WO2001086131A1 - Verfahren zum bestimmen der position eines kolbens einer 1-zylinder-hochdruckpumpe eines kraftstoffzumesssystems einer direkteinspritzenden brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum bestimmen der position eines kolbens einer 1-zylinder-hochdruckpumpe eines kraftstoffzumesssystems einer direkteinspritzenden brennkraftmaschine Download PDF

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Klaus Joos
Jens Wolber
Thomas Frenz
Markus Amler
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Robert Bosch GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the ' position of a piston of a 1-cylinder high-pressure pump of a fuel metering system of a direct-injection internal combustion engine relative to the angular position of the crankshaft of the internal combustion engine, the delivery rate of the high-pressure pump being set by a controllable quantity control valve.
  • FIG. 3 A known high-pressure purape, in which the present method can be used, is shown schematically in FIG. 3.
  • the high-pressure pump is designated in its entirety by reference number 1.
  • Pre-feed pump designed as an electric fuel pump is designated by reference number 2.
  • the fuel reaches a pump chamber 4 of the high-pressure pump 1 via a bypass valve 3 designed as a check valve.
  • the volume of the pump chamber 4 is limited at the bottom by a displaceably guided piston 5.
  • the piston 5 is fixed in a rotationally fixed manner on a camshaft Cam 6 set in a reciprocating motion.
  • the piston 5 can also be driven by a swash plate or the like.
  • an outlet 8 opens via a further check valve 7, via which fuel compressed in the pump chamber 4 reaches a pressure accumulator of the fuel measuring system at high pressure.
  • a return line 9 opens out of the pump chamber 4, which in turn leads via a
  • Quantity control valve 10 opens into the inlet 2 of the high pressure pump 1.
  • the quantity control valve 10 is controlled via a solenoid 11. Alternatively, control via a piezoelectric element or the like is also possible. conceivable.
  • the return line 9 can be closed or opened by actuating the quantity control valve 10.
  • FIG. 3 shows two different embodiments of a quantity control valve 10.
  • Reference number 10 (section I in FIG. 3) denotes a quantity control valve which closes against the pressure built up in the pumping chamber 4 during a delivery stroke.
  • the reference numeral 10 ' (section II in FIG. 3) denotes a quantity control valve which closes in the direction of the pressure built up in the pumping chamber 4 during a delivery stroke.
  • the two volume control valves 10, 10 are usually controlled differently due to their different structure (cf. FIG. 4).
  • the stroke h of the piston 5 of the high-pressure pump 1 is shown in the upper diagram.
  • F is the delivery stroke from bottom dead center UT to top dead center OT and S is the suction stroke from top dead center OT to bottom dead center OT.
  • the quantity control valve 10 is controlled so that it is securely closed at the beginning tb of a delivery stroke F and the return line 9 is closed.
  • the activation of the quantity control valve 1 0 is usually ended before the end of the delivery stroke F is reached.
  • the quantity control valve 10 is opened by the excess pressure in the pump chamber.
  • the start of delivery of the high-pressure pump 1 is exactly at the bottom dead center UT for the quantity control valve 10 s, the end of delivery generally before the top dead center OT.
  • the quantity control valve 10 ' is only activated after the start tb of the delivery stroke F and up to the end te of the delivery stroke F.
  • the start of delivery F is therefore generally after bottom dead center UT and the end of delivery ends exactly at top dead center OT.
  • the quantity control valve 10 ' is generally only actuated to close, and it is held closed by the excess pressure in the pump chamber up to the top dead center OT.
  • the pump chamber is filled via the quantity control valve 10 ', the bypass valve 3 is omitted.
  • the exact position of the piston of the high-pressure pump relative to the angular position of the crankshaft may not be known.
  • the exact knowledge of the bottom dead center UT or the top dead center OT of the piston of the high-pressure pump presupposes that the high-pressure pump including its drive unit has been installed in a mechanically defined manner or that the position of the bottom dead center UT or the top dead center OT of the piston has been installed has been measured.
  • the high-pressure pump is installed with an undefined mechanical bottom dead center UT or top dead center OT and that the position of bottom dead center UT or top dead center OT is also determined Piston after assembly is not necessary.
  • the invention proposes, starting from the method of the type mentioned at the outset, that the internal combustion engine is operated in an operating state in which an essentially constant storage pressure is established in a pressure accumulator of the fuel metering system; the quantity control valve is actuated with a pulse, so that there is a variation in the storage pressure due to the pulse; the accumulator pressure is measured; and the angular position of the crankshaft at the top dead center or at the bottom dead center of the piston is determined from the beginning and end of the variation in the storage pressure in the pressure accumulator.
  • the invention proposes that the internal combustion engine be operated in an operating state in which only the pre-supply pressure prevails in the pressure accumulator of the fuel metering system, the quantity valve is controlled with a control pulse in such a way that the high pressure pump during a delivery stroke of the piston for the duration of the control pulse with high pressure Feeds fuel into the pressure accumulator, the actuation pulse being gradually shifted over the entire actuation range, the accumulator pressure prevailing in the pressure accumulator
  • the accumulator pressure prevailing in the pressure accumulator is measured. If there is an increase in pressure in the pressure accumulator as a result of the activation pulse, it can be assumed that the quantity control valve of the high-pressure pump has been activated during a delivery stroke of the piston. The pressure increase in the pressure accumulator is reduced again during further operation of the internal combustion engine due to the injection of fuel via injection valves in combustion chambers of the internal combustion engine. If, as a result of the subsequent control pulse, which has been shifted by a certain angular amount, the pressure in the pressure accumulator rises again, it can be assumed that the piston of the high-pressure pump is still in the delivery stroke.
