DE102009047357A1

DE102009047357A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit Fördermengenanpassung, sowie Computerprogramm und Steuer- und/oder Regeleinrichtung

Info

Publication number: DE102009047357A1
Application number: DE200910047357
Authority: DE
Inventors: Joerg Kuempel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2011-06-09
Also published as: JP5818423B2; CN102155303A; JP2011117450A; CN102155303B

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems (10) einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Hochdruckpumpen (1, 2) und mit einer Einrichtung (5) zur Steuerung der Fördermengen der Hochdruckpumpen (1, 2) dadurch gekennzeichnet, dass Fördermengenunterschiede der Hochdruckpumpen charakterisierende Größen mindestens zeitweise im Betrieb der Brennkraftmaschine durch Ein- und Ausschalten der Hochdruckpumpen ermittelt werden, und dass abhängig von diesen Steuergrößen der Einrichtung (5) zur Steuerung der Fördermengen so adaptiert werden, dass jede der Hochdruckpumpen (1, 2) im Wesentlichen eine gleiche Kraftstoffmenge fördert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche.
Bei größeren Brennkraftmaschinen, wie sogenannten V- oder Boxermotoren mit einer höheren Zylinderzahl, insbesondere einer Zylinderzahl von größer als vier Zylindern, werden heutzutage zwei oder mehr Hochdruckpumpen in einem Kraftstoffeinspritzsystem verwendet, die über ein gemeinsames Railvolumen in Form eines Railsystems Kraftstoff unter hohem Druck auf die einzelnen Einspritzeinrichtungen in den Zylindern fördern. Der Druck des Kraftstoffs in dem Railsystem derartiger Brennkraftmaschinen wird üblicherweise mit einem Sensor erfasst, und ein sogenannter Raildruckregler steuert die mindestens zwei Hochdruckpumpen üblicherweise mit einem synchronen Kraftstoffförderwinkel, so dass theoretisch eine gleiche Kraftstofffördermenge mittels der jeweiligen Hochdruckpumpen gefördert wird.
Trotz dieser synchronen Steuerung der Hochdruckpumpen kann es jedoch in der Praxis dazu kommen, dass die zwei oder mehr Hochdruckpumpen einer Brennkraftmaschine verschiedene Fördermengen liefern. Die Fördermengen der verschiedenen Hochdruckpumpen können trotz der eigentlich synchronen Steuerung mittels des Raildruckreglers aufgrund von verschiedenen mechanischen und elektrischen Toleranzen in den Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems und der Brennkraftmaschine verschieden sein. Unterschiedliche Fördermengen der Hochdruckpumpen einer Brennkraftmaschine, wie sie im Stand der Technik bisher auftraten, können zu Problemen hinsichtlich der Haltbarkeit und Geräuscherzeugung führen. Aufgrund der sich unterscheidenden Temperaturen der jeweiligen Hochdruckpumpen im Betrieb kann es zu Problemen der Haltbarkeit kommen, da diese mittels des durchströmenden Kraftstoffs regelmäßig gekühlt werden und sich bei mangelhafter Kühlung die Haltbarkeit der Pumpen verringert. Ein weiterer Problembereich bei abweichenden Fördermengen von Hochdruckpumpen ein und desgleichen bzw. gekoppelten Railsystems besteht hinsichtlich Maßnahmen zur Geräuschreduzierung. Bei einer unsymmetrischen Förderung von Kraftstoff von zwei oder mehreren Hochdruckpumpen eines Kraftstoffeinspritzsystems können vorgenommene Akustikmaßnahmen zur Geräuschreduzierung nicht oder nicht zufriedenstellend umgesetzt werden, da hierzu von einer theoretischen, gleichmäßigen und symmetrischen Kraftstoffförderung aller Pumpen ausgegangen wird.
DE 10 2007 035 316 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Magnetventils einer Mengensteuerung einer Brennkraftmaschine.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung.
Mit der Erfindung kann relativ einfach festgestellt werden, ob die mehreren bzw. mindestens zwei Hochdruckpumpen des Kraftstoffeinspritzsystems tatsächlich mit der gleichen Fördermenge arbeiten, also synchron zueinander den Kraftstoff fördern. Wenn durch das erfindungsgemäße Verfahren festgestellt wird, dass eine oder mehrere Fördermengen von Hochdruckpumpen des Kraftstoffeinspritzsystems voneinander abweichen, obwohl sie theoretisch synchron betrieben werden, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Angleichung bzw. Synchronisierung der Fördermengen durch eine Adaption durchgeführt werden, so dass sich anschließend eine im Wesentlichen gleiche Kraftstoffmenge und synchrone Förderung ergibt, welche von sämtlichen Hochdruckpumpen des Kraftstoffeinspritzsystems befördert wird.
