DE10020629A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs

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Abstract

Es wird ein Kraftstoffversorgungssystem (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, beschrieben. Bei dem Kraftstoffversorgungssystem (1) kann Kraftstoff von einer Pumpe (6, 10) in einen Druckspeicher (2) gepumpt werden. Der Druck in dem Druckspeicher (2) kann gemessen werden und der Druck in dem Druckspeicher (2) kann durch die Ansteuerung eines Drucksteuerventils (4) verändert werden. Durch ein Steuergerät (16) kann das Drucksteuerventil (4) vollständig geöffnet werden, und es kann durch das Steuergerät (16) der gemessene Druck in dem Druckspeicher (2) mit einem erwarteten Druck verglichen werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff von einer Pumpe in einen Druckspeicher gepumpt wird, bei dem der Druck in dem Druckspeicher gemessen wird, und bei dem der Druck in dem Druckspeicher durch die Ansteuerung eines Drucksteuerventils veränderbar ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine sowie ein Steuergerät für ein derartiges Kraftstoffversorgungssystem.
An eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs werden immer höhere Anforderungen im Hinblick auf eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der erzeugten Abgase bei einer gleichzeitig erwünschten erhöhten Leistung gestellt. Zu diesem Zweck sind moderne Brennkraftmaschinen mit einem Kraftstoffversorgungssystem versehen, bei dem die Zuführung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine elektronisch, insbesondere mit einem rechnergestützten Steuergerät, gesteuert und/oder geregelt wird. Dabei ist es möglich, den Kraftstoff in ein Luftansaugrohr der Brennkraftmaschine oder direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen.
Insbesondere bei der zuletzt genannten Art, der sogenannten Direkteinspritzung, ist es erforderlich, daß der Kraftstoff unter Druck in den Brennraum eingespritzt wird. Zu diesem Zweck ist ein Druckspeicher vorgesehen, in den der Kraftstoff mittels einer Pumpe gepumpt und unter einen hohen Druck gesetzt wird. Von dort wird der Kraftstoff dann über Einspritzventile in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt.
Unter anderem aufgrund des hohen Drucks ist es möglich, daß Bauteile des Kraftstoffversorgungssystems z. B. alterungsbedingt sich verändern. So ist es möglich, daß das Drucksteuerventil, mit dem der Druck in dem Druckspeicher gesteuert und/oder geregelt werden kann, langsam seine Funktionsfähigkeit verändert. Ebenfalls ist es möglich, daß das Drucksteuerventil aufgrund von Verschmutzungen schlagartig ausfällt. Derartige Veränderungen der Funktion des Drucksteuerventils können Aussetzer oder einen sonstigen fehlerhaften Lauf der Brennkraftmaschine zur Folge haben.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem ein langsam auftretender Fehler des Drucksteuerventils schnell und sicher erkannt wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren bzw. einem Kraftstoffversorgungssystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Drucksteuerventil vollständig geöffnet wird, und daß der gemessene Druck in dem Druckspeicher mit einem erwarteten Druck verglichen wird.
Wird das Drucksteuerventil vollständig geöffnet, so hat dies zur Folge, daß an dem Drucksteuerventil ein Staudruck entsteht. Dieser Staudruck kann bei einem intakten Drucksteuerventil vorab ermittelt werden. Der Staudruck ist dabei insbesondere von Parametern des Drucksteuerventils abhängig, wie beispielsweise dem Strömungsquerschnitt desselben. Durch die Messung des tatsächlichen Drucks in dem Druckspeicher nach dem vollständigen Öffnen des Drucksteuerventils wird letztlich der aktuell vorliegende Staudruck an dem Drucksteuerventil gemessen. Dieser gemessene Staudruck wird dann mit dem erwarteten Staudruck verglichen und aus dem Vergleich kann dann auf die Funktionsfähigkeit des Drucksteuerventils geschlossen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann schnell und ohne einen wesentlichen zusätzlichen Aufwand durchgeführt werden. Des weiteren kann mit dem Verfahren sicher erkannt werden, ob das Drucksteuerventil intakt ist oder nicht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei im Betrieb der Brennkraftmaschine, aber auch im Rahmen einer Überprüfung derselben z. B. in einer Werkstatt durchgeführt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Druck in dem Druckspeicher erst nach einer Wartezeit nach dem Öffnen des Drucksteuerventils gemessen wird. Damit wird gewährleistet, daß sich der Staudruck an dem Drucksteuerventil vollständig aufgebaut hat.
