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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Saugventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Saugventil.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, dass die Funktion der Systemkomponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems von bestimmten Kraftstoffeigenschaften, insbesondere der Viskosität des Kraftstoffs, abhängt. Die Viskosität des Kraftstoffs bestimmt beispielsweise die Leckagemenge, die der Schmierung und/oder Kühlung von Wellenlagern einer Antriebswelle zum Antrieb einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems dient. Ist diese nicht ausreichend, muss die Leistung einer der Hochdruckpumpe vorgeschalteten Vorförderpumpe erhöht werden, um Beschädigungen des Systems oder einzelner Systemkomponenten zu verhindern. Es ist daher sinnvoll, die Viskosität des Kraftstoffs zu kennen und in Abhängigkeit von der Kraftstoffviskosität die Einstellung bestimmter Systemkomponenten vorzunehmen.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 005 183 A1 geht ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine hervor, die wechselweise und/oder additiv mit einem dünnflüssigen Kraftstoff, insbesondere mit Diesel, und mit einem dickflüssigen Kraftstoff, insbesondere mit Rapsöl, betrieben wird, wobei die beiden Kraftstoffe von einer gemeinsamen Hochdruckpumpeneinrichtung in einen Speicher gefördert werden und aus diesem über Einspritzventile in Arbeitsräume der Brennkraftmaschine eingebracht werden. Die Steuerung der Brennkraftmaschine und der Einspritzeinrichtung erfolgt dabei über eine elektronische Steuereinrichtung. Diese erkennt automatisch den jeweils verwendeten Kraftstoff bzw. das jeweils verwendete Kraftstoffgemisch im Wege der Auswertung unterschiedlicher Eigenschaften, insbesondere der Viskosität, des Kraftstoffs bzw. Kraftstoffgemischs und passt dementsprechend die Steuerung der Brennkraftmaschine an.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, anzugeben, bei dem wenigstens eine Komponente des Systems in Abhängigkeit von der Viskosität und/oder einer Veränderung der Viskosität eines Kraftstoffs oder eines Kraftstoffgemischs angesteuert wird. Das Verfahren soll dabei eine möglichst genaue Bestimmung der Kraftstoffviskosität ermöglichen, um die Ansteuerung wenigstens einer Systemkomponente zu optimieren.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird ein Saugventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Saugventil vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird erfindungsgemäß die Schaltzeit eines elektromagnetisch ansteuerbaren Saugventils zur Ermittlung der Viskosität des Kraftstoffs oder des Kraftstoffgemischs erfasst und ausgewertet. Denn die Schaltzeit des Saugventils steht in einem Zusammenhang mit der Kraftstoffviskosität. Über die Auswertung der Schaltzeit kann demnach auf unterschiedliche Viskositäten eines Kraftstoffs oder eines Kraftstoffgemischs geschlossen werden. Der Zusammenhang wird vorteilhafterweise als Kennlinie in einer Steuereinrichtung hinterlegt und zur Auswertung nachfolgend erfasster Schaltzeiten herangezogen. Über die Steuereinrichtung kann dann ferner entsprechend dem Ergebnis der Auswertung die Ansteuerung wenigstens einer Systemkomponente optimiert werden.
