DE102015205114B4

DE102015205114B4 - Verfahren zur Vermeidung zu hoher Systemdrücke in Common-Rail-Systemen

Info

Publication number: DE102015205114B4
Application number: DE102015205114.5A
Authority: DE
Inventors: Ronald Pott
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2035-03-21
Also published as: DE102015205114A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems (100) für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer einem Einspritzinjektor (240) zugeordneten Steuer- und/oder Regeleinrichtung, und einem Common-Rail (220) dem ein über eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung gesteuertes Druckregelventil (260; 260-1, 260-2) zugeordnet ist, welches den Druck im Common-Rail (220) beeinflusst, wobei das Druckregelventil (260; 260-1, 260-2) bei einem erkannten Fehlerfall als Sicherungsvorkehrung zur Schaffung einer Raildrucksenke, bei Erreichen eines durch einen Raildrucksensor (280) erkannten Grenzdruckes, noch vor Erreichen eines über dem Grenzdruck liegenden Berstdruckes des Common-Rails (220) und/oder des Druckregelventils (260; 260-1, 260-2) in seiner Öffnungsrichtung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens eine redundante Sicherungsmaßnahme mindestens ein Einspritzinjektor (240) zur Schaffung einer weiteren Raildrucksenke angesteuert und zumindest über seine im fehlerfreien Betriebsfall eingestellte Öffnung hinaus geöffnet wird.

Description

Stand der Technik sind Einspritzsysteme für Verbrennungsmotoren, bei denen eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau bringt. Der unter Druck stehende Kraftstoff füllt ein Rohrleitungssystem, das bei Motorbetrieb ständig unter Druck steht. Diese Einspritzsysteme werden als Common-Rail-Einspritzungssysteme bezeichnet.
Um einen zu hohen Druck im Rail der Common-Rail-Einspritzungssysteme, insbesondere im Rail und/oder im Druckregelventil zu vermeiden, sind folgende Sicherheitsvorkehrungen aus dem Stand der Technik bekannt.
Zur Absteuerung von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher und somit zur Einstellung des Druckes im Hochdruckspeicher sind auch Druckregelventile bekannt, die stromlos offen sind. Die stromlos offenen Druckregelventile, die beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2004 002 964 A1 offenbart werden, sind derart ausgestaltet, dass durch Ansteuerung eines Magnetaktors des Druckregelventils Kraftstoff aus dem Rail über eine Absteuerleitung wieder in den Kraftstoffbehälter zurückgeführt wird, wodurch der Druck im Rail auf einen gewünschten Einspritzdruck eingestellt wird. Bei einem Steuergerätefehler oder einem Spannungsversorgungsfehler wird das Druckregelventil dann von einer Druckfeder geöffnet, so dass aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher (Rail) der Kraftstoff in das Niederdrucksystem entweichen kann. Somit ist im Fehlerfall die Sicherheitsfunktion der Druckbegrenzung im Kraftstoffhochdruckspeicher gewährleistet.
Die Druckschrift DE 102 45 084 A1 offenbart eine Druckbegrenzungseinrichtung, welche die Integration eines Druckbegrenzungsventils in eine Kraftstoffpumpe einer Kraftstoffeinspritzanlage ermöglicht. Der Druck in der Hochdruck-Kraftstoffleitung und der Kraftstoff-Sammelleitung, also im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems, wird über ein Mengensteuerventil gesteuert und/oder geregelt. Dieses verbindet den zwischen einem Rückschlagventil und der Hochdruckpumpe gelegenen Bereich der Hochdruck-Kraftstoffleitung mit dem zwischen einem weiteren Rückschlagventil und einem Druckdämpfer gelegenen Bereich der Niederdruck-Kraftstoffleitung. Die Verbindung erfolgt über eine Zweigleitung. Das Mengensteuerventil wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung eines Steuergerätes angesteuert, welche Signale von einem Rail-Drucksensor erhält. Auf diese Weise wird ein geschlossener Regelkreis für die Steuerung des Druckes im Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems geschaffen, um bei einem Ausfall des Mengensteuerventils einen Überdruck in der Kraftstoff-Sammelleitung (RAIL) zu vermeiden, welcher die Funktionstüchtigkeit der Einspritzventile beeinträchtigen könnte. Die Hochdruckpumpe ist somit mit der Druckbegrenzungseinrichtung kombiniert ausgebildet.
