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Die Erfindung betrifft ein Ansteuerverfahren zum Ansteuern eines Einlassventils einer Kraftstoffhochdruckpumpe, sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem, in dem das Ansteuerverfahren Anwendung findet.
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Kraftstoffeinspritzsysteme werden dazu verwendet, einen Kraftstoff in Brennräume eines Verbrennungsmotors einzuspritzen, wobei der Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzsystem vor der Einspritzung zunächst von einer Kraftstoffhochdruckpumpe auf einen hohen Druck verdichtet wird, um Emissionen bei der Verbrennung des Kraftstoffes in den Brennräumen zu verringern. Dabei wird der Kraftstoff bei Diesel-Kraftstoffeinspritzsystemen auf einen Druck in einem Bereich von 1500 bar - 3000 bar, und bei Benzin-Kraftstoffeinspritzsystemen auf einen Druck in einem Bereich von 150 bar - 500 bar verdichtet.
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Heutzutage werden üblicherweise sog. Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet, bei denen Injektoren, die den mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff in die Brennräume einspritzen, an einem gemeinsamen Rail angeordnet sind, das als Hochdruckspeicher für mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff fungiert. Dieses Rail wird mit Kraftstoff ausgehend von einer oder mehrerer Kraftstoffhochdruckpumpen, die den Kraftstoff verdichten, versorgt.
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In dem Rail sollte zu jedem Zeitpunkt, zu dem eine Einspritzung eines oder mehrerer Injektoren stattfinden soll, eine ausreichende Menge an mit Hochdruck beaufschlagtem Kraftstoff vorhanden sein. Andererseits darf der Druck in dem Rail nicht über einen vordefinierten Maximaldruck steigen, um eine Schädigung der einzelnen Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems und eine daraus folgende Leckage nach außen zu vermeiden.
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Daher wird der Hochdruck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffeinspritzsystem, beispielsweise in dem Rail, immer auf einen vordefinierten Solldruck geregelt.
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Diese Regelung des Solldruckes erfolgt normalerweise über eine bedarfsgerechte Ansteuerung eines Einlassventils, das an der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet ist und einem Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe, in dem der Kraftstoff verdichtet wird, eine zuvor definierte Menge an Kraftstoff zumisst. Die Regelung erfolgt entsprechend über eine Zumesseinheit, nämlich das Einlassventil, auf einer Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems.
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8 - 11 zeigen schematische Darstellungen der Funktionsweise eines oben beschriebenen Kraftstoffeinspritzsystems aus dem Stand der Technik.
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8 zeigt dabei eine schematische Längsschnittdarstellung des Kraftstoffeinspritzsystems 10, das eine Kraftstoffhochdruckpumpe 12 mit einem Druckraum 14 und ein der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 nachgelagertes Rail 16 aufweist. Ein Kraftstoff 18 strömt von einem Niederdruckbereich 20 in den Druckraum 14 und wird dort von einem Pumpenkolben 22, der sich in dem Druckraum 14 translatorisch bewegt, verdichtet. Der so mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff 18 verlässt den Druckraum 14 über ein Auslassventil 24 in Richtung des Rails 16 und somit in einen Hochdruckbereich 26.
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Damit die korrekte gewünschte Kraftstoffmenge in das Rail 16 gelangt, wird dem Druckraum 14 eine vordefinierte Kraftstoffmenge zugemessen, indem ein aktives Einlassventil 28 vorgesehen ist, dass von außen über eine Steuereinrichtung 30 angesteuert wird. In der Steuereinrichtung 30 wird ein in dem Rail 16 gewünschter Solldruck Psoll mit einem in dem Rail 16 vorherrschenden Istdruck Pist, der über einen an dem Rail 16 angeordneten Hochdrucksensor 32 ermittelt worden ist, abgeglichen, und dann auf dieser Basis berechnet, welche Menge an Kraftstoff 10 von der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 in das Rail 16 gefördert werden muss, um den gewünschten Solldruck Psoll zu erreichen. Dazu steuert die Steuereinrichtung 30 dann das aktive Einlassventil 28 gezielt an.
