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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Kraftstoffversorgungssysteme für Brennkraftmaschinen enthalten üblicher Weise einen Tank, der auch als Vorratsbehälter bezeichnet wird, eine Förderpumpe, eine Hochdruckpumpe und ein Kraftstoffspeicher. Die Förderpumpe fördert den Kraftstoff vom Tank in den Bereich vor der Hochdruckpumpe. Die Hochdruckpumpe komprimiert den Kraftstoff in dem Kraftstoffvorratsbehälter. Solche Kraftstofffördersysteme werden auch als Common-Rail-Systeme bezeichnet und dienen üblicher Weise zur Bereitstellung von Kraftstoff für eine Direkteinspritzung in die Brennräume der Brennkraftmaschine.
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Bei Systemen, bei denen Kraftstoff in das Saugrohr der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, entfallen die Hochdruckpumpe und der Kraftstoffspeicher. Der Kraftstoff gelangt unmittelbar vom Ausgang der Förderpumpe über die Einspritzventile in das Saugrohr der Brennkraftmaschine.
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Bekannt sind ferner Systeme, bei denen sowohl Einspritzventile, die den Kraftstoff in das Saugrohr zumessen und Einspritzventile, die den Kraftstoff direkt in den Brennraum zumessen, vorhanden sind.
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Bei einem Defekt der Förderpumpe wird kein Kraftstoff mehr vom Tank zu den Einspritzventilen gefördert. Dies hat ein Stillstand der Brennkraftmaschine zur Folge. Um einen sicheren Fahrbetrieb auch bei einem Defekt oder Ausfall der Förderpumpe gewährleisten zu können, ist bekannt, dass die Förderpumpe doppelt ausgelegt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Notlauffunktion bereitgestellt wird, die ein Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine auch bei einem Defekt der Förderpumpe gewährleistet. D. h. ein Stehenbleiben des Fahrzeugs aufgrund einer defekten Förderpumpe, kann vermieden werden. Ein Defekt der Förderpumpe kann dazu führen, dass die Förderpumpe komplett ausfällt und keinen Kraftstoff mehr fördert. Es kann aber auch der Fall sein, dass die Förderpumpe nur mit einer verminderten Förderleistung arbeitet. Auch in diesem Fall ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise vorteilhaft. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einem Defekt der Förderpumpe die Brennkraftmaschine derart betrieben wird, dass sich eine möglichst große Druckdifferenz zwischen dem Saugrohrdruck und dem Tank einstellt und/oder dass die Kraftstofftemperatur möglichst niedrig ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, dass die Brennkraftmaschine mit niedrigerer Last betrieben wird. Bei niederer Last ist der Saugrohrdruck sehr gering und es ergibt sich eine große Druckdifferenz.
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Denselben Effekt erzielt man, wenn die Brennkraftmaschine mit erhöhter Drehzahl betrieben wird.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasrückführung deaktiviert wird. Dadurch wird die Einleitung von Abgas in das Saugrohr unterbunden und damit der Saugrohrdruck verringert.
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Bei Systemen mit Direkteinspritzung, die eine Hochdruckpumpe umfassen ist es besonders vorteilhaft, wenn zur Absenkung der Temperatur ein Kühlkreislauf aktiviert wird. Diese Maßnahme ist ohne großen Aufwand einsetzbar. Hierzu wird insbesondere ein Kühlgebläses aktiviert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Druck im Tank erhöht wird. Durch diese Maßnahme kann die Druckdifferenz ebenfalls erhöht werden. Je nach Ausgestaltung des Systems stehen hier unterschiedliche Möglichkeiten zur Realisierung zur Verfügung.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen neuen Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, insbesondere Sourcecode mit Compilier- und/oder Verlinkungsanweisungen, wobei der Programmcode das Computerprogramm zur Ausführung aller Schritte eines der beschriebenen Verfahren ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird, also insbesondere kompiliert und/oder verlinkt wird. Dieser Programmcode kann insbesondere durch Quellcode gegeben sein, welche beispielsweise von einem Server im Internet herunterladbar ist.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 die wesentlichen Elemente eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine und
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 sind die wesentlichen Elementes eines Kraftstoffversorgungssystems dargestellt. In 1 ist eine Brennkraftmaschine mit 100 bezeichnet. Der Kraftstoff gelangt von einem Vorratsbehälter 110, der im Folgenden auch als Tank bezeichnet wird, über eine Förderpumpe 120 zu einer Hochdruckpumpe 130. Von der Hochdruckpumpe gelangt der Kraftstoff in einen Speicher 140, der auch als Rail bezeichnet wird. Von dem Rail 140 gelangt der Kraftstoff über Einspritzventile 150 direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine 100.