Ein Vorteil dieser Angleichung oder Synchronisierung der Fördermengen der Kraftstoffpumpen liegt darin, dass hierdurch etwaige Unterschiede und Abweichungen in den Fördermengen aufgrund von Toleranzen in mechanischen Teilen oder elektrischen Geräten der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftstoff-Fördersystems ausgeglichen werden können. Die Hochdruckpumpen des Kraftstoffeinspritzsystems nach der Erfindung arbeiten dann mit einem angeglichenen und gleichmäßigen Förderstrom von Kraftstoff, so dass auch die Kühlung der einzelnen Hochdruckpumpen zueinander gleichmäßig ist. Herkömmliche Hochdruckpumpen werden nämlich fast ausschließlich durch den durchströmenden Kraftstoff gekühlt, so dass bei abweichenden Fördermengen sich unterschiedliche Verschleißvorgänge und Geräuschunterschiede ergeben können, die als störend empfunden werden und zu vermeiden sind. Auf diese Weise lassen sich mit der Erfindung auch hocheffiziente Akustikmaßnahmen umsetzen, so dass unerwünschte Geräuscherscheinungen verringert oder gar gänzlich vermieden werden können. Nicht zuletzt erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren zur Angleichung der Fördermengen von Hochdruck-Kraftstoffpumpen, dass insgesamt in den Bauteilen der Brennkraftmaschine und insbesondere in den mechanischen Bauteilen größere Toleranzen zugelassen werden können und dennoch eine möglichst synchrone und gleichmäßige Förderung durch die einzelnen Hochdruckpumpen erreicht wird. Die gleichmäßige Kühlung der Hochdruckpumpen aufgrund der angepassten Fördermengen erhöht zudem die Lebensdauer der Pumpen. Nicht zuletzt werden unerwünschte Erscheinungen derartiger Kraftstoffeinspritzsysteme, wie Raildruckpulsationen und eine ungleichmäßige Förderung von Kraftstoff, durch die Erfindung vermieden.
Ein Förderwinkel oder eine Förderwinkeldifferenz sind einfach ermittelbare Größen. Der Förderwinkel ist jener Drehwinkel einer Antriebswelle einer Hochdruckpumpe, der währen der Förderung durch diese Hochdruckpumpe durchlaufen wird. Die Förderwinkeldifferenz ist die Differenz des Förderwinkels einer Hochdruckpumpe kurz vor dem Abschalten der Förderung einer der anderen Hochdruckpumpen zum Förderwinkel dieser Hochdruckpumpe dann, wenn die Förderung der anderen Hochdruckpumpe abgeschaltet ist.
Durch eine Tiefpassfilterung des Förderwinkels oder der Förderwinkeldifferenz wird das normalerweise vorhandene Rauschen der Einrichtung zur Steuerung der Fördermengen (Raildruckregler) ausgeblendet, was das Verfahrensergebnis genauer macht.
Die Ermittlung eines Korrektur-Förderwinkels gestatte eine einfache Adaption der Steuergrößen der Einrichtung zum Steuern der Fördermengen der Hochdruckpumpen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Abweichung in den Fördermengen der Hochdruckpumpen zueinander durch ein wechselseitiges Abschalten von je einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems ermittelt. Von der Mehrzahl von Hochdruckförderpumpen des Kraftstoffeinspritzsystems wird somit erfindungsgemäß wechselseitig jeweils eine Hochdruckpumpe abgeschaltet. Die restlichen, noch im Betrieb befindlichen Hochdruckpumpen erhöhen daraufhin aufgrund der Einrichtung zum Steuern der Fördermengen (Raildruckregler) ihre Fördermengen, indem insbesondere der Förderwinkel α verstellt wird, so dass sich nach kurzer Zeit wieder ein stabiler Zustand im Kraftstoffeinspritzsystem einstellt, d. h. der erforderliche Raildruck in dem Railvolumen der Brennkraftmaschine herrscht. Durch Erfassen des sich ändernden Förderwinkels der noch betriebenen Hochdruckpumpen nach einem Abschalten einer der Hochdruckpumpen des Kraftstoffeinspritzsystems können die Abweichungen in dem Förderwinkel der noch betriebenen Pumpen einfach ermittelt werden und zur Berechnung von erforderlichen Korrekturwerten der einzelnen Pumpen verwendet werden, wie es weiter unten in Ausführungsbeispielen näher erläutert werden wird.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Korrektur-Förderwinkel ermittelt wird, indem zunächst die Differenz β_i jeder Förderwinkeldifferenz zum Mittelwert ermittelt wird, und indem der Korrektur-Förderwinkel für jede Hochdruckpumpe nach folgender Formel ermittelt wird: δ_i = (n – 1)·β_i für die Hochdruckpumpen i = 1 ... n
Dies ist softwaretechnisch einfach zu realisieren und beansprucht wenig Rechenkapazität.