  • the activation pulse does not result in an increase in pressure in the pressure accumulator, it can be assumed that the delivery stroke of the piston of the high pressure pump between the angular position of the crankshaft at the previous activation pulse and the angular position of the crankshaft of the current activation pulse was ended and that top dead center TDC of the piston must be somewhere between these two angular positions.
  • Injectors in combustion chambers of the internal combustion engine are dismantled until the next triggering pulse. If the method according to the invention has been run through the entire control range of the quantity control valve with control pulses of a predetermined width without a measurable pressure increase in the pressure accumulator, it must be assumed that the selected width of the control pulses is too small. Then the method according to the invention is run through again, but this time with drive pulses of a larger width. If the distance between two successive control pulses should not be sufficient to reduce the pressure increase in the pressure accumulator until the subsequent control pulse, there would be a constant pressure increase in the pressure accumulator during the delivery stroke of the piston, which would only occur during the subsequent injections of fuel into the combustion chambers the internal combustion engine could be dismantled.
  • the internal combustion engine is operated in an operating state in which the high-pressure pump delivers high-pressure fuel into a pressure accumulator of the fuel metering system, the quantity control valve is controlled in a targeted manner with a control pulse such that the high-pressure pump does not put any fuel into the piston during a delivery stroke of the piston for the duration of the control pulse Pressure accumulator promotes, wherein the Abêtimpuls is gradually shifted over the entire control range, the storage pressure prevailing in the pressure accumulator, and from the beginning and end of the high pressure build-up in the
  • the pressure curve can be observed by measuring the accumulator pressure prevailing in the pressure accumulator.
  • the top dead center OT or the bottom dead center UT of the piston can be determined from the beginning and the end of the high pressure drop in the pressure accumulator and assigned to a specific angular position of the crankshaft.
  • the width of the Ab Kunststoffimpulses and the distance between two successive AbSteuerimpulsen is chosen such that in the pressure accumulator on the one hand, a measurable drop 'of the accumulator pressure results on the other hand' of the high pressure due to the promotion of Fuel in the pressure accumulator is built up again by the high pressure pump during the delivery stroke of the piston until the next control pulse.
  • the width of the pulses be selected in the range between 5 ° and 30 ° angular position of the crankshaft.
  • the pulse is advantageously in steps in the range between 10 ° and 40 ° Angular position of the crankshaft shifted over the entire control range.
  • control element which is provided for a control device of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle.
  • a program is stored on the control element, which is executable on a computing device, in particular on a microprocessor, and is suitable for executing the method according to the invention.
  • the invention is thus implemented by a program stored on the control element, so that this control element provided with the program represents the invention in the same way as the method, for the execution of which the program is suitable.
  • an electrical storage medium can be used as the control element, for example a read-only memory (ROM) or a flash memory.
  • FIG. 2 shows different signal profiles during the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a high-pressure pump known per se from the prior art, on which the method according to the invention can be carried out;
  • FIG. 1 shows a flow chart of the method according to the invention.
  • the method is used to determine the position of a piston 5 of a 1-cylinder high-pressure pump 1 of a fuel metering system of the internal combustion engine relative to the angular position of the crankshaft of the internal combustion engine in a simple manner in a fully assembled direct-injection internal combustion engine.
  • a precise control of a quantity control valve 10, 10 'of the high-pressure pump 1 and a determination of the start of delivery precisely at the bottom dead center UT of the piston 5 or the end of the delivery exactly on the top Dead center OT of the piston 5 possible.
  • This allows a particularly precise metering of fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine, which is associated with low fuel consumption and good emission and noise behavior of the internal combustion engine.
  • the method according to the invention is based on the consideration of generating an essentially constant accumulator pressure in the pressure accumulator during operation of the internal combustion engine, the effect of a brief activation of the quantity control valve 10, 10 'on the accumulator pressure. observe from this to determine the top dead center OT or the bottom dead center UT of the piston 5 and to assign an angular position of the crankshaft to the top dead center OT or the bottom dead center UT. The assigned angular positions are stored and will be taken into account in the future when regulating the accumulator pressure prevailing in the pressure accumulator by actuating the quantity control valve 10, 10 '.
  • the method according to the invention is explained in more detail in FIG. 1 using the example of determining the bottom dead center UT of the piston 5 of the high-pressure pump 1. It starts in a function block 20 (start). In a subsequent function block 21, the start of control is reset to an initial value (reset). A control pulse AI for the solenoid 11 of the quantity control valve 10, 10 'with a minimum width b is then generated in a function block 22 (pulse width).
  • the pulse width b corresponds to the 10 ° angular position of the crankshaft (see FIG. 4).
  • the start of activation is, for example, at the activation pulse 30, which corresponds to an angular position of the crankshaft of approximately 135 °.
  • the control pulse is then shifted in a function block 23 by a step s of 30 ° angular position of the crankshaft and output during the next rotation (control pulse 31 in see . Figure 4).
  • control range corresponds to the 180 ° angular position of the crankshaft and includes a delivery stroke F and a suction stroke S of the piston 5. Since the control start was at the control pulse 30, the control range has not yet been completely passed through. Therefore, the accumulator pressure pr present in the pressure accumulator is measured in a function block 25.
