DE10336499A1

DE10336499A1 - Motorsteuerung für ein Common-Rail-Kraftstoffsystem, mit Verwendung einer Überlaufkraftstoffbestimmung

Info

Publication number: DE10336499A1
Application number: DE10336499A
Authority: DE
Inventors: James E. Canton McCarthy jun.
Original assignee: Detroit Diesel Corp
Current assignee: Detroit Diesel Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2004-04-01
Also published as: US20040055576A1; GB2394074A; US6712045B1; GB2394074B; GB2394074A8; GB2394074A9; GB0318482D0; GB0318428D0

Abstract

System und Verfahren zur Motorsteuerung, das eine Überlaufkraftstoffmenge zur Verwendung bei der Steuerung des Drucks eines Common-Rail-Kraftstoffsystems bestimmt. In einer Ausgestaltung wird eine Überlaufkraftstoffannahme bestimmt, basierend auf einem Leitungsdruck und einer Motordrehzahl. In einer weiteren Ausgestaltung wird eine Überlaufkraftstoffannahme bestimmt, basierend auf einer Leckagemenge und einer Überlaufsteuerungsmenge. Die Leckagemenge repräsentiert die Menge des Kraftstoffs, der durch die internen Passagen innerhalb des Injektors durchgelassen wurde und basiert allein auf dem Leitungsdruck. Die Überlaufsteuerungsmenge basiert auf dem Leitungsdruck und der Injektorerregungszeit. Die Überlaufsteuerungsstoffmenge repräsentiert den Kraftstoff, der zur Ansteuerung des Injektors gebraucht wird, um den eingespritzten Kraftstoff während des Verbrennungszykluss in den Zylinder zu lassen. Eine genauere Bestimmung der Menge des gepumpten Kraftstoffs, basierend auf dem Überlaufkraftstoff und dem eingespritzten Kraftstoff, kann beispielsweise zur Verbesserung der Common-Rail-Leitungsdrucksteuerung verwendet werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines Mehrfachzylinderverbrennungsmotors mit einem Common-Rail-Kraftstoffsystem, das eine Ermittlung eines Kraftstoffüberlaufs benutzt.
2. Stand der Technik
Common-Rail-Kraftstoffsysteme werden in verschiedenen Arten von Mehrfachzylinderverbrennungskraftmaschinen, wie z.B. einem Dieselmotor, verwendet. Ein Druckspeicher oder eine Druckleitung wird verwendet, um Kraftstoff zu Einspritzeinrichtungen oder Düsen, die jedem Zylinder des Motors zugeordnet sind, zu leiten. Ein Motorsteuerungsmodul ist mit verschiedenen Motorkomponenten verbunden einschließlich eine oder mehrere Kraftstoffpumpen und Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, um den zu jedem Zylinder gelieferten Kraftstoff zu messen, d.h. die Menge und den Zeitpunkt der Kraftstoffabgabe zu überwachen, um letztendlich die Funktion und die Emissionen des Motors zu steuern. Der Zeitpunkt und die Menge der Kraftstoffabgabe zu jedem Zylinder in einem oder mehren Einspritzvorgängen während jedes Verbrennungszyklusses hängt teilweise von dem Druck in der Common-Rail-Leitung, der Erregungszeit des Einspritzmagneten und von der elektromagnetischen Reaktion des Einspritzers/Einspritzvorrichtung ab. Konventionelle Regelungstheorien unter Anwendung von proportionaler (P), integraler (I) und/oder differenzialer (D) Regelung, oft in Kombination mit einer Optimalwertsteuerung (FF), können zur Steuerung des Drucks innerhalb der Common-Rail-Leitung verwendet werden, durch Steuerung des Kraftstoffvolumens, das durch eine oder mehrere Pumpen während des Verbrennungsprozesses geliefert wird. Die Verstärkungsfaktoren des Reglers und der Regelkreissollwerte der Optimalwert-/Sollwertsteuerung werden üblicherweise empirisch während der Einstellung des Motors bestimmt.
Um die Menge des Kraftstoffs zu bestimmen, der von einer Kraftstoffzufuhr zu der Common-Rail-Leitung gepumpt werden muss zum Ersetzen des während des Verbrennungsprozesses verbrauchten Kraftstoffes und zum Halten eines gewünschten Leistungsdrucks, verwendet ein Ansatz aus dem Stand der Technik eine Abschätzung oder Erfassung der eingespritzten Kraftstoffmenge. Während dieser Ansatz für manche Anwendungen akzeptabel ist, hat die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit erkannt, die Drucksteuerung für Common-Rail-Systeme zu verbessern und die zu verbesserter Funktion, Kraftstoffverbrauch und reduzierten Emissionen, speziell während Wechselzuständen, führen kann.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liefert ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine mit mehreren Zylindern, das bevorzugterweise eher die Ermittlung der Menge des gepumptem Kraftstoffs verwendet, als die Menge des Kraftstoffs, der während des Verbrennungszyklusses eingespritzt wurde. Die Menge des gepumpten Kraftstoffs wird unter Verwendung einer Annahme eines Überlaufkraftstoffs in Ergänzung zu der Menge des eingespritzten Kraftstoffs bestimmt. Der Überlauf- oder der Rücklaufkraftstoff ist der durch eine Pumpe bereitgestellte Kraftstoff, der nicht in die Zylinder eingespritzt wurde, sondern der zum Ansteuern der Einspritzeinrichtungen (Steuerungskraftstoff) benutzt wurde oder der aus den inneren Teilen der Einspritzeinrichtung ausgelaufen ist (Leckagekraftstoff), und der zur Kraftstoffzufuhr zurückgeführt wird. In einer Ausgestaltung wird eine Überlaufkraftstoffannahme bestimmt, die auf Leitungsdruck und Motordrehzahl basiert. In einer weiteren Ausgestaltung wird die Überlaufkraftstoffannahme basierend auf einer separaten Ermittlung der Leckagemenge und einer Überlaufsteuerungsmenge bestimmt. Die Leckagemenge repräsentiert die Kraftstoffmenge, die aus den internen Durchlässen innerhalb der Einspritzeinrichtung ausläuft und basiert allein auf dem Leitungsdruck. In einer Ausgestaltung repräsentiert die Leckagemenge die Leckagekraftstoffmenge aller Einspritzeinrichtungen in der Einheit Liter/Stunde. Die Überlaufsteuermenge basiert auf Leitungsdruck und Injektorerregungszeit. Die Überlaufsteuerungsmenge repräsentiert den Kraftstoff, der zum Betreiben des Injektors benutzt wird und lässt den eingespritzten Kraftstoff während des Verbrennungsprozesses in den Zylinder. In einer Ausgestaltung wird die Steuermenge in Kubikmillimeter pro Zylinder pro Zyklus spezifiziert, wobei die Steuermenge auf dem Leitungsdruck, der in der Einheit bar spezifiziert ist, und einer Injektorerregungszeit, die in der Einheit Mikrosekunden spezifiziert ist, basiert.