Nach einer demgegenüber alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Abweichung in den Fördermengen der einzelnen Hochdruckpumpen durch einen abwechselnden bzw. wechselseitigen Betrieb von jeweils nur einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems ermittelt. Durch ein kurzes Abschalten der Hochdruckpumpen des Kraftstoffeinspritzsystems bis auf eine einzige Hochdruckpumpe wird in diesem Fall die von der Brennkraftmaschine geförderte Fördermenge an Kraftstoff kurzzeitig nur von der einen Pumpe geliefert, da die Einrichtung zum Steuern der Fördermengen (Raildruckregler) oder die Regelung des Kraftstoffeinspritzsystems die verbliebene, im Betrieb sich befindende Hochdruckpumpe derart ansteuert, dass sie den erforderlichen Druck im System und die gewünschte Fördermenge auf dem alten Niveau vor Abstellen der anderen Pumpen stabilisiert. Nach einer gewissen Zeit, die relativ kurz sein kann und beispielsweise je Pumpe unter 0,5 s betragen kann, passt sich das System wieder an, und es wird wieder der vorherige Druck im Common-Rail-System mit dem gemeinsamen oder hydraulisch gekoppelten Railvolumen aufgebaut. Durch Feststellen und Speichern der erforderlichen Änderung des Förderwinkels α_i (Förderwinkeldifferenz) der verbliebenen betriebenen Hochdruckpumpe kann ein Rückschluss vorgenommen werden, welche tatsächliche Fördermenge durch diese einzelne Hochdruckpumpe vor Abschalten der anderen Hochdruckpumpen geleistet wurde. Dieser Vorgang wird erfindungsgemäß mit sämtlichen Hochdruckpumpen eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine wiederholt, so dass sich im Ergebnis berechnete Korrekturwerte für beispielsweise die Veränderung der Förderwinkel α_i der einzelnen Hochdruckpumpen ergeben.
Softwaretechnisch einfach realisierbar ist dies, wenn der Korrektur-Förderwinkel ermittelt wird, indem zunächst die Differenz βi jeder Förderwinkeldifferenz zum Mittelwert ermittelt wird, und indem der Korrektur-Förderwinkel für jede Hochdruckpumpe nach folgender Formel ermittelt wird: δ_i = β_i für die Hochdruckpumpen i = 1 ... n
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Abweichung in den Fördermengen der einzelnen Hochdruckpumpen des Kraftstoffeinspritzsystems der Brennkraftmaschine durch ein wechselseitiges kurzes Abschalten von jeder der Förderpumpen des Systems ermittelt, und es werden bei einer Abweichung in den Fördermengen Korrekturwerte Δα_i für die jeweiligen Förderwinkel α_i der Hochdruckpumpen berechnet, welche vorzugsweise stückweise aneinander angeglichen werden (heuristisches Verfahren). Nach einer gewissen Zeit der Anpassung ergibt sich dann eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Fördermengen der einzelnen Hochdruckpumpen untereinander, auch wenn diese vorher aufgrund von mechanischen Toleranzen beispielsweise in der Fertigung der Pumpenbestandteile oder aufgrund von anderen Toleranzen des Systems bei gleicher Ansteuerung tatsächlich leicht unterschiedliche Fördermengen geliefert haben. Die Synchronisierung und Anpassung der Fördermengen unabhängig von den toleranzbedingten Abweichungen in den Hochdruckpumpen erlaubt es, die akustischen Maßnahmen zur Geräuschreduzierung vollständig auszuschöpfen und effizient einzusetzen. Daneben werden die Hochdruckpumpen allesamt gleichmäßig durch den durchströmenden Kraftstoff gekühlt, wodurch die Lebensdauer der Pumpen erhöht wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor einer Erfassung und eventuellen Anpassung der Fördermengen der einzelnen Hochdruckpumpen mindestens eine Einschaltbedingung überprüft, welche sich insbesondere beziehen kann auf einen Lastzustand der Brennkraftmaschine, einen Drehzahlbereich, eine Temperatur, eine Gleichmäßigkeit in den Fördermengen des Kraftstoffeinspritzsystems und/oder einen relativ gleichbleibenden Druck im Railsystem. Die erfindungsgemäße Erfassung von Unterschieden in den Fördermengen mehrerer Hochdruckpumpen und eine Berechnung von Korrekturwerten für eine Anpassung zur Synchronisierung dieser Fördermengen von mehreren Hochdruckpumpen eines Kraftstoffeinspritzsystems können damit beispielsweise gezielt in bestimmten Drehzahlbereichen oder Lastbereichen der Brennkraftmaschine vorgenommen werden. Beispielsweise ist der Fördermengenunterschied von Hochdruckpumpen von Kraftstoffeinspritzsystemen üblicherweise nahe dem Leerlaufbereich der Brennkraftmaschine am größten, so dass hier eine effizientere Anpassung zur Synchronisation der Fördermengen erfolgen kann als in anderen Betriebsbereichen. Selbstverständlich kann auch eine Kombination der genannten Einschaltbedingungen