In der Druckschrift DE 10 2005 007 606 A1 werden ein Injektor für eine Einspritzanlage und ein zugehöriges Betriebsverfahren erläutert. Es werden im vorgesehenen Normalbetrieb von Einspritzsystemen Injektoren zum aktiven Raildruckabbau über eine Raildruckregelfunktion angesteuert. Ein Düsenvorraumdruck wird durch eine geeignete Ansteuerung des Düsennadel-Steuerventils für die Voreinspritzung abgesenkt, was auch als „Toggeln“ bezeichnet wird. So öffnet die Düsennadel bei einem Einspritzvorgang dann, wenn der Kraftstoffdruck in dem Steuerraum des Injektors einen vorgegebenen Öffnungsdruck unterschreitet. Dies wird dadurch erreicht, dass das Düsennadel-Steuerventil öffnet, wodurch Kraftstoff aus dem Steuerraum abfließt, was zu einem entsprechenden Druckeinbruch in dem Steuerraum führt, bis die Düsennadel schließlich öffnet, wenn der Kraftstoffdruck in dem Steuerraum einen vorgegebenen Öffnungsdruck unterschreitet. Der Kraftstoffdruck in dem Steuerraum des Injektors steuert jedoch nicht nur die Düsennadelbewegung, sondern beeinflusst auch den Kraftstoffdruck in dem Düsenvorraum. Bei einer Voreinspritzung wird das Düsennadel-Steuerventil deshalb zunächst nur so weit geöffnet, dass der Druck in dem Steuerraum nur geringfügig abfällt, ohne den Öffnungsdruck zu unterschreiten, so dass die Düsennadel die Einspritzdüse zunächst weiter verschließt. Der abfallende Druck in dem Steuerraum überträgt sich dann jedoch auf den Kraftstoffdruck in dem Düsenvorraum, was zu einem entsprechend verringerten Voreinspritzdruck führt. Beim anschließenden Öffnen der Düsennadel wird dann mit einem entsprechend verringerten Voreinspritzdruck eingespritzt. Bei dieser Vorgehensweise ist es vorgesehen, dass der Kraftstoffdruck nur lokal in dem Düsenvorraum verringert wird, um den Einspritzdruck bei der Voreinspritzung zu verringern und dadurch die Mengendosiergenauigkeit zu erhöhen. Es ist bei diesem bekannten Verfahren nicht vorgesehen und auch nicht erforderlich, den gesamten Kraftstoffsystemdruck zu verringern, der beispielsweise bei einer Common-Rail-Einspritzanlage in dem gemeinsamen Druckspeicher (Rail) herrscht.
Die Druckschrift DE 100 44 120 A1 beschreibt schließlich ein Common-Rail-System, bei dem ein separates Druckbegrenzungsventil nicht benötigt wird. Bei diesem System ist vorgesehen, dass das Einspritzventil von einem Steuergerät derart ansteuerbar ist, dass es bei Erkennen eines Überdruckes in dem Common-Rail-Druckspeicher so lange geöffnet bleibt, bis der Überdruck abgebaut ist, ohne dass dabei eine Düsennadel des Einspritzventils angesteuert ist. Der Abbau des Überdruckes erfolgt bei dieser Lösung nämlich über einen Leckageausgleichskanal des Einspritzventils, der mit dem Niederdruckbereich des Einspritzsystems in Verbindung steht. Dadurch ist das Einspritzventil gleichzeitig als Druckbegrenzungsventil ausgebildet.
In der einzigen 1 ist ein mit einem Common-Rail-Einspritzungssystem ausgebildetes Kraftstoffsystem 100 dargestellt. Es dient zur Versorgung einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines Dieselmotors, mit Kraftstoff. Das Kraftstoffsystem 100 umfasst einen Kraftstoffbehälter 120, aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 140 den Kraftstoff ansaugt und zu einer Zumesseinheit 160 fördert. Die Steuerleitung zwischen Kraftstoffpumpe 140 und Steuergerät 180 ist nicht dargestellt. Die Zumesseinheit 160 dosiert den weiteren Kraftstofffluss je nach einem in einer Steuer- und Regeleinrichtung eines Steuergerätes 180 ermittelten Bedarf an Kraftstoff, von einem maximal möglichen Kraftstofffluss bis zu einem kompletten Sperren der Kraftstoffleitung. Zwischen dem Steuergerät 180 und der Zumesseinheit 160 ist eine Steuerleitung 160A angeordnet. Im Kraftstofffluss wirkt hinter der Zumesseinheit 160 eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe 200, welche den Kraftstoff mit Hochdruck in einen Kraftstoff-Verteiler 220 (auch „Common Rail“ oder nur „Rail“ genannt) fördert. Eine elektrische Steuerleitung 140A zwischen Kraftstoff-Hochdruckpumpe 200 und Steuergerät 180 ist ebenfalls dargestellt. An das Rail 220 sind mehrere Injektoren 240 (auch Einspritzventile genannt) angeschlossen, welche den Kraftstoff durch in der Steuer- und Regeleinrichtung 180 ermittelte Steueranweisungen direkt in entsprechende Brennräume einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) einspritzen. Die dazu notwendigen elektrischen Steuerleitungen 240A zwischen dem jeweiligen Injektor 240 und dem Steuergerät sind in 1 dargestellt. Am Rail 220 angeschlossen ist ein elektromagnetisch betätigtes Druckregelventil 260, das bei einem festgestellten Überdruck im Rail 220 Kraftstoff über eine hydraulische Absteuerleitung 270 wieder in den Kraftstoffbehälter 120 zurückführt und damit das Rail 220 von einem unerwünschten zu hohen Druck entlastet. Zum Ermitteln des Druckes im Rail 220 verfügt das Rail 220 zusätzlich über einen Raildrucksensor 280, der über eine Signalleitung 280A ebenfalls mit der Steuer- und Regeleinrichtung des Steuergerätes 180 in Verbindung steht.
Es wird darauf hingewiesen, dass der soeben beschriebene Aufbau des Common-Rail-Einspritzungssystems nur eines von vielen unterschiedlich aufgebauten Systemen ist.
Insofern wird ergänzend auf die Druckschriften DE 10 2006 000 333 A1 , DE 196 13 184 A1 und DE 698 18 119 T2 verwiesen.
