkeit von der Injektionszeit ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) die Ansteuersignale für das Druckregelstellglied in Abhängigkeit von der momentanen Fahrstrecke ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Luftmassenmesser (16) aufweist und die Steuereinheit (12) die Ansteuersignale für das Druckregelstellglied in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Luftmassenmessers ermittelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) die Ansteuersignale für das Druckregelstellglied in Abhängigkeit vom momentan eingelegten Gang des Fahrzeugs ermittelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) einen Speicher (12a) aufweist, in welchem mehrere Motor-Drehzahlsollwerte abgespeichert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicher (12a) drei Motor-Drehzahlsollwerte abgespeichert sind, wobei der erste Drehzahlsollwert dem Leerlaufbetrieb, der zweite Drehzahlsollwert einem Fahrbetrieb mit halb durchgedrücktem Fahrpedal und der dritte Drehzahlsollwert einem Fahrbetrieb mit vollständig durchgedrücktem Fahrpedal zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) einen Speicher (12b) aufweist, in welchem die Daten eines Kennfeldes abgespeichert sind, in welchem für mehrere Kraftstoffeinspritzmengen jeweils zugehörige Werte für die Einspritzzeit (TI) und den Kraftstoffdruck (p) abgelegt sind.