zur Voraussetzung der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung hergenommen werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Steuergerät vorgesehen, welches angepasst ist, um Korrekturwerte Δα_i für jeweilige Förderwinkel α_i zu berechnen. In dem Steuergerät sind hierzu entsprechende Algorithmen hinterlegt, die eine Berechnung von erforderlichen Korrekturwerten in den Fördermengen bzw. den Förderwinkeln der einzelnen Hochdruckpumpen erlauben. Das Steuergerät kann sowohl als ein konstruktiv ausgestaltetes Steuergerät implementiert werden als auch als ein Programmmodul in bestehende Steuergeräte der Brennkraftmaschine oder des Kraftstoffeinspritzsystems implementiert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden mehr im Detail anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzsystem mit zwei Hochdruckpumpen;
2 ein Diagramm Förderwinkel zu Fördermenge zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anpassung der Fördermengen von drei Hochdruckpumpen P1, P2 und P3;
3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung und Synchronisierung von unterschiedlichen Fördermengen durch wechselseitiges Abschalten von einer Hochdruckpumpe;
4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung und Synchronisierung von unterschiedlichen Fördermengen von Hochdruckpumpen mittels eines wechselnden Betriebs von jeweils nur einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems; und
5 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung und Synchronisierung von abweichenden Fördermengen von Hochdruckpumpen eines Kraftstoffeinspritzsystems mittels eines heuristischen Verfahrens bei lediglich zwei Hochdruckpumpen.
In der 1 ist eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems 10 zum Einsatz in einer Brennkraftmaschine dargestellt, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Symmetrieanpassung der Fördermengen der Hochdruckpumpen 1, 2 betrieben wird. Die Brennkraftmaschine nach diesem Ausführungsbeispiel weist ein Kraftstoffeinspritzsystem 10 mit zwei Hochdruckpumpen 1, 2 zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) auf, die mit einem Railsystem 3 über Hochdruckleitungen verbunden sind, um Kraftstoff bei hohem Druck auf mehrere Einspritzventile 4 zu verteilen. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Railsystem 3 aus einem linken Railvolumen 11a (oben in 1) und einem rechten Railvolumen 11b (unten), welche über eine Querleitung miteinander verbunden sind, so dass sie ein gemeinsames bzw. hydraulisch gekoppeltes Railvolumen 11 des Railsystems 3 bilden. Über einen Raildrucksensor 9 wird der im Railvolumen 11 des Railsystems 3 herrschende Druck im Betrieb der Brennkraftmaschine erfasst und an eine Einrichtung zur Steuerung der Fördermengen der Hochdruckpumpen 1, 2, einen Raildruckregler 5 gegeben, der mit einem Steuergerät 6 verbunden ist.
Der Raildruckregler 5 bzw. das Steuergerät 6 steuert die beiden Hochdruckpumpen 1, 2 und verändert die Fördermenge mittels einer Verstellung eines Förderwinkels α_1,2, so dass im normalen Betrieb die Hochdruckpumpen 1, 2 eine im Wesentlichen gleiche Fördermenge fördern. Die Hochdruckpumpen 1,2 werden von jeweiligen Nockenwellen (nicht gezeigt) oder auch von einer gemeinsamen Nockenwelle angetrieben. Der Förderwinkel α_1,2, ist jener Winkel, den die jeweilige Nockenwelle durchläuft, während die entsprechende Hochdruckpumpe gerade fördert. Aufgrund von Herstellungstoleranzen in den mechanischen Teilen und elektrischen Komponenten sowie aufgrund von unterschiedlichen Verschleißsituationen kann es jedoch im Betrieb der Brennkraftmaschine dazu kommen, dass, obwohl die beiden Hochdruckpumpen 1, 2 synchron mit dem gleichen Förderwinkel α durch den Raildruckregler 5 angesteuert werden, sich dennoch eine Abweichung in den tatsächlichen Fördermengen der beiden Hochdruckpumpen 1, 2 einstellt. Die Toleranzen des Kraftstoffeinspritzsystems, welche eine solche Asymmetrie in den Fördermengen der Hochdruckpumpen 1, 2 mit gleichem Railvolumen im Railsystem 3 hervorrufen können, können insbesondere Winkeltoleranzen der Nockenwelle der Brennkraftmaschine, Winkeltoleranzen des Anbauflansches für die Hochdruckpumpen 1, 2, Unterschiede in den Hubkurven der Antriebsnocken der Hochdruckpumpen 1, 2, Anzugszeitunterschiede eines Mengensteuerventils, Anzugszeitunterschiede besonders bei langsamer Ansteuerung eines Mengensteuerventils oder hydraulische Verluste bzw. Wirkungsgradunterschiede der Hochdruckpumpen sein. Andere Ursachen für asynchrone Fördermengen sind ebenfalls möglich und dem Fachmann des Gebiets bekannt.