Als Ausgangspunkt der Erfindung beschreibt die Druckschrift DE 10 2008 041 126 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine, mit einem Common-Rail, einem von einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung gesteuerten Druckregelventil, welches den Druck im Common-Rail beeinflusst, und einem Raildrucksensor. Es wird eine Sicherheitsvorkehrung ergriffen, wenn als logische UND-Verknüpfung gleichzeitig sowohl ein möglicher Ausfall des Druckregelventils erkannt wird, als auch durch den Raildrucksensor ein Erreichen eines Grenzdruckes im Common-Rail angezeigt wird. Als Vorkehrung ist vorgesehen, eine im Zustrom zum Common-Rail angeordnete Zumesseinheit der Hochdruckpumpe zu schließen und/oder die Hochdruck-Kraftstoffpumpe abzuschalten.
Das nachfolgende erfindungsgemäße Verfahren ist in allen Common-Rail-Einspritzungssystemen einsetzbar, welches die nachfolgend erläuterten Komponenten zur Durchführung des Verfahrens aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik darin, die Betriebssicherheit des Kraftstoffsystems zu erhöhen beziehungsweise die Risiken für die Gebrauchssicherheit von Hochdruckkomponenten insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzungssystem zu reduzieren.
Die Erfindung betrachtet insbesondere folgende bisher nicht näher berücksichtigte Fehlerfälle.
Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung schließt sich an die vorhergehende Beschreibung des Common-Rail-Einspritzungssystems gemäß 1 an.
Das elektrisch gesteuerte Druckregelventil 260 wird über ein Ansteuersignal mittels einer weiteren elektrischen Steuerleitung 260A überwacht und angesteuert.
In einem ersten Fehlerfall a) liegt eine sogenannte „unzulässige Nichtbestromung“ vor.
Ein solcher erster Fehlerfall a) tritt beispielsweise bei einem Kabeldefekt auf, der beispielsweise durch Abscheuern einer Isolierung an den Versorgungskabeln oder durch Brüchigwerden der Isolierung im Laufe der Betriebszeit oder dergleichen entstehen kann. Dies bewirkt einen Kurzschluss gegen Masse, was dazu führt, dass das Druckregelventil 260 unabhängig von den ermittelten Betriebszuständen im Rail 220, insbesondere unabhängig vom herrschenden Druck 1 im Rail 220 auf die „Nichtbestromung“ reagiert.
In einem zweiten Fehlerfall b) liegt eine „unzulässige Bestromung“ vor. Dieser Fehlerfall kann durch direkte Einwirkung der Bordnetzspannung im Sinne eines gegenüber dem gewünschten Strom zu einem zu hohen Strom führen.
Diese beiden auftretenden Fehlerfälle, die mit der Bezeichnung „unzulässige elektrische Ansteuerung“ zusammengefasst werden, betreffen zwei Typen von Druckregelventilen, die in den bekannten Common-Rail-Einspritzungssystemen zum Einsatz kommen.
Ein erster Typ 1 von Druckregelventilen 260 ist unbestromt geschlossen und bestromt offen.
Ein zweiter Typ 2 von Druckregelventilen 260 ist unbestromt offen und bestromt geschlossen.
Ein Fehlerfall, der dazu führt, dass das Druckregelventil 260 weiter öffnet als gewünscht, ist hinsichtlich des unerwünschten unzulässigen hohen Druckes im Rail 220 unbedenklich, da ein Öffnen des Druckregelventils 260 über die gewünschte Öffnung hinaus zu keinem zu hohen Druckanstieg im Rail 220 führen kann.
Die Fehlerfälle, bei denen das Druckregelventil 260 jedoch gegenüber dem gewünschten Öffnungszustand zu weit schließt oder sogar vollständig schließt, sind Gegenstand der Erfindung.
Bei einem Druckregelventil 260 vom ersten Typ 1, nachfolgend mit dem Bezugszeichen 260-1 gekennzeichnet, welches unbestromt geschlossen und bestromt offen ist, tritt das Problem bei dem oben erläuterten ersten Fehlerfall a) auf, wenn eine „unzulässige Nichtbestromung“ vorliegt. Das Druckregelventil 260-1 schließt ungewollt, was zu einem unzulässig hohen Druck im Rail 220 führen kann.
Bei einem Druckregelventil 260 vom zweiten Typ 2 mit dem Bezugszeichen 260-2, welches unbestromt offen und bestromt geschlossen ist, tritt das Problem bei dem oben erläuterten zweiten Fehlerfall b) auf, wenn eine „unzulässige Bestromung“ auftritt. Das Druckregelventil 260-1 schließt zu weit oder gegebenenfalls sogar vollständig, was ebenfalls zu einem unzulässig hohen Druck im Rail 220 führen kann.
Schließlich wird ein dritter Fehlerfall c) in die Betrachtung einbezogen, der zu einem zu hohen Raildruck im Rail 220 führen kann. Bei dem dritten Fehlerfall c) kommt es unabhängig vom Typ des Druckregelventils 260-1, 260-2 zu einer Verstopfung der Zufluss- und/oder Abflussbohrung des Druckregelventils 260-1, 260-2, 260.
