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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Notlaufbetrieb-Verfahren für eine Brennkraftmaschine
mit Kraftstoffeinspritzung aus einem Kraftstoff-Druckspeicher und
einem den Kraftstoffdruck im Druckspeicher messenden Kraftstoffdrucksensor.
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Solche
Brennkraftmaschinen sind im Stand der Technik bekannt und als sogenannte
Common Rail Dieselmotoren weit verbreitet. Sie erreichen einen sehr
hohen Wirkungsgrad, da die einzuspritzende Kraftstoffmenge hochpräzise eingestellt
werden kann. Dafür
ist es erforderlich, dass der Kraftstoffdruck im Kraftstoffdruck-Speicher
genau bekannt ist. Durch Variation der Einspritzdauer, d. h. der
Zeitdauer, die ein Einspritzventil, welches den Kraftstoff einem
Brennraum zuteilt, geöffnet
ist, wird die eingespritzte Kraftstoffmasse eingestellt. Einspritzdauer und
Kraftstoffdruck im Kraftstoffdruck-Speicher legen also zusammen
mit anderen Parametern, wie z. B. Kraftstofftemperatur etc., die
eingespritzte Kraftstoffmasse fest. Um die Einstellung der Kraftstoffmasse ausschließlich über die
Ansteuerung des Einspritzventils, d. h. die Vorgabe der Einspritzdauer
hochgenau bewerkstelligen zu können,
wird der Kraftstoffdruck im Kraftstoff-Druckspeicher bei solchen
Brennkraftmaschinen üblicherweise
auf betriebspunktabhängige
Sollwerte geregelt.
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Der
Betrieb von Brennkraftmaschinen wird weiter in vielerlei Hinsicht überwacht,
damit bei Auftreten eines Fehlers geeignet reagiert werden kann. Ein
bei Brennkraftmaschinen der beschriebenen Art besonders problematischer
Fehler ist ein Ausfall des Kraftstoffdrucksensors, beispielsweise
durch Abrutschen eines elektrischen Steckers, durch Kabelbruch einer
Zuleitung zum Stecker oder durch einen Kurzschluss. Dann ist der
Kraftstoffdruck im Speicher nicht mehr bekannt und kann nicht mehr
geregelt werden. Die Folge können
ein stark abgesunkener Einspritzdruck oder ein stark überhöhter Einspritz druck
sein. Bei extrem vermindertem Einspritzdruck könnte im Extremfall die Brennkraftmaschine
stoppen, was in einem PKW eine extrem bedrohliche Situation wäre. Ein
extrem überhöhter Einspritzdruck würde zum
Ansprechen eines üblicherweise
am Druckspeicher vorgesehenen Notventils und zum unkontrollierten
Ablassen von Kraftstoff führen.
Das Ansprechen geschieht bei einem ungefährlichen (keine Leckage nach
außen)
aber zu extrem hohen verschleißführenden
Druck. Das hydraulische System muss dann nach kürzester Zeit ausgetauscht werden.
Da somit die Konsequenzen eines zu niedrigen wie eines zu hohen
Kraftstoffdruckes somit äußerst fatal
wären,
wird üblicherweise
bei einem Fehler am Kraftstoffdrucksensor, durch den dieser kein
zuverlässiges
oder plausibles Signal mehr liefert, automatisch die Brennkraftmaschine
stillgelegt. Im Falle eines PKW ist eine Weiterfahrt damit nicht
mehr möglich.
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Aus
der
DE 10 2006
009 068 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems
einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren
wird Kraftstoff mittels einer Pumpe, deren Zulauf von einer Zumesseinheit
gesteuert wird, in einen Speicher gefördert und von dort aus mittels
steuerbarer Injektoren in Brennräume
der Brennkraftmaschine eingespritzt. Dabei stellt ein Drucksensor
ein Drucksignal bereit, das den Druck im Speicher charakterisiert.