  • a query block 26 then checks whether a high pressure pr_h is present. Since the control pulse 31 is applied to the quantity control valve 10, 10 'during a suction stroke S of the piston 5 of the high-pressure pump 1, no high pressure pr_h is present. It is therefore branched back to the function block 23 and the control pulse AI shifted by a step s (30 ° angular position of the crankshaft) (control pulse 32).
  • the query block 24 branches back to function block 25 since the control area has not yet been completely passed through.
  • the query block 26 it is determined that a high pressure pr_h is present in the pressure accumulator (cf. FIG. 4). This means that the suction stroke S has ended and the piston 5 is now in a delivery stroke F.
  • the angular position of the crankshaft corresponding to the current start of actuation of the actuation pulse - 195 ° or 15 ° in the present exemplary embodiment - is stored as bottom dead center UT and the method for determining bottom dead center UT is ended here.
  • Function block 28 branches where the start of control is reset to the initial value. Then, in a function block 29, the width b of the control pulses AI is increased and the control area is run through again until a high pressure pr__h is built up in the pressure accumulator.
  • the top dead center OT of the piston 5 can also be determined by determining the end of the delivery stroke F.
  • the end of the delivery stroke F is reached when no more high pressure pr_h builds up in the pressure accumulator.
  • the method can be run through again with control pulses A2 which are offset by 10 ° from the control pulses AI.
  • the second pass can be limited to the angular ranges of the crankshaft in which the bottom dead center UT or the top dead center lies after the result of the first pass.
  • a mechanically defined assembly of the high-pressure pump 1 including its drive unit (cam 6) or a complex measurement of the position of the bottom dead center UT or the top dead center OT of the piston 5 is not necessary after assembly. Rather, in the method according to the invention, the position of the piston 5 on the fully assembled internal combustion engine - for example at the end of the belt - is determined in a simple manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Kolbens (5) einer 1-Zylinder-Hochdruckpumpe (1) eines Kraftstoffzumesssystems einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine relativ zu der Winkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wobei die Fördermenge der Hochdruckpumpe (1) durch ein ansteuerbares Mengensteuerventil (10; 10') eingestellt wird. Es wird ein einfaches und effektives Verfahren vorgeschlagen, mit dessen Hilfe bei einer fertig montierten Brennkraftmaschine die Position des Kolbens relativ zu der Winkelstellung der Kurbelwelle bestimmt werden kann. Das Verfahren umfasst die Schritte: Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem im Wesentlichen konstanten Speicherdruck (pr) in einem Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems; gezielte Ansteuerung des Mengensteuerventils (10; 10') mit einem Impuls (A1; A2), so dass sich eine Variation des Speicherdrucks (pr) ergibt; Messen des Speicherdrucks (pr); und Bestimmen der Winkelstellung der Kurbelwelle bei der Position des Kolbens (5) aus dem Beginn und Ende der Variation des Speicherdrucks (pr) in dem Druckspeicher.

Description

Verfahren zum Bestimmen der Position eines Kolbens einer 1- Zylinder-Hochdruckpumpe eines Kraftstoffzumesssystems eine direkteinspritzenden Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der' Position eines Kolbens einer 1-Zylinder- Hochdruckpumpe eines Kraftstoffzumesssystems einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine relativ zu der Winkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wobei die Fördermenge der Hochdruckpumpe durch ein ansteuerbares Mengensteuerventil eingestellt wird.
Eine an sich bekannte Hochdruckpurape, bei der das vorliegende' Verfahren Anwendung finden kann, ist in Figur 3 schematisch dargestellt. Die Hochdruckpumpe ist in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Ein Zulauf in die Hochdruckpumpe 1 von einer bspw. als
Elektrokraftstoffpumpe ausgebildeten Vorförderpumpe ist mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Von dem Zulauf 2 gelangt der Kraftstoff über ein als Rückschlagventil ausgebildetes Bypassventil 3 in eine Pumpkammer 4 der Hochdruckpumpe 1. Das Volumen der Pumpkammer 4 wird nach unten hin durch einen verschiebbar geführten Kolben 5 begrenzt. Durch Hin- und Herbewegen des Kolbens 5 wird das Volumen der Pumpkammer 4 vergrößert bzw. verkleinert. Der Kolben 5 wird über einen auf einer Nockenwelle drehfest befestigten Nocken 6 in eine Hin- und Herbewegung versetzt. Alternativ kann der Kolben 5 auch von einer Taumelscheibe o.a. angetrieben werden. Aus der Pumpkammer 4 mündet über ein weiteres Rückschlagventil 7 ein Ablauf 8, über den in der Pumpkammer 4 komprimierter Kraftstoff mit Hochdruck in einen Druckspeicher des Kraftstof zumesssystems gelangt . Des Weiteren mündet aus der Pumpkammer 4 eine Rücklaufleitung 9, die ihrerseits über ein
Mengensteuerventil 10 in den Zulauf 2 der Hochdruckpumpe 1 mündet. Das Mengensteuerventil 10 wird über eine Magnetspule 11 angesteuert. Alternativ ist auch eine Ansteuerung über ein piezoelektrisches Element o.a. denkbar. Durch Ansteuerung des Mengensteuerventils 10 kann die Rücklaufleitung 9 geschlossen oder geöffnet werden.