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Eine solche gezielte Ansteuerung ist schematisch in 9 gezeigt. Diagramm 9A) zeigt dabei einen Saughub des Pumpenkolbens 22, d. h. eine Abbewegung, bei der das Volumen des Druckraumes 14 der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 vergrößert wird. In Diagramm 9B) ist ein Pumphub des Pumpenkolbens 22 bei geöffnetem Einlassventil 28 gezeigt. Diagramm 9C) zeigt einen Pumphub des Pumpenkolbens 22 bei geschlossenem Einlassventil 28.
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Die Steuerung der Kraftstoffmenge, die von der Krafthochdruckpumpe 12 in das Rail 16 gefördert wird, erfolgt folgendermaßen: Im Saughub, gezeigt im Diagramm 9A), bewegt sich bei geöffneten Einlassventil 28 der Pumpenkolben 22 abwärts, so dass sich das Volumen des Druckraumes 14 vergrößert. Da das Einlassventil 28 geöffnet ist, wird dabei Kraftstoff 18 aus dem Niederdruckbereich 20 in den Druckraum 14 eingesaugt. Dann beginnt der Pumpenkolben 22, wie im Diagramm 9B) gezeigt ist, den Pumphub, bei dem er sich wieder aufwärts bewegt und das Volumen des Druckraumes 14 sich somit verkleinert. Wird während dieser Phase das Einlassventil 28 weiterhin offen gehalten, z. B. durch Ansteuerung über die Steuereinrichtung 30, wird der zuvor eingesaugte Kraftstoff 18 wieder in den Niederdruckbereich 20 zurückgedrückt und nicht mit Hochdruck beaufschlagt. Wird jedoch das Einlassventil 28 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt geschlossen, wird der restliche in dem Druckraum 14 verbliebene Kraftstoff 18 von dem Pumpenkolben 22 verdichtet und verlässt über das Auslassventil 24 den Druckraum 14 in Richtung zu dem Rail 16. Dies ist in Diagramm 9C) gezeigt.
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10 zeigt entsprechende graphische Auftragungen dieses beschriebenen Verfahrens. Im Diagramm 10A) ist dabei der Kolbenhub H über einen Drehwinkel °CRK einer Antriebswelle, die den Pumpenkolben 22 in seiner translatorischen Bewegung antreibt, aufgetragen. Dabei vollzieht der Pumpenkolben 22 über einen Drehwinkel von 180° der Antriebswelle ein vollständiges Kolbenspiel, d. h. er bewegt sich einmal vollständig auf und einmal vollständig ab zwischen zwei Extrempunkten, dem oberen Totpunkt TDC und dem unteren Totpunkt BDC.
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In Diagramm 10B) ist eine auf das aktive Einlassventil 28 aufgebrachte Stromstärke I in Abhängigkeit des Drehwinkels °CRK der Antriebswelle aus dem Diagramm 10A) synchronisiert gezeigt.
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Es ist dabei zu sehen, dass das Einlassventil 28 nur für ein kurzes Winkelintervall aktiv bestromt wird. Wenn es sich, wie in 8 dargestellt, um ein stromlos offenes Einlassventil 28 handelt, verbleibt daher das Einlassventil 28 über den Rest der Drehwinkel °CRK der Antriebswelle geöffnet, und schließt sich nur in dem kurzen Winkelintervall der Ansteuerung.