Bei einem Ausfall des Drucksensors wird die Ansteuerdauer der Injektoren
konstant gehalten und die Drehzahl der Brennkraftmaschine durch
eine Stellgröße der Zumesseinheit
auf einen konstanten Wert geregelt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Brennkraftmaschine der
eingangs geschilderten Art ein einfach realisierbares Notlaufbetrieb-Verfahren
anzugeben, mit dem auch bei Ausfall des Kraftstoffdrucksensors noch
ein Notbetrieb der Brennkraftmaschine möglich ist, ohne dass die oben
genannten Konsequenzen (plötzliches
Ausgehen oder Schaden an der Brennkraftmaschine) zu befürchten sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Notlaufbetrieb-Verfahren
für eine
Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinsprit zung aus einem Kraftstoff-Druckspeicher
und einem den Kraftstoffdruck im Speicher messenden Kraftstoffdrucksensor
gelöst, wobei
bei einem für
den Kraftstoffdrucksensor detektierten Fehler ein Notlaufbetrieb
ausgeführt
wird, indem Kraftstoff mit einer festen Einspritzdauer eingespritzt
wird und zugleich die Drehzahl der Brennkraftmaschine durch geeignete
Einstellung von Kraftstoffzufuhr zum Druckspeicher und/oder Kraftstoffablass aus
dem Druckspeicher so geregelt wird, dass die Drehzahl eine bestimmte
Solldrehzahl annimmt oder innerhalb eines bestimmten Soll-Drehzahlbereiches liegt,
wobei der Notlaufbetrieb durch einen ohnehin vorhandenen Leerlaufregler
(10) ausgeführt
wird, der anstelle der Einspritzdauer (Ti)
nun die Variation von Kraftstoffzufuhr bzw. -ablass derart regelt,
dass die Drehzahl die bestimmte Soll-Drehzahl annimmt oder innerhalb des
bestimmten Soll-Drehzahlbereichs liegt.
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Die
Erfindung realisiert also nun einen Notlauf, in dem eine Drehzahlregelung
vorgenommen wird, indem die Kraftstoffmenge mit Hilfe des Druckes
im Speicher eingestellt wird. Kenntnis über den Speicher selbst ist
für dieses
Einstellen nicht nötig, da
zugleich die Einspritzdauer, anders als bei sonstigem Betrieb der
Brennkraftmaschine, auf einem festen Wert eingestellt wird. Durch
Modifikation des aufgrund des Fehlers am Kraftstoffdrucksensor nicht mehr
messbaren und damit nicht bekannten Kraftstoffdruckes im Speicher
wird die Drehzahl geregelt, so dass sie innerhalb eines festen Bereiches
liegt oder vorzugsweise einen festen Soll-Wert annimmt. Etwaige
Drehzahlabweichungen werden dann durch Zufuhr bzw. Ablass aus dem
Druckspeicher ausgeregelt, so dass die Brennkraftmaschine innerhalb
des vorbestimmten Soll-Drehzahlbereiches bleibt bzw. die vorgegebene
Soll-Drehzahl hält.
Der Kraftstoffdruck im Speicher befindet sich durch diese Regelung
automatisch in einem dem aktuellen Lastpunkt adäquaten Bereich. Weder kann
der Kraftstoffdruck zu groß werden,
noch kann die Brennkraftmaschine ungewollt ausgehen. Eine Schädigung von
Bauteilen ist ausgeschlossen, und ein mit der Brennkraftmaschine
ausgerüstetes
Fahrzeug bleibt nicht liegen.
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Besonders
einfach wird der Notlaufbetrieb dadurch realisiert, dass der ohnehin
vorhandene Leerlaufregler den Notlaufbetrieb ausführt, wobei
der Leerlaufregler nun anstelle der im üblichen Betrieb als Stellgröße verwendeten
Einspritzdauer einen Parameter der Zufuhr oder Abfuhr von Kraftstoff
in den Druckspeicher verwendet.