Diese Verstopfung an der Zufluss- und/oder Abflussbohrung entsteht am Druckregelventil 260-1, 260-2, 260 durch Schmutz oder einen deformierten Filter, der typischerweise vor der Zuflussbohrung sitzt. Dieser Fehlerfall c) führt dazu, dass der hydraulische Pfad des Kraftstoffs zwischen Druckregelventil 260 und Kraftstoffbehälter 120 gestört ist, da nicht genügend Kraftstoff über die hydraulische Absteuerleitung 270 zum Kraftstoffbehälter 120 abfließen kann. Die dadurch vorhandene behälterseitige Raildrucksenke ist somit zumindest gestört oder sogar geschlossen, wenn eine teilweise oder vollständige Verstopfung des Druckregelventils 260-1, 260-2, 260 vorliegt. Dieser dritte Fehlerfall c) wird als „unzulässiger hydraulischer Zustand“ des Druckregelventils 260-1, 260-2 260 bezeichnet.
Der dritte Fehlerfall c), ein „unzulässiger hydraulischer Zustand“ kann während des Betriebs auftreten. Er ist unabhängig von der „unzulässigen elektrischen Ansteuerung“ der Druckregelventile 260-1, 260-2.
Die „unzulässige elektrische Ansteuerung“ kann jedoch in Kombination mit dem „unzulässigen hydraulischen Zustand“ des Druckregelventils 260-1, 260-2 auftreten.
Das Auftreten mindestens eines Fehlerfalls führt zu einem plötzlichen und unerwünschten Druckanstieg im Rail 220. Insbesondere in einem kalten System oder in einer Schubphase der Brennkraftmaschine wird weiter Kraftstoff in das Rail 220 gefördert, aber von den Injektoren 240 nicht in ausreichender Menge abgeführt. Es müssen somit Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, die ein Erreichen des Berstdruckes des Rails 220 und/oder des Druckregelventils 260 bei Auftreten mindestens eines der genannten Fehlerfälle vermeiden.
Für die genannten Fehlerfälle wird die Auswahl der derzeit bekannten Sicherheitsvorkehrungen durch weitere neue Sicherheitsmaßnahmen ergänzt, wobei die Sicherheitsmaßnahmen erfindungsgemäß unabhängig oder in Kombination mit den bekannten Sicherheitsvorkehrungen durchgeführt werden, um einen zu hohen Druck im System, insbesondere im Rail 220 und/oder im Druckregelventil 260-1, 260-2 des Common-Rail-Einspritzungssystems zu vermeiden.
Nachfolgend betrifft der Begriff Sicherheitsvorkehrung bereits bekannte Sicherheitsstrategien, während der Begriff Sicherheitsmaßnahme die neuen vorgeschlagenen Sicherheitsstrategien betrifft.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Betriebssicherheit des Kraftstoffsystems zu erhöhen beziehungsweise die Risiken für die Gebrauchssicherheit von Hochdruckkomponenten insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzungssystem zu reduzieren.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer einem Einspritzinjektor zugeordneten Steuer- und/oder Regeleinrichtung, und einem Common-Rail dem ein über eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung gesteuertes Druckregelventil zugeordnet ist, welches den Druck im Common-Rail beeinflusst, wobei das Druckregelventil bei einem erkannten Fehlerfall als Sicherungsvorkehrung zur Schaffung einer Raildrucksenke, bei Erreichen eines durch einen Raildrucksensor erkannten Grenzdruckes, noch vor Erreichen eines über dem Grenzdruck liegenden Berstdruckes des Common-Rails und/oder des Druckregelventils in seiner Öffnungsrichtung betätigt wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als mindestens eine redundante Sicherungsmaßnahme mindestens ein Einspritzinjektor zur Schaffung einer weiteren Raildrucksenke angesteuert und zumindest über seine im fehlerfreien Betriebsfall eingestellte Öffnung hinaus geöffnet wird.
In vorteilhafter Weise wird als weitere Raildrucksenke der hydraulische Pfad des Kraftstoffs zu einem Brennraum der Brennkraftmaschine genutzt, indem der mindestens eine Einspritzinjektor gegenüber dem fehlerfreien Betriebsfall weiter geöffnet wird, so dass zur Druckentlastung des Rails Kraftstoff abfließen kann.
In vorteilhafter Weise wird durch dieses Verfahren die Gebrauchssicherheit des Common-Rail-Einspritzungssystems und damit des Kraftstoffsystems insgesamt erhöht.
Derzeit stellt nur das Druckregelventil eine aktive Raildrucksenke dar. Erfindungsgemäß ist somit in vorteilhafter Weise eine veränderte aktive Raildruckabbaustrategie geschaffen. Bei diesem Verfahren wird nämlich dafür gesorgt, dass der Raildruck über zwei Raildrucksenken schnell und gezielt abgebaut werden kann. Dafür stehen jetzt mindestens zwei Komponenten - das Druckregelventil und der Einspritzinjektor - des Kraftstoffsystems redundant zur Verfügung. In einem Versagensfall einer Komponente steht somit in vorteilhafter Weise eine andere Komponente redundant zur Verfügung.
Bevorzugt ist in einer Ausführungsvariante vorgesehen, dass der mindestens eine Einspritzinjektor in seiner Offenposition bestromt angesteuert ist, so dass ein Ventilkörper im Injektorgehäuse des Einspritzinjektors - im Fehlerfall zur Druckentlastung des Rails - durch Erhöhung der Bestromung in eine gegenüber dem fehlerfreien Betriebsfall offenere Position gefahren wird.