Bei vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung wird der erwartete Druck in Abhängigkeit von Parametern eines intakten Drucksteuerventils und/oder in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt.
Es wird dann das Drucksteuerventil als verschmutzt erkannt, wenn der gemessene Druck größer ist als der erwartete Druck.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die Brennkraftmaschine im Schiebebetrieb oder im Leerlaufbetrieb. Dies sind Betriebszustände der Brennkraftmaschine, in denen sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut durchführen läßt.
Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn sich die Temperatur und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem zulässigen Bereich befindet. Damit wird die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter verbessert.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren 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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems, und
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Kraftstoffversorgungssystems der Fig. 1.
In der Fig. 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem 1 dargestellt, das für die Verwendung in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Bei dem Kraftstoffversorgungssystem 1 handelt es sich um ein sogenanntes Common-Rail-System, das insbesondere bei einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zur Anwendung kommt. Derartige Common-Rail-Systeme sind von Benzin-, wie auch von Diesel-Brennkraftmaschinen bekannt.
Das Kraftstoffversorgungssystem 1 weist einen Druckspeicher 2 auf, der mit einem Drucksensor 3 und einem Drucksteuerventil 4 versehen ist. Der Druckspeicher 2 ist über eine Druckleitung 5 mit einer Hochdruckpumpe 6 verbunden. Die Hochdruckpumpe 6 ist über eine Druckleitung 8 an das Drucksteuerventil 4 angeschlossen. Über eine Druckleitung 9 und ein Filter ist das Drucksteuerventil 4 und damit auch die Hochdruckpumpe 6 mit einer vorzugsweise elektrischen Kraftstoffpumpe 10 verbunden, die dazu geeignet ist, Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 11 anzusaugen.
Das Kraftstoffversorgungssystem 1 weist vier Einspritzventile 13 auf, die über Druckleitungen 14 mit dem Druckspeicher 2 verbunden sind. Die Einspritzventile 13 sind dazu geeignet, Kraftstoff in entsprechende Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzen.
Mittels einer Signalleitung 15 ist der Drucksensor 3 mit einem Steuergerät 16 verbunden, an das des weiteren eine Mehrzahl anderer Signalleitungen als Eingangsleitungen angeschlossen sind. Mittels einer Signalleitung 17 ist die Kraftstoffpumpe 10 und über eine Signalleitung 18 ist das Drucksteuerventil 4 mit dem Steuergerät 16 verbunden. Des weiteren sind die Einspritzventile 13 mittels Signalleitungen 19 an das Steuergerät 16 angeschlossen.
Der Kraftstoff wird von der Kraftstoffpumpe 10 aus dem Kraftstoffbehälter 11 zu der Hochdruckpumpe 6 gepumpt. Mit Hilfe der Hochdruckpumpe 6 wird in dem Druckspeicher 2 ein Druck erzeugt, der von dem Drucksensor 3 gemessen wird und durch eine entsprechende Betätigung des Drucksteuerventils 4 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Über die Einspritzventile 13 wird dann der Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
Für die Bemessung der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge bzw. Kraftstoffmasse ist unter anderem der Druck in dem Druckspeicher 2 wesentlich. Je größer der Druck in dem Druckspeicher 2 ist, desto mehr Kraftstoff wird während derselben Einspritzzeit in den Brennraum eingespritzt. Dieser Druck in dem Druckspeicher 2 kann von dem Steuergerät 16 eingestellt und verstellt werden.
Hierzu steuert das Steuergerät 16 das Drucksteuerventil 4 in seinen geschlossenen Zustand, so daß die Hochdruckpumpe 6 und die Kraftstoffpumpe 10 einen immer weiter ansteigenden Druck in dem Druckspeicher 2 erzeugen.
Umgekehrt steuert das Steuergerät 16 das Drucksteuerventil 4 in seinen geöffneten Zustand, so daß der Kraftstoff aus dem Druckspeicher 2 wieder abfließt und sich der Druck in dem Druckspeicher 2 wieder vermindert.
Im vollständig geöffneten Zustand entsteht ein Staudruck an dem Drucksteuerventil 4. Dieser Staudruck ist von dem freien Strömungsquerschnitt des Drucksteuerventils 4 und von der Menge des durchfließenden Kraftstoffs abhängig. Die letztgenannte Kraftstoffmenge ist wiederum unter anderem abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, der Menge des geförderten Kraftstoffs und der Menge des in die Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffs.
