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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Aus der
DE 199 13 477 A1 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffzumesssystems bekannt. Zwischen einem Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich ist ein Ventil angeordnet, das auch als Mengensteuerventil bezeichnet wird. Dieses Ventil ist stromlos offen und wird zum Schließen mit einer Spannung angesteuert, wobei der Strom in charakteristischer Weise ansteigt. Nach dem Abschalten der Spannung fällt der Strom wiederum in charakteristischer Weise ab und das Ventil öffnet kurz nachdem der Strom abgefallen ist. Solange das Ventil geschlossen ist, wird Kraftstoff von dem Niederdruck- in den Hochdruckbereich gefördert.
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Durch das Schließen des Ventils wird der Fluss des Kraftstoffs im Niederdruckbereich abrupt unterbrochen. Dies verursacht eine Druckwelle. Hierdurch entstehen Druckspitzen, diese Druckspitzen führen dazu, dass der Niederdruckbereich für erhöhte Drücke ausgelegt sein muss. Weiterhin wirken die Druckspitzen als Störung des Kraftstoffflusses im Zufluss des Ventils, was sich letztlich auf den Füllgrad der Hochdruckpumpe auswirkt und damit zu Schwankungen im Raildruck führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise und das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Merkmal der unabhängigen Ansprüche hat dem gegenüber den Vorteil, dass der Niederdruckbereich auf kleinere Drücke ausgelegt werden kann und dass die Kraftstoffzumessung verbessert wird, da die Schwankungen im Raildruck deutlich reduziert werden können. Besonders vorteilhaft hierbei ist es, wenn, eine im Niederdruckbereich angeordnete Pumpe abhängig vom Zustand des Ventils, das im Folgenden auch als Einlassventil bezeichnet ist, angesteuert wird.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Zeitpunkt bei dem die Pumpe angesteuert wird abhängig von dem Schließzeitpunkt des Ventils ermittelt wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ansteuerung der Elektrokraftstoffpumpe s Ventils derart erfolgt, dass einer Druckwelle im Niederdruckbereich entgegengewirkt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Ansteuerung der Pumpe im Sinne einer Absenkung des Drucks erfolgt, wenn die Druckwelle eine Druckerhöhung an der Pumpe verursacht, und dass eine Ansteuerung der Pumpe im Sinne einer Erhöhung des Drucks erfolgt, wenn die Druckwelle eine Druckabsenkung an der Pumpe verursacht.
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Eine besonders einfache und kostengünstige Lösung ergibt sich, wenn der Schließzeitpunkt des Ventils ausgehend von der am Ventil anliegenden Spannung oder der dem durch das Ventil fließenden Stroms ermittelt wird. Bei einer solchen Ausführungsform sind keine weitere Sensoren zur Erkennen des Schließzeitpunktes erforderlich.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtung und Verfahren möglich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 ein Blockdiagramm der wesentlichen Elemente eines Kraftstoffzumesssystems,
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2 die wesentlichen Elemente einer Hochdruckpumpe,
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3 ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise und
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4 verschiedene Größen über der Zeit aufgetragen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 sind die wesentlichen Elemente eines Kraftstoffzumesssystems dargestellt. Mit 100 ist eine Hochdruckpumpe bezeichnet. Diese fördert den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich. Der Hochdruckbereich beinhaltet im Wesentlichen einen Hochdruckspeicher 110, der auch als Rail bezeichnet wird, sowie die Zuleitung 115 zwischen der Hochdruckpumpe 100 und dem Hochdruckspeicher 110. Von dem Hochdruckspeicher 110 gelangt der Kraftstoff über Injektoren 120 in die Brennräume der Brennkraftmaschine.
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Ferner steht die Hochdruckpumpe 110 mit einem Niederdruckbereich in Verbindung der im wesentlichen einen Niederdruckspeicher 130 beinhaltet, der auch als Tank bezeichnet wird. Ferner beinhaltet der Niederdruckbereich alle Zuleitungen und Filter die zwischen dem Niederdruckspeicher 130 und der Hochdruckpumpe 100 angeordnet sind. In dem Tank 130 ist eine Elektrokraftstoffpumpe 135 angeordnet, die den Kraftstoff von dem Niederdruckspeicher 130 zur Hochdruckpumpe 100 fördert.
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Ferner ist ein Steuergerät 140 vorgesehen, das die Injektoren 120, die Hochdruckpumpe 100 und die Elektrokraftstoffpumpe 135 mit Ansteuersignalen beaufschlagt.
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Zur Ansteuerung der verschiedenen Elemente wertet das Steuergerät 140 verschiedene Signale aus. Dies sind insbesondere ein Signal, das den Druck im Hochdruckspeicher 110 charakterisiert, sowie die Signale weiterer Sensoren 150.