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Dadurch ergeben sich die drei Phasen der Kraftstoffhochdruckpumpe 12, die mit Bezug auf 9 beschrieben worden sind. In einer ersten Phase, die in Diagramm 10A) gepunktet dargestellt ist, ergibt sich ein Saughub, da das Einlassventil 28 geöffnet ist, und der Pumpenkolben 22 sich in Richtung auf den unteren Totpunkt BDC zubewegt und somit das Volumen des Druckraumes 14 vergrößert. Nach Überschreiten des unteren Totpunktes BDC bewegt sich der Pumpenkolben 22 wieder aufwärts, wie in 9B) gezeigt, wobei jedoch das Einlassventil 28 weiterhin offen gehalten wird. Dies ist die Phase, in der der Kraftstoff 18 zurück in den Niederdruckbereich 20 strömt, und somit eine sog. Refluxphase der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 vorliegt. Dies ist in 10A) durch einen ausgefüllten Bereich gekennzeichnet. Bei Bestromung des Einlassventiles 28, gezeigt in 9C), wodurch sich das Einlassventil 28 schließt, liegt dann schließlich der Pumphub des Pumpenkolbens 22 vor, der im Diagramm 10A) schraffiert dargestellt ist. Nur in diesem Bereich wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff 18 tatsächlich in das Rail 16 gefördert.
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Über eine solche aktive Ansteuerung des Einlassventiles 28 ist es möglich, die Menge des Kraftstoffes 18, die in das Rail 16 gefördert wird, und somit den Systemdruck in dem Rail 16, exakt einzustellen.
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Es gibt auch Phasen bei einem Verbrennungsmotor, in denen überhaupt gar keine Förderung von mit Hochdruck beaufschlagtem Kraftstoff 18 in das Rail 16 gewünscht wird. In diesen Phasen soll eine Nullförderung der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 durchgeführt werden, die schematisch in 11 dargestellt ist. Diagramm 11A) zeigt dabei die Saugphase der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 und Diagramm 11B) die Refluxphase. In Diagramm 11C) ist gezeigt, dass das Einlassventil 28 hier gezielt während des gesamten Pumphubes offen gehalten wird, und somit sämtlicher eingesaugter Kraftstoff 18 wieder zurück in den Niederdruckbereich 20 zurückstromt. Dadurch wird überhaupt kein Kraftstoff 18 in das Rail 16 gefördert, es handelt sich um eine sog. Nullförderung.
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Das Einlassventil 28 wird dabei die ganze Zeit offen gehalten, indem eine Feder 34 eine Federkraft FF auf ein Schließelement 36 aufbringt und dieses somit in einer Offenposition hält. Erst wenn das Einlassventil 28 aktiviert wird, wirkt eine Bewegungskraft FB in entgegengesetzter Richtung zu der Federkraft FF auf das Schließelement 36 und bringt dieses in seine Schließposition.
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Im Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems 10 kann es vorkommen, dass es zu einem Fehlerfall in der oben beschriebenen Ansteuerung des Einlassventiles 28 kommt, beispielsweise wenn die Feder 34 gebrochen ist und dadurch das Einlassventil 28 nicht mehr offen gehalten werden kann. Diese Situation ist in 12 schematisch dargestellt. Der Saughub in Diagramm 12A) wird dabei nicht beeinflusst. Jedoch schließt sich das Schließelement 36, da es nicht mehr von der Federkraft FF offen gehalten werden kann, wenn der Pumpenkolben 22 sich nach oben bewegt, da dann eine hydraulische Kraft von dem Kraftstoff 18 in den Druckraum 14 auf das Schließelement 36 wirkt. Dies ist im Diagramm 12B) dargestellt.
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Ist das Schließelement 36 geschlossen, kann kein Reflux durchgeführt werden, und die Kraftstoffhochdruckpumpe 12 geht in Vollförderung, gezeigt in 12C). Das bedeutet in dem beispielhaften Fall eines fehlerhaften Einlassventils 28 als Zumesseinheit, beispielsweise bei einer gebrochenen Feder 34, dass die Menge des Kraftstoffes 18, welche in das Rail 16 durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 12 befördert wird, nicht mehr gesteuert bzw. geregelt werden kann. Dadurch ergibt sich ein nicht gewünschter Druckanstieg des Hochdruckes in dem Rail 16, was soweit führen kann, dass der maximal zulässige Systemdruck überstiegen wird.
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Dies kann zur Schädigung der einzelnen Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems 10 mit der Folge einer externen Leckage führen.