Die vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls ein computerlesbares Speichermedium, das von einem Computer ausführbare Anweisungen gespeichert hat, um den Leitungsdruck eines Common-Rail-Flüssigkeitsverteilungssystem in einem Verbrennungsmotor zu steuern.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Anzahl von Vorteilen. Zum Beispiel liefert die vorliegende Erfindung eine genauere Common-Rail-Leitungs-Drucksteuerung, durch Verwendung der Bestimmung des Überlaufkraftstoffs, basierend auf aktuellen Motorbetriebsparametern. Eine genauere Bestimmung des Überlaufkraftstoffs kann die Motoreinstellung erleichtern und kann schließlich zum Einstellen des Steuerungssystems gebraucht werden, um die Funktion zu verbessern und Emissionen zu reduzieren. Zum Beispiel liefert die vorliegende Erfindung ein genaueres Mittel zum Ausfüllen einer Sollwerttabelle, die in der Steuerung verwendet wird. Dies erlaubt den Reglerverstärkungsfaktoren für das Liefern einer schnelleren Antwort für den Leitungsdruckregler eingestellt zu werden, weil eine optimierte Sollwerttabelle die nötige Mitwirkung der Prozesssteuerung beim Haltern des gewünschten Common-Rail-Leitungs-Drucks während des einen oder der mehreren Einspritzvorgänge für jeden Zylinder während des Verbrennungszyklusses reduziert. Außerdem erleichtert eine genaue Bestimmung des Überlaufkraftstoffs die Ermittlung von Kraftstoffleckagen. Darüber hinaus kann eine separate Bestimmung von Steuerungskraftstoff und Leckagekraftstoff weniger Speicherplatz (und eine resultierende Verringerung des Einstellungsaufwandes) benötigen als eine einzelne Bestimmung des Überlaufkraftstoffs.
Verschiedene andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung anhand der folgenden, detaillierten Beschreibungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Schema/Blockdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder Verfahrens zur Motorsteuerung unter Verwendung einer Bestimmung von Überlaufkraftstoffgemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Common-Rail-Kraftstoffsystem mit einer Drucksteuerungsstrategie unter Verwendung der Bestimmung von Überlaufkraftstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer Motorsteuerung unter Verwendung eines Leitungsdruckreglers darstellt, der einen Pumpenausstoß bestimmt unter Verwendung von Überlaufkraftstoff gemäß der vorliegenden Erfindung
4 zeigt eine Kurve, die die Kraftstoffmenge pro Zyklus als eine Funktion der Motordrehzahl für die Bestimmung von Leckagekraftstoff und Steuerungskraftstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 zeigt eine Kurve, die die Kraftstoffmenge in Liter pro Stunde als eine Funktion der Motordrehzahl für die Bestimmung von Leckagekraftstoff und Steuerungskraftstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 zeigt eine Schnittdarstellung einer repräsentativen Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die Durchflusspassagen des Steuerungskraftstoffs, des Leckagekraftstoffs und des eingespiritzten Kraftstoffs, die für die Bestimmung des Überlaufkraftstoffs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt werden, darstellt; und
7 zeigt ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens zur Motorsteuerung unter Verwendung einer Bestimmung von Überlaufkraftstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsforme(n)
1 zeigt ein Schema/Blockdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens zur Steuerung eines mehrzylindrigen Verbrennungsmotors, der ein Common-Rail-Leitungs-Kraftstoffsystem hat, unter Verwendung der Bestimmung von Überlaufkraftstoff gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das System 10 umfasst einen mehrzylindrigen Druckzündungsmotor, z.B. einen Dieselmotor 12, der abhängig von der speziellen Anwendung in einem Fahrzeug 14 eingebaut sein kann. In einer Ausführungsform beinhaltet das Fahrzeug 14 einen Sattelschlepper mit Anhänger 16. Der Dieselmotor 12 ist in dem Sattelschlepper mit Anhänger 16 eingebaut und ist mit verschiedenen Sensoren und Aktoren, die an dem Motor 12 und dem Sattelschlepper mit Anhänger 16 durch Motor- und Fahrzeugkabelbaum angebracht sind. In einer anderen Anwendung kann der Motor 12 zum Betreiben von Industrie- und Bauausrüstung oder in stationären Anwendungen zum Antreiben eines Generators, eines Kompressors und/oder einer Pumpe oder Ähnlichem benutzt werden.
Ein elektronisches Motorsteuerungsmodul (Electronic Engine Control Module, ECM) 20 empfängt Signale, die durch Motorsensoren 22 und Fahrzeugsensoren 24 erzeugt werden, und leitet die Signale weiter, um den Motor und/oder die Fahrzeugaktoren, wie z.B. eine Hochdruckpumpe und/oder ein Proportionalventil (2) und/oder Kraftstoffinjektoren 26, zu steuern. Das ECM 20 umfasst bevorzugterweise ein computerlesbares Speichermedium, im Allgemeinen mit der Referenznummer 28 bezeichnet, zur Speicherung von Daten, die von einem Computer ausführbare Anweisungen zur Steuerung des Motors 12 darstellen. Das computerlesbare Speichermedium 28 kann zusätzlich zu Arbeitsvariablen, Parametern und Ähnlichem außerdem Einstellinformationen umfassen. In einer Ausführungsform umfasst das computerlesbare Speichermedium 28 zusätzlich zu verschiedenen nichtflüchtigen Speichern, wie z.B. Festwertspeicher (ROM) 32 und nichtflüchtigem Speicher (NVRAM) 34 einen Schreib-/Lese-Speicher (RAM) 30. Das computerlesbare Speichermedium 28 steht über einen Standardsteuerungs-Adressbus in Verbindung mit einem Mikroprozessor 38 und Eingangs/Ausgangs (I/O)-Stromkreisen 36. Wie jemandem mit normalen Kenntnissen des Standes der Technik bekannt sein wird, kann das computerlesbare Speichermedium 28 verschiedene Arten von physischen Vorrichtung für temporäre und/oder bleibende Speicherung von Daten enthalten, die festen Zustand, magnetische optische und/oder daraus kombinierte Vorrichtungen umfassen. Zum Beispiel kann das computerlesbare Speichermedium 28 mit einem oder von mehreren physischen Vorrichtungen, wie z.B. DRAM, PROMS, EPROMS, EEPROMS, Flash-Memory-Speicher und Ähnlichem ausgeführt sein. Abhängig von der speziellen Anwendung kann das computerlesbare Speichermedium 28 auch Floppydisks, CD-Rom, DVD und Ähnliches umfassen.
In einer typischen Anwendung verarbeitet das ECM 20 Eingänge von Motorsensoren 22 und Fahrzeugsensoren/Schaltern 24 durch die Ausführung von Anweisungen, die in dem computerlesbaren Speichermedium 28 gespeichert sind, um geeignete Ausgangssignale für die Steuerung des Motors 12 durch entsprechende Aktoren zu erzeugen. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfassen die Motorsensoren 22 einen Taktreferenzsensor (TRS) 40, der eine Anzeige der Kurbelwellenposition liefert und der zur Bestimmung der Motordrehzahl, bevorzugterweise in Umdrehungen pro Minute (U/min), benutzt werden kann. Ein Öldrucksensor (OPS) 42 und ein Öltemperatursensor (OTS) 44 werden dazu verwendet, den Druck und die Temperatur des Motoröls jeweils aufzuzeichnen. Eine oder mehrere Fluidtemperaturen, wie z.B. die Öltemperatur, können dazu verwendet werden, den Motor beispielsweise durch Bestimmung eines gewünschten Leitungsdrucksollwertes zu steuern, was unten im Einzelnen beschrieben wird.
Ein Lufttemperatursensor (ATS) 46 wird dazu verwendet, eine Anzeige der aktuellen Einlass- oder Umgebungslufttemperatur zu liefern. Ein Ladedrucksensor (TBS) 48 wird zum Liefern einer Anzeige des Ladungsdruckes eines Turboladers, der bevorzugterweise ein Turbolader mit variabler Geometrie oder variabler Düse ist, verwendet. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann ein Ladedrucksensor 48 dazu benutzt werden, ebenfalls eine Anzeige des Einlasskrümmerdrucks zu liefern. Ein Kühlmitteltemperatursensor (CTS) 50 wird dazu verwendet, eine Anzeige der Kühlmitteltemperatur zu liefern. Abhängig von der einzelnen Motorkonfiguration und Anwendung können verschiedene zusätzliche Sensoren vorhanden sein. Zum Beispiel umfassen Motoren, die eine Abgasrückführung (EGR) verwenden, bevorzugterweise einen EGR-Temperatursensor (ETS) 51 und einen EGR-Durchflusssensor (EFS) 53.