Nach einer längeren Betriebsdauer des Drucksteuerventils 4 ist es möglich, daß sich der Strömungsquerschnitt des Drucksteuerventils 4 aufgrund von Verschmutzungen oder sonstigen Ablagerungen langsam verengt. Dies führt zu einer schleichenden Veränderung des von dem Drucksteuerventils 4 beeinflussten Drucks in dem Druckspeicher 2. Insbesondere entsteht bei einem geringeren Strömungsquerschnitt des Drucksteuerventils 4 in dem Druckspeicher 2 ein größerer Druck als dies an sich der Fall sein sollte. Im Extremfall führt eine vollständige Verlegung des Strömungsquerschnitts des Drucksteuerventils 4 zu dessen Funktionsunfähigkeit und damit zum Ausfall des Kraftstoffversorgungssystems 1.
Mit dem Verfahren nach der Fig. 2 wird eine schleichende Verschmutzung des Drucksteuerventils 4 erkannt. Das Verfahren der Fig. 2 wird von dem Steuergerät 16 durchgeführt.
In einem Block 21 wird von dem Steuergerät 16 überprüft, ob sich die Temperatur der Brennkraftmaschine in einem zulässigen Bereich befindet. Dies ist erforderlich, damit das Verfahren der Fig. 2 zuverlässig durchgeführt werden kann. Befindet sich die Temperatur nicht in dem zulässigen Bereich, so wird das Verfahren der Fig. 2 abgebrochen und in einem späteren Zeitpunkt wieder gestartet.
Befindet sich die Temperatur der Brennkraftmaschine in dem zulässigen Bereich, so wird in einem nachfolgenden Block 22 überprüft, ob sich die Brennkraftmaschine im Zustand des Schubabschaltens befindet. In diesem Zustand wird die Brennkraftmaschine "von außen" angetrieben. Als Beispiel kann eine Bergabfahrt eines Kraftfahrzeugs angegeben werden, bei der der Fahrer weder das Fahrpedal, noch das Kupplungspedal betätigt, so daß das Kraftfahrzeug mit eingekuppeltem Getriebe, jedoch ohne Antrieb den Berg hinunterrollt. In diesem Zustand wird die Brennkraftmaschine von dem bergabwärts rollenden Kraftfahrzeug "angeschoben". Der Zustand wird deshalb auch als Schiebebetrieb (oder Schubbetrieb) bezeichnet.
Befindet sich die Brennkraftmaschine nicht im Schiebebetrieb, so wird das Verfahren der Fig. 2 abgebrochen und in einem späteren Zeitpunkt wiederholt. Befindet sich jedoch die Brennkraftmaschine im Schiebebetrieb, so wird in einem Block 23 das Drucksteuerventil 4 (DSV) vollständig von dem Steuergerät 16 geöffnet.
In einem Block 24 wird von dem Steuergerät 16 eine Wartezeit abgewartet, bis sich ein Staudruck an dem Drucksteuerventil 4 aufgebaut hat. Diese Wartezeit ist von dem Drucksteuerventil 4 abhängig und kann vorab ermittelt und in dem Steuergerät 16 abgespeichert werden.
Nach Ablauf der Wartezeit wird in einem Block 25 von dem Drucksensor 3 der Druck in dem Druckspeicher 2 gemessen. Diese Messung wird von dem Steuergerät 16 veranlaßt und durchgeführt. Aufgrund des vollständig geöffneten Drucksteuerventils 4 handelt es sich bei diesem gemessenen Druck um den Staudruck an dem Drucksteuerventil 4.
In einem nachfolgenden Block 26 wird von dem Steuergerät 16 ein Vergleichswert für den Staudruck berechnet. Bei dem Vergleichswert handelt es sich um einen erwarteten Druck, der sich bei intaktem Drucksteuerventil 4 einstellen müßte. Der Vergleichswert ist abhängig von dem momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, also von den aktuellen Betriebsgrößen derselben, wie z. B. deren Drehzahl, Motortemperatur, und dergleichen. Weiterhin ist der Vergleichswert abhängig von Parametern des Drucksteuerventils 4, die in einer Kennlinie oder einem Kennfeld in dem Steuergerät 16 abgespeichert sind. Die genannten Parameter beziehen sich dabei auf ein intaktes Drucksteuerventil 4 und können insbesondere vorab an einem neuwertigen Drucksteuerventil 4 ermittelt und dann in dem Steuergerät 16 abgespeichert werden.