Nachfolgend wird die Funktion der Hochdruckpumpe 1 kurz erläutert. Während einer Bewegung des Kolbens 5 nach unten
(Saughub) vergrößert sich das Volumen der Pumpkammer 4, in der Pumpkammer 4 wird ein Unterdruck aufgebaut und von dem Zulauf 2 wird Kraftstoff über das Bypassventil 3 in die Pumpkammer 4 gesaugt . Am Ende des Saughubs (unterer Totpunkt UT) findet eine Bewegungsrichtungsumkehr des Kolbens 5 statt und dieser bewegt sich nun nach oben
(Förderhub) . Bei geschlossenem Mengensteuerventil 10 wird dabei der in der Pumpkammer 4 befindliche Kraftstoff komprimiert und es baut sich ein Druck in der Pumpkammer 4 auf . Sobald der Druck in der Pumpkammer 4 den Druck in dem Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems übersteigt, wird der komprimierte Kraftstoff unter Hochdruck über das weitere Rückschlagventil 7 und den Ablauf 8 zu dem Druckspeicher gefördert. Die Förderung von Kraftstoff in den 'Druckspeicher erfolgt nur dann, wenn die Rückl ufleitung 9 durch das Mengensteuerventil 10 geschlossen ist. Durch ein Öffnen des Mengensteuerventils 10 wird der in der Pumpkammer 4 während des Förderhubs komprimierte Kraftstoff über die Rücklaufleitung 9 und den Zulauf 2 zurück in den Niederdruckbereich des Kraftstoff zumesssystems gefördert .
In Figur 3 sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen eines Mengensteuerventils 10 dargestellt . Mit dem Bezugszeichen 10 (Ausschnitt I in Figur 3 ) ist ein Mengensteuerventil bezeichnet , das entgegen des während eines Förderhubs in der Pumpkammer 4 aufgebauten Drucks schließt . Demgegenüber ist mit dem Bezugszeichen 10 ' (Ausschnitt II in Figur 3 ) ein Mengensteuerventil bezeichnet , das in Richtung des während eines Fδrderhubs in der Pumpkammer 4 aufgebauten Drucks schließt .
Die beiden Mengensteuerventile 10 , 10 ' werden auf Grund ihres unterschiedlichen Aufbaus üblicherweise auch unterschiedlich angesteuert (vgl . Figur 4 ) . In dem oberen Diagramm ist der Hub h des Kolbens 5 der Hochdruckpumpe 1 dargestellt . Mit F ist der Förderhub vom unteren Totpunkt UT bis zum oberen Totpunkt OT und mit S der Saughub vom oberen Totpunkt OT bis zum unteren Totpunkt ÜT bezeichnet . Das Mengensteuerventil 10 wird so angesteuert , dass es zu Beginn tb eines Fδrderhubs F sicher geschlossen ist und die Rücklauf leitung 9 geschlossen ist . Sobald genug Kraftstoff in den Druckspeicher des Kraftstoff zumesssystems gefördert ist , wird üblicherweise vor Erreichen des Endes te des Förderhubs F die Ansteuerung des Mengensteuerventils 1 0 beendet . Das Mengensteuerventil 10 wird durch den Überdruck in dem Pumpenraum geöffnet . Der Förderbeginn der Hochdruckpumpe 1 liegt bei dem Mengensteuerventil 10 s omit genau bei dem unteren Totpunkt UT, das Förderende in der Regel vor dem oberen Totpunkt OT . Demgegenüber wird das Mengensteuerventil 10 ' erst nach dem Beginn tb des Förderhubes F und bis zum Ende te des Fδrderhubs F angesteuert . Bei dem Mengensteuerventil 10 ' liegt der Förderbeginn F also in der Regel nach dem unteren Totpunkt UT und die Förderung endet genau bei dem oberen Totpunkt OT. Hier wird das Mengensteuerventil 10' in der Regel nur zum Schließen angesteuert, bis zum oberen Totpunkt OT wird es durch den Überdruck in dem Pumpenraum zugehalten. Bei dieser Ausführung erfolgt die Füllung des Pumpenraums über das Mengensteuerventil 10', das Bypassventil 3 entfällt.
Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, dass es für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine unbedingt erforderlich ist, dass die Position des Kolbens der Hochdruckpumpe, insbesondere der untere Totpunkt UT bzw. der obere Totpunkt OT des Kolbens, relativ zu der Winkelstellung der Nockenwelle, die den Kolben antreibt, und damit auch relativ zu der Winkelstellung der Kurbelwelle bekannt ist. Ansonsten ist eine genaue Ansteuerung des Mengensteuerventils und ein Festlegen des Förderbeginns genau auf den unteren Totpunkt UT des Kolbens bzw. des Förderendes genau auf den oberen Totpunkt OT des Kolbens der Hochdruckpumpe nicht möglich.
