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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines einen Niederdruck- und einen Hochdruckbereich aufweisenden Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei einer Hochdruckkraftstoffpumpe eine Niederdruckmenge aus dem Niederdruckbereich zugeführt wird, welche diese Niederdruckmenge auf Hochdruck verdichtet und in einen Druckspeicher des Hochdruckbereichs fördert, und wobei die Niederdruckmenge der Hochdruckkraftstoffpumpe entsprechend eines in einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zu erreichenden Einspritzdrucks zudosiert wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren den Aufbau eines derartigen Kraftstoffeinspritzsystems.
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Kraftstoffeinspritzsysteme moderner Dieselmotoren sind heutzutage überwiegend als Common-Rail-Einspritzsysteme ausgebildet. Bei einem derartigen System wird unter Hochdruck stehender Kraftstoff durch die einzelnen Kraftstoffinjektoren der Zylinder aus einem Druckspeicher entnommen, welcher über eine Hochdruckkraftstoffpumpe mit der entsprechenden Kraftstoffmenge versorgt wird. Das Kraftstoffeinspritzsystem verfügt hierbei über einen Niederdruckbereich, aus welchem die erforderliche Kraftstoffmenge der Hochdruckkraftstoffpumpe zudosiert wird. Die Zudosierung zur Hochdruckkraftstoffpumpe erfolgt hierbei üblicherweise über eine vorgeschaltete Zumesseinheit oder eine mengenregelbare Förderpumpe.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 19735561 A1 sind ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, sowie ein derartiges System bekannt. Dieses Kraftstoffeinspritzsystem weist einen Niederdruck- und einen Hochdruckbereich auf, welche über eine Hochdruckkraftstoffpumpe voneinander getrennt sind. Der Hochdruckkraftstoffpumpe wird eine Niederdruckmenge aus dem Niederdruckbereich zugeführt, woraufhin die Pumpe diese Niederdruckmenge auf Hochdruck verdichtet und in einen Druckspeicher des Hochdruckbereichs fördert. Aus diesem Druckspeicher wird im weiteren Verlauf der zum Betrieb der Brennkraftmaschine nötige Kraftstoff durch Kraftstoffinjektoren der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zur Einspritzung in deren Brennräume entnommen. Zur Zudosierung der Niederdruckmenge zur Hochdruckkraftstoffpumpe ist dieser eine mengenregelbare Förderpumpe vorgeschaltet, welche entsprechend eines im Druckspeicher des Hochdruckbereichs zu erreichenden Einspritzdrucks die Niederdruckmenge einstellt. Um vor der Hochdruckkraftstoffpumpe hierbei einen nahezu konstanten Speisedruck zu gewährleisten, ist zwischen der mengenregelbaren Förderpumpe und der Hochdruckkraftstoffpumpe ein Ventil vorgesehen, das ab Erreichen eines bestimmten Speisedrucks in der Speiseleitung die Förderung zur Hochdruckkraftstoffpumpe ermöglicht. Des Weiteren ist der Förderpumpe ein Druckregelventil nachgeschaltet, um den Druck im Niederdruckbereich zu regulieren. Über dieses Druckregelventil wird Kraftstoff ab Überschreiten eines vorgegebenen Drucks in einen Vorratsbehälter zurückgeführt.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems zur Verfügung zu stellen, welches eine möglichst effiziente und flexible Regelung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei welchem eine effiziente Regelung möglich ist. Schließlich sollte ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem mit möglichst geringem fertigungstechnischem Aufwand realisierbar sein.