In einem nachfolgenden Block 27 wird nochmals von dem Steuergerät 16 überprüft, ob sich die Brennkraftmaschine noch in dem Zustand des Schubabschaltens befindet. Ist dies nicht mehr der Fall, so wird das Verfahren der Fig. 2 abgebrochen und in einem späteren Zeitpunkt wiederholt.
Befindet sich die Brennkraftmaschine noch im Schiebebetrieb, so wird von dem Steuergerät 16 in einem Block 28 der gemessene Staudruck mit dem Vergleichswert (MaxWert) verglichen. Ist der gemessene Staudruck kleiner als der Vergleichswert, so wird daraus von dem Steuergerät 16 in einem Block 29 auf ein intaktes Drucksteuerventil 4 geschlossen.
Ist hingegen der gemessene Staudruck größer als der berechnete Vergleichswert, so wird von dem Steuergerät 16 in einem Block 30 auf eine Verschmutzung des Strömungsquerschnitts des Drucksteuerventils 4 geschlossen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, daß anstelle des Schiebebetriebs ein Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine zur Druchführung des Verfahrens ausgewählt wird. Ebenfalls ist es möglich, daß zusätzlich zu der Voraussetzung, daß sich die Temperatur der Brennkraftmaschine in einem zulässigen Bereich befinden muß, als weitere Voraussetzung für die Druchführung des Verfahrens der Fig. 2 sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem zulässigen Bereich befinden muß.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann während des Betriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Ebenfalls ist es möglich, daß Verfahren in der Werkstatt mit Hilfe eines entsprechenden Testgeräts ausführen zu lassen.
Die genannten Parameter des intakten Drucksteuerventils 4 können allgemein für einen bestimmten Brennkraftmaschinentyp, aber auch individuell für jede Brennkraftmaschine ermittelt und abgespeichert werden. Bei einem Austausch des Drucksteuerventils 4 können neue Parameter ermittelt und in das Steuergerät 16 eingelesen werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems (1) für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff von einer Pumpe (6, 10) in einen Druckspeicher (2) gepumpt wird, bei dem der Druck (prist) in dem Druckspeicher (2) gemessen wird, und bei dem der Druck (prist) in dem Druckspeicher (2) durch die Ansteuerung eines Drucksteuerventils (4) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuerventil (4) vollständig geöffnet wird, und daß der gemessene Druck in dem Druckspeicher (2) mit einem erwarteten Druck verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem Druckspeicher (2) erst nach einer Wartezeit nach dem Öffnen des Drucksteuerventils (4) gemessen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erwartete Druck in Abhängigkeit von Parametern eines intakten Drucksteuerventils (4) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erwartete Druck in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuerventil als verschmutzt erkannt wird, wenn der gemessene Druck größer ist als der erwartete Druck.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Brennkraftmaschine im Schiebebetrieb oder im Leerlaufbetrieb befindet.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Temperatur und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine in einem zulässigen Bereich befindet.
8. Elektrisches Steuerelement, insbesondere Flash-Memory oder Read-Only-Memory, für ein Steuergerät (16) 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 der Ansprüche 1 bis 7 geeignet ist.
9. Steuergerät (16) für ein Kraftstoffversorgungssystem (1) einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei bei dem Kraftstoffversogungssystem (1) Kraftstoff von einer Pumpe (6, 10) in einen Druckspeicher (2) gepumpt werden kann, der Druck (prist) in dem Druckspeicher (2) meßbar ist, und der Druck (prist) in dem Druckspeicher (2) durch die Ansteuerung eines Drucksteuerventils (4) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (16) das Drucksteuerventil (4) vollständig geöffnet werden kann, und daß durch das Steuergerät (16) der gemessene Druck in dem Druckspeicher (2) mit einem erwarteten Druck verglichen werden kann.
10. Kraftstoffversorgungssystem (1) für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff von einer Pumpe (6, 10) in einen Druckspeicher (2) gepumpt werden kann, bei dem der Druck (prist) in dem Druckspeicher (2) meßbar ist, und bei dem der Druck (prist) in dem Druckspeicher (2) durch die Ansteuerung eines Drucksteuerventils (4) veränderbar ist, sowie mit einem Steuergerät (16), dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (16) das Drucksteuerventil (4) vollständig geöffnet werden kann, und daß durch das Steuergerät (16) der gemessene Druck in dem Druckspeicher (2) mit einem erwarteten Druck verglichen werden kann.
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