Common-Rail-Flüssigkeitsverteilungssysteme können einen oder mehrere Drucksensoren umfassen, die den Druck in der Common-Rail-Leitung bestimmen und ein entspre chendes Signal an die Drucksteuerung innerhalb des ECMs 20 liefern. Bevorzugterweise umfasst ein Common-Rail-Kraftstoffsystem einen dazugehörigen Kraftstoffdrucksensor (CFPS) 52. Entsprechend kann ein Zwischenkühler-Kühlmitteldrucksensor (ICPS) 54 und ein Zwischenkühler-Kühlmitteltemperatursensor (ICTS) 56 vorhanden sein, um jeweils den Druck und die Temperatur des Zwischenkühlerkühlmittels aufzunehmen. Bevorzugterweise umfasst auch der Motor 12 einen Kraftstofftemperatursensor (FTS) 58 und einen Synchronreferenzsensor (SRS) 60. Der SRS 60 liefert eine Anzeige eines speziellen Zylinders in der Zündfolge des Motors 12. Dieser Sensor kann beispielsweise benutzt werden um die Steuerung vielfacher Motorkonfigurationen, die z.B. in manchen stationären Generatoranwendungen genutzt werden, zu koordinieren oder zu synchronisieren.
Der Motor 12 kann auch einen Ölstandssensor (OLS) 62 haben, der verschiedene Motorschutzmerkmale bezüglich eines geringen Ölstandes liefert. Ein Kraftstoffgrenzsensor (FRS) 64 kann genutzt werden, um einen Kraftstofffilter zu überwachen und eine Warnanzeige für vorbeugende Wartung zu liefern. Ein Kraftstoffdrucksensor (FPS) 68 liefert eine Anzeige des Kraftstoffdrucks, um vor unmittelbar bevorstehenden Leistungsverlust zu warnen und auf eine Motorbetankung hinzuweisen. Entsprechend liefert ein Kurbelgehäusedrucksensor (CPS) 66 eine Anzeige des Kurbelgehäusedrucks, der für verschiedene Motorschutzmerkmale durch Erkennung eines plötzlichen Anstiegs des Kurbelgehäusedrucks als Anzeige einer Motorfehlfunktion benutzt werden kann.
Das System 10 umfasst bevorzugterweise verschiedene Fahrzeugsensoren/Schalter 24, um Fahrzeugbetriebsparameter und Fahrereingaben zu erfassen, die für die Steuerung des Fahrzeugs 14 und des Motors 12 verwendet werden. Zum Beispiel können die Fahrzeugsensoren/Schalter 24 einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (VSS) 70 umfassen, der eine Anzeige der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit liefert. Ein Kühlmittelstandsensor (CLS) 72 erfasst den Stand des Motorkühlmittels im Fahrzeugkühler. Schalter zum Auswählen eines Motorbetriebsmodusses oder andererseits zum Steuern des Betriebs von Motor 12 oder Fahrzeug 14 können einen Motorbremswahlschalter 74, der bevorzugterweise eine Auswahl für Niedrig, Mittel, Hoch und Aus hat, Fahrbetriebssteuerungsschalter 76, 78 und 80, einen Diagnoseschalter 82 und verschiedene optionale digitale und/oder analoge Schalter 84, wie z.B. einen Leerlaufhöchstdrehzahlschalter umfassen. Das ECM 20 erhält auch Signale von einer Beschleunigungseinrichtung oder Fußpedal 86, einer Kupplung 88 und einer Bremse 90. Das ECM 20 kann auch die Position eines Schlüsselschalters oder Zündschalters 92 und einer Systemspannung, die durch eine Fahrzeugbatterie 94 geliefert wird, erfassen, um aktuelle Betriebsbedingungen zu bestimmen und den Motor 12 und/oder das Fahrzeug 14 zu steuern.
Das ECM 20 kann mit verschiedenen Fahrzeugausgangseinheiten, wie z.B. Statusanzeigen/Lampen 96, Analoganzeigen 98, Digitalanzeigen 100 und verschiedenen Analog/Digitalmessvorrichtungen 102 kommunizieren. In einer Anwendung der vorliegenden Erfindung benutzt das ECM 20 eine Industriestandarddatenverbindung 104, um verschiedene Status- und/oder Kontrollmeldungen zu übertragen, die Motordrehzahl, Gas-/Fußpedalposition, Fahrzeuggeschwindigkeit und Ähnliches enthalten können. Bevorzugterweise erfüllt die Datenverbindung 104 die US-amerikanische Norm SAE J1939 und SAE J1587, um verschiedene Service-, Diagnose- und Steuerinformationen für andere Motorsysteme, Subsysteme und verbundene Vorrichtungen, wie z.B. die Anzeige 100, zur Verfügung zu stellen. Bevorzugterweise umfasst das ECM 20 eine Steuerelektronik, die zum bestimmen oder Abschätzen des Überlauf- oder Rückflusskraftstoffs verwendet wird, der durch die Common-Rail-Drucksteuereinheit oder den Common-Rail-Druckregler gebraucht wird, die/der ebenfalls in der Steuerungselektronik innerhalb des ECM 20 enthalten ist. Wie im Folgenden genauer beschrieben wird, kann das ECM 20 den Überlaufkraftstoff in einer einzelnen Auswahl basierend auf der Motordrehzahl und dem aktuellem Leitungsdruck bestimmen. Alternativ kann eine Überlaufkraftstoffsteuermenge in einer ersten Auswahl basierend auf Injektorerregungszeit und aktuellem Leitungsdruck bestimmt werden und eine Überlaufkraftstoffleckagemenge kann durch eine zweite Auswahl basierend nur auf dem aktuellen Leitungsdruck ermittelt werden. Der Überlaufkraftstoff oder der Steuerungskraftstoff und der Leckagekraftstoff können dann in Kombination mit dem eingespritzten Kraftstoff zum Bestimmen des Kraftstoffpumpenauslasses benutzt werden, der durch die Common-Rail-Drucksteuer-einheit zum Erzielen des gewünschten Common-Rail-Drucks benutzt werden kann.
Ein Servicewerkzeug 106 kann periodisch über die Datenverbindung 104 angeschlossen werden, um in dem ECM 20 abgespeicherte, ausgewählte Parameter zu programmieren und/oder Diagnoseinformationen von dem ECM 20 zu erhalten. Ebenfalls kann ein Computer 108 mit der erforderlichen Software und Hardware über die Datenverbindung 104 angeschlossen werden, um Informationen zu dem ECM 20 zu transferieren und um verschiedene Informationen jeweils zum Betrieb des Motors 12 und/oder des Fahrzeugs 14 zu erhalten. In gleicher Weise kann ein Sendeempfänger (Transceiver) 110 und eine Antenne 112 benutzt werden, um Programme, Diagnosen oder andere Informationen kabellos zu senden und/oder zu empfangen.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Common-Rail-Kraftstoffsystem mit einer Drucksteuerungsstrategie, die eine Überlaufkraftstoffermittlung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verwendet, darstellt. Ein Common-Rail-Flüssigkeitsverteilungssystem 200 wird für die Abgabe von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 202 verwendet. Eine Niederdruckzahnradpumpe 206 saugt Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 202 durch einen Primärkraftstofffilter 204 und pumpt den Kraftstoff durch einen Sekundärfilter 208 in eine Hochdruckpumpe 210. Ein Kraftstoff-Dosierventil oder -Proportionalventil 212 wird durch das ECM 20 über einen Kabelbaum 214 elektronisch gesteuert, um Kraftstoff in einen Hochdruckkolbenraum der Hochdruckpumpe 210 zu leiten. Der verbleibende Kraftstoff läuft über oder wird zurückgeführt, wie durch Bezugszeichen 218 dargestellt, zu einem Verteilerblock 222, wo er mit einem Injektorüberlaufkraftstoff der Injektoren 26 zusammengeführt wird und zu dem Kraftstofftank 202 zurückgeführt wird. Das Dosierventil 212 ist bevorzugterweise, zum Reduzieren von Verlusten, eine integrierte Komponente der Hochdruckpumpe 210. Dennoch können Anwendungen, die ein separates Dosierventil oder ein Mehrfachdosierventil verwenden, für bestimmte Ausführungen geeignet sein und sind innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung. Wie durch diese Beschreibung hindurch benutzt, ist die Steuerung der Hochdruckpumpe 210 austauschbar mit der Steuerung des Dosierventils 212 zu verwenden. Im eigentlicher Betrieb kann die Hochdruckpumpe 210 separat von der Steuerung oder der Regulierung des Dosierventils 212 an- und abgeschaltet werden.