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Aus verfahrenstechnischer Sicht wird die vorgenannte Aufgabe ausgehend von einem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Aus vorrichtungstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung der Aufgabe entsprechend den technischen Ausgestaltungen des nebengeordneten Anspruchs 5. Die jeweils darauffolgenden, abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass eine Einstellung der der Hochdruckkraftstoffpumpe zudosierten Niederdruckmenge durch eine Regelung einer Fördermenge einer Förderpumpe und einer Drosselmenge einer Zumesseinheit erfolgt. Der mengenregelbaren Förderpumpe ist hierzu eine Zumesseinheit nachgeschaltet, welche gemeinsam mit der Förderpumpe die der Hochdruckkraftstoffpumpe zugeführte Niederdruckmenge einstellt. Ein derartiger Aufbau und ein derartiges Verfahren haben den Vorteil, dass eine effiziente Regelung der zudosierten Niederdruckmenge nach Art einer Mehrgrößenregelung in Abhängigkeit zu erreichenden Einspritzdrucks realisiert werden kann. Denn durch das Zusammenspiel der mengenregulierbaren Förderpumpe und einer Drosselung über die nachgeschaltete Zumesseinheit kann eine schnelle und präzise Einstellung der zuzudosierenden Niederdruckmenge erfolgen. Vorteilhafterweise kann hierbei ein üblicherweise in einem Rücklauf zum Vorratsbehälter platziertes Überströmventil entfallen, da der Zumesseinheit durch die vorgeschaltete, mengenregelbare Förderpumpe Kraftstoff im Bereich der im jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine benötigten Menge zugeführt wird. Folglich kann ein ansonsten vorzusehendes, komplexes Bauteil eingespart werden, was den herstellungstechnischen Aufwand verringert.
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Im Gegensatz hierzu ist das Kraftstoffeinspritzsystem, sowie das Verfahren zur Steuerung des selbigen der
DE 19735561 A1 komplexer ausgestaltet. Zwar erfolgt eine Zudosierung über eine mengenregelbare Förderpumpe, um jedoch eine geeignete Zudosierung zur Hochdruckkraftstoffpumpe realisieren zu können, ist eine vom Hochdruckbereich losgelöste Regelung des Niederdruckbereichs über das Druckregelventil nötig. Hierdurch gestalten sich die Regelung und der Aufbau des Kraftstoffeinspritzsystems aufwendiger.
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In Weiterbildung der Erfindung wird eine Einstellung der Niederdruckmenge zunächst überwiegend über eine Veränderung der Drosselmenge der Zumesseinheit vorgenommen, wobei mit zunehmender Veränderung der Fördermenge der Förderpumpe die Drosselmenge wieder entsprechend zurückgeregelt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine sehr schnelle Einstellung der Niederdruckmenge erfolgen kann, wobei gleichzeitig eine Dynamikreserve zur schnellen Reaktion auf eine Änderung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine gebildet wird. Denn durch die Zumesseinheit kann durch Veränderung der Drosselmenge eine sehr rasche Verminderung oder Erhöhung der zur Hochdruckkraftstoffpumpe zudosierten Kraftstoffmenge erfolgen, wohingegen die Einstellung der Kraftstoffmenge über die Förderpumpe eine verhältnismäßig hohe Regelzeit in Anspruch nimmt. Somit kann durch die Zumesseinheit schnell auf nötige Änderungen der Niederdruckmenge reagiert werden und anschließend eine Nachregelung über die Fördermenge der Förderpumpe erfolgen, wobei die Drosselmenge der Zumesseinheit mit steigender Anpassung der Fördermenge der Förderpumpe an den jeweiligen Bedarf wieder auf einen definierten Ausgangspunkt zurückgeregelt wird. Dementsprechend kann bei einer erneuten Änderung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine mittels der Zumesseinheit erneut mit einer hohen Regelgüte auf diese Veränderung reagiert werden.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Veränderung der Drosselmenge und der Fördermenge zusätzlich entsprechend einer weiteren Regelgröße in Form einer Dynamikreserve des Niederdruckbereichs vorgenommen. Hierdurch kann die Regelung des Einspritzdrucks im Hochdruckbereich weiter verbessert werden, indem eine Regelung der Förderpumpe und der Zumesseinheit entsprechend vorhandener Dynamikreserven im Niederdruckbereich erfolgt.