Gemäß der ersten Ausführungsvariante ist weiter bevorzugt, dass der mindestens eine Einspritzinjektor - im Fehlerfall zur Druckentlastung des Rails - voll bestromt und der Ventilkörper im Injektorgehäuse des Einspritzinjektors in seine vollständige Offenposition gefahren wird.
Der Vorteil dieser Bestromungsart des mindestens einen Einspritzinjektors gemäß der ersten Ausführungsvariante ist, dass durch das vollständige Öffnen bei einer aktiven vollen Bestromung eine große Menge von Kraftstoff über den jeweiligen Einspritzinjektor in den Brennraum gelangen kann, so dass es zu einer unverzüglichen Absenkung des Druckes im Rail kommt. Bei dieser Bestromungsart wird in vorteilhafter Weise eine aus dem Stand der Technik bekannte Bestromungsart beibehalten, so dass in der Programmierung des Einspritzsystems nur geringe Änderungen notwendig sind, um die entsprechende Programmierung der vorgeschlagenen Sicherungsmaßnahme umzusetzen.
Bevorzugt ist in einer anderen Ausführungsvariante vorgesehen, dass der mindestens eine Einspritzinjektor in seiner Offenposition unbestromt angesteuert ist, so dass ein Ventilkörper im Injektorgehäuse des Einspritzinjektors - im Fehlerfall zur Druckentlastung des Rails - durch Verringerung der Bestromung in eine gegenüber dem fehlerfreien Betriebsfall offenere Position gefahren wird.
Gemäß der zweiten Ausführungsvariante ist weiter bevorzugt, dass der mindestens eine Einspritzinjektor - im Fehlerfall zur Druckentlastung des Rails - unbestromt geschaltet und der Ventilkörper im Injektorgehäuse des Einspritzinjektors in seine vollständige Offenposition gefahren wird.
Der Vorteil dieser Bestromungsart des mindestens einen Einspritzinjektors gemäß der zweiten Ausführungsvariante ist, dass durch das vollständige Öffnen des Einspritzinjektors bei einer Nichtbestromung bei einem etwaigen Stromausfall sichergestellt ist, dass der jeweilige Einspritzinjektor stromlos sicher in einen offenen Zustand kommt. Es ist bei dieser Bestromungsart sichergestellt, dass der jeweilige Einspritzinjektor bei Nichtbestromung in einen für die gewünschte Sicherheitsphilosophie offenen Zustand kommt, so dass es über das beziehungsweise die Einspritzventil/e zu einer unverzüglichen Absenkung des Druckes im Rail kommt. Auch bei dieser Bestromungsart wird in vorteilhafter Weise eine aus dem Stand der Technik bekannte Bestromungsart beibehalten, so dass in der Programmierung des Einspritzsystems nur geringe Änderungen notwendig sind, um die entsprechende Programmierung der vorgeschlagenen Sicherungsmaßnahme umzusetzen.
Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ansteuerung des mindestens einen Einspritzinjektors mehrmals wiederholt wird. Es werden dabei so viele Wiederholungen durchgeführt, bis der Raildruck im Rail unterhalb des vorgebbaren Grenzdruckes liegt. Es kann somit in vorteilhafter Weise durch die Anzahl der Wiederholungen beeinflusst werden, welche Menge an Kraftstoff über die Raildrucksenke zum Brennraum abgeführt werden soll.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ansteuerung des mindestens einen Einspritzinjektors im Ausstoßtakt des jeweiligen zu dem Einspritzinjektor gehörenden Zylinders der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Dadurch wird erreicht, da das Verfahren während des Betriebes der Brennkraftmaschine durchgeführt wird, dass es innerhalb der Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise nicht zu einem ungewollten Schub kommt.
Schließlich wird als weitere Sicherungsvorkehrung redundant zu der Ansteuerung des Einspritzinjektors eine Hochdruckpumpe ausgeschaltet, wodurch der Zustrom von Kraftstoff zum Common-Rail verhindert wird.
Außerdem ist vorgesehen, dass als weitere Sicherungsvorkehrung redundant zu der Ansteuerung des Einspritzinjektors eine Zumesseinheit geschlossen und damit der Zustrom von Kraftstoff zum Common-Rail verhindert wird.
Schließlich wird als noch weitere Sicherungsvorkehrung redundant zu der Ansteuerung des Einspritzinjektors eine Kraftstoffpumpe ausgeschaltet, wodurch ebenfalls der Zustrom von Kraftstoff zum Common-Rail verhindert wird.
Die genannten Sicherungsvorkehrungen werden in verschiedenen möglichen Ausgestaltungen miteinander kombiniert durchgeführt.
In vorteilhafter Weise wird das Verfahren durch die redundante Vorsehung von weiteren Sicherungsvorkehrungen noch weiter verbessert, da durch diese weitere/n Sicherungsmaßnahme/n zusätzlich sichergestellt wird, dass kein weiterer Kraftstoff in das Rail gefördert wird, wodurch der Druckabbau im Rail noch weiter beschleunigt wird.
Erfindungsgemäß ist ferner innerhalb des Verfahrens vorgesehen, dass als Fehlerfälle a) und b) eine „unzulässige elektrische Ansteuerung“ des Druckregelventils erfasst wird, noch bevor der Grenzdruck erreicht ist.