Ein Leitungsdruckregler oder eine Leitungsdrucksteuereinheit, die innerhalb des ECMs 20 eingebaut ist, steuert die aktuelle Menge, die zu dem Dosierventil 212 gesendet wird, um die Menge an Kraftstoff (und dadurch den Druck) zu steuern, die zu der Common-Rail-Leitung 216 geliefert wird, wie im Folgenden genauer beschrieben wird.
Im Allgemeinen steuert der Leitungsdruckregler das Dosierventil 212 basierend auf einem gewünschten Leitungsdruck und einem gemessenen Leitungsdruck (bestimmt beispielsweise durch den Drucksensor 52 und zu dem ECM 20 über den Kabelbaum 214 übermittelt) mit Steuerungssystemparameter oder -faktoren, bestimmt in Verbindung mit aktuellen Motorbetriebszuständen. PID-Reglertaktoren des Leitungsdruckreglers können fix sein oder können, basierend auf aktuellen Betriebszuständen, variieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung variieren die PID-Faktoren basierend auf der Pumpenausgabe pro Zeiteinheit, mit einer Pumpenausgabe bestimmt durch Verwendung einer Gesamtüberlaufkraftstoffbestimmung oder alternativ einer Überlaufkraftstoffsteuerungsmenge und einer Überlaufkraftstoffleckagemenge. Eine Optimalwertsteuerung liefert eine Steuerkette mit einem Steuerungssollwert basierend auf einer gepumpten Kraftstoffmenge und der Motordrehzahl oder alternativ der Pumpenausgabe pro Zeiteinheit. Es sollte festgehalten werden, dass die Pumpendrehzahl anstatt der Motordrehzahl benutzt werden kann und dass die Motorlast anstatt der eingespritzten oder gepumpten Kraftstoffmenge benutzt werden kann. Außerdem kann die eingespritzte Kraftstoffmenge anstatt der gepumpten Kraftstoffmenge für die Optimalwertsteuereinheit des Leitungsdruckreglers benutzt weden. Der Leitungsdruckregler oder die -steuereinheit versucht den Druckfehler oder die Druckabweichung zwischen dem gewünschten und dem wirklichen Leitungsdruck zu verringern, um den Kraftstoffdruck in der Hochdruckleitung oder Common-Rail-Leitung 216 durch eine Regulierung des Dosierventils 212 zur Steuerung der Kraftstoffmenge zu halten, die durch die Hochdruckpumpe 210 geliefert wird. Die vorliegende Erfindung verbessert die Drucksteuerung durch Lieferung einer genaueren Ermittlung des Überlaufkraftstoffs, der bei der Ermittlung der Pumpenausgabe benutzt wird.
Die Common-Fail-Leitung 216 wird zum Liefern von druckbeaufschlagtem Kraftstoff zu einer Vielzahl von Motorpositionen verwendet. In dieser Ausgestaltung entspricht die Vielzahl von Motorpositionen den Injektoren 26, die jeder mit einem Zylinder des Motors (nicht speziell dargestellt) verbunden sind. Die Injektoren 26 werden durch das ECM 20 durch den Kabelbaum 216 in elektrischer Verbindung mit dazugehörigen Injektormagneten zum Steuern der Menge und des Zeitpunktes des eingespritzten Kraftstoffs 224 für jeden Zylinder angesteuert. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist die Menge und der Zeitpunkt des eingespritzten Kraftstoffs in die Brennkammer jedes Zylinders auch eine Funktion des Drucks innerhalb der Common-Rail-Leitung 216. Beispielsweise ist die dauerhafte und genaue Steuerung des Drucks innerhalb der Common-Rail-Leitung 216 vorteilhaft bei der Verbesserung von Emissionen, Effektivität und dem Fahrverhalten. Wie ausführlicher beschrieben in Bezug auf die 4-6, verwenden typische Kraftstoffinjektoren druckbeaufschlagten Kraftstoff aus der Common-Rail-Leitung 216, um die Ansteuerung der Injektornadel zu steuern. Dieser Steuerungskraftstoff, zusammen mit Kraftstoff der durch interne Injektorpassagen leckt bzw. austritt, wird als Überlaufkraftstoff bezeichnet, weil er weder in die Zylinder eingespritzt wurde noch zu der Kraftstoffzufuhr zurückgeführt wurde. Ein Regulierungsventil 220 reguliert den kombinierten Injektorüberlaufkraftstoffdruck, um einen Gegendruck zu dem Injektorüberlauf an jedem Injektorausgang zu liefern. Der Druckverlust von jedem Injektorausgang zu dem Druckregulator ist zu vernachlässigen, bei der Annahme eines ausreichend großen Kanals für den kombinierten Rücklaufkraftstoff. Der Injektorüberlaufkraftstoff wird mit dem Pumpenüberlaufkraftstoff in dem Verteilerblock 222 zusammengeführt, bevor er zu dem Kraftstofftank 202 zurückgeführt wird.