Erfindungsgemäß ist bei der Brennkraftmaschine mit dem in der 1 schematisch dargestellten Kraftstoffeinspritzsystem 10 daher ein spezifisches Verfahren zur Symmetrieanpassung der Fördermengen der Hochdruckpumpen 1, 2 eingesetzt, welches durch das Steuergerät 6 und insbesondere sein Steuermodul 8 in der folgenden Art und Weise durchgeführt wird: Mittels des Steuergeräts 6 und seines Steuermoduls 8 des Kraftstoffeinspritzsystems 10 werden Fördermengenunterschiede zwischen den Hochdruckpumpen 1,2 charakterisierende Größen im Betrieb der Brennkraftmaschine ermittelt. Bei Feststellen eines Unterschieds in den eigentlich synchron angesteuerten Hochdruckpumpen 1, 2 in ihren jeweiligen Fördermengen wird über das Steuergerät 6 und das Steuermodul 8 eine Anpassung in der Ansteuerung der Hochdruckpumpen 1, 2 durch den Raildruckregler 5 derart vorgenommen, dass die Fördermengen sich aneinander angleichen und nach einer gewissen Zeit wieder gleiche Fördermengen durch beide Hochdruckpumpen 1, 2 gefördert werden, unabhängig von herstellungsbedingten oder verschleißbedingten Toleranzen des Kraftstoffeinspritzsystems 10.
Zur Bestimmung eines Unterschieds in den Fördermengen der mindestens zwei Hochdruckpumpen 1, 2 des Kraftstoffeinspritzsystems 10 können nach der Erfindung verschiedene Methoden eingesetzt werden, die durch entsprechende Algorithmen und Steuermodule 8 in dem Steuergerät 6 nach 1 umgesetzt werden. Nach einer ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die beiden Hochdruckpumpen 1, 2 abwechselnd durch das Steuergerät 6 abgeschaltet, so dass dann die verbliebene Hochdruckpumpe 1, 2, welche durch den Hochdruckregler 5 angesteuert wird, der wiederum mit dem Raildrucksensor 9 verbunden ist, den Förderwinkel α dieser Hochdruckpumpe 1, 2 um eine Förderwinkeldifferenz so verstellt, dass nach kurzer Zeit wieder der erforderliche Druck im Railsystem 3 erzeugt wird. Anschließend wird die andere Hochdruckpumpe bei diesem mit lediglich zwei Hochdruckpumpen 1, 2 ausgestatteten System abgeschaltet und wiederum entsprechend vorgegangen, so dass auch hier die erforderliche Verstellung des Förderwinkels α (Förderwinkeldifferenz) durch den Raildruckregler 5 ermittelt werden kann. Aufgrund der beiden so ermittelten Korrekturwerte für die Förderwinkel α (Korrektur-Förderwinkel) der Hochdruckpumpen 1, 2 kann dann anschließend ein Unterschied in den tatsächlichen Fördermengen indirekt berechnet werden und eine entsprechende Anpassung der beiden Hochdruckpumpen 1, 2 im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine mit dem in 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzsystem 10 angesteuert werden, indem eine Korrektur der jeweiligen Förderwinkel α durch den Raildruckregler 5 über das Steuermodul 8 des Steuergeräts 6 angesteuert wird. In dem Ausführungsbeispiel nach der 1 ist das Steuergerät 6 mit einem nichtflüchtigen Speicher 7 verbunden, in welchem die ermittelten Korrekturwerte für Förderwinkel α der Hochdruckpumpen 1, 2 gespeichert werden können.
Alternativ hierzu kann die Ermittlung eines möglichen Unterschieds in den Fördermengen der Hochdruckpumpen 1, 2 auch durch eine Ansteuerung von lediglich einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems 10 mit einer Mehrzahl von Pumpen vorgenommen werden, wobei die restlichen Hochdruckpumpen jeweils kurz abgeschaltet werden. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft für Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Hochdruckpumpen, da hiermit eine recht genaue Feststellung der jeweiligen Fördermengen durchführbar ist. Das Verfahren wird weiter unten unter Bezugnahme auf die 4 mehr im Detail beschrieben werden.