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Bevorzugt wird bzw. werden eine Vorförderpumpe und/oder eine Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems in Abhängigkeit von der Viskosität und/oder einer Veränderung der Viskosität des Kraftstoffs oder des Kraftstoffgemischs angesteuert. Durch die Bestimmung der Kraftstoffviskosität kann beispielsweise die Ansteuerung einer als Elektrokraftstoffpumpe ausgeführten Vorförderpumpe optimiert werden, indem die Leistung der Vorförderpumpe an den tatsächlichen Mengenbedarf angepasst wird. Auf diese Weise kann Energie eingespart werden. Alternativ oder ergänzend kann in Abhängigkeit von der Viskosität des Kraftstoffs oder des Kraftstoffgemischs die Leistung einer Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems reduziert werden, wenn beispielsweise die Viskosität in ungünstige Bereiche kommt, insbesondere sehr niedrig wird, um ggf. Schäden an dem Kraftstoffeinspritzsystem zu verhindern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Bestimmung der Viskosität des Kraftstoffs bzw. Kraftstoffgemischs wenigstens ein Drosselpfad im Saugventil definiert. Im Drosselpfad stellt sich ein viskositätsabhängiger Volumenstrom ein, der die Schaltzeit beeinflusst und bei der Ermittlung der Viskosität des Kraftstoffs oder des Kraftstoffgemischs berücksichtigt wird. Da sich der im Drosselpfad einstellende Volumenstrom umgekehrt proportional zur Kraftstoffviskosität verhält, kann hierüber ein Zusammenhang zwischen Viskosität und Ventilschaltzeit abgeleitet werden, der dann als Kennlinie in einer Steuereinrichtung hinterlegt wird.
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Zur Erfassung der Schaltzeit des elektromagnetisch ansteuerbaren Saugventils wird vorzugsweise der Zeitraum zwischen dem Beginn der Bestromung des Saugventils und dem Eintritt eines Spannungseinbruchs bei Bewegungsende eines Ankers des Saugventils gemessen. Weiterhin vorzugsweise wird die Schaltzeit des elektromagnetisch ansteuerbaren Saugventils bei konstantem Strom gemessen bzw. erfasst.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass bei der Erfassung der Schaltzeit des elektromagnetisch ansteuerbaren Saugventils die Temperatur des Kraftstoffs oder des Kraftstoffgemischs berücksichtigt wird. Denn die Temperatur hat Einfluss auf die Viskosität des Kraftstoffs bzw. Kraftstoffgemischs. Die Berücksichtigung der Temperatur hilft somit Fehler in der Auswertung zu vermeiden. Die Temperatur kann beispielsweise mittels eines Temperatursensors oder mittels Widerstandsmessung in einer Magnetspule des Saugventils bestimmt werden.
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Weiterhin vorzugsweise wird bereits im Werk eine erste Messung der Schaltzeit des elektromagnetischen Saugventils durchgeführt und ein Viskositätsstartwert definiert. Denn im Werk, insbesondere bei einer Erstbefüllung des Systems mit Kraftstoff, sind die Eigenschaften des Kraftstoffs bekannt bzw. in einfacher Weise bestimmbar, so dass diese zur Kalibrierung herangezogen werden können.
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Idealerweise wird die Schaltzeit des elektromagnetisch ansteuerbaren Saugventils kontinuierlich erfasst, so dass ggf. Korrekturen im Falle veränderter Parameter und/oder Randbedingungen vorgenommen werden können. Beispielsweise können sich die Parameter und/oder Randbedingungen durch einen Wechsel des Kraftstoffs oder durch Verschleiß im Bereich der vorrangig dynamisch belasteten Bauteile des Saugventils verändern. Insbesondere gilt es Veränderungen zu berücksichtigen, die den Ventilhub (Verschleiß an den Endlagen), den Durchfluss (Verschleiß an den radialen Lagerstellen) und/oder die Gegenkraft einer Rückstellfeder (Setzen der Feder) betreffen. Durch kontinuierliche Erfassung der Schaltzeit, vorzugsweise nach jedem Tankvorgang, kann eine Schaltzeitlernkurve erstellt werden, die entsprechende Veränderungen berücksichtigt. Weiterhin vorzugsweise erfolgt die Erfassung unmittelbar vor einem Start oder unmittelbar nach einem Abstellen einer Brennkraftmaschine, die über das System mit Kraftstoff versorgt wird. Denn dann liegen am ehesten vergleichbare Randbedingungen vor.