3 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung für einen Leitungsdruckregler darstellt, der verschiedene Verstärkungsfaktoren hat basierend auf dem Pumpenausstoß, der durch Verwendung einer Überlaufkraftstoffannahme oder -bestimmung gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt wird. Ein Leitungsdruckregler 300 bestimmt einen gewünschten Leitungsdruck basierend auf aktuellen Motorbetriebsbedingungen oder Betriebsarten, der durch den Block 302 repräsentiert wird. Der gewünschte Leitungsdruck oder der Leitungsdrucksollwert wird bevorzugterweise bestimmt wie in der allgemein bekannten US-Patentanwendung Serien-Nr. 10/214,550 mit dem Titel "Injection Control For A Common Rail Fuel System" (Injektorsteuerung für ein Common-Rail-Kraftstoff-system) beschrieben, deren Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit eingeschlossen ist. Dennoch ist die vorliegende Erfindung unabhängig von dem speziellen Verfahren zur Bestimmung des gewünschten Leitungsdrucks, dargestellt durch Block 302. Ein gemessener oder gestörter Leitungsdruck wird bestimmt, repräsentiert durch Block 304, und wird für die Bestimmung eines Leitungsdruckfehlers oder einer Leitungsdruckabweichung in Block 306 benutzt. Der gemessene oder gestörte (aktuelle) Leitungsdruck 304 wird in einer Ausgestaltung ebenfalls dazu verwendet, in Verbindung mit der Motordrehzahl 310 einen Aggregateüberlaufkraftstoff pro Zyklus 308 zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die separate Bestimmung oder Annahme des Überlaufsteuerkraftstoffs 312 und Überlaufleckagekraftstoffs 314 benutzt, um einen Gesamtüberlaufkraftstoff pro Zyklus 308 aus dem Steuerungskraftstoff 312, der auf dem Leitungsdruck 304 basierend bestimmt wird, und der Injektorerregungszeit (nicht spezielle dargestellt) und dem Leckagekraftstoff 314, der nur auf dem Leitungsdruck 304 basiert, zu bestimmen. Der Steuerungskraftstoff 312 repräsentiert den Kraftstoff, der während der Ansteuerung jedes Injektors benutzt wird und steigt mit der Injektorerregungszeit. Der Leckagekraftstoff 314 repräsentiert den Kraftstoff, der aus den internen Komponenten eines Kraftstoffinjektors austritt oder leckt und ist im Allgemeinen unabhängig von der Motordrehzahl oder den Einspritzvorgängen. Der Überlaufkraftstoff pro Zyklus (entweder bestimmt in einem Aggregat, basierend auf Leckagekraftstoff oder basierend auf Leckagekraftstoff und Steuerungskraftstoff) wird in Kombination mit dem eingespritzten Kraftstoff pro Zyklus 316 verwendet, um den gepumpten Kraftstoff pro Zyklus 318 und den letztendlichen Pumpenauslass 320 zu bestimmen. Da der Leckagekraftstoff in erster Linie eine Funktion des Leitungsdrucks 304 ist, kann diese Komponente oder dieser Anteil des Überlaufkraftstoffs eher in der Einheit Liter/Stunde spezifiziert werden und kann abhängig von der speziellen Anwendung und Ausführung, wie in 3 dargestellt, direkt zu der Berechnung des Pumpenauslasses 320 eingebracht werden, als in der Menge "pro Zyklus" spezifiziert zu werden.
In einer Ausgestaltung ist ein Aggregatüberlaufkraftstoff pro Zyklus in einer zweidimensionalen Tabelle gespeichert mit Zugriff durch die Motordrehzahl 310 und den Leitungsdruck 304. Die zweidimensionale Tabelle ist eine 17 × 17-Tabelle, die 289 Speicherplätze besitzt. Der Aggregatüberlaufkraftstoff pro Zyklus liefert für ziemlich viele Anwendungen eine akzeptable Annahme des Überlaufkraftstoffs zur Verwendung durch den Leitungsdruckregler. Dennoch liefert die Trennung der Überlaufkraftstoffmenge in eine Steuerungskraftstoffmenge 312 und eine Leckagekraftstoffmenge 314 eine genauere Bestimmung des Überlaufkraftstoffs und dadurch der Pumpenausgabe, wodurch eine genauere Drucksteuerung erreicht werden kann. In dieser Ausgestaltung werden außerdem die Steuerungkraftstoffmengen in einer zweidimensionalen (9 × 17) Tabelle gespeichert, auf die durch die Injektorerregungszeit und den Leitungsdruck zugegriffen wird, und den Leckagekraftstoffmengen gespeichert in einer eindimensionalen Tabelle (17 × 1), mit Zugriff durch den Leitungsdruck. Diese Ausgestaltung benötigt beispielsweise etwas weniger Speicher (170 Plätze) mit einer verbundenen Reduzierung des Einstellaufwandes und einer verbesserten Steuerung. Die Injektorüberlaufkraftstoffsteuerungsmengen und die Injektorüberlaufkraftstoffleckagemengen zur Füllung der Tabellen können wie in den 4 – 6 beschrieben und dargestellt bestimmt werden.
Wie oben zusammengefasst wird die Pumpenausgabe pro Zeiteinheit, wie durch Block 320 repräsentiert, bestimmt basierend auf der Motordrehzahl 310 und dem gepumpten Kraftstoff pro Zykclus 318, der wiederum auf dem eingespritzten Kraftstoff pro Zyklus 316 und dem Überlaufkraftstoff pro Zyklus 308, oder alternativ auf dem Steuerungskraftstoff 312 und dem Leckagekraftstoff 314 basiert. Dort, wo der Steuerungskraftstoff 312 und der Leckagekraftstoff 314 benutzt werden, kann der Pumpenausstoß für einen Viertakt(zyklus)motor wie folgt bestimmt werden:
wobei PO den Pumpenausstoß in Kubikmillimeter pro Zylinder pro Zyklus darstellt, FPC den eingespritzten Kraftstoff in Kubikmillimeter pro Zylinder pro Zyklus darstellt, SCQ die übergelaufene Injektorsteuermenge in Kubikmillimeter pro Zylinder pro Zyklus darstellt, SL die übergelaufene Injektorleckagemenge in Liter pro Stunde darstellt, U/min die Motordrehzahl in Umdrehungen pro Minute darstellt und # Zylinder die Zylinderanzahl des Motors darstellt. Der Pumpenausstoß wird danach bevorzugterweise in die Einheit Liter pro Stunde für den Gebrauch durch den PID-Regler und die Optimalwerttabelle/Sollwerttabelle umgewandelt.
Ein Optimalwertsteuerungssollwert 330 kann basierend auf dem Pumpenausstoß 320 bestimmt werden und in Kombination mit den PID-Regler 332 benutzt werden, um eine Führungsgröße 340 für die Kraftstoffpumpe und/oder das Proportionalventil zu erzeugen. Der PID-Regler 332 berechnet einen Proportionalterm in Block 344, bevorzugterweise unter Verwendung eines variablen Proportionalverstärkungsfaktors 346 (bevorzugterweise mit einer Spalte) basierend auf dem Pumpenausstoß 320, eines Hochdruckpumpenproportionalverstärkungsfaktors 348 (bevorzugterweise eine programmierbare Konstante oder ein Skalar) und einem Druckfehler 306. Der PID-Regler 332 bestimmt ebenfalls einen Integralterm in Block 350 basierend auf einem Hochdruckpumpenintegralverstärkungsfaktor 352 (bevorzugterweise einer programmierbaren Konstante oder Skalar) einem variablen Integralverstärkungsfaktor 354, der basierend auf dem Pumpenausstoß 320 bestimmt wird, und dem Druckfehler 306. Ebenso bestimmt der PID-Regler 332 einen differenzierten Term in Block 360, der auf einem Hochdruckpumpendifferentialverstärkungsfaktor 362 (bevorzugterweise eine programmierbare Kon stante oder Skalar), einem variablen Differenzialverstärkungsfaktor 364, der auf dem Pumpenausstoß 320 und auf dem Druckfehler 306 basiert. Die variablen Steuerungsterme werden in Block 370 kombiniert, um ein geeignetes Steuersignal für die Hochdruckpumpe oder das Dosierventil zu bestimmen, das durch Block 340 repräsentiert wird.
Die 4 und 5 liefern Kurven, die ein Verfahren zur Bestimmung der Überlaufkraftstoffsteuermengen und -leckagemengen zur Steuerung des Leitungsdrucks gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Der Graph 400 in 4 zeigt die Kraftstoffmenge pro Zyklus als eine Funktion der Motordrehzahl zur Bestimmung des Leckagekraftstoffs 410 und des Steuerungskraftstoffs 420 in einer typischen Anwendung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Der Graph 500 in 5 zeigt die Kraftstoffmenge in Liter pro Stunde als eine Funktion der Motordrehzahl für den Überlaufsteuerungskraftstoff 510 und den Überlaufleckagekraftstoff 520. Beide Kurven gehen von einem konstanten Leitungsdruck und einer konstanten eingespritzten Kraftstoffmenge pro Zylinder pro Zyklus aus. Die Mengen werden im Allgemeinen empirisch bestimmt und werden dazu verwendet, die entsprechende Tabelle, wie zuvor beschrieben, zu füllen. Dennoch können andere Verfahren, alleine oder in Kombination mit einer empirischen Bestimmung, zum Erzeugen von Einstellungsinformationen für eine bestimmte Anwendung verwendet werden.