Erfindungsgemäß ist bevorzugt, dass als „unzulässige elektrische Ansteuerung“ vom Typ des im Common-Rail-Einspritzungssystem eingesetzten Druckregelventils eine „unzulässige Nichtbestromung“ oder eine „unzulässige Bestromung“ des Druckregelventils erfasst wird, worauf noch näher eingegangen wird.
Ferner wird als weiterer Fehlerfall c) ein „unzulässiger hydraulischer Zustand“ des Druckregelventils über die Auswertung des Raildruckes erfasst, sobald der Grenzdruck erreicht ist.
Die Erfindung berücksichtigt somit in vorteilhafter Weise auch Fehlerfälle a) und b), die bisher nicht erkannt wurden. In vorteilhafter Weise wird so die Reaktionszeit zum Raildruckabbau im Rail verkürzt. Die Sicherungsmaßnahmen und/oder Sicherungsvorkehrungen wirken somit bereits, bevor ein Grenzdruck im Rail überhaupt erreicht wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät mit Steuer- und/oder Regelstrukturen zum Steuern und/oder Regeln eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine, welches zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist. Schließlich wird ein Computerprogramm gelehrt, das, wenn es in einem Computer ausgeführt wird, das Verfahren durchführt.
Die Erfindung wird detailliert wiederum anhand der 1 erläutert.
Gemäß der vorhergehenden Beschreibung tritt möglicherweise im Bereich des Druckregelventils 260-1, 260-2 mindestens ein Fehlerfall a) oder b) oder c) allein oder eine Kombination von Fehlerfällen a) und c) oder b) und c) auf.
Fehlerfall a): Das Common-Rail-Einspritzungssystem verfügt über ein Druckregelventil 260-1 (Typ1), welches stromlos geschlossen ist und es tritt bei diesem Druckregelventil 260-1 eine „unzulässige Nichtbestromung“ auf.
Die Fehlererkennung erfolgt im Fehlerfall a) durch das Steuergerät, welches eine „unzulässige Nichtbestromung“ erfasst und/oder über die steuergeräteseitige Überwachung des Grenzdruckes im Rail 220, der im Fehlerfall a) erreicht wird.
Fehlerfall b): Das Common-Rail-Einspritzungssystem verfügt über ein Druckregelventil 260-2 (Typ 2), welches stromlos offen ist und es tritt bei diesem Druckregelventil 260-1 eine „unzulässige Bestromung“ auf.
Die Fehlererkennung erfolgt im Fehlerfall b) durch das Steuergerät, welches eine „unzulässige Bestromung“ erfasst und/oder über die steuergeräteseitige Überwachung des Grenzdruckes im Rail 220, der im Fehlerfall b) erreicht wird.
Fehlerfall c): Das Common-Rail-Einspritzungssystem verfügt über ein Druckregelventil 260-1 oder 260-2 (Typ 1 oder 2) und innerhalb des Druckregelventils 260-1 oder 260-2 (Typ 1 oder 2) liegt ein „unzulässiger hydraulischer Zustand“ vor. Die Fehlererkennung erfolgt im Fehlerfall c) durch die steuergeräteseitige Überwachung des Grenzdruckes im Rail 220, der im Fehlerfall c) erreicht wird.
Fehlerfälle a) und c) sowie b) und c) können gemeinsam auftreten. Die Fehlerfälle a) und b) können nicht gemeinsam auftreten, da im Common-Rail-Einspritzungssystem entweder das Druckregelventil 260-1 (Typ 1) oder das Druckregelventil 260-2 (Typ 2) verbaut ist.
Bei jedem der Fehlerfälle wird erfindungsgemäß wie folgt vorgegangen:

In herkömmlicher Weise ist der Abbau eines zu hohen Raildruckes im Rail 220, wie vorne erläutert ist, dem Druckregelventil 260; 260-1, 260-2 alleine vorbehalten.

In allen genannten Fehlerfällen ist nach der Fehlererkennung aus Gründen der Gebrauchssicherheit erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens ein Einspritzinjektor 240 der Brennkraftmaschine derart angesteuert wird, dass als mindestens eine Sicherungsmaßnahme redundant zu dem jeweiligen Druckregelventil 260; 260-1, 260-2 mindestens ein Einspritzinjektor 240 zur Schaffung einer weiteren Raildrucksenke angesteuert und zumindest über seine im fehlerfreien Betriebsfall eingestellte Öffnung hinaus geöffnet wird.
In einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens wird der mindestens eine Einspritzinjektor 240 innerhalb der Sicherungsmaßnahme in seiner Offenposition bestromt angesteuert, so dass ein Ventilkörper im Injektorgehäuse des Einspritzinjektors 240 durch Erhöhung der Bestromung in eine gegenüber dem fehlerfreien Betriebsfall offenere Position gefahren wird, um den Druckabbau im Rail 220 zu bewirken.
In einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens wird der mindestens eine Einspritzinjektor 240 innerhalb der Sicherungsmaßnahme in seiner Offenposition unbestromt angesteuert, so dass ein Ventilkörper im Injektorgehäuse des Einspritzinjektors 240 durch Verringerung der Bestromung in eine gegenüber dem fehlerfreien Betriebsfall offenere Position gefahren wird, um den Druckabbau im Rail 220 zu bewirken. Die Invertierung gegenüber der ersten Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der mindestens eine Einspritzinjektor 240 bei einem Stromausfall sicher und vollständig öffnet, denn der mindestens eine Einspritzinjektor 240 ist im Betrieb aktiv bestromt, um zu schließen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Einspritzinjektoren 240 in den genannten Fehlerfällen sowohl in der ersten als auch in der zweiten Ausgestaltung immer voll angesteuert werden.