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In Weiterbildung der Erfindung wird der im Hochdruckbereich vorherrschende Einspritzdruck zusätzlich durch eine Ansteuerung eines Druckregelventils beeinflusst. Vorteilhafterweise ist dieses Druckregelventil im Bereich des Druckspeichers vorgesehen. Durch diese Maßnahme kann eine schnelle Verminderung des Einspritzdrucks durch das Druckregelventil herbeigeführt werden, was die Regelgüte des Kraftstoffeinspritzsystems weiter steigert.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Zumesseinheit in einem Rücklauf der Hochdruckkraftstoffpumpe angeordnet. Durch die Zumesseinheit wird an dieser Position eine Regelung des Zulaufs zur Hockdruckkraftstoffpumpe durch Einstellen einer Rücklaufmenge zum Vorratsbehälter vorgenommen. Folglich kann hierdurch eine zusätzliche Drosselstelle im Rücklauf der Hochdruckraftstoffpumpe entfallen, was den herstellungstechnischen Aufwand vermindert. Alternativ hierzu ist in einem Rücklauf der Hochdruckkraftstoffpumpe eine Drosselstelle vorgesehen, über welche eine Rückführung zum Vorratsbehälter erfolgt.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
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2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Aus 1 geht eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine hervor. Wie zu erkennen ist, verfügt dieses über einen Niederdruckbereich 1 und einen Hochdruckbereich 2, welche über eine Hochdruckkraftstoffpumpe 3 voneinander getrennt sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind der Niederdruckbereich 1 und der Hochdruckbereich 2 nur mit den für die Erfindung wesentlichen Elementen dargestellt, wobei dem Fachmann klar sein wird, dass für eine Funktionstüchtigkeit des vorliegenden Kraftstoffeinspritzsystems weitere, nicht dargestellte Elemente unerlässlich sind.
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Der Niederdruckbereich 1 umfasst einen Vorratsbehälter 4, aus welchem über eine Förderpumpe 5 Kraftstoff angesaugt und durch einen Filter 6 zu einem Niederdruckteil 7 der Hochdruckkraftstoffpumpe 3 gefördert wird. Hierbei durchläuft der Kraftstoff den Niederdruckteil 7 und wird zur Schmierung, sowie zur Kühlung bewegter Teile herangezogen. Im Anschluss daran gelangt der Kraftstoff zu einer Zumesseinheit 8, welche im Stande ist, die Kraftstoffmenge zu drosseln und zu Saugventilen 9 – von welchen vorliegend nur eines dargestellt ist – zu befördern. Über diese Saugventile 9 gelangt der gegebenenfalls gedrosselte Kraftstoff in einen Hochdruckteil 10 der Hochdruckkraftstoffpumpe 3 und wird innerhalb des Hochdruckteils 10 auf dem Fachmann bekannter Art und Weise auf Hochdruck verdichtet.
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Ausgehend vom Hochdruckteil 10 wird die verdichtete Kraftstoffmenge auf Seiten des Hochdruckbereichs 2 in einen Druckspeicher 11 gefördert, aus welchem eine definierte Kraftstoffmenge über Kraftstoffinjektoren 12, von welchen vorliegend nur einer dargestellt ist, zur Einspritzung in jeweils zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine entnommen werden kann. Der Druckspeicher 11 weist zudem einen Drucksensor 13 auf, welcher den im Druckspeicher 11 vorherrschenden Druck erfasst. Des Weiteren verfügt der Druckspeicher 11 über ein Druckregelventil 14, über das gezielt Kraftstoff vor den Filter 6 des Niederdruckbereichs 1 zurückgefördert werden kann.
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Wie des Weiteren aus 1 ersichtlich ist, zweigt von dem Zulauf zur Zumesseinheit 8 des Weiteren eine Rücklaufleitung 15 ab, über welche eine übermäßige, zur Zumesseinheit 8 geführte Kraftstoffmenge in den Vorratsbehälter 4 zurückbefördert werden kann. Um vor der Zumesseinheit 8 ein bestimmtes Druckniveau zu garantieren, ist die Rücklaufleitung 15 mit einer Drosselstelle 16 versehen. Des Weiteren münden in die Rücklaufleitung 15 auch Rückströmleitungen 17 und 18 des Niederdruckteils 7 der Hochdruckkraftstoffpumpe 3 ein.