Alternativ dazu kann insbesondere bei lediglich zwei Hochdruckpumpen, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der 1, eine Ermittlung der tatsächlichen Fördermengen der Hochdruckpumpen 1, 2 und eines etwaigen Unterschieds in diesen Fördermengen mittels eines heuristischen Verfahrens mit einer vorzugsweise stufenweisen Änderung von Korrekturwinkeln der Förderwinkel α durchgeführt werden. Mit einem solchen vereinfachten heuristischen Verfahren wird der Aufwand einer Umsetzung reduziert. Ein Beispiel hierfür wird weiter unten unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben werden.
Die 2 ist ein Diagramm, welches Pumpenkennlinien von drei Hochdruckpumpen P1, P2 und P3 zeigt zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Symmetrieanpassung und Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit mehreren Hochdruckpumpen zur Anpassung von toleranzbedingten oder anderweitig verursachten Unterschieden in den Fördermengen der einzelnen Pumpen. In dem Diagramm der 2 ist auf der Abszisse der Förderwinkel α_i (Grad vor OT) und auf der Ordinate die jeweilige Fördermenge der Hochdruckpumpen eingezeichnet. Die Kennlinie der Hochdruckpumpe P1 ist mit der gestrichelten Linie, diejenige der Hochdruckpumpe P2 mit der strichzweipunktierten Linie und diejenige der Hochdruckpumpe P3 mit der strichpunktierten Linie veranschaulicht. Vor einer Anpassung der Fördermenge gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten die drei Hochdruckpumpen P1, P2 und P3 beim Arbeitspunkt AP_v, der in etwa bei einem Förderwinkel von 15° liegt. Dabei ergeben sich aufgrund der leicht verschiedenen Kennlinien der Hochdruckpumpen unterschiedliche Fördermengen, wie es aus der 2 ersichtlich ist. Erfindungsgemäß wird dann eine Ermittlung des Unterschieds in den Fördermengen der einzelnen Hochdruckpumpen P1, P2 durchgeführt, beispielsweise indem die Hochdruckpumpen wechselseitig abgeschaltet werden oder abwechselnd nur lediglich eine der Hochdruckpumpen betrieben wird und nach einem Einstellen eines stabilen Zustandes des Systems (erforderlicher Druck im Railsystem) die Förderwinkeldifferenzen α_i ermittelt werden. Daraus werden erforderliche Korrekturförderwinkel berechnet, um welche die einzelnen Pumpen P1, P2 und P3 verstellt werden müssen, um anschließend in etwa die gleiche Fördermenge im weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine zu leisten, wie es in der 2 dargestellt ist (vgl. 2 und angeglichene Arbeitspunkte bei Fördervolumen zwischen 10 und 15).
Im Folgenden werden anhand der Ablaufdiagramme der 3, 4 und 5 verschiedene alternative Verfahren zur Ermittlung und Berechnung eines Unterschieds in den Fördermengen der Hochdruckpumpen eines Kraftstoffeinspritzsystems 10 gemäß der Erfindung dargestellt.
In der 3 ist ein Ablaufdiagramm für ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung von tatsächlichen Unterschieden in den Fördermengen von verschiedenen Hochdruckpumpen eines Kraftstoffeinspritzsystems und zur Symmetrieanpassung der Fördermengen gezeigt. Das Verfahren nach der 3 beruht auf einem wechselseitigen Abschalten von einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems, bis sämtliche Hochdruckpumpen des Systems einmal abgeschaltet wurden. Bei Schritt S101 wird mit einer ersten Pumpe begonnen, wobei zunächst die Randbedingungen und Bedingungen für eine Anpassung der Fördermengen ermittelt werden (Schritt S102). Randbedingungen bzw. Einschaltbedingungen für die Anpassung der Fördermengen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können beispielsweise Betriebszustände der Brennkraftmaschine sein, wie ein Betrieb im Leerlauf oder nahe einem Leerlaufzustand. Weiterhin können Randbedingungen ein Lastzustand oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine, eine relativ gleichmäßige Fördermenge im aktuellen Betriebszustand, ein relativ gleichbleibender Druck im Railsystem und ähnliches sein. Sind diese voreingestellten Randbedingungen erfüllt, geht das Verfahren nach 3 weiter zu Schritt S103, in dem die erste Hochdruckpumpe des Einspritzsystems kurz abgeschaltet wird. Nach einem kurzen Warten stellt sich aufgrund des Raildruckreglers wieder der vorherige Druck im Railsystem ein, so dass wieder der ursprüngliche stabile Zustand, der durch das Steuergerät und den Raildruckregler gesteuert wird, erreicht