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Ferner gelangt Kraftstoff aus dem Bereich zwischen der Förderpumpe 120 und der Hochdruckpumpe 130 über Einspritzventile 160 in ein Saugrohr 170. Über das Saugrohr 170 gelangt Luft in die Brennkraftmaschine 100. Die Abgase der Brennkraftmaschine werden über die Abgasleitungen 175 abgeführt. In bzw. vor dem Saugrohr 170 ist vorzugsweise eine Drosselklappe 177 angeordnet. Mit der die Luftmenge, die der Brennkraftmaschine 100 zugeführt wird, gesteuert werden kann.
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Ein Steuergerät 180 wertet verschiedene Signale verschiedener nicht dargestellter Sensoren aus und steuert verschiedene Elemente an. So steuert das Steuergerät insbesondere die Einspritzventile 150 und 160 sowie die Drosselklappe 177 an. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Hochdruckpumpe 130 mit einem Ansteuersignal beaufschlagt wird, mit dem die von der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge gesteuert werden kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass bei der Verwendung einer elektrischen Förderpumpe diese ebenfalls von dem Steuergerät 180 angesteuert wird.
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Ferner können verschiedene weiter Systeme vorgesehen sein, die direkt von dem Steuergerät 180 angesteuert werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass diese Systeme eigene Substeuergeräte besitzen, die die entsprechenden Steller ansteuern. In diesem Fall gibt das Steuergerät 180 an diese Systeme eine bestimmte Anforderung ab um bestimmte Zustände einzustellen.
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So können Fahrzeuge mit einem Drucktank an Stelle eines üblichen Tanks ausgestattet sein. Dieser Tank ist gegeben falls mit Ventilen und/oder Pumpen ausgestattet um den Druck im Tank zu steuern und/oder zu regeln. Diese können von dem Steuergerät 180 angesteuert werden.
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Üblicherweise sind Tankentlüftungssystem mit einem Filter ausgestattet um Kraftstoff nicht in die Umgebung gelangen zu lassen. Dieser Filter wird gelegentlich gereinigt. Hierzu wird dieser gespült. Dabei gelangt die zum Spülen verwendete Luft in das Saugrohr. Die beim Spülvorgang benötigten Ventile und/oder Pumpen werden ebenfalls von dem Steuergerät 180 angesteuert.
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Ferner wird bei bestimmten Systemen eine Tankleckagediagnose durchgeführt. Hierzu wird der Druck im Tank geringfügig erhöht. Auch die hierzu verwendeten Pumpen und/oder Ventile werden von dem Steuergerät 180 angesteuert.
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Auch kann vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine mit einem System zur Verstellung der Einlassventile und/oder Auslassventile ausgerüstet ist. Die entsprechenden Steller werden ebenfalls von dem Steuergerät 180 angesteuert.
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Üblicherweise umfasst die Brennkraftmaschine, die von Kraftstoffversorgungsystem mit Kraftstoff versorgt wird auch einen Lüfter zur Kühlung. Auch dieser wird vorzugsweise von dem Steuergerät angesteuert.