Wie in 4 zu sehen, sinkt der Leckagekraftstoff pro Zyklus 410 während die Motordrehzahl steigt wegen der kürzeren Zyklusdauer und der im Allgemeinen konstanten Leckagerate, die in erster Linie als eine Funktion des Leitungsdrucks variiert. Die Steuerungskraftstoffmenge 420, die in erster Linie als eine Funktion der Injektorerregungszeit und des Leitungsdrucks variiert, ist für jeden Zylinder bei konstant eingespritztem Kraftstoff pro Zyklus und konstantem Leitungsdruck relativ konstant.
Wie in 5 gezeigt wird, ist der Überlaufleckagekraftstoff 520, der als eine Rate in Liter pro Stunde spezifiziert ist, im Allgemeinen konstant, weil er in erster Linie als eine Funktion des Leitungsdrucks variiert, der in dieser Darstellung als konstant angenommen wird. Die Überlaufsteuerungskraftstoffmenge 510 steigt im Allgemeinen linear mit steigender Motordrehzahl an, durch die korrespondierende, steigende Anzahl von Zyklen pro Stunde mit einer konstanten Steuermenge pro Zyklus (420, 4).
Die Verwendung der Beziehung zwischen dem Überlaufsteuerungskraftstoff und dem Überlaufleckagekraftstoff an zwei willkürlichen Betriebspunkten (beispielsweise bei 600 Umdrehungen pro Minute und bei 1200 Umdrehungen pro Minute) liefert zwei Gleichungen und mit zwei Unbekannten, die einfach gelöst werden können, um die Steuermengen und die Leckagemengen zu bestimmen. Alternativ kann der Überlaufleckagekraftstoff durch das Variieren des Leitungsdrucks und durch Nichteinspritzen jeglichen Kraftstoffs bestimmt werden. So wird kein Überlaufsteuerungskraftstoff verwendet und der gesamte Injektorüberlaufkraftstoff kommt von den Leckagen. Wenn der Leckagekraftstoff einmal bestimmt ist, kann entsprechend der Steuerungskraftstoff bestimmt werden. Der Überlaufsteuerungskraftstoff und der übergelaufene Leckagekraftstoff können dann bei der Bestimmung des Pumpenausstoßes und der Steuerung des Proportionalventils (oder gleichbedeutend der Hochdruckkraftstoffpumpe) verwendet werden, um den gewünschten Common-Rail-Leitungsdruck, wie oben beschrieben, zu liefern.
6 zeigt einen Querschnitt eines Kraftstoffinjektors aus dem Stand der Technik, der Durchflusspassagen für Steuerungskraftstoff, Leckagekraftstoff und eingespritzten Kraftstoff zeigt, verwendet bei der Bestimmung des Überlaufkraftstoffs gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Ein Injektor 600 umfasst einen Injektorkörper 602 mit einer Düsenmutter 604, um den unteren Teil des Injektors 600 in einem zugehörigen Motorzylinder zu sichern. Eine Anzahl von inneren Injektorkomponenten tragen zur Lieferung einer Menge eingespritzten Kraftstoffs in den dazugehörigen Zylinder als Antwort auf ein Befehlssignal der Motorsteuerung bei. Wenn in einen laufenden Motor eingebaut, liefert das Common-Rail-Kraftstoffsystem Hochdruckkraftstoff zu einer Hochdruckversorgung 606. Der druckbeaufschlagte Kraftstoff läuft durch eine gesteuerte Eingangsmündung oder z-Loch 610 innerhalb eines Ventilstücks 620 und bringt eine Abwärtsdichtungskraft auf eine Stößelstange 612 auf. Der Hochdruckkraftstoff wird in erster Linie durch einen Dichtring 614 eingeschlossen und ihm wird selektiv erlaubt, durch eine überwachte Ausgangsöffnung oder a-Loch 616 in dem Ventilteil 620 während der Injektoransteuerung zu fließen, wenn es einem Ventilball 630 erlaubt wird, sich aus seinem Sitz zu bewegen. Wenn der Injektor abgeschaltet wird, wird die Kraft, die durch den Hochdruckkraftstoff auf die Stößelstange 612 ausgeübt wird und proportional zu der Oberfläche der Stößelstange 612 ist, zu einem Zwischenstift 632 und einer Nadel 634 geleitet. Diese Abwärtskraft in Ergänzung zu der Kraft, die durch die Düsenfeder 636 auf den Zwischenstift 632 ausgeübt wird, überwindet die Aufwärtskraft, die durch den auf Nadel 334 wirkende Hochdruckkraftstoff entstanden ist, um die Nadel 634 in ihrem Sitz zu halten und hindert den Kraftstoff daran, in den Zylinder einzutreten. Jeglicher Kraftstoff, der durch die internen Injektorkomponenten leckt, wie z.B. der Hochdruckdichtungsring 614, das Ventilteil 620 oder der Ventilball 630, ist Überlaufleckagekraftstoff und wird zu der Kraftstoffzufuhr durch eine Kraftstoffrückführung 640 zurückgeleitet. Wie in 2 beschrieben und dargestellt wird der Rücklauf- oder Überlaufkraftstoffdruck in einer Ausgestaltung durch den Druckregler 220 bei ungefähr 1,3 bis 2,0 bar Absolutdruck gehalten.
Während der Ansteuerung des Injektors 600 erhält die Magnetbaugruppe 650 ein Befehlssignal der Motorsteuerung, das die Magnetbaugruppe 650 ansteuert den Armaturstift 652 gegen die Kraft der Ventilfeder 654 zu heben. Dies erlaubt dem Ventilball 630, sich aus seinem Sitz zu heben und den Hochdruckkraftstoff durch die Ausgangsöffnung (a-Loch) 630 in die Kraftstoffrückführungspassage 640 zu fließen. Dieser Kraftstoff ist der Überlaufinjektorsteuerungskraftstoff. Der Bereich der Ausgangsöffnung ist größer als der Bereich der Eingangsöffnung, so dass sich die Strömung des Kraftstoffs durch die Steuerungskammer den Steuerungskammerdruck verringert (und die resultierende Kraft auf die Stößelstange 612) relativ zu der Hochdruckversorgung 606. Dies erlaubt der Aufwärtskraft, ausgeübt durch die Düsennadel 634 (immer noch der Hochdruckversorgung 606 ausgesetzt) die Abwärtskraft zu überwinden, die durch die Düsenfeder 636 und die Stößelstange 612 ausgeübt wird, so dass sich die Nadel 634 aus ihrem Sitz bewegt und dem Hochdruckkraftstoff erlaubt durch die Düsenspitze 660 in den Zylinder einzutreten. Wenn das Injektorbefehlssignal abgeschaltet wird, treibt die Ventilfeder 654 den Ventilball 630 zurück in seinen Sitz, um den Steuerungskammerdruck zu erhöhen, der die Nadel 634 zum Schließen und den Einspritzvorgang zu Stoppen veranlaßt.
Wie durch den vorliegenden Erfinder erkannt, zeigt eine Analyse des Injektorbetriebs, wie oben Beschrieben und verifiziert durch empirische Ergebnisse, dass die Menge des Injektorüberlaufsteuerungskraftstoffes als eine Funktion der Injektorerregungszeit und des Common-Rail-Leitungsdrucks schwankt, während der Injektorüberlaufleckagekraftstoff im Allgemeinen unabhängig von der Injektorerregungszeit ist und nur mit dem Common-Rail-Leitungsdruck schwankt.