wird. Dieser eingeschwungene Zustand wird nach Schritt S104 gespeichert, d. h. der Unterschied des Förderwinkels α_i der Hochdruckpumpen (vorher zu nachher), also die Förderwinkeldifferenz, wird gespeichert. Hierbei wird nach diesem Ausführungsbeispiel der jeweilige Förderwinkel α noch tiefpassgefiltert, damit ein normalerweise vorhandenes Rauschen des Raildruckreglers ausgeblendet wird. Im nächsten Schritt S105 wird mit der nächstfolgenden Hochdruckpumpe in entsprechender Art und Weise fortgefahren, bis sämtliche Hochdruckpumpen des Systems getestet wurden (Schritt S106). Danach wird in Schritt S107 eine Berechnung der Verschiebung der jeweiligen Referenzwinkel der Hochdruckpumpen nach einem vorgegebenen Verfahren durchgeführt. Wenn nach diesem Verfahren sämtliche Förderwinkeldifferenzen α_i der Hochdruckpumpen des Systems ermittelt wurden, wird ein arithmetischer Mittelwert α_mittel berechnet. Hieraus wird sodann für jede der Hochdruckpumpen des Systems die Differenz der individuellen Förderwinkeldifferenz zu diesem Mittelwert berechnet: β_i = α_mittel – α_i für i = 1 .. n
Der Korrektur-Förderwinkel δ_i für jede einzelne der Hochdruckpumpen berechnet sich dann bei diesem Verfahren nach der 3 wie folgt:
Korrektur-Förderwinkel: δ_i = (n – 1)·β_i für i = 1 .. n
Korrektur der Pumpe i: neuer Ansteuerwinkel = alter Förderwinkel plus δ_i
Auf diese Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Steuerung der jeweiligen Hochdruckpumpen derart korrigiert werden, dass Unterschiede in den aktuellen tatsächlichen Fördermengen (trotz eigentlich synchroner Ansteuerung) aufgrund von Toleranzen oder ähnlichem ausgeglichen werden können und anschließend die gleichen Fördermengen von sämtlichen Hochdruckpumpen gefördert werden. Dies hat Vorteile hinsichtlich der Haltbarkeit der Hochdruckpumpen, da die Kühlung durch den geförderten Kraftstoff gleichmäßig erfolgt. Außerdem können auf diese Weise wirksame Akustikmaßnahmen zur Vermeidung von störenden Geräuschentwicklungen im Betrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden.
In der 4 ist ein Ablaufdiagramm für eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei hier im Unterschied zu dem vorherigen Verfahren nach der 3 das Kraftstoffeinspritzsystem 10 mit mehreren Hochdruckpumpen jeweils wechselseitig betrieben wird mit nur einer einzigen der verschiedenen Hochdruckpumpen. Die Schritte S201 und S202 zur Einschaltung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens sind analog zu denjenigen des vorherigen Ausführungsbeispiels. In Schritt S203 werden sodann jeweils kurz sämtliche „n – 1”-Hochdruckpumpen außer einer einzigen Hochdruckpumpe i von n Hochdruckpumpen des Kraftstoffeinspritzsystems einer bestimmten Brennkraftmaschine abgeschaltet. Die Zeitdauer der Abschaltung richtet sich nach der Dauer, bis ein stabiler Zustand im Railsystem wieder erreicht wurde. Wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel wird nach einem Wiedereinstellen eines stabilen Zustands und damit eines geforderten Drucks im Railsystem (stabiler Zustand nach Anpassung durch Raildruckregler) der jeweilige Unterschied in den Förderwinkeln, d. h. eine Förderwinkeldifferenz α_i, gespeichert. Auch dies wird hier vorzugsweise nach der Erfindung nach einer Tiefpassfilterung zum Herausfiltern eines Rauschens durchgeführt. Die Schritte S205 und S206 sind analog zu denjenigen des vorherigen Ausführungsbeispiels (S104 und S105). Sobald alle Hochdruckpumpen eines Kraftstoffeinspritzsystems getestet sind, wird im letzten Schritt S207 eine Berechnung der Verschiebung der jeweiligen Referenzwinkel jeder der Hochdruckpumpen durchgeführt, wobei auch hier zunächst ein arithmetischer Mittelwert α_mittel berechnet wird und die Differenz der jeweiligen individuellen Förderwinkel der Hochdruckpumpen, wie sie zuvor festgestellt wurden, zu diesem Mittelwert α_mittel berechnet wird mit: β_i = α_mittel – α_i für i = 1 ... n
Der Korrektur-Förderwinkel für jede einzelne der Hochdruckpumpen berechnet sich dann nach:
Korrektur-Förderwinkel: δ_i = ß_i für i = 1 ... n
Korrektur der Pumpe i: neuer Ansteuerwinkel = alter Förderwinkel – δ_i