Nach der Montage einer 1-Zylinder-Hochdruckpumpe ist die genaue Position des Kolbens der Hochdruckpumpe relativ zu der Winkelstellung der Kurbelwelle unter Umständen nicht bekannt. Die exakte Kenntnis des unteren Totpunktes UT bzw. des oberen Totpunktes OT des Kolbens der Hochdruckpumpe setzt voraus, dass die Hochdruckpumpe inklusive ihrer Antriebseinheit mechanisch definiert montiert worden ist oder dass nach erfolgter Montage die Lage des unteren Totpunktes UT bzw. des oberen Totpunktes OT des Kolbens gemessen worden ist. Aus Kostengründen oder' zwecks einer möglichst einfachen Montage kann es allerdings vorkommen, dass die Hochdruckpumpe mit nicht definiertem mechanischen unteren Totpunkt UT bzw. oberen Totpunkt OT montiert wird und dass außerdem eine Bestimmung der Lage .des unteren Totpunktes UT bzw. des oberen Totpunktes OT des Kolbens nach der Montage entfällt . Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein einfaches und effektives Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe bei einer fertig montierten 'direkteinspritzenden Brennkraftmaschine die Position eines Kolbens einer 1- Zylinder-Hochdruckpumpe eines Kraftstoffzumesssystems der Brennkraftmaschine relativ zu der Winkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bestimmt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand betrieben wird, in dem sich ein im wesentlichen konstanter Speicherdruck in einem Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems einstellt ; das Mengensteuerventil mit einem Impuls angesteuert wird, so dass sich aufgrund des Impulses eine Variation des Speicherdrucks ergibt; der Speicherdruck gemessen wird; und die Winkelstellung der Kurbelwelle bei dem oberen Totpunkt bzw. bei dem unteren Totpunkt des Kolbens aus dem Beginn und Ende der Variation des Speicherdrucks in dem Druckspeicher bestimmt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand betrieben wird, in dem nur der Vorförderdruck in dem Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems herrscht , das Mengenventil mit einem Ansteuerimpuls derart gezielt angesteuert wird, dass die Hochdruckpumpe während eines Förderhubs des Kolbens für die Dauer des Ansteuerimpulses mit Hochdruck Kraftstoff in den Druckspeicher fördert, wobei der Ansteuerimpuls schrittweise über den gesamten Ansteuerbereich verschoben wird, der in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck
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Speicherdruck an. Falls sich der Kolben während der Ansteuerung des Mengensteuerventils jedoch in einem Saughub befindet, fördert die Hochdruckpumpe trotz geschlossenem Mengensteuerventil keinen Kraftstoff in den Druckspeicher und der Speicherdruck steigt nicht an.
Während der Ansteuerung des Mengensteuerventils wird der in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck gemessen. Kommt es infolge des Ansteuerimpulses zu einem Druckanstieg in dem Druckspeicher, kann davon ausgegangen werden, dass das Mengensteuerventil der Hochdruckpumpe während eines Förderhubs des Kolbens angesteuert worden ist. Der Druckanstieg in dem Druckspeicher wird während des weiteren Betriebs der Brennkraftmaschine auf Grund der Einspritzung von Kraftstoff über Einspritzventile in Brennräume der Brennkraftmaschine wieder abgebaut . Wenn es als Folge des nachfolgenden Ansteuerimpulses, der um einen bestimmten Winkelbetrag verschoben wurde, wiederum zu einem Druckanstieg in dem Druckspeicher kommt, kann davon ausgegangen werden, dass sich der Kolben der Hochdruckpumpe noch immer im Förderhub befindet. Wenn der Ansteuerimpuls jedoch keinen Druckanstieg in dem Druckspeicher zur Folge hat, kann davon ausgegangen werden, dass der Fδrderhub des Kolbens der Hochdruckpumpe zwischen der WinkelStellung der Kurbelwelle bei dem vorangegangenen Ansteuerimpuls und der Winkelstellung der Kurbelwelle des aktuellen Ansteuerimpulses beendet war und dass der obere Totpunkt OT des Kolbens irgendwo zwischen diesen beiden Winkelstellungen liegen muss.
Auf entsprechende Weise kann dann das Ende des Saughubs (unterer Totpunkt UT) des Kolbens bestimmt werden. Solange sich der Kolben im Saughub befindet, baut sich trotz Ansteuerimpuls kein Hochdruck in dem Druckspeicher auf. Sobald jedoch der Speicherdruck in Folge des Ansteuerimpulses ansteigt, kann davon ausgegangen werden, Cd μ- p cn
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Einspritzventile in Brennräume der Brennkraftmaschine bis zu dem nächsten Ansteuerimpuls' wieder abgebaut ist. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren durch den gesamten Ansteuerbereich des Mengensteuerventils mit Ansteuerimpulsen einer vorgegebenen Breite durchlaufen wurde, ohne dass es zu einem messbaren Druckanstieg in dem Druckspeicher gekommen wäre, muss davon ausgegangen werden, dass die gewählte Breite der Ansteuerimpulse zu gering ist. Dann wird das erfindungsgemäße Verfahren noch einmal durchlaufen, diesmal jedoch mit Ansteuerimpulsen einer größeren Breite. Falls der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ansteuerimpulsen nicht ausreichen sollte, den Druckanstieg in dem Druckspeicher bis zu dem nachfolgenden Ansteuerimpuls wieder abzubauen, käme es während des Förderhubs des Kolbens zu einem stetigen Druckanstieg in dem Druckspeicher, der erst während der nachfolgenden Einspritzungen von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine abgebaut werden könnte . Unter diesen Umständen wäre eine genaue Bestimmung des Beginns und des Endes des Hochdruckaufbaus in dem Druckspeicher und damit eine Bestimmung des oberen Totpunktes OT bzw. des unteren Totpunktes UT des Kolbens nicht bzw. nur schwer möglich. Dann dürfte der nächste Impuls erst eine oder mehrere Einspritzungen später erfolgen.