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Bei dem in 1 dargestellten System handelt es sich um ein Kraftstoffversorgungssystem, bei dem sowohl eine Saugrohreinspritzung mit den Einspritzventilen 160 als auch eine Direkteinspritzung mit den Einspritzventilen 150 erfolgt. Bei einer vereinfachten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass lediglich über die Einspritzventile im Saugrohr oder lediglich über die Einspritzventile, die direkt in den Brennraum einspritzen, Kraftstoff zugemessen wird. Dies bedeutet, dass bei einem vereinfachten System die Hochdruckpumpe 130 und das Rail 140 sowie die Einspritzventile 150 entfallen können.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine vereinfachte Darstellung, bei der verschiedene Elemente, die für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig sind, auch nicht dargestellt sind. So sind insbesondere verschiedene Filter und Ventile vor oder nach der Förderpumpe 120 vorgesehen. Ferner kann auch ein Abgasnachbehandlungssystem oder eine Abgasrückführung vorgesehen sein.
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Die Förderpumpe 120 fördert den Kraftstoff von dem Vorratsbehälter 110 in einen Niederdruckbereich, der sich zwischen der Förderpumpe und der Hochdruckpumpe 130 befindet. Die Hochdruckpumpe 130 komprimiert den in diesem Bereich befindlichen Kraftstoff und fördert diesen in das Rail 140 und erhöht dort den Druck. In dem Rail 140 herrscht ein entsprechend hoher Kraftstoffdruck, dass eine Kraftstoffeinspritzung direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine möglich ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass Kraftstoff unmittelbar aus dem Niederdruckbereich nach der Förderpumpe 120 über die Einspritzventile 160 in das Saugrohr 170 eingespritzt wird.
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Bei einer ersten Ausführungsform wird ein System betrachtet, bei dem lediglich eine Saugrohreinspritzung vorgesehen ist und die Elemente Hochdruckpumpe, Rail und Einspritzventile 150 nicht vorgesehen sind.
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Bei einem Ausfall der Förderpumpe oder einer verminderten Förderleistung gelangt nicht mehr genügend Kraftstoff zu den Einspritzventilen. Dies führt in der Regel zu einem Ausfall der Brennkraftmaschine. Sowohl der Ausfall als auch die verminderte Förderleistung der Förderpumpe wird im Folgenden als Defekt der Förderpumpe bezeichnet.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bei einem Defekt der Förderpumpe 120 ein Notfahrbetrieb möglich ist. Ein solcher Notfahrbetrieb ist möglich, wenn aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem Vorratsbehälter 110 und dem Saugrohr 170 Kraftstoff über die Einspritzventile 160 angesaugt wird. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine in Betriebspunkten betrieben wird, in denen der Druck in dem Saugrohr 170 möglichst gering ist. Solche Betriebszustände liegen beispielsweise bei kleinen Lasten und hohen Drehzahlen vor. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Notfahrbetrieb, vorzugsweise Fahrzustände mit niederem Saugrohrdruck gewählt werden und Fahrzustände mit hohem Saugrohrdruck unterbunden werden.
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Üblicherweise gibt der Fahrer mittels eines Fahrpedals oder eines anderen Bedienelement einen Fahrerwunsch vor. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Fahrerwunsch von einer Recheneinheit vorgegeben wird. Dies ist insbesondere dann der Fall wenn das angetriebene Fahrzeug autonom oder teilautonom fährt.
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Abhängig vom Fahrerwunsch werden nun Betriebszustände der Brennkraftmaschine ermittelt, die gewährleisten, dass der Fahrerwunsch erfüllt werden kann.
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Beispielsweise wird eine Kombination aus einer bestimmten Position der Drosselklappe und eine bestimmte Ansteuerdauer der Einspritzventile vorgegeben um ein bestimmtes Drehmoment zu erzielen. D.h. der Betriebszustand ist beispielsweise durch eine Kombination aus Ansteuerdauer und Drosselklappenposition definiert.