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Ausgehend von den verschiedenen Signalen der verschiedenen Sensoren berechnet das Steuergerät 140 Ansteuersignale zur Ansteuerung der verschiedenen Elemente. Durch Ansteuern der Hochdruckpumpe 100 wird die von der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge und damit der Druckaufbau im Hochdruckspeicher 110 gesteuert. Vorzugsweise ist dies als Regelung dahingehend ausgestaltet, dass der Druck im Rail auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt wird. Die Injektoren 120 werden im Sinne einer optimierten Verbrennung angesteuert. Die Elektrokraftstoffpumpe wird derart angesteuert, dass sie der Hochdruckpumpe den erforderlichen Kraftstoff zuleitet.
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In 2 ist die Hochdruckpumpe 100 detailliert dargestellt. Bereits in 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Die Hochdruckpumpe 100 beinhaltet im wesentlichen einen Pumpenraum 200 der sowohl mit dem Niederdruckbereich als mit dem Hochdruckbereich in Verbindung steht. Im Pumpenraum 200 befindet sich ein Pumpenkolben 210 der von einer Pumpenwelle 220 über einen Nocken angetrieben wird. Je nach Bewegung des Nockens der Pumpenwelle 220 bewegt sich der Pumpenkolben in der dargestellten Zeichnung auf und ab. Dadurch wird der für den Kraftstoff zur Verfügung stehende Pumpenraum 200 verkleinert bzw. vergrößert. Über ein Einlassventil 230 kann der Zulauf an Kraftstoff in den Pumpenraum 200 gesteuert werden. Über einen Anker 240 steht das Einlassventil mit einer Spule 250 in Verbindung. Dieser Spule 250 wird vom Steuergerät 140 angesteuert.
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Solang sich das Einlassventil 230 in der geöffneten Stellung befindet, kann Kraftstoff vom Niederdruckbereich in den Pumpenraum 201 strömen. Mit der Bewegung des Pumpenkolbens wird der Kraftstoff wieder in den Niederdruckbereich zurückbefördert. Schließt sich das Einlassventil 230, so baut sich im Pumpenraum 200 Druck auf und der Kraftstoff gelangt in den Hochdruckbereich.
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Der Zeitpunkt bei dem das Einlassventil 230 schließt stellt den Zeitpunkt dar, bei dem der Druckaufbau startet.
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Mit Beginn des Schließens des Einlassventils beginnt die Förderung. Diese endet sobald der Pumpenkolben 210 seinen oberen Totpunkt erreicht.
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Mit Schließen des Einlassventils 230 wird der Kraftstofffluss im Niederdruckbereich unterbrochen. Dies führt zur Auslösung einer Druckwelle im Niederdruckbereich.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das Einlassventil 230 stromlos offen. Dies bedeutet, dass das Ventil 230 geöffnet ist und damit kein Druckaufbau erfolgt, wenn kein Strom fließt. Im stromlosen Zustand kann die Hochdruckpumpe keinen Kraftstoff in das Rai fördern, weil der Kraftstoff in den Ansaugpfad zurück geschoben wird.
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Vorzugsweise wird ein Zweipunktregler als Stromregler verwendet, der bei Erreichen des vorgegebenen Sollstroms den Stromkreis unterbricht. Wird die Spule 250 bestromt, so steigt der Spulenstrom in der Form einer E-Funktion an. Ist der Strom und damit das Magnetfeld groß genug, so schließt das Ventil 230 in der Verdichtungsphase der Hochdruckpumpe. Der genaue Schließzeitpunkt des Einlassventils 230 wird vorzugsweise über Softwarefunktionen bestimmt.
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Der Schließzeitpunkt bestimmt die gewünschte Fördermenge in den Hochdruckspeicher 110 zur Erzeugung des gewünschten Druckniveaus.
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Durch das Schließen des Einlassventils 230 wird der Fluss des Kraftstoffs im Niederdrucksystem abrupt unterbrochen. Diese bewirkt eine Druckwelle. Hierdurch entstehen Druckspitzen. Diese Druckspitzen führen dazu, dass das Niederdrucksystem für erhöhte Drücke ausgelegt sein muss.
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Weiterhin wirken die Druckspitzen als Störung des Kraftstoffflusses im Zufluss zum Einlassventil 230, was sich letztlich auf den Füllgrad der Hochdruckpumpe 100 auswirkt und damit zu Schwankungen im Raildruck führt.
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Durch Kenntnis des genauen Schließzeitpunkts des Einlassventils ist auch der Zeitpunkt bekannt, an welchem eine Druckwelle im Kraftstoffniederdrucksystem angeregt wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mit der Elektrokraftstoffpumpe 135 ein gezielter Gegenimpuls in den Niederdruckbereich aufgeprägt. Dadurch kann eine Druckschwankung vermieden und somit die beschriebenen Nachteile vermieden werden oder zu mindestens verringert werden. Dies führt zu einer besseren Regelbarkeit des Raildrucks. Dieses Vorgehensweise kann einen mechanischen Dämpfer im Niederdruckbereich ersetzen und somit die Systemkosten senken.