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Bislang wurde, um dies zu verhindern, ein mechanisches Druckbegrenzungsventil eingesetzt, das bei Drücken über dem zulässigen Systemdruck mechanisch durch den Überdruck geöffnet wird. Damit wird eine bestimmte Kraftstoffmenge aus dem Hochdruckbereich 26 abgesteuert, bis der Systemdruck auf den höchstzulässigen Druck abgesunken ist. Alternativ und/oder zusätzlich ist es auch möglich, ein aktives Druckabbauventil vorzusehen, das aktiviert wird, um so die Höhe des Systemdruckes aktiv zu regeln bzw. zu steuern. Solche aktiven Druckabbauventile sind dann beispielsweise an dem Hochdruckbereich 26 angeordnet.
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Solche mechanischen Sicherheitsregelungen sind jedoch sehr aufwändig in der Umsetzung.
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DE 199 37 962 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffeinspritzsystems, bei dem bei einer defekten Zumesseinheit Kraftstoff aus einem Hochdruckbereich über ein Druckbegrenzungsventil abgesteuert wird, um einen unerwünschten Druckanstieg zu vermeiden.
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In
DE 10 2006 009 068 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine offenbart, bei dem ein Druck in einem Hochdruckspeicher durch eine Stellgröße einer Zumesseinheit geregelt wird.
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DE 10 2009 014 072 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Druckbegrenzungsventil, das bei Überschreiten eines vordefinierten Kraftstoffdruckes in dem Kraftstoffeinspritzsystem öffnet und somit den Kraftstoffdruck reduziert.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine alternative Lösung vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Ansteuerverfahren mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
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Ein Kraftstoffeinspritzsystem, in dem ein solches Ansteuerverfahren Anwendung findet, ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein Ansteuerverfahren zum Ansteuern eines Einlassventils einer Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem weist die folgenden Schritte auf:
- a) Bereitstellen eines aktiven Einlassventils zum Zumessen von Kraftstoff in einen Druckraum einer Kraftstoffhochdruckpumpe;
- b) Erkennen eines Fehlerfalles in dem Kraftstoffeinspritzsystem, durch den ein Systemüberdruck in dem Kraftstoffeinspritzsystem droht;
- c) aktives Schließen des aktiven Einlassventils.
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Insbesondere wird das aktive Einlassventil dann aktiv geschlossen, wenn sich die Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Saughub befindet.
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Dadurch wird eine aktive Drosselung eines Kraftstoffvolumenstroms in den Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe erzielt, und somit die Kraftstoffmenge, die in das Rail gefördert wird, auf einem geforderten Niveau gehalten. Dabei wird insbesondere während der Saugphase der Kraftstoffhochdruckpumpe das Einlassventil nach Bedarf angesteuert und somit geschlossen. Dadurch gelangt wenig oder gar kein Kraftstoff in den Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe, weil das Einlassventil geschlossen ist. Denn dadurch, dass während des Saughubes der Kraftstoffhochdruckpumpe kein Kraftstoff von der Kraftstoffhochdruckpumpe angesaugt wird, wird während des Pumphubes der Kraftstoffhochdruckpumpe auch kein Kraftstoff in das Rail des Kraftstoffeinspritzsystems gefördert.
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Insgesamt wird daher vorgeschlagen, einen drohenden Systemüberdruck in dem Kraftstoffeinspritzsystem durch einen Fehlerfall in dem Kraftstoffeinspritzsystem wie beispielsweise ein fehlerhaftes Einlassventil gezielt über die Ansteuerung des Einlassventiles zu lösen. Im Vergleich zu bekannten mechanischen Lösungen ist dies deutlich kostengünstiger, weil weniger aufwändig.
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In Schritt a) wird als aktives Einlassventil ein Solenoidventil bereitgestellt, das ein Schließelement zum Öffnen und Schließen des Einlassventils, einen Solenoidaktor zum Bewegen des Schließelements entlang einer Schließelementbewegungsachse bei Bestromung und eine Feder aufweist, die auf das Schließelement eine entgegengesetzt zu einer durch den bestromten Solenoidaktor wirkenden Bewegungskraft wirkende Federkraft aufbringt, wobei das Einlassventil als stromlos offenes Solenoidventil ausgebildet ist.