Nach einer dritten alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie sie in der 5 anhand eines Ablaufdiagramms gezeigt wird, kann bei einer geringen Anzahl von Hochdruckpumpen, beispielsweise bei nur zwei Hochdruckpumpen, eines Hochdrucksystems einer Kraftstoffeinspritzung (vgl. hierzu auch 1) ein vereinfachtes Verfahren in Form eines heuristischen Verfahrens durchgeführt werden. Auch hier werden zunächst die Bedingungen für eine Einschaltung des Verfahrens anhand von verschiedenen voreingestellten Randbedingungen abgefragt (Schritt S301). Anschließend wird kurzzeitig die erste Hochdruckpumpe abgeschaltet (Schritt S302). Sodann wird kurz die zweite Hochdruckpumpe abgeschaltet (Schritt S303). Danach werden die Korrekturwinkel je nach der zuvor festgestellten Förderwinkeldifferenz der beiden Hochdruckpumpen 1, 2 Stück für Stück angeglichen. Anschließend wird in Schritt S305 überprüft, ob beide Förderwinkeldifferenzen der Hochdruckpumpen gleich sind oder nicht, wenn nicht, geht das Verfahren zu Schritt S301 zurück und wird erneut durchgeführt. Wenn beide Förderwinkeldifferenzen gleich sind, wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung von Unterschieden in den Fördermengen beendet, und es wird zu dem normalen Betrieb der Brennkraftmaschine übergegangen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007035316 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems (10) einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Hochdruckpumpen (1, 2) und mit einer Einrichtung (5) zur Steuerung der Fördermengen der Hochdruckpumpen (1, 2) dadurch gekennzeichnet, dass Fördermengenunterschiede der Hochdruckpumpen charakterisierende Größen mindestens zeitweise im Betrieb der Brennkraftmaschine durch Ein- und Ausschalten der Hochdruckpumpen ermittelt werden, und dass abhängig von diesen Steuergrößen der Einrichtung (5) zur Steuerung der Fördermengen so adaptiert werden, dass jede der Hochdruckpumpen (1, 2) im Wesentlichen eine gleiche Kraftstoffmenge fördert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Fördermengenunterschiede charakterisierenden Größen unter Berücksichtigung eines Förderwinkels oder einer Förderwinkeldifferenz ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderwinkel oder die Förderwinkeldifferenz tiefpassgefiltert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den die Fördermengenunterschiede charakterisierenden Größen für jede Hochdruckpumpe ein Korrektur-Förderwinkel ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Fördermengenunterschiede charakterisierenden Größen ermittelt werden, indem nacheinander jeweils eine der Hochdruckpumpen (1, 2) des Kraftstoffeinspritzsystems (10) abgeschaltet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrektur-Förderwinkel ermittelt wird, indem zunächst die Differenz β_i jeder Förderwinkeldifferenz zum Mittelwert ermittelt wird, und indem der Korrektur-Förderwinkel für jede Hochdruckpumpe nach folgender Formel ermittelt wird: δ_i = (n – 1)·β_i für die Hochdruckpumpen i = 1 ... n
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Fördermengenunterschiede charakterisierenden Größen durch einen abwechselnden Betrieb von jeweils nur einer der Hochdruckpumpen (1, 2) des Kraftstoffeinspritzsystems (10) ermittelt werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrektur-Förderwinkel ermittelt wird, indem zunächst die Differenz jeder Förderwinkeldifferenz zum Mittelwert ermittelt wird, und indem der Korrektur-Förderwinkel für jede Hochdruckpumpe nach folgender Formel ermittelt wird: δ_i = β_i für die Hochdruckpumpen i = 1 ... n
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das Kraftstoffsystem nur zwei Hochdruckpumpen umfasst, zur Ermittlung der Korrektur-Förderwinkel ein heuristisches Verfahren mit stufenweiser Änderung der Korrektur-Förderwinkel, bis die Förderwinkeldifferenzen in etwa gleich groß sind, angewendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Ermittlung der die Fördermengenunterschiede charakterisierenden Größen oder vor der Adaption der Steuergrößen überprüft wird, ob sich die Brennkraftmaschine in einem für die Ermittlung zulässigen Betriebsbereich befindet bzw. befand.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsbereich durch einen Lastzustand der Brennkraftmaschine, einen Drehzahlbereich, eine Temperatur, eine Gleichmäßigkeit in der Förderung des Kraftstoffeinspritzsystems (10) und/oder einen relativ gleichbleibenden Druck im Railsystem (5) definiert ist.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 programmiert ist.