Ein Blockdiagramm, das den Betrieb einer Ausgestaltung eines Systems oder Verfahrens zur Steuerung eines Motors mit einem Common-Rail-Flüssigkeitsverteilungssystem unter Verwendung einer Überlaufkraftstoffbestimmung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, ist in 7 dargestellt. Wie es durch jemanden mit Kenntnis aus dem Stand der Technik gewürdigt werden wird, repräsentiert das Blockdiagramm in 7 eine Steuerungslogik, die durch Hardware, Software oder einer Kombination von Hardware und Software ausgeführt oder bewirkt werden kann. Die verschiedenen Funktionen werden bevorzugterweise durch einen programmierten Mikroprozessor bewirkt, wie z.B. enthaltend in der DDEC-Steuerungseinheit, hergestellt durch die Detroit Diesel Corporation, Detroit, Michigan, USA. Natürlich kann die Steuerung des Motors/Fahrzeugs und/oder der verbundenen Komponenten eine oder mehrere Funktionen umfassen, die durch zuverlässige Elektrik, Elektronik oder integrierte Schaltkreise (ICs) oder Regler durchgeführt werden. Wie es ebenfalls durch jemanden mit Kenntnis aus dem Stand der Technik gewürdigt werden wird, kann die Steuerungslogik unter der Verwendung jeder Anzahl bekannter Programmier- und Prozesstechniken oder -strategien durchgeführt werden und ist nicht begrenzt zu der Abfolge oder Sequenz, die in 7 dargestellt ist. Beispielsweise wird typischerweise eher eine unterbrechungs- oder ereignisgesteuerte Ablaufsteuerung in Echtzeitsteuerungsanwendungen eingesetzt, wie z.B. bei der Steuerung eines Motors oder eines Fahrzeuges, als eine rein sequenzielle Strategie, wie dargestellt. Ebenso können parallel ablaufende (parallel processing), Mehrprogramme (multi-tasking) oder mehrgängige (multi-threaded) Systeme und Verfahren benutzt werden, um die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu schaffen. Die Erfindung ist unabhängig von der speziellen Programmiersprache, dem Betriebssystem, dem Prozessor oder der Schaltung, die gebraucht werden, um die dargestellte Steuerungslogik hervorzubringen und/oder durchzuführen. Ebenfalls können verschiedene Funktionen, abhängig von der speziellen Programmiersprache und Prozessstrategie in der dargestellten Sequenz zu einer im Wesentlichen gleichen Zeit oder in einer unterschiedlichen Sequenz durchgeführt werden, während sich die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zeigen. Die dargestellten Funktionen können modifiziert oder in manchen Fällen ausgelassen werden, ohne sich von dem Geist oder dem Bereich der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
In verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird die dargestellte Steuerungslogik in erster Linie durch die Software durchgeführt und ist in dem compu terlesbaren Speichermedium innerhalb des ECMs gespeichert. Wie durch eine der Fähigkeiten innerhalb des Standes der Technik gewürdigt, können einige Steuerungsparameter, Anweisungen und Einstellinformationen, die innerhalb des ECMs gespeichert sind, selektiv durch den Fahrzeugbesitzer/-bediener modifiziert werden, während andere Informationen autorisiertem Service- oder Firmenpersonal vorbehalten sind. Das computerlesbare Speichermedium kann auch dazu benutzt werden, Motor/Fahrzeugbetriebsinformationen und Diagnoseinformationen abzuspeichern. Obwohl nicht speziell dargestellt, können verschiedene Schritte oder Funktionen abhängig von dem angewendeten Prozesstyp wiederholt ausgeführt werden.
In der in der 7 dargestellten, repräsentativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bestimmt der Block 700 einen Leitungsdruck innerhalb des Common-Rail-Kraftstoffverteilungssystems. Wie oben beschrieben wird der Leitungsdruck bevorzugterweise unter Verwendung eines Signals von einem angeschlossenen Sensor bestimmt. Dennoch kann der Leitungsdruck unter Verwendung anderer Verfahren bestimmt werden, wie z.B. durch Beeinflussung oder Annahme des Leitungsdrucks von verschiedenen anderen Motorbetriebsparameter. Abhängig von der speziellen Ausgestaltung kann der Überlaufkraftstoff, wie durch den Pfad 702 oder den Pfad 704 dargestellt, bestimmt werden. Für die Ausgestaltung, die durch den Pfad 702 repräsentiert ist, wird die Motordrehzahl bestimmt, die durch den Block 706 repräsentiert ist. Eine Überlaufkraftstoffannahme wird danach, wie durch den Block 708 repräsentiert, unter Verwendung des Leitungsdrucks, der in Block 700 ermittelt wird und der Motordrehzahl, die in Block 706 bestimmt wird, bestimmt. Wie oben beschrieben, kann die Überlaufkraftstoffannahme in einer zweidimensionalen Tabelle mit Zugriff durch Leitungsdruck und Motordrehzahl gespeichert werden. Alternativ bestimmt die durch den Pfad 704 dargestellte Ausgestaltung eine Injektorerregungszeit, wie durch Block 710 repräsentiert. Der Injektorüberlaufleckagekraftstoff wird danach bevorzugterweise unter Verwendung einer Tabelle mit aus dem Leitungsdruck bestimmt, wie durch den Block 712 repräsentiert. Der Leitungsdruck und die Injektorerregungszeit werden danach verwendet, um eine Injektorüberlaufsteuerungskraftstoffmenge zu bestimmen, wie durch Block 714 repräsentiert.
Der Block 716 bestimmt die Menge des eingespritzten Kraftstoffs. Der Pumpenausstoß kann danach basierend auf der Überlaufkraftstoffbestimmung und der eingespritzten Kraftstoffbestimmung ermittelt werden, wie es durch den Block 718 repräsentiert ist. Der Leitungsdruck wird danach unter Verwendung des Pumpenausstoßes gesteuert, wie es durch den Block 720 repräsentiert ist. Die Drucksteuerung kann die Bestimmung des dazugehörigen Optimalwert- und Regler (PID)terms umfassen, wie es durch den Block 722 repräsentiert ist. Ein geeignetes Steuersignal wird danach generiert, um ein Proportionalventil und/oder eine Hochdruckkraftstoffpumpe anzusteuern, repräsentiert durch den Block 724, um den gewünschten Common-Rail-Leitungsdruck zu erreichen.
Wie oben beschrieben, liefert die vorliegende Erfindung verschiedene Systeme und Verfahren zur Bestimmung des Überlaufinjektorkraftstoffs zur Verwendung in der Drucksteuerung eines Common-Rail-Flüssigkeitsverteilungssystems. Die Erfindung kann verwendet werden, um die Funktion und die Emissionen des Common-Rail-Systems zu verbessern und kann zu verbesserten Fahreigenschaften bei einer Fahrzeuganwendung führen. Einige Ausgestaltungen können den notwendigen Einstellungsaufwand und die Steuerungsspeicheranforderungen reduzieren, während sie ebenfalls die Steuerungsgenauigkeit im Vergleich zu Ausführungen des Standes der Technik verbessern.