Voll angesteuert im Sinne der Erfindung bedeutet, dass der mindestens eine Einspritzinjektor 240 je nach Ausgestaltung, vorzugsweise auch mehrere Einspritzinjektoren 240, aktiv voll bestromt (erste Ausgestaltung) oder nicht bestromt (zweite Ausgestaltung) wird/werden. In diesen Zuständen ist der mindestens eine Einspritzinjektor 240 voll geöffnet, so dass in Richtung Brennraum der Brennkraftmaschine die größte Menge Kraftstoff/pro Zeiteinheit abfließen kann.
Das heißt, mindestens ein Ventilkörper im Injektorgehäuse eines Einspritzinjektors 240 fährt bei dieser vorgeschlagenen Vorgehensweise - in jedem der Fehlerfälle - immer sicher und vollständig in die offene Position und gibt den hydraulische Pfad in den Brennraum der Brennkraftmaschine vollständig frei, so dass der Raildruck gezielt und sicher abgebaut wird.
Durch die beschriebenen Vorgehensweisen ist eine verbesserte Sicherheitsphilosophie zur Steigerung der Gebrauchssicherheit von Hochdruckeinspritzsystemen, insbesondere Common-Rail-Einspritzungssystemen, geschaffen, da jetzt der mindestens eine Einspritzinjektor 240 in beiden erläuterten Ausgestaltungen neben dem als Raildrucksenke ausgebildeten und entsprechend geschalteten Druckregelventil 260-1, 260-2 eine weitere redundante aktive Raildrucksenke darstellt.
Im Ergebnis wird eine aktive Raildruckabbaustrategie geschaffen, bei der, sobald mindestens ein Fehlerfall erkannt wird, redundant zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Hochdruckkomponenten, das Druckregelventil 260-1, 260-2 und mindestens ein Einspritzinjektor 240 des Common-Rail-Einspritzungssystems über je eine Steuer- und Regeleinrichtung eines Steuergerätes 180 angesteuert werden, wodurch jetzt in vorteilhafter Weise über den mindestens einen Einspritzinjektor 240 mindestens eine zweite Raildrucksenke, die zum Brennraum der Brennkraftmaschine gebildet wird, zur Verfügung steht.
Der Effekt der verbesserten Sicherheitsphilosophie ist in vorteilhafter Weise auch dadurch steuerbar, indem die Ansteuerung des mindestens einen Einspritzinjektors oder mehrerer Einspritzinjektoren mehrmals wiederholt wird.
Außerdem kann zusätzlich als weitere Sicherungsvorkehrung redundant zu der Ansteuerung des mindestens einen Einspritzinjektors 240 eine Hochdruckpumpe 200 des Common-Rail-Einspritzungssystems ausgeschaltet werden, wodurch gleichzeitig mit der Schaffung der Raildrucksenke über den oder die Einspritzinjektoren 204 zum Brennraum hin der Zustrom von Kraftstoff zum Common-Rail 220 verhindert wird.
Zudem kann zusätzlich als noch weitere Sicherungsvorkehrung redundant zu der Ansteuerung des mindestens einen Einspritzinjektors 240 eine Zumesseinheit 160 des Common-Rail-Einspritzungssystems geschlossen werden, wodurch gleichzeitig mit der Schaffung der Raildrucksenke über den oder die Einspritzinjektoren 240 zum Brennraum hin ebenfalls der Zustrom von Kraftstoff zum Common-Rail 220 verhindert wird.
Schließlich ist ferner als weitere Sicherungsvorkehrung redundant zu der Ansteuerung des mindestens einen Einspritzinjektors 240 vorgesehen, dass eine Kraftstoffpumpe 140 ausgeschaltet wird, wodurch ebenfalls gleichzeitig mit der Schaffung der Raildrucksenke über den oder die Einspritzinjektoren 240 zum Brennraum hin der Zustrom von Kraftstoff zum Common-Rail 220 verhindert wird.
Die Sicherungsvorkehrungen können in Kombination eingesetzt werden.
Bei der Implementierung des Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine wird die Ansteuerung über die Steuer- und Regeleinrichtung des Steuergerätes 180 für den oder die Einspritzinjektor/en 240 folgendermaßen vorgenommen.
Bei einer vollen Ansteuerung, das heißt einem vollständigen Öffnen der Einspritzinjektoren 240, erfolgt ein sehr hoher Kraftstoffeintrag in den Brennraum. Die Einspritzinjektoren 240 werden daher vor allem bei einem laufenden Motor nur dann voll geöffnet, wenn die Verbrennung im jeweiligen Zylinder bereits abgeschlossen ist und der Ausstoßtakt des Abgases eingesetzt hat.
Wenn der Ausstoßtakt des Abgases im jeweiligen Zylinder eingesetzt hat, erfolgt der Ausstoß des Abgases in die Abgasanlage. Wenn das Öffnen der Einspritzinjektoren 240 zu Beginn des Ausstoßtaktes des Abgases erfolgt, ist sichergestellt, dass der Kraftstoff direkt vom Rail 220 über die Einspritzinjektoren 240 und den jeweiligen Zylinder in die Abgasanlage befördert wird, ohne dass der Kraftstoff zu einer Beschleunigung der Brennkraftmaschine beitragen kann.