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Im
Falle einer ein Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine ist natürlich ein
Betrieb mit fester Drehzahl relativ unkomfortabel. Es ist deshalb
für diese
Fälle zu
bevorzugen, verschiedene Soll-Drehzahlbereiche oder Soll-Drehzahlen
vorzugeben und abhängig
von einem per Fahrpedal angeforderten Drehmomentsignal (z. B. ein
Fahrerwunschsignal) auszuwählen,
welcher der vorgesehenen Soll-Drehzahlbereiche oder welche der Soll-Drehzahlen
eingeregelt wird.
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Alternativ
ist es auch möglich,
zusätzlich
für die
unterschiedlichen Soll-Drehzahlbereiche oder Solldrehzahlen die
feste Einspritzdauer individuell unterschiedlich zu wählen, um
den Kraftstoffdruck in einem günstigen
Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine anzuordnen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen,
die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine, bei der im Falle des Versagens
eines Kraftstoffdrucksensors ein Notlaufbetrieb ausgeführt wird,
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2 ein
Diagramm einer Kraftstoffmasse mf als Funktion einer Einspritzdauer
Ti für
den Betrieb der Brennkraftmaschine der 1 und
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3 ein
exemplarisches Ablaufdiagramm für
einen Notlaufbetrieb, in dem die Brennkraftmaschine der 1 gesteuert
wird.
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1 zeigt
als Blockschaltbild vereinfacht eine Brennkraftmaschine 1 mit
Zusatzaggregaten. Die Brennkraftmaschine 1 arbeitet dabei
mit innerer Gemischbildung, d. h. durch Einspritzventile 2 wird Kraftstoff
direkt in Brennräume
der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Einspritzventile 2 erhalten den
Kraftstoff aus einem Druckspeicher 3, welcher Kraftstoff
aus einem Tank 4 über
eine Pumpe 5 und einen Zulauf 6 erhält. In einem
Rücklauf
sitzt ein Ventil 7, über
das gesteuert Kraftstoff aus dem Druckspeicher 3 in den
Tank 5 abgelassen werden kann.
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Im
Druckspeicher 3 wird Kraftstoff unter Druck gespeichert
und von dort über
Einspritzleitungen 9 zu den Einspritzventilen 2 zugeführt, welche während des
Betriebes der Brennkraftmaschine eine kurze Zeit geöffnet werden,
um Kraftstoff in die Brennräume
einzuspritzen.
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Bei
der Brennkraftmaschine 1 handelt es sich insoweit um eine
bekannte Common Rail Diesel-Brennkraftmaschine. Die Versorgung des
Druckspeichers 3 ist für
die nachfolgende Erfindung nicht weiter von Interesse, und in der
Literatur sind für
den Fachmann verschiedenste Konzepte geschildert, wie der Kraftstoff
in den Druckspeicher 3 eingespeist werden kann und dort
ein bestimmter Kraftstoffdruck eingeregelt werden kann. Insbesondere
sind hierfür fördermengengeregelte
Systeme bekannt, die durch geeignete Ansteuerung der Pumpe 5 auch
ohne Rücklauf
und ohne das angesteuerte Ventil 7 auskommen.
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Allen
Systemen ist jedoch gemein, dass sie über einen Drucksensor 8 verfügen, welcher
den Kraftstoffdruck im Druckspeicher 3 misst. Dieser Druck
ist für
ein Steuergerät 10 eine
wichtige Größe, da zusammen
mit der Dauer Ti, für
welche die Einspritzventile 2 geöffnet werden, die Kraftstoffmasse mf
festlegt, welche bei einem gegebenen Einspritzvorgang in den Brennraum
injiziert wird.
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Das
Steuergerät 10 steuert
die einzelnen Elemente der Brennkraftmaschine an und liest entsprechende
Sensoren aus. Hierfür
sind in 1 nicht näher bezeichnete Steuerleitungen
vorgesehen.