Während Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist es nicht beabsichtigt, dass diese dargestellten und beschriebenen Ausgestaltungen alle möglichen Formen der Erfindung sind. Die Worte, die in der Beschreibung verwendet wurden, sind mehr beschreibende Worte als limitierende Worte und es ist so zu verstehen, dass verschiedene Veränderungen durchgeführt werden können, ohne sich von dem Geist und dem Schutzbereich der beschriebenen und beanspruchten Erfindung zu entfernen.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Mehrfachzylinderverbrennungsmotors, der ein Common-Rail-Kraftstoffverteilungssystem hat, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer Motordrehzahl; Bestimmen eines Leitungsdrucks; Bestimmen einer Überlaufkraftstoffmenge, basierend auf der Motordrehzahl und dem Leitungsdruck; und Steuern eines Drucks innerhalb des Common-Rail-Kraftstoffverteilungssystems unter Vewendung der Überlaufkraftstoffmenge.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Steuerns ein Bestimmen einer gepumpten Kraftstoffmenge umfasst, die auf der Überlaufkraftstoffmenge basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Steuerns ein Steuern eines Proportionalventils umfasst, das stromaufwärts einer Kraftstoffpumpe angeordnet ist, die Kraftstoff zu der Common-Rail-Leitung pumpt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens einer Überlaufkraftstoffmenge ein Zugreifen auf eine Tabelle umfasst, die auf der Motordrehzahl und dem Leitungsdruck basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Steuerns des Druckes ein Liefern eines Sollwertes für die Optimalwertsteuerung unter Verwendung der Überlaufkraftstoffmenge umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, weiter umfassend: Bestimmen einer Menge des eingespritzten Kraftstoffes; wobei der Optimalwertsteuerungssollwert bestimmt wird, der auf dem eingespritzten Kraftstoff und dem Überlaufkraftstoff basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Überlaufkraftstoffmenge eine erste Komponente, basierend auf dem Leitungsdruck, und eine zweite Komponente, basierend auf dem Leitungsdruck und der Erregungszeit, umfasst.
Verfahren zur Steuerung einer Mehrfachzylinderverbrennungskraftmaschine, die ein Common-Rail-Kraftstoffverteilungssystem hat, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer Injektorerregungszeit; Bestimmen eines Leitungsdrucks; Bestimmen einer Leckagekraftstoffmenge, basierend auf dem Leitungsdruck; Bestimmen einer Steuerungskraftstoffmenge, basierend auf dem Leitungsdruck und der Injektorerregungszeit; und Steuern eines Drucks innerhalb des Common-Rail-Kraftstoffverteilungssystems unter Verwendung der Leckagekraftstoffmenge und der Steuerungskraftstoffmenge.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiter ein Bestimmen einer eingespritzten Kraftstoffmenge umfasst, wobei der Schritt des Steuerns des Drucks ein Steuern des Drucks basierend auf der Leckagekraftstoffmenge, der Steuerungskraftstoffmenge und der eingespritzten Kraftstoffmenge umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Steuerns des Drucks ein Bestimmen eines Pumpenausstoßes basierend auf der Leckagekraftstoffmenge, der Steuerungskraftstoffmenge und der eingespritzten Kraftstoffmenge umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Steuerns ein Steuern eines Proportionalventils umfasst, das stromaufwärts von der Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff zu der Common-Rail-Leitung liefert, angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Bestimmens einer Leckagekraftstoffmenge ein Zugreifen auf eine Tabelle umfasst, die auf dem Leitungsdruck basiert.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Bestimmens einer Steuerungskraftstoffmenge ein Zugreifen auf eine Tabelle basierend auf dem Leitungsdruck und der Injektorerregungszeit umfasst.
Computerlesbares Speichermedium, das Daten gespeichert hat, die Anweisungen repräsentieren, die durch einen Computer ausgeführt werden können, um eine Mehrfachzylinderverbrennungskraftmaschine, die ein Common-Rail-Kraftstoffverteilungssystem hat, zu steuern, wobei das computerlesbare Speichermedium umfasst: Anweisungen zum Bestimmen des Leitungsdrucks; Anweisungen zum Bestimmen einer Überlaufkraftstoffmenge basierend auf mindestens dem Leitungsdruck; und Anweisungen zum Steuern des Drucks innerhalb des Common-Rail-Kraftstoffverteilungssystems unter Verwendung der Überlaufkraftstoffmenge.
Computerlesbares Speichermedium aus Anspruch 14, das weiter Instruktionen zum Bestimmen einer Überlaufkraftstoffmenge basierend auf einer Überlaufkraftstoffmenge und einer Leckagekraftstoffmenge umfasst.
Computerlesbares Speichermedium von Anspruch 15, das weiter Anweisungen zum Bestimmen der Injektorerregungszeit umfasst, wobei die Steuerungskraftstoffmenge basierend auf der Injektorerregungszeit und des Leitungsdrucks be stimmt wird und die Leckagekraftstoffmenge basierend nur auf dem Leitungsdruck bestimmt wird.
Computerlesbares Speichermedium von Anspruch 14, das weiter umfasst: Anweisungen zum Bestimmen der eingespritzten Kraftstoffmenge; und wobei die Anweisungen zum Bestimmen des Drucks Anweisungen zur Steuerung des Drucks basierend auf der eingespritzten Kraftstoffmenge und der Überlaufkraftstoffmenge umfassen.
Computerlesbares Speichermedium von Anspruch 14, das weiter umfasst: Anweisungen zum Bestimmen der Motordrehzahl; wobei die Anweisungen zum Bestimmen einer Überlaufkraftstoffmenge Anweisungen zum Bestimmen einer Überlaufkraftstoffmenge basierend auf der Motordrehzahl und dem Leitungsdruck umfassen.
Computerlesbares Speichermedium aus Anspruch 14, das weiter Anweisungen zum Steuern eines Proportionalventils zur Steuerung des Drucks umfasst.
System zum Steuern eines Common-Rail-Kraftstoffverteilungssystems eines Mehrfachzylinderverbrennungsmotors, der einen jeweils einem Zylinder zugeordneten und mit einer Common-Rail-Kraftstoffleitung verbundenen Kraftstoffinjektor aufweist, wobei das System umfasst: eine mit der Common-Rail-Kraftstoffleitung verbundene Pumpe; einen mit der Common-Rail-Kraftstoffleitung verbundenen Drucksensor zur Erregung eines Signals, das den Druck innerhalb der Leitung anzeigt; und eine Steuerungseinheit in Verbindung mit dem Drucksensor, der Pumpe und den Injektoren, wobei die Steuerungseinheit eine Menge von Überlaufkraftstoff basie rend wenigstens zum Teil auf dem Signal, das den Druck innerhalb der Leitung anzeigt, bestimmt und die Pumpe basierend auf dem Überlaufkraftstoff steuert, um den Druck innerhalb der gemeinsamen Kraftstoffleitung zu steuern.
System nach Anspruch 20, das weiter einen Motordrehzahlsensor in Verbindung mit der Steuereinheit umfasst, wobei die Steuereinheit den Überlaufkraftstoff basierend auf einem Signal des Motordrehzahlsensors und dem Signal, das den Druck innerhalb der Leitung anzeigt, bestimmt.
System nach Anspruch 20, wobei die Steuereinheit die Menge des Überlaufkraftstoffs basierend auf einer Menge eines Leckagekraftstoffs bestimmt, wobei der Leckagekraftstoff nur auf dem Druck innerhalb der Leitung basierend bestimmt wird.
System nach Anspruch 20, wobei die Steuereinheit die Menge des Überlaufkraftstoffs basierend auf einer Menge eines Steuerungskraftstoffs bestimmt, der zur Ansteuerung des Injektors benutzt wird, wobei der Steuerungskraftstoff basierend auf dem Druck innerhalb der Leitung und der Injektorerregungszeit bestimmt wird.
System nach Anspruch 20, wobei die Steuerungseinheit den Pumpenausstoß basierend auf einer Menge des eingespritzten Kraftstoffs und der Menge des Überlaufkraftstoffs bestimmt, wobei die Menge des Überlaufkraftstoffs unter Verwendung einer ersten Tabelle, die auf dem Leitungsdruck basiert, zur Bestimmung einer Leckagemenge und einer zweiten Tabelle, die auf dem Leitungsdruck und der Injektorerregungszeit basiert, zur Bestimmung einer Steuerungsmenge, bestimmt wird.