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Als Besonderheit ist die Förderpumpe 5 bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem als mengenregelbare Förderpumpe ausgebildet, die gemeinsam mit der Zumesseinheit 8 die der Hochdruckkraftstoffpumpe 3 zugeführte Niederdruckmenge einstellt. Die Niederdruckmenge wird dabei durch die über die Förderpumpe 5 zur Zumesseinheit 8 geförderte Fördermenge und durch die über die Zumesseinheit 8 in den Hochdruckteil 10 gelangende Drosselmenge definiert. Dabei wird diese Niederdruckmenge entsprechend eines in dem jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine im Druckspeicher 11 zu erreichenden Einspritzdrucks eingeregelt, wobei der im Druckspeicher 11 vorherrschende Kraftstoffdruck über den Drucksensor 13 erfasst wird.
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Um bei der Einstellung der Niederdruckmenge eine möglichst schnelle Reaktion auf eine Änderung des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine gewährleisten zu können, erfolgt die Einstellung der Niederdruckmenge durch die Förderpumpe 5 und die Zumesseinheit 8 derart, dass zunächst eine Regelung der Niederdruckmenge überwiegend über die Zumesseinheit 8 durch Veränderung der Drosselmenge vorgenommen wird und diese Drosselung mit zunehmender Veränderung der Fördermenge der trägeren Förderpumpe 5 wieder entsprechend zurückgeregelt wird. Durch die Zurückregelung wird somit erneut eine bestimmte Dynamikreserve zur erneuten Reaktion auf eine Veränderung des Betriebspunkts sichergestellt. Dabei kann diese Dynamikreserve als weitere Regelgröße bei der Einstellung der Niederdruckmenge herangezogen werden. Bei einer höheren benötigten Kraftstoffmenge wird die Drosselung über die Zumesseinheit 8 vermindert, so dass mehr Kraftstoff in den Hochdruckteil 10 der Hochdruckkraftstoffpumpe 3 strömt. Gleichzeitig wird die Fördermenge der Förderpumpe 5 erhöht und über den zur Einstellung des Einspritzdrucks benötigten Bedarf hinaus gesteigert, wobei dabei die Drosselung der Zumesseinheit 8 wieder in eine bestimmte definierte Drosselposition zurückgeregelt wird. Hierdurch wird die bereits erwähnte Dynamikreserve wiedererlangt, um auf weitere Änderungen des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine reagieren zu können. Soll die dem Hochdruckteil 10 zugeführte Kraftstoffmenge verringert werden, so wird die Drosselung der Zumesseinheit 8 erhöht und gleichzeitig die Fördermenge der Förderpumpe 5 vermindert, wobei erneut ab Erreichen des geforderten Bedarfs eine weitere Verminderung der Fördermenge bei gleichzeitiger Verringerung der Drosselung über die Zumesseinheit 8 herbeigeführt wird. Im Falle sehr rascher nötiger Verminderungen des Einspritzdrucks kann zudem eine Absenkung des Drucks im Druckspeicher 11 über das Druckregelventil 14 erreicht werden.
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In 2 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems dargestellt. Im Unterschied zu der im Vorfeld beschriebenen Variante, ist eine Zumesseinheit 19 in diesem Fall in der Rücklaufleitung 15 angeordnet. Folglich wird über die Zumesseinheit 19 die dem Hochdruckteil 10 der Hochdruckkraftstoffpumpe 3 zugeführte Kraftstoffmenge durch Regelung des in den Vorratsbehälter 4 zurückgeführten Kraftstoffs eingestellt. Auf diese Art und Weise kann eine zusätzliche Drosselstelle im Bereich der Rücklaufleitung 15 eingespart werden.
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Mittels des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems, sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung des selbigen kann eine effiziente und flexible Regelung eines Einspritzdrucks der Brennkraftmaschine realisiert werden. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem mit niedrigem Herstellungsaufwand verwirklicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19735561 A1 [0003, 0007]