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Das ferner zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem umfasst eine Magnetspule und einen mit der Magnetspule zusammenwirkenden Anker, der in einem Ventilkörper hubbeweglich aufgenommen ist. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Saugventil wenigstens ein Drosselpfad definiert, der während einer Bewegung des Ankers eine viskositätsabhängige Gegenkraft erzeugt. Diese wiederum beeinflusst die Schaltzeit des Saugventils. Aus der Schaltzeit des Saugventils kann demnach auf die Viskosität des Kraftstoffs bzw. des Kraftstoffgemischs geschlossen werden.
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Bei einer Bestromung der Magnetspule wird der Anker entgegen der Federkraft einer Feder in Richtung der Magnetkraft gezogen, wobei Kraftstoff verdrängt und über den wenigstens einen definierten Drosselpfad abgeführt wird. Daraus resultiert ein Druckabfall, der wesentlich für die Bestimmung der Viskosität des Kraftstoffs ist. Demzufolge ist Sorge zu tragen, dass keine weitere Entlastungsbohrung im Anker vorgesehen ist, welche sich von einer Oberseite des Ankers bis zur Ankerunterseite erstreckt, da sich ansonsten der erforderliche Druckabfall nicht einstellt.
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Vorzugsweise ist ein zwischen dem Anker und dem Ventilkörper ausgebildeter Radialspalt als Drosselpfad definiert. Alternativ oder ergänzend kann eine im Anker ausgebildete, vorzugsweise axial verlaufende, Drosselbohrung als Drosselpfad definiert sein. Sofern eine Drosselbohrung im Anker vorgesehen ist, ist diese vorzugsweise als lange, dünne Bohrung auszubilden, um eine Drosselwirkung sicherzustellen.
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Schließlich wird ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Saugventil vorgeschlagen, das ferner eine Vorförderpumpe, eine Hochdruckpumpe und einen Temperatursensor umfasst. Der Temperatursensor dient der Bestimmung der Temperatur des Kraftstoffs bzw. des Kraftstoffgemischs und ist hierzu vorzugsweise in oder an einer Kraftstoffleitung zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe angeordnet.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem ist vorteilhaftweise zur Auswertung der erfassten Daten mit einer Steuereinrichtung verbindbar. Im Rahmen der Auswertung werden die erfassten Daten bzw. gemessenen Werte mit in der Steuereinrichtung hinterlegten Werten verglichen. Im Falle von Abweichungen kann über die Steuereinrichtung dann eine Anpassung der Ansteuerung wenigstens einer Komponente des Systems vorgenommen und auf diese Weise die Ansteuerung optimiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auch vollständig automatisiert ablaufen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für ein Kraftstoffeinspritzsystem und
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2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Dem Längsschnitt der 1 ist ein elektromagnetisches Saugventil zu entnehmen, das eine Magnetspule 1 sowie einen mit der Magnetspule 1 zusammenwirkenden hubbeweglichen Anker 2 umfasst. Der Anker 2 ist von einem Ventilkörper 3 umgeben, der vorliegend als Ventilschraube ausgeführt ist und der Befestigung des Saugventils in einer Bohrung 9 eines Gehäuseteils 10 einer Hochdruckpumpe 7 dient. Die Ventilschraube liegt hierzu an einer Ventilplatte 11 des Saugventils an, mittels welcher das Saugventil an einem Absatz 12 der Bohrung 9 abgestützt ist, wobei zwischen der Ventilplatte 11 und dem Absatz 12 eine Dichtscheibe 13 eingelegt ist. In einer Axialbohrung 14 der Ventilplatte 11 ist ein Ventilstößel 15 hubbeweglich aufgenommen, der in Richtung eines Ventilsitzes 16, d. h. in Schließrichtung des Ventils, von der Federkraft einer Feder 17 beaufschlagt ist. Mittelbar über einen Ventilbolzen 18 ist der Ventilstößel 15 mit dem Anker 2 verbunden, der in Öffnungsrichtung des Ventils von der Federkraft einer weiteren Feder 19 beaufschlagt ist.