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Stromlos offen bedeutet, dass die Federkraft der Feder in ausgeschalteten Zustand des Solenoidaktors das Schließelement beständig in die Öffnungsposition drückt. Erst wenn der Solenoidaktor bestromt wird, bewegt er das Schließelement in die Schließposition. Ist das Solenoidventil als stromlos offenes Solenoidventil ausgebildet, kann ein Fehlerfall, bei dem beispielsweise die Feder gebrochen ist, dadurch ausgeglichen werden, dass das Solenoidventil aktiv geschlossen wird, vorzugsweise bei einem Saughub der Krafstoffhochdruckpumpe. Dies ist trotz der gebrochenen Feder in diesem Fall immer noch möglich.
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Vorteilhaft wird der Fehlerfall in Schritt b) erkannt durch Überwachung eines durch die Kraftstoffhochdruckpumpe in dem Kraftstoffeinspritzsystem erzeugten Hochdruckes, wobei ein Fehlerfall vorliegt, wenn ein Istdruck des Hochdruckes in dem Kraftstoffeinspritzsystem einen vorbestimmten Solldruck des Hochdruckes um mehr als eine vorbestimmte Toleranzdifferenz übersteigt.
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Liegt beispielsweise ein Federbruch in dem Einlassventil vor, geht die Kraftstoffhochdruckpumpe wie oben beschrieben in Vollförderung, so dass eine große Kraftstoffmenge in das nachgelagerte Rail gefördert wird und sich somit der Druck im Rail erhöht. Unterscheidet sich dieser tatsächlich vorhandene Istdruck in dem Rail von einem zuvor bestimmten Solldruck, deutet dies darauf hin, dass ein Fehler im Kraftstoffeinspritzsystem vorliegt, beispielsweise ein Federbruch. Daher kann vorteilhaft durch Vergleich eines gewünschten Solldruckes mit einem tatsächlich vorliegenden Istdruck festgestellt werden, ob ein Fehlerfall im Kraftstoffeinspritzsystem vorliegt.
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In einer möglichen Ausgestaltung wird das Schließelement in Schritt c) durch eine Bestromung des Solenoidaktors mit einer vordefinierten Stromstärke vollständig in eine Schließposition gebracht. Erfolgt dieses vollständige Schließen während des Saughubes der Kraftstoffhochdruckpumpe, wird während des gesamten Saughubes der Kraftstoffhochdruckpumpe überhaupt kein Kraftstoff angesaugt, und somit auch gar kein Kraftstoff in das nachgelagerte Rail weitergefördert.
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In einer alternativen Ausgestaltung wird das Schließelement in Schritt c) durch Bestromung des Solenoidaktors mit einer vordefinierten Stromstärke in eine zwischen der Schließposition und einer vollständigen Öffnungsposition angeordneten Zwischenposition gebracht. In diesem Fall wird durch aktive Ansteuerung das Einlassventil nicht vollständig geschlossen, so dass während des Saughubes der Kraftstoffhochdruckpumpe zumindest eine geringe Menge an Kraftstoff in den Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe eingesaugt und dann später dem nachgelagerten Rail zugeführt werden kann.
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Das Schließelement wird in Schritt c) durch eine Bestromung des Solenoidaktors für eine vorbestimmte Zeitdauer geschlossen gehalten. Es ist demgemäß auch möglich, beispielsweise auch während des Saughubes der Kraftstoffhochdruckpumpe nur für eine vorbestimmte Zeitdauer das Einlassventil zu schließen, d. h. es wird weiterhin ermöglicht, eine geringe Kraftstoffmenge aus dem Niederdruckbereich aus dem Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe anzusaugen. Wird nur zu einem gewissen Teil während des gesamten Saughubes der Kraftstoffhochdruckpumpe kein Kraftstoff von der Kraftstoffhochdruckpumpe angesaugt, wird während des Pumphubes der Kraftstoffhochdruckpumpe immer noch eine bestimmte Kraftstoffmenge in das Rail des Kraftstoffeinspritzsystems gefördert.