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Die Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe erfolgt dabei abhängig vom Zustand des Einlassventils 230. Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung abhäng vom Schließzeitpunkt. Diese erfolgt derart, dass der Druckwelle im Niederdruckbereich entgegen gewirkt wird.
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Der Schließzeitpunkt entspricht dem Scheitelpunkt der Druckspitze. Die Laufzeit der Druckspitze bis zum Erreichen der Elektrokraftstoffpumpe hängt von der Ausgestaltung des Einspritzsystems ab und ist in der Regel für jedes Einspritzsystem unterschiedlich. Deshalb ist vorgesehen, dass für jedes Einspritzsystem diese Laufzeit vorzugsweise durch eine Messung am Prüfstand ermittelt wird.
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Die Ansteuerung erfolgt so, dass für kurze Zeit ein Druckabsenkung in das Niederdrucksystem aufgebracht wird, so dass das Drucktal, das durch die Ansteuerung der Elektrokraftstoffpumpe verursacht wird, mit der Druckspitze, die durch das Betätigen des Einlassventils verursacht wird, zusammen fallen. Dadurch wird die Druckspitze geglättet. Bei einer einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach einem definierten Zeitraum nach dem Schließen des Einspritzventils, die Fördermenge der Elektrokraftstoffpumpe reduziert wird.
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Vorzugsweise wird der Zeitpunkt, bei dem die Elektrokraftstoffpumpe 135 angesteuert wird, und/oder die Zeitdauer, für die die Elektrokraftstoffpumpe 135 angesteuert wird, abhängig vom Schließzeitpunkt berechnet.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schließzeitpunkt ausgehend von dem Strom, der durch die Spule 250 fließt, und/oder ausgehend von der Spannung, die an der Spule 250 anliegt, ermittelt wird. Hierzu werden bekannte Verfahren zur Ermittlung des Schließzeitpunktes eines Ventils eingesetzt. Diese beruhen darauf, dass sich beim Schließzeitpunkt die Induktivität der Spule ändert.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird an Hand des Flussdiagramms der 3 erläutert. In einem ersten Schritt 300 wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils 230 ermittelt. Hierzu wird vorzugsweise der Strom und/oder die Spannung am Einlassventil 230 ausgewertet. Es kann aber auch ein entsprechender Sensor vorgesehen sein, der ein Signal beim Schließen des Einlassventils bereitstellt.
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In einem zweiten Schritt 310 wird die Druckwelle ermittel. Bei einer bereits erwähnten Ausführungsform wird hierzu lediglich die Laufzeit der Druckwelle zwischen dem Einlassventils und der Elektrokraftstoffpumpe aus einem Speicher ausgelesen.
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In einem dritten Schritt 320 erfolgt die Berechnung der Ansteuerung und die Ansteuerung der Elektrokraftstoffpumpe 135. Dabei wird ausgehend von dem Schließzeitpunkt und der Laufzeit der Druckwelle der Zeitpunkt der Ansteuerung der Elektrokraftstoffpumpe ermittelt.
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Die Elektrokraftstoffpumpe wird so angesteuert, dass sie zum richtigen Zeitpunkt weniger oder mehr fördert und somit ein ausreichendes Fördervolumen mit gleichzeitiger Druckspitzenkompensation liefert. Der Zeitpunkt der Ansteuerung wird dabei ausgehend von der Laufzeit der Druckwelle zwischen Einlassventil und Elektrokraftstoffpumpe und dem Schließzeitpunkt ermittelt.
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In 4 sind verschiedene Größen über der Zeit beispielhaft dargestellt. In der oberen Teilfigur sind die Zeitpunkte markiert bei denen das Einlassventil angesteuert wird. In der darunter liegenden Teilfigur ist der Druck im Niederdruckbereich im Bereich der Elektrokraftstoffpumpe dargestellt. In der dritten Teilfigur ist das Ansteuersignal für die Elektrokraftstoffpumpe dargestellt.
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Nach der Ansteuerung des Einlassventils schließt dieses und es breitet sich eine Druckwelle im Niederdruckbereich aus. Nach einer gewissen Zeit, die vorab am Prüfstand ermittelt wird, erreicht diese Druckwelle die Elektrokraftstoffpumpe. In der zweiten Teilfigur ist en stark vereinfachter Verlauf dieser Druckwelle dargestellt. Durch Ansteuern der Elektrokraftstoffpumpe, wie dies beispielhaft in der dritten Teilfigur dargestellt ist, wird die Druckwelle nahezu kompensiert. Dabei wird die Elektrokraftstoffpumpe zuerst im Sinne einer Verminderung des Drucks und dann im Sinne einer Erhöhung des Drucks angesteuert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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