Bezugszeichenliste

100: Kraftstoffsystem
120: Kraftstoffbehälter
140: Kraftstoffpumpe
140A: elektrische Steuerleitung
160: Zumesseinheit
160A: elektrische Steuerleitung
180: Steuergerät
200: Kraftstoff-Hochdruckpumpe
220: Kraftstoff-Verteiler (Rail)
240: Injektor
240A: elektrische Steuerleitungen
260: Druckregelventil
260A: elektrische Steuerleitung
270: hydraulische Absteuerleitung
280: Raildrucksensor
280A: elektrische Steuerleitung

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems (100) für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer einem Einspritzinjektor (240) zugeordneten Steuer- und/oder Regeleinrichtung, und einem Common-Rail (220) dem ein über eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung gesteuertes Druckregelventil (260; 260-1, 260-2) zugeordnet ist, welches den Druck im Common-Rail (220) beeinflusst, wobei das Druckregelventil (260; 260-1, 260-2) bei einem erkannten Fehlerfall als Sicherungsvorkehrung zur Schaffung einer Raildrucksenke, bei Erreichen eines durch einen Raildrucksensor (280) erkannten Grenzdruckes, noch vor Erreichen eines über dem Grenzdruck liegenden Berstdruckes des Common-Rails (220) und/oder des Druckregelventils (260; 260-1, 260-2) in seiner Öffnungsrichtung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens eine redundante Sicherungsmaßnahme mindestens ein Einspritzinjektor (240) zur Schaffung einer weiteren Raildrucksenke angesteuert und zumindest über seine im fehlerfreien Betriebsfall eingestellte Öffnung hinaus geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einspritzinjektor (240) innerhalb der Sicherungsmaßnahme in seiner Offenposition bestromt angesteuert ist, so dass ein Ventilkörper im Injektorgehäuse des Einspritzinjektors (240) durch Erhöhung der Bestromung in eine gegenüber dem fehlerfreien Betriebsfall offenere Position gefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einspritzinjektor (240) innerhalb der Sicherungsmaßnahme in seiner Offenposition unbestromt angesteuert ist, so dass ein Ventilkörper im Injektorgehäuse des Einspritzinjektors (240) durch Verringerung der Bestromung in eine gegenüber dem fehlerfreien Betriebsfall offenere Position gefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einspritzinjektor (240) innerhalb der Sicherungsmaßnahme voll bestromt und der Ventilkörper im Injektorgehäuse des Einspritzinjektors (240) in seine vollständige Offenposition gefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einspritzinjektor (240) innerhalb der Sicherungsmaßnahme unbestromt geschaltet und der Ventilkörper im Injektorgehäuse des Einspritzinjektors (240) in seine vollständige Offenposition gefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des mindestens einen Einspritzinjektors (240) mehrmals wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des mindestens einen Einspritzinjektors (240) im Ausstoßtakt des jeweiligen zu dem Einspritzinjektor (240) gehörenden Zylinders der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Sicherungsvorkehrung redundant zu der Ansteuerung des mindestens einen Einspritzinjektors (240) eine Hochdruckpumpe (200) ausgeschaltet wird und der Zustrom von Kraftstoff zum Common-Rail (220) verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Sicherungsvorkehrung redundant zu der Ansteuerung des mindestens einen Einspritzinjektors (240) eine Zumesseinheit (160) geschlossen und damit der Zustrom von Kraftstoff zum Common-Rail (220) verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Sicherungsvorkehrung redundant zu der Ansteuerung des mindestens einen Einspritzinjektors (240) eine Kraftstoffpumpe (140) ausgeschaltet und damit der Zustrom von Kraftstoff zum Common-Rail (220) verhindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsvorkehrung/en der Ansprüche 8 bis 10 allein oder miteinander kombiniert vorgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fehlerfälle a) und b) eine unzulässige elektrische Ansteuerung des Druckregelventils (260; 260-1, 260-2) erfasst wird, bei der das Druckregelventil (260; 260-1, 260-2) in eine geschlossene Position fährt, noch bevor der Grenzdruck im Common-Rail (220) erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass druckregelventilabhängig als unzulässige elektrische Ansteuerung des Druckregelventils (260; 260-1, 260-2) · bei einem Druckregelventil (260-1) eines ersten Typs, welches im Betrieb stromlos geschlossen ist, eine unzulässige Nichtbestromung in einem Fehlerfall a) oder • bei einem Druckregelventil (260-2) eines zweiten Typs, welches im Betrieb stromlos offen ist, eine unzulässige Bestromung in einem Fehlerfall b) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fehlerfall c) durch Auswertung des Druckes im Common-Rail (220) ein unzulässiger hydraulischer Zustand des Druckregelventils (260; 260-1, 260-2) erfasst wird, sobald der Grenzdruck im Common-Rail (220) erreicht ist.
Steuergerät (180) mit Steuer- und/oder Regelstrukturen zum Steuern und/oder Regeln eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (180) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14 eingerichtet ist.
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn es in einem Computer ausgeführt wird, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14 durchführt.