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Entsprechend kann das Einlassventil immer noch bedarfsgerecht angesteuert werden, insbesondere während des Saughubes der Kraftstoffhochdruckpumpe. Die Dauer der Aktivierung bzw. die Position des Schließelementes sowie der Aktivierungsstartpunkt richten sich dabei nach der nötigen Kraftstoffmenge, die zum Erreichen eines Solldruckes in dem Rail notwendig ist.
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Entsprechend wird ein durch die Kraftstoffhochdruckpumpe zu erzeugender Solldruck in dem Kraftstoffeinspritzsystem bestimmt und ein in dem Kraftstoffeinspritzsystem herrschender Istdruck erfasst, und abhängig von der Differenz zwischen Solldruck und Istdruck eine Zeitdauer der Schließung des Einlassventils und/oder die Position des Schließelementes angesteuert.
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Vorteilhaft wird der Istdruck durch einen in dem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere an einem der Kraftstoffhochdruckpumpe nachgeschalteten Rail, angeordneten Hochdrucksensor erfasst.
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Ein Kraftstoffeinspritzsystem, das zum Ausführen des oben beschriebenen Ansteuerverfahrens ausgebildet ist, weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe, die zum Einlassen von Kraftstoff in einen Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe ein aktives Einlassventil aufweist, und eine Steuereinrichtung auf, die eine Erkennungseinheit zum Erkennen eines Fehlerfalles in dem Kraftstoffeinspritzsystem und eine Ansteuereinheit zum Ansteuern des Einlassventils aufweist, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie bei Erkennen des Fehlerfalls das Einlassventil über die Ansteuereinheit schließt.
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Vorteilhaft ist das Einlassventil ein stromlos offenes Solenoidventil.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung weist das Kraftstoffeinspritzsystem weder ein Druckbegrenzungsventil noch ein aktives Druckabbauventil auf, so dass ein Druckniveau des Hochdruckes in dem Kraftstoffeinspritzsystem ausschließlich durch Ansteuerung des Einlassventils geregelt wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung von Schritten, die bei einem Ansteuerverfahren zum Ansteuern eines Einlassventiles einer Kraftstoffhochdruckpumpe durchgeführt werden;
- 2 eine schematische Darstellung von Schritten, die in einem Verfahren durchgeführt werden, mit dem ein Fehlerfall in einem Kraftstoffeinspritzsystem erkannt werden kann;
- 3 schematische Diagramme, die eine aktive Ansteuerung eines Einlassventils in Relation zu einer Pumphubposition einer Kraftstoffhochdruckpumpe darstellen;
- 4 eine schematische Darstellung eines Einlassventils in einer Schließposition;
- 5 eine schematische Darstellung eines Einlassventils in einer Öffnungsposition;
- 6 eine schematische Darstellung eines Einlassventil in einer Zwischenposition;
- 7 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung, die zum Durchführen des in 1 gezeigten Ansteuerverfahrens geeignet ist;
- 8 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe aus dem Stand der Technik;
- 9 schematische Darstellungen eines Pumpzyklus der Kraftstoffhochdruckpumpe aus 8 aus dem Stand der Technik;
- 10 schematische Diagramme aus dem Stand der Technik, die einen Zusammenhang zwischen einer Aktivierung eines Einlassventils und einem Pumpzyklus der Kraftstoffhochdruckpumpe aus 8 zeigen;
- 11 schematische Längsschnittdarstellungen der Kraftstoff hochdruckpumpe aus dem Stand der Technik aus 8, die einen Pumpzyklus der Kraftstoffhochdruckpumpe bei einem funktionierenden Einlassventil darstellen; und
- 12 schematische Längsschnittdarstellungen der Kraftstoffhochdruckpumpe aus dem Stand der Technik aus 8, die einen Pumpzyklus der Kraftstoffhochdruckpumpe bei einem nicht funktionierenden Einlassventil darstellen.