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Bei
Ausfall des Drucksensors 8 ist das Steuergerät 10 nicht
mehr in der Lage, die Kraftstoffmasse einzustellen, welche bei einem
Einspritzvorgang in den Brennraum abgegeben wird. Um in diesem Fall
immer noch einen Notlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 1 realisieren
zu können,
stellt das Steuergerät 10 dann
eine feste Einspritzdauer Ti1 ein und steuert die Pumpe 5 und
gegebenenfalls auch das Ventil 7 so ein, dass ein Drehzahlsensor 11 der Brennkraftmaschine
eine Drehzahl N anzeigt, die in einem vorbestimmten Soll-Bereich
liegt. Dies ist in 2 schematisch anhand eines Diagrammes
verdeutlicht. Das Diagramm der 2 zeigt
die Kraftstoffmenge mf als Funktion der Einspritzdauer Ti, wobei
der Einfluss des Kraftstoffdruckes dadurch wiedergegeben ist, dass
eine Kurvenschar für
verschiedene Kraftstoffdrücke
eingezeichnet ist. Wie zu sehen ist, wächst mit steigendem Kraftstoffdruck
für eine
gegebene Einspritzdauer Ti die pro Einspritzung abgegebene Kraftstoffmasse
mf, wobei zugleich auch die Kurven mit wachsendem Kraftstoffdruck steiler
verlaufen.
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Für den Notlaufbetrieb
wird nun nicht mehr die Einspritzdauer Ti variiert, sondern es wird
ein fester Wert Ti1 eingestellt. Gleichzeitig regelt das Steuergerät 10 die
Drehzahl, die der Drehzahlsensor 11 anzeigt, durch Variation
der Pumpe 5 bzw. des Ventils 7 auf eine bestimmte
Soll-Drehzahl oder innerhalb eines bestimmten Soll-Drehzahlbereiches.
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Diese
Soll-Drehzahl bzw. dieser Soll-Drehzahlbereich kann für eine Ausführungsform,
in der die Brennkraftmaschine 1 ein Fahrzeug antreibt,
unter Berücksichtigung
des Signals eines Fahrpedals 12, mit dem das Fahrzeug ausgerüstet ist,
erfolgen. Je nach am Fahrpedal 12 ablesbarem Fahrerwunsch wird
eine geringere oder höhere
Soll-Drehzahl bei der beschriebenen Drehzahlregelung vorgegeben, wobei
ein beliebiger funktioneller Zusammenhang zwischen am Fahrpedal 12 eingegebenem
Fahrerwunsch und Soll-Drehzahl bzw. Soll-Drehzahlbereich gewählt werden
kann. Denkbar ist beispielsweise eine Auswahl aus einer bestimmten
diskreten Anzahl von Soll-Drehzahlen. In einer ganz konkreten Bauweise
werden drei verschiedene Soll-Drehzahlen verwendet,
die dem unbetätigten
Fahrpedal 12, also der Leerlaufsituation, der Betätigung des
Fahrpedals 12 bis zur Halbgasstellung und der Betätigung des Fahrpedals 12 zwischen
Halbgas und Vollgas zugeordnet werden. Drehzahlbegrenzungen sind
vorteilhaft.
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Wie 2 zu
entnehmen ist, variiert das Steuergerät 10 die Kraftstoffmasse
bei fest eingestellter Einspritzdauer Ti1 im Endeffekt dadurch,
dass der Kraftstoffdruck durch Ansteuerung der Pumpe 5 bzw.
gegebenenfalls des Ventils 7 verändert wird. Es stellen sich
dadurch je nach Kraftstoffdruck unterschiedliche Kraftstoffmassen
mf ein, die in 2 exemplarisch durch die Werte
mf1, mf2, mf3 und mf4 wiedergegeben sind. Natürlich springt der Kraftstoffdruck
nicht zwischen den in 2 exemplarisch gezeigten Kurven,
sondern er kann kontinuierlich variiert werden, so dass sich zur
Einregelung der Drehzahl auch eine kontinuierliche Veränderbarkeit
der Kraftstoffmasse mf ergibt.
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Wesentlich
ist jedoch, dass aufgrund der fest eingestellten Einspritzdauer
Ti und der Einregelung einer vorgegebenen Soll-Drehzahl bzw. eines
vorgegebenen Soll-Drehzahlbereiches automatisch sichergestellt ist,
dass der Kraftstoffdruck nicht so gering wird, dass die Brennkraftmaschine
ausgeht, oder so groß wird,
dass die Brennkraftmaschine Schaden nimmt.