Als eine andere vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass
.die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand betrieben wird, in dem die Hochdruckpumpe mit Hochdruck Kraftstoff in einen Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems fördert, das Mengensteuerventil mit einem AbSteuerimpuls derart gezielt angesteuert wird, dass die Hochdruckpumpe während eines Förderhubs des Kolbens für die Dauer des AbSteuerimpulses keinen Kraftstoff in den Druckspeicher fördert, wobei der AbSteuerimpuls schrittweise über den gesamten Ansteuerbereich verschoben wird, der in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck gemessen wird, und aus dem Beginn und Ende des Hochdruckaufbaus in dem
Druckspeicher die Winkelstellung der Kurbelwelle bei dem oberen Totpunkt OT bzw. dem unteren Totpunkt UT des Kolbens bestimmt wird.
Auch diese Weiterbildung beruht auf der Überlegung, die Brennkraftmaschine so zu betreiben, dass sich in dem Druckspeicher ein im Wesentlichen konstanter Druckwert einstellt, das Mengenansteuerventil kurzzeitig anzusteuern und den sich in Folge der Ansteuerung in dem Druckspeicher einstellenden Speicherdruck zu beobachten. Vorraussetzung für diese Weiterbildung ist allerdings, dass das Mengensteuerventil gegen einen Druck öffnen bzw. schließen kann.
Bei dieser Weiterbildung wird von einer Daueransteuerung des Mengensteuerventils ausgegangen. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine steigt der in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck stetig an, bis ein Druckbegrenzungsventil öffnet und für einen in etwa konstanten Hochdruck sorgt. Das Mengensteuerventil wird bei beliebigen Winkelstellungen der Kurbelwelle mit einem Absteuerimpuls gezielt angesteuert.
Auf Grund des AbSteuerimpulses öffnet das
Mengensteuerventil, und die Hochdruckpumpe kann während des Förderhubs keinen Kraftstoff mit Hochdruck in den Druckspeicher fördern. Da währenddessen für den Betrieb der Brennkraftmaschine weiterhin Kraftstoff aus dem Druckspeicher über Einspritzventile in Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, kommt es zu einem Druckabfall in dem Druckspeicher. Nach dem Ende des Absteuerimpulses schließt das Mengensteuerventil wieder, die Hochdruckpumpe kann Kraftstoff in den Druckspeicher fördern und der Hochdruck baut sich wieder auf .
Während des Saughubs ist ein konstanter Druckabfall des Speicherdrucks zu registrieren, da Kraftstoff aus dem Druckspeicher in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, ohne dass die Hochdruckpumpe neuen Kraftstoff in den Druckspeicher fördert. Ein Absteuerimpuls während des Saughubs bleibt ohne Auswirkung auf den Speicherdruck .
Durch Messung des in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdrucks kann der Druckverlauf beobachtet werden. Aus dem Beginn und dem Ende des Hochdruckabfalls in dem Druckspeicher kann der obere Totpunkt OT bzw. der untere Totpunkt UT des Kolbens bestimmt und einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle zugeordnet werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Breite des Absteuerimpulses und der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden AbSteuerimpulsen derart gewählt wird, dass sich in dem Druckspeicher einerseits ein messbarer Abfall 'des Speicherdrucks ergibt und andererseits' der Hochdruck auf Grund der Förderung von Kraftstoff in den Druckspeicher durch die Hochdruckpumpe während des Förderhubs des Kolbens bis zu dem nächsten Absteuerimpuls wieder aufgebaut ist .
Gemäß einer änderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Breite der Impulse im Bereich zwischen 5° und 30° Winkelstellurig der Kurbelwelle gewählt wird. Vorteilhafterweise wird der Impuls in Schritten im Bereich zwischen 10° und 40° Winkelstellung der Kurbelwelle über den gesamten Ansteuerbereich verschoben.
Zur Erhöhung der Auflösung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Verfahren nach erfolgreicher Bestimmung der Position des Kolbens im Rahmen eines ersten Durchlaufs noch einmal mit Impulsen durchlaufen wird, die gegenüber den Impulsen des ersten Durchlaufs um einen Abstand versetzt sind, wobei der Abstand im Bereich zwischen 2° und 20° WinkelStellung der Kurbelwelle gewählt wird.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, bspw. ein Read-Only-Memory (ROM) oder ein Flash-Memory.