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8 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems 10 im Bereich einer Kraftstoffhochdruckpumpe 12 aus dem Stand der Technik. Wie bereits zuvor beschrieben worden ist, weist die Kraftstoffhochdruckpumpe 12 als Einlassventil 28 ein aktives Einlassventil 28, hier in Form eines Solenoidventiles 38, auf. Dabei bewegt ein Solenoidaktor 40, gebildet aus einer Spule 42, einem Polstück 44 und einem Anker 46, das Schließelement 36 bei Bestromung der Spule 42 entlang einer Schließelementbewegungsachse AS. Das Solenoidventil 38 ist als stromlos offenes Solenoidventil 38 ausgebildet, d. h. eine Feder 34 drückt das Schließelement 36 bei unbestromten Solenoidaktor 40 beständig in die Öffnungsposition. Erst bei Bestromung des Solenoidaktors 40 wird das Schließelement 36 in die Schließposition gezogen.
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Dieses aktive Schließen, das durch die Bereitstellung des stromlos offenen Solenoidventils 38 möglich wird, wird nun in einem Ansteuerverfahren verwendet, die als Notlaufansteuerung, beispielsweise bei einem fehlerhaften Einlassventil 28, angesehen werden kann.
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1 zeigt schematische Schritte dieses Ansteuerverfahrens für einen Notlauf des Kraftstoffeinspritzsystems 10.
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Dabei wird zunächst ein Fehlerfall in dem Kraftstoffeinspritzsystem 10 erkannt, durch den ein Systemüberdruck in dem Kraftstoffeinspritzsystem 10 droht. Dann wird abgewartet, bis die Kraftstoffhochdruckpumpe 12 sich in einem Saughub befindet, d. h. bis sich ein Pumpenkolben 22 von seinem oberen Totpunkt TDC in Richtung auf den unteren Totpunkt BDC bewegt. Ist die Phase des Saughubes der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 erreicht, wird das Einlassventil 28 aktiv geschlossen, d. h. das Schließelement 36 wird durch Bestromung des Solenoidaktors 40 in seine Schließposition gebracht. Dadurch kann im Saughub der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 kein Kraftstoff 18 in den Druckraum 14 der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 eingesaugt werden, und somit auch nicht mit Hochdruck beaufschlagt und zu dem Rail 16 weiter gefördert werden. Dadurch wird die Gefahr, dass sich in dem Rail 16 ein Systemüberdruck einstellen könnte, gebannt.
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In 2 sind schematisch Schritte dargestellt, mit dem es möglich ist, zu erkennen, ob das Kraftstoffeinspritzsystem 10 sich in einem Fehlerfall befindet. Dafür wird zunächst ein Solldruck Psoll bestimmt, der durch Förderung von Kraftstoff 18 durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 12 in dem Rail 16 erzeugt werden soll. In einem nächsten Schritt wird dann über einen Hochdrucksensor 32 erfasst, welcher tatsächlich vorherrschende Istdruck Pist in dem Rail 16 vorliegt.
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Daraus wird in einem nächsten Schritt eine Differenz Δp zwischen dem angestrengten Solldruck Psoll und dem tatsächlich vorhandenen Istdruck Pist berechnet. In einem nachfolgenden Schritt wird dann überprüft, ob diese berechnete Differenz Δp eine zuvor bestimmte Toleranzdifferenz Δp überschreitet. Ist dies der Fall, wird entschieden, dass ein Fehlerfall in dem Kraftstoffeinspritzsystem 10 vorliegt. Ist dies jedoch nicht der Fall, wird entschieden, dass kein Fehlerfall in dem Kraftstoffeinspritzsystem 10 vorliegt.
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3 zeigt schematisch Diagramme, die eine Bestromung des Solenoidventils 38 in Zusammenhang mit einem Kolbenhub H des Pumpenkolbens 22 der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 bringen. In der vorliegenden Ausführungsform ist zu erkennen, dass der Solenoidaktor 40 während des gesamten Saughubes des Pumpenkolbens 22, gepunktet dargestellt, bestromt wird, und somit das Schließelement 36 in seiner Schließposition gehalten wird. Es kann demgemäß kein Kraftstoff 18 in den Druckraum 14 gelangen und somit auch nicht mit Druck beaufschlagt und zu dem nachfolgenden Rail 16 gefördert werden.