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Ist eine Variable Ventilverstellung der Einlassventile und/oder der Auslassventile vorhanden, so wird für diese abhängig vom Betriebszustand eine optimale Position der Ventile abhängig von der Winkelstellung der Kurbelwelle vorgegeben. Wird ein Notfahrbetrieb erkannt, so werden die Ventile derart eingestellt, dass sich ein möglichst geringer Druck im Saugrohr einstellt. Hierzu wird vorzugsweise die Öffnungsperiode des Einlassventils auf einen späten Zeitpunkt, der kurz vor dem unteren Totpunkt liegt gelegt.
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Sind mehrere Betriebszustände möglich um den Fahrerwunsch zu erfüllen, so wird erfindungsgemäß ein Betriebszustand ausgewählt bei dem ein niederer Saugrohrdruck vorherrscht.
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Ist nur ein Betriebszustand möglich bzw. ist bei dem ausgewählten Betriebszustand der Saugrohrdruck noch nicht ausreichend gering, um einen Notfahrbetrieb gewährleisten zu können, so wird der Fahrerwunsch in Richtung einer geringen Fahrleistung begrenzt um Betriebszustände mit geringerem Druck im Saugrohr 170 zu ermöglichen.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Steuergerät bei einem Defekt der Förderpumpe 120 eine andere Regelstrategie umsetzt. So ist zum einen eine große Drehzahl erforderlich, um einen entsprechenden Unterdruck im Saugrohr zu erzielen. Bei großen Drehzahlen ist aber nur eine kurze Ansteuerung der Einspritzventile möglichst. D. h. die Menge, die pro Einspritzung zugemessen werden kann, ist sehr gering. D. h. es muss für die Drehzahl ein optimaler Bereich gefunden werden, in dem der Unterdruck ausreichend hoch ist und aufgrund des geringen Drucks doch noch eine ausreichende Menge an Kraftstoff zu messbar ist. Erfindungsgemäß wird ausgehend von dem Fahrerwunsch ein entsprechender Betriebszustand vorgegeben, bei dem der notwendige Saugrohrdruck erzielt wird. Der Betriebszustand wird dabei durch die Ansteuerdauer, die Drehzahl und die Position der Drosselklappe definiert. Dabei wird in Kauf genommen, dass die gewünschte Fahrleistung nicht erreicht wird.
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Bei der Verwendung eines Automatikgetriebes kann dies durch eine geeignete Gangwahl unterstützt werden. D. h. es wird ein niederer Gang gewählt, damit sich die Drehzahl erhöht. Bei erhöhter Drehzahl wird mehr Luftmasse bei ausreichendem Unterdruck gefördert.
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Dies bedeutet, es werden entsprechende Betriebszustände mit hohem Saugrohrdruck unterbunden bzw. Betriebszustände mit niederem Saugrohrdruck gezielt angefahren.
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Als Zusatzmaßnahme oder als alternative Maßnahme kann auch vorgesehen sein, dass der Druck im Vorratsbehälter gezielt erhöht wird. Dieses ist insbesondere bei Systemen möglich, bei denen eine Tankleckdiagnose möglich ist bzw. mit Systemen, die einen Drucktank umfassen. Bei solchen Systemen wird bei einem erkannten Defekt eine Druckerhöhung im Vorratsbehälter 110 initiiert. Diese Maßnahme ist auch bei den im Folgenden beschriebenen Systemen vorteilhaft, bei denen der Kraftstoff direkt in die Brennräume eingespritzt wird.
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Ferner ist vorgesehen, dass zusätzlich oder ergänzend alle Einleitungen von Gasen in das Saugrohr unterbunden werden, d. h. es wird beispielsweise eine Abgasrückführung unterbunden.
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Die Spülung des Filters der Tankentlüftung wird vorzugsweise nicht unterbunden, da dadurch zusätzlich Kraftstoff in die Brennräume gelangen kann, wenn sich Kraftstoff im Aktivkohlefilter befindet. Wird ein Zustand erkannt, bei dem sich Kraftstoff im Filter befindet, so erfolgt die Spülung des Filters der Tankentlüftung. Wird ein Zustand erkannt, bei dem sich kein Kraftstoff im Filter befindet, so wird die Spülung des Filters der Tankentlüftung unterbunden. Durch eine geeignete Ansteuerung der hierbei verwendeten Ventile und/oder Pumpen ist bei diesen Systemen mit einem Filter zur Reinigung der Gase, die aus dem Tank strömen, ebenfalls eine geringe Erhöhung des Drucks im Tank realisierbar.