Zeichnung
Weitere Merkmale , Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es zeigen:
Figur 1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,*
Figur 2 verschiedene Signalverläufe während des er indungsgemäßen Verfahrens;
Figur 3 eine an sich aus dem Stand der Technik bekannte Hochdruckpumpe, an der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann; und
Figur 4 verschiedene Signalverläufe während der
Ansteuerung eines Mengensteuerventils der Hochdruckpumpe aus Figur 3.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren dient dazu, bei einer fertig montierten direkteinspritzenden Brennkraftmaschine die Position eines Kolbens 5 einer 1-Zylinder- Hochdruckpumpe 1 eines Kraftstoffzumesssystems der Brennkraftmaschine relativ zu der Winkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine auf einfache Weise zu bestimmen. Dadurch ist eine genaue Ansteuerung eines Mengensteuerventils 10, 10' der Hochdruckpumpe 1 und ein Festlegen des Förderbeginns genau auf den unteren Totpunkt UT des Kolbens 5 bzw. des Fδrderendes genau auf den oberen Totpunkt OT des Kolbens 5 möglich. Das wiederum erlaubt eine besonders genaue Zudosierung von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine, was mit einem geringen Kraftstoffverbrauch und einem guten Emissions- und Geräuschverhalten der Brennkraftmaschine verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Überlegung, während des Betriebs der Brennkraftmaschine einen im wesentlichen konstanten Speicherdruck in dem Druckspeicher zu erzeugen, die Auswirkung einer kurzzeitigen Ansteuerung des Mengensteüerventils 10, 10' auf den Speicherdruck zu. beobachten, daraus den oberen Totpunkt OT bzw. den unteren Totpunkt UT des Kolbens 5 zu bestimmen und dem oberen Totpunkt OT bzw. dem unteren Totpunkt UT eine Winkelstellung der Kurbelwelle zuzuordnen. Die zugeordneten Winkelstellungen werden gespeichert und in Zukunft bei der Regelung des in dem Druckspeicher herrschenden Speicherdrucks über eine Ansteuerung des Mengensteüerventils 10, 10' berücksichtigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Figur 1 am Beispiel der Bestimmung des unteren Totpunkts UT des Kolbens 5 der Hochdruckpumpe 1 näher erläutert . Es beginnt in einem Funktionsblock 20 (Start) . In einem nachfolgenden Funktionsblock 21 wird der Ansteuerbeginn auf einen Ausgangswert zurückgesetzt (Reset) . In einem Funktionsblock 22 wird dann ein Ansteuerimpuls AI für die Magnetspule 11 des Mengensteuerventils 10, 10' mit minimaler Breite b erzeugt (Impulsbreite) . Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Impulsbreite b 10° Winkelstellung der Kurbelwelle (vgl. Figur 4) . Der Ansteuerbeginn liegt bspw. bei dem Ansteuerimpuls 30, der einer Winkelstellung der Kurbelwelle von etwa 135° entspricht. Dann wird der Ansteuerimpuls in einem Funktionsblock 23 um ein Schritt s von 30° Winkelstellung der Kurbelwelle verschoben und bei der nächsten Umdrehung ausgegeben (Ansteuerimpuls 31 in vgl . Figur 4 ) .
In einem anschließenden Abfrageblock 24 wird überprüft, ob der Ansteuerbereich vollständig durchlaufen ist. Der Ansteuerbereich entspricht 180° Winkelstellung der Kurbelwelle und umfasst einen Förderhub F und einen Saughub S des Kolbens 5. Da der Ansteuerbeginn bei dem Ansteuerimpuls 30 lag, ist der Ansteuerbereich noch nicht vollständig durchlaufen. Deshalb wird in einem Funktionsblock 25 der in dem Druckspeicher anliegende Speicherdruck pr gemessen. Danach wird in einem Abfrageblock 26 überprüft, ob ein Hochdruck pr_h anliegt. Da der Ansteuerimpuls 31 während eines Saughubs S des Kolbens 5 der Hochdruckpumpe 1 an dem Mengensteuerventil 10, 10' anliegt, liegt kein Hochdruck pr_h an. Deshalb wird wieder zu dem Funktionsblock 23 verzweigt und der Ansteuerimpuls AI um einen Schritt s (30° Winkelstellung der Kurbelwelle) verschoben (Ansteuerimpuls 32) .
In dem Abfrageblock 24 wird wieder zu Funktionsblock 25 verzweigt, da der Ansteuerbereich noch nicht vollständig durchlaufen ist. In dem Abfrageblock 26 wird festgestellt, dass in dem Druckspeicher ein Hochdruck pr_h anliegt (vgl. Figur 4) . Das bedeutet, dass der Saughub S beendet ist und sich der Kolben 5 nunmehr in einem Förderhub F befindet . In einem Funktionsblock 27 wird die dem aktuellen Ansteuerbeginn des Ansteuerimpulses entsprechende Winkelstellung der Kurbelwelle - in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 195° bzw. 15° - als unterer Totpunkt UT gespeichert und das Verfahren zum Bestimmen des unteren Totpunktes UT ist hier beendet.
Falls in dem Abfrageblock 24 festgestellt wird, dass der Ansteuerbereich bereits vollständig durchlaufen ist, ohne dass ein in Funktionsblock 25 messbarer Hochdruck pr_h in dem Druckspeicher aufgebaut werden konnte, wird zu Funktionsblock 28 verzweigt, wo der Ansteuerbeginn auf den Ausgangswert zurückgesetzt wird. Dann wird in einem Funktionsblock 29 die Breite b der Ansteuerimpulse AI vergrößert und der Ansteuerbereich noch einmal durchlaufen, so lange bis ein Hochdruck pr__h in dem Druckspeicher aufgebaut wird.
In entsprechender Weise kann auch der obere Totpunkt OT des Kolbens 5 bestimmt werden, indem das Ende des Fδrderhubs F ermittelt wird. Das Ende des Fδrderhubs F ist dann erreicht, wenn sich kein Hochdruck pr_h mehr in dem Druckspeicher aufbaut .