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Natürlich kann
die feste Einspritzdauer Ti1 auch abhängig von der vorgegebenen Soll-Drehzahl bzw.
dem vorgegebenen Soll-Drehzahlbereich
gewählt
werden, um auch höhere
Drehzahlen zu realisieren, welche auch höhere Kraftstoffmassen verlangen.
Wählt man
die feste Einspritzdauer Ti abhängig von
der Soll-Drehzahl
bzw. dem Soll-Drehzahlbereich, so ergibt sich ein monoton steigender
funktioneller Zusammenhang zwischen Soll-Drehzahl bzw. Soll-Drehzahlbereich und
der Einspritzdauer, wobei es für
die Monotonität
unerheblich ist, ob die untere oder obere Grenze des Drehzahlbereiches
oder dessen Mittelwert verwendet wird. Höheren Soll-Drehzahlen bzw.
höheren
Soll-Drehzahlenbereichen ist somit auch eine höhere Einspritzdauer Ti zugeordnet.
Dies ergibt sich aus dem Kurvenverlauf der 2.
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3 zeigt
exemplarisch ein Ablaufdiagramm des Notlaufbetriebes, der bei der
Brennkraftmaschine 1 ausgeführt wird, wenn deren Kraftstoffdrucksensor 8 ausfällt.
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Nach
einem Start des Verfahrens in Schritt S0 wird zuerst in Schritt
S1 geprüft,
ob der Kraftstoffdrucksensor 8 keine brauchbaren Werte
mehr liefert. Ist dies nicht der Fall (N-Verzweigung), arbeitet der Kraftstoffdrucksensor 8 noch
hinreichend, und das Verfahren ist in Schritt S2 zu Ende. Ist der
Kraftstoffdrucksensor 8 jedoch defekt (J-Verzweigung) wird
in einem Schritt S3 die für
den nachfolgenden Betrieb verwendete Einspritzdauer Ti auf einen
konstanten Wert gelegt.
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Anschließend wird
in einem Schritt S4 eine feste Soll-Drehzahl ausgewählt, wobei bei einem ersten
Durchlauf die Leerlaufdrehzahl N1 verwendet wird. Nach diesem Schritt
S4 wird der Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Schritt S5 so
geregelt, dass die Drehzahl den ausgewählten Wert Ni (i steht für 1, 2 oder
3 im Ausführungsbeispiel
der 3) einnimmt. Dabei wird die Zufuhr bzw. Abfuhr
in den Druckspeicher 3 geeignet variiert, um die Soll-Drehzahl
im Betrieb der Brennkraftmaschine einzuregeln.
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In
einem Schritt S3 wird während
dieser Regelung überprüft, ob sich
das Signal eines Fahrpedal 12 ändert. Bei einer Änderung
des Fahrpedalsignals wird während
weiterlaufender Regelung des Schrittes S5 vor den Schritt S4 zurückgesprungen
und gegebenenfalls eine andere Soll-Drehzahl ausgewählt, wobei
die Auswahl abhängig
vom am Fahrpedal 12 abgelesenen Signal, das ein angefordertes
Drehmoment wiedergibt, erfolgt. Beispielsweise wird bei einem Drehmomentsignal
am Fahrpedal 12, das dem Leerlauf zuzuordnen ist, die Drehzahl
N1 gewählt, welche
der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine entspricht. Befindet
sich das Drehmomentsignal, d. h. die Stellung des Fahrpedals 12 zwischen
Leerlauf und Halbgas, d. h. halbem Vollausschlag, wird die Drehzahl
N2 für
den Schritt S4 ausgewählt
und im Schritt S5 als Soll-Drehzahl in der Regelung verwendet. Bei
einem über
halben Ausschlag durchgedrückten
Fahrpedal wird die Drehzahl N3 eingesetzt.