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Es besteht auch die Möglichkeit, statt das Schließelement 36 über den vollständigen Saughub des Pumpenkolbens 22 in seine Schließposition zu bringen, das Schließelement 36 nur für einen Teil des Saughubes, d. h. nur für eine vorbestimmte Zeit zu schließen. Dadurch wird dann ein geringer Anteil an Kraftstoff 18 in den Druckraum 14 eingesaugt und zu dem Rail 16 weiter gefördert.
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Weiter besteht auch die Möglichkeit, durch entsprechende Bestromung des Solenoidaktors 14 das Schließelement 36 nicht vollständig zu schließen, sondern in einer Zwischenposition zwischen der Schließposition und der Öffnungsposition zu halten.
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4 zeigt schematisch ein Einlassventil 28, bei dem sich das Schließelement 36 in einer vollständigen Schließposition befindet. 5 zeigt schematisch ein Einlassventil 28, bei dem sich das Schließelement 36 in einer vollständigen Öffnungsposition befindet. In 6 dagegen ist eine Situation dargestellt, in der das Schließelement 36 sich weder in der vollständigen Schließposition noch in der vollständigen Öffnungsposition, sondern in einer dazwischen angeordneten Zwischenposition befindet. Auch durch Einstellen der Position des Schließelementes 36 ist es möglich, einen Kraftstoffzufluss in den Druckraum 14 der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 zu begrenzen.
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7 zeigt eine Steuereinrichtung 30, die dazu ausgelegt ist, das beschriebene Ansteuerverfahren in dem Kraftstoffeinspritzsystem 10 durchzuführen. Dazu ist die Steuereinrichtung 30 zunächst dazu ausgebildet, einen Fehlerfall in dem Kraftstoffeinspritzsystem zu erkennen. Die Steuereinrichtung 30 weist hierzu eine Druckvorgabeeinheit 48 auf, die einen in dem Rail 16 gewünschten Solldruck Psoll auf Basis von externen Parametern wie beispielsweise einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors vorgibt. Gleichzeitig weist die Steuereinrichtung 30 eine Druckerfassungseinheit 50 auf, die mit dem Hochdrucksensor 32 kommuniziert und somit den tatsächlich in dem Rail 16 vorherrschenden Hochdruck Pist erfassen kann.
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Weiter umfasst die Steuereinrichtung 30 eine Erkennungseinheit 52, die aus dem vorgegebenen Solldruck Psoll und dem erfassten Istdruck Pist eine Differenz Δp errechnen und mit einer vorgegebenen Toleranzdifferenz Δpt vergleichen kann und erkennen kann, dass, wenn die Differenz Δp größer ist als die Toleranzdifferenz Δpt, ein Fehlerfall in dem Kraftstoffeinspritzsystem 10 vorliegt. Diese Information wird dann einer in der Steuereinrichtung 30 angeordneten Ansteuereinheit 54 zugeführt. Weiter weist die Steuereinrichtung 30 noch ein Kennfeld 56 auf, das einer bestimmten Differenz Δp eine Zeitdauer Δt, einen Zeitpunkt t und eine Position des Schließelementes 36 zuordnet, die geeignet sind, um einen gewünschten Solldruck Psoll in dem Rail 16 zu erzeugen, wenn das Schließelement 36 aktiv angesteuert wird. Zusätzlich umfasst die Steuereinrichtung 30 noch eine Saughuberfassungseinheit 58, die erkennt, wann sich der Pumpenkolben 22 in einem Saughub befindet. Sämtliche Informationen werden der Ansteuereinheit 54 zugeführt, die dann den Solenoidaktor 40 rechtzeitig für eine ausreichende Zeitdauer Δt so ansteuert, dass das Schließelement 36 in einer gewünschten Position gehalten wird.