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Wird die Magnetspule 1 des Saugventils der 1 bestromt, bewegen sich der Anker 2, der Ventilbolzen 18 und der Ventilstößel 15 entgegen der Federkraft der Feder 19 nach oben in Richtung der Magnetspule 1 und das Saugventil schließt. Dabei wird Kraftstoff aus einem Druckraum 20 oberhalb des Ankers 2 verdrängt und über einen ersten definierten Drosselpfad 4 in Form eines Radialspalts zwischen dem Anker 2 und dem Ventilkörper 3 sowie über einen zweiten definierten Drosselpfad 5 in Form einer parallel verlaufenden Drosselbohrung einem Druckraum 21 unterhalb bzw. innerhalb des Ankers 2 zugeführt, wodurch ein in dem Druckraum 21 auftretender Druckabfall kompensiert wird. Der sich einstellende Volumenstrom, der umgekehrt proportional zur Viskosität des Kraftstoffs ist, wird erfasst und hieraus ein direkter Zusammenhang zwischen der Viskosität des Kraftstoffs und der Schaltzeit des Saugventils abgeleitet und als Kennlinie in einer Steuereinrichtung hinterlegt. Kontinuierlich durchgeführte weitere Messungen der Schaltzeit des Saugventils sowie der Vergleich der Messergebnisse mit den hinterlegten Daten ermöglichen nun eine Veränderung der Viskosität des Kraftstoffs festzustellen und eine entsprechende Änderung der Ansteuerung der Hochdruckpumpe 7 vorzunehmen, in dem das Saugventil aufgenommen ist. Alternativ oder ergänzend ist es möglich die Ansteuerung einer weiteren Komponente eines Kraftstoffeinspritzsystems, beispielsweise einer Vorförderpumpe 6, auf der Grundlage der erfassten Werte zu optimieren.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzsystem ist in der 2 dargestellt und umfasst neben einer als Elektrokraftstoffpumpe ausgeführten Vorförderpumpe 6 und einer Hochdruckpumpe 7 vorliegend ferner einen Temperatursensor 8, der an einer Kraftstoffleitung 22 zwischen der Vorförderpumpe 6 und der Hochdruckpumpe 7 angeordnet ist. Über den Temperatursensor 8 ist die Temperatur des Kraftstoffs erfassbar, so dass diese bei der Bestimmung der Viskosität des Kraftstoffs berücksichtigt werden kann. Insbesondere bei Berücksichtigung der Kraftstofftemperatur lässt sich die Kraftstoffviskosität hinreichend genau bestimmen, so dass diese als Grundlage zur Ansteuerung wenigstens einer Komponente des Systems genutzt werden kann.
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Das in der 2 dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem umfasst darüber hinaus einen Kraftstofftank 23, aus dem der Kraftstoff entnommen wird, sowie einen Hochdruckspeicher 24, an den wenigstens ein Kraftstoffinjektor 25 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) angeschlossen ist.
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Die Hochdruckpumpe 7 des in der 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzsystems umfasst wenigstens ein Pumpenelement 26 mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben 27, der einen Arbeitsraum 28 begrenzt und über eine Nockenwelle 29 in einer Hubbewegung antreibbar ist, so dass im Saughub des Pumpenkolbens 27 Kraftstoff in den Arbeitsraum 28 angesaugt und im Förderhub des Pumpenkolbens 27 verdichtet und dem Hochdruckspeicher 24 zugeführt wird. Überschüssiger Kraftstoff wird mittels eines Überströmventils 30 und einen Rücklauf 31 zurück in den Kraftstofftank 23 geführt. Gleiches gilt in Bezug auf eine Schmier- und/oder Kühlmenge, die aus einem Triebwerksraum 32 der Hochdruckpumpe 7 über Wellenlager 33 dem Rücklauf 31 zugeführt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008005183 A1 [0003]