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Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einem Defekt der Förderpumpe die Brennkraftmaschine derart betrieben wird, dass sich ein möglichst große Druckdifferenz zwischen Tank 110 und Saugrohr 170 einstellt und damit eine möglichst große Kraftstoffmenge durch das Einspritzventil 160 in das Saugrohr gelangen kann. Dabei bestehen sich widersprechende Anforderungen. Mit steigender Drehzahl nimmt der Saugrohrdruck ab gleichzeitig wird das Zeitintervall, dass für die Einspritzung zur Verfügung steht kleiner.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der lediglich eine Einspritzung direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschine erfolgt. D. h. die Einspritzventile 160 entfallen bei dieser Ausführungsform. Bei einer solchen Hochdruckeinspritzung, die auch als Direkteinspritzung bezeichnet wird, ist nicht die Einspritzdauer der begrenzende Faktor sondern die Dampfblasenbildung im Bereich der Hochdruckpumpe. Bei einem Ausfall der Förderpumpe 120 steht am Eingang der Hochdruckpumpe 130 ein niederer Druck des Kraftstoffs an. Dies kann dazu führen, dass insbesondere bei höheren Temperaturen der Dampfdruck des Kraftstoffs überschritten wird. D. h. durch die Pumpwirkung der Hochdruckpumpe fällt der Druck vor der Hochdruckpumpe auf einen solchen Wert ab, dass der Dampfdruck des Kraftstoffs unterschritten wird. Dies hat zur Folge, dass sich Dampfblasen bilden. Eine Kraftstoffförderung durch die Hochdruckpumpe 130 ist dann nicht mehr möglich. Ferner kann die Schmierung der Hochdruckpumpe beeinträchtigt werden.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass dieses Problem dadurch verringert werden kann, dass die Temperatur des Kraftstoffs durch geeignete Maßnahmen abgesenkt wird. Bei niederen Kraftstofftemperaturen treten die Dampfblasen erst bei niederen Kraftstoffdrücken auf. D. h. erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Aufheizung des Kraftstoffs bei einem erkannten Defekt der Förderpumpe minimiert wird. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass ein nicht dargestelltes Kühlgebläse aktiviert wird. Dadurch erfolgt eine direkte Kühlung des Bereichs vor der Kraftstoffpumpe und der Kraftstoffpumpe.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass zusätzlich das Thermostatventil für den Kühlkreislauf geöffnet und damit die Kühlwirkung für den Motor erhöht und damit die Aufheizung der Hochdruckpumpe minimiert wird.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren bei Systemen einsetzbar, die Kraftstoff direkt über die Einspritzventile 150 in die Brennkraftmaschine und über die Einspritzventile 160 in das Saugrohr einspritzen. Bei diesen Systemen können aus der Kombinatorik noch vorteilhafte Effekte genutzt werden.
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Bei tiefen Temperaturen kann die Hochdruckpumpe eingesetzt werden um die unzureichende Kraftstoffmenge im Kaltstart auszugleichen, was bei der Saugrohreinspritzung problematisch ist. Bei hohen Temperaturen wird vorzugsweise Saugrohreinspritzung verwendet um Dampfblasenproblematik zu umgehen.
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Die von der Hochdruckpumpe während des Betriebs erzeugten Pulsationen im Niederdruck, können benutzt werden um eine weitere Druckerhöhung an den Saugrohr-Einspritzventilen 160 zu erzeugen. Dies kann beispielsweise durch den Einbau eines Rückschlagventils zwischen der Hochdruckpumpe und den Saugrohr-Einspritzventilen 160 noch verstärkt werden.