Zur Erhöhung der Auflösung kann das Verfahren nach erfolgreicher Ermittlung des unteren Totpunktes UT bzw. des oberen Totpunktes OT noch einmal mit Ansteuerimpulsen A2 durchlaufen werden, die um 10° Winkelstellung versetzt zu den Ansteuerimpulsen AI sind. Der zweite Durchlauf kann auf die Winkelbereiche der Kurbelwelle beschränkt werden, in denen nach dem Ergebnis des ersten Durchlaufs der untere Totpunkt UT bzw. der obere Totpunkt liegt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine mechanisch definierte Montage der Hochdruckpumpe 1 inklusive ihrer Antriebseinheit (Nocken 6) oder eine aufwendige Messung der Lage des unteren Totpunktes UT bzw. des oberen Totpunktes OT des Kolbens 5 nach erfolgter Montage nicht notwendig . Vielmehr wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Position des Kolbens 5 an der fertig montierten Brennkraftmaschine - bspw. am Bandende - auf einfache Weise bestimm .

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen der Position eines Kolbens (5) einer 1-Zylinder-Hochdruckpumpe (1) eines
Kraftstoffzumesssystems einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine relativ zu der Winkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wobei die Fördermenge der Hochdruckpumpe (1) durch ein ansteuerbares Mengensteuerventil (10; 10') eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand betrieben wird, in dem sich ein im wesentlichen konstanter Speicherdruck (pr) in einem Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems einstellt; das Mengensteuerventil (10; 10') mit einem Impuls (AI;
A2) angesteuert wird, so dass sich aufgrund des
Impulses (AI; A2) eine Variation des Speicherdrucks
(pr) ergibt; der Speicherdruck (pr) gemessen wird; und die WinkelStellung der Kurbelwelle bei dem oberen
Totpunkt (OT) bzw. bei dem unteren Totpunkt (UT) des
Kolbens (5) aus dem Beginn und Ende der Variation des
Speicherdrucks (pr) in dem Druckspeicher bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand betrieben wird, in dem nur der Vorfδrderdruck in dem Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems herrscht, das Mengensteuerventil (10; 10') mit einem Ansteuerimpuls (AI; A2) derart gezielt angesteuert wird, dass die Hochdruckpumpe (1) während eines Förderhubs (F) des Kolbens (5) für die Dauer des Ansteuerimpulses (AI; A2) mit Hochdruck Kraftstoff in den Druckspeicher fördert, wobei der Ansteuerimpuls
(AI; A2) schrittweise über den gesamten Ansteuerbereich verschoben wird, der in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck
(pr) gemessen wird, und aus dem Beginn und Ende des Hochdruckaufbaus in dem Druckspeicher die Winkelstellung der Kurbelwelle bei dem oberen Totpunkt (OT) bzw. bei dem unteren Totpunkt
(UT) des Kolbens (5) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens im Leerlauf betrieben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) des Ansteuerimpulses (AI; A2) und der Abstand (a) zwischen zwei aufeinander folgenden Ansteuerimpulsen (AI; A2) derart gewählt wird, dass sich einerseits in dem Druckspeicher während des Förderhubs (F) des Kolbens (5) ein messbarer Anstieg des Speicherdrucks (pr) ergibt und dieser andererseits aufgrund der Einspritzung von Kraftstoff aus- dem Druckspeicher über Einspritzventile in Brennräume der Brennkraftmaschine bis zu dem nächsten Ansteuerimpuls wieder abgebaut ist .
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand betrieben wird, in dem die Hochdruckpumpe (1) mit Hochdruck Kraftstoff in einen Druckspeicher des Kraftstoffzumesssystems fördert, das Mengensteuerventil (10; 10') mit einem
Absteuerimpuls derart gezielt angesteuert wird, dass die Hochdruckpumpe (1) während eines Förderhubs (F) für die Dauer des Absteuerimpulses keinen Kraftstoff in den Druckspeicher fördert, wobei das Absteuerimpuls schrittweise über den gesamten .Ansteuerbereich verschoben wird, der in dem Druckspeicher herrschende Speicherdruck
(pr) gemessen wird, und aus dem Beginn und Ende des Hochdruckabfalls in dem Druckspeicher die Winkelstellung der Kurbelwelle bei dem oberen Totpunkt (OT) bzw. dem unteren Totpunkt
(UT) des Kolbens bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, . dass die Breite (b) des Absteuerimpulses und der Abstand (a) zwischen zwei aufeinander folgenden AbSteuerimpulsen derart gewählt wird, dass sich einerseits in dem Druckspeicher ein messbarer Abfall des Speicherdrucks (pr) ergibt und andererseits der Hochdruck aufgrund der Förderung von Kraftstoff in den Druckspeicher durch die Hochdruckpumpe (1) während des Förderhubs (F) bis zu dem nächsten Absteuerimpuls wieder aufgebaut ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) der Impulse im Bereich zwischen 5° und 30° WinkelStellung der Kurbelwelle gewählt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, dass der Impuls in Schritten (s) im Bereich zwischen 10° und 40° Winkelstellung der Kurbelwelle über den gesamten Ansteuerbereich verschoben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach erfolgreicher Bestimmung der Position des Kolbens (5) im Rahmen eines ersten Durchlaufs noch einmal mit Impulsen (A2) durchlaufen wird, die gegenüber den Impulsen (AI) des ersten Durchlaufs um einen Abstand (a) versetzt sind, wobei der Abstand (a) im Bereich zwischen 2° und 20° Winkelstellung der Kurbelwelle gewählt wird.
10. Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory (ROM) oder Flash-Memory, für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem vorangehenden Ansprüche geeignet ist.
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