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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art und ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der im Patentanspruch 6 näher definierten Art.
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Aus der Praxis sind Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen einem Brennraum Brennstoff über einen Injektor zugeführt wird oder alternativ, insbesondere bei Großmotoren, über zwei oder mehrere Injektoren. Die Verwendung von mehreren kleinen Injektoren bietet einen Kostenvorteil, da als Massengut verfügbare Injektoren beispielsweise aus dem PKW- oder Nutzfahrzeugbereich verwendet werden können. Es ist bekannt, zwei oder mehrere Injektoren gleichartig oder versetzt zueinander anzusteuern, wobei eine insgesamt erforderliche Einspritzmenge zwischen den Injektoren aufgeteilt wird. Im Standardbetrieb wird dem Brennraum durch jeden Injektor eine definierte Kraftstoffmenge zugeführt, so dass bei einem Ausfall eines Injektors die insgesamt eingespritzte Kraftstoffmenge sinkt und die Leistung der Brennkraftmaschine abnimmt.
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Aus der
GB 2 005 348 A ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der einem Zylinder zwei Injektoren zugeordnet sind. Bei Überschreiten einer bestimmten zugeführten Luftmenge wird neben einem Hauptinjektor auch ein Hilfsinjektor betrieben, um eine Einspritzmenge zu erhöhen.
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Die
DE 10 2015 225 504 A1 offenbart ein Verfahren zur Fehlerkompensation einer Kraftstoffeinspritzmenge beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung und Direkteinspritzung, wobei jeweils zwei separat ansteuerbare Kraftstoffinjektoren vorgesehen sind, über die Zylindern Kraftstoff zuführbar ist. Wenn defekte oder klemmende Kraftstoffinjektoren der Direkteinspritzung erkannt werden, kann die mittels der Saugrohreinspritzung abzugebende Kraftstoffmenge erhöht werden.
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Des Weiteren ist es aus der
DE 10 2016 120 278 A1 bekannt, dass ein Kraftstofffehler über ein Erweitern der Impulsbreite des darauffolgenden Kraftstoffimpulses kompensiert werden kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Verfügung zu stellen, mittels denen eine gewünscht hohe Leistung der Brennkraftmaschine auch bei einem Fehlerfall eines Injektors erreichbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einem Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 gelöst.
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Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem einem Brennraum der Brennkraftmaschine Kraftstoff über wenigstens zwei separat ansteuerbare Injektoren zuführbar ist. Erfindungsgemäß wird bei erkanntem Fehlerfall eines Injektors eine Einspritzmenge des wenigstens einen weiteren Injektors gemäß für den Fehlerfall hinterlegter Parameter erhöht, wobei bei erkanntem Fehlerfall eines Injektors eine Voreinspritzung und/oder eine Nacheinspritzung des wenigstens einen weiteren Injektors entfällt, und/oder bei einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem ein Druck in einem die Injektoren mit Kraftstoff versorgenden Kraftstoffspeicher bei erkanntem Fehlerfall eines Injektors erhöht wird.
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Durch die Erhöhung der Einspritzmenge des weiteren Injektors oder der weiteren Injektoren ist auch bei erkanntem Fehlerfall eines Injektors, der beispielsweise durch einen Kabelbruch ausgelöst sein kann, eine gewünscht hohe Leistung der Brennkraftmaschine sichergestellt. Dies ist insbesondere bei sicherheitsrelevanten Brennkraftmaschinen relevant, bei denen die Verfügbarkeit einer möglichst hohen Leistung gewährleistet sein muss, wie z. B. bei Notstromgeneratoren von Kernkraftwerken oder Motoren von Feuerlöschpumpen, welche die Pumpenleistung auch bei Störung oder Ausfall eines Injektors aufrechterhalten sollen.
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Die Erhöhung der Haupteinspritzmenge des weiteren Injektors oder der weiteren Injektoren kann bei erkanntem Fehlerfall eines Injektors zusätzlich durch eine Verlängerung der Einspritzdauer des wenigstens einen weiteren Injektors beispielsweise durch eine Verlängerung der Bestromungsdauer erzielt werden.
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Die Parameter für die Erhöhung der Einspritzmenge des wenigstens einen weiteren Injektors können durch Umschaltung von einem Standardparametersatz auf einen für den Fehlerfall hinterlegten Notfallparametersatz herangezogen werden oder auf einer Korrektur des Standardparametersatzes basieren.
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Es wird weiterhin ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem einem Brennraum über wenigstens zwei Injektoren Kraftstoff zuführbar ist, wobei eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Injektoren vorgesehen ist, und wobei die Steuereinrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens ausgeführt ist.
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Mit einem erfindungsgemäß ausgeführten Kraftstoffeinspritzsystem kann auf einfache Weise eine hohe Leistung der Brennkraftmaschine auch bei einer Störung oder einem Ausfall eines Injektors aufrecht erhalten werden. Bei Ausfall des Injektors kann dann zum Beispiel über ein Funknetzwerk bzw. via Internet ein Servicetechniker informiert werden
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung und des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt:
- 1 ein vereinfachtes Systemschaubild einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzsystem und einer Steuereinrichtung;
- 2 eine vereinfachte Darstellung der Brennkraftmaschine gemäß 1;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine gemäß 1 in einer bevorzugten Variante; und
- 4 ein vereinfachtes Diagramm, in dem ein Druck in einem Rail der Brennkraftmaschine gegenüber einer Motordrehzahl gezeigt ist.
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1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten Brennkraftmaschine 1 mit einem Kraftstoffeinspritzsystem 2, das hier als Common-Railsystem ausgeführt ist. Die Brennkraftmaschine 1 kann zum Betrieb sicherheitsrelevanter Einrichtungen beispielsweise als Notstromgenerator ausgeführt sein.
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Das Common-Railsystem 2 umfasst folgende mechanische Komponenten: Eine Niederdruckpumpe 4 zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 3, eine veränderbare Saugdrossel 5 zur Beeinflussung des durchströmenden Kraftstoff-Volumenstroms, eine Hochdruckpumpe 6 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung, ein als Rail 7 ausgeführter Kraftstoffspeicher und Injektoren 8, 9 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume 20 der Brennkraftmaschine 1. In 1 ist lediglich ein Brennraum 20 dargestellt, dem vorliegend über zwei Injektoren 8, 9 Kraftstoff zuführbar ist.
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Bei alternativen Ausführungen der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass in den Brennraum 20 Kraftstoff über mehr als zwei Injektoren einleitbar ist.
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Das Common-Railsystem 2 ist hier mit Einzelspeichern 21, 22 ausgeführt, wobei in den Injektoren 8, 9 jeweils ein Einzelspeicher 21 bzw. 22 als zusätzliches Puffervolumen für den Kraftstoff integriert ist. Zur Steuerung und/oder Regelung eines Drucks pCR in dem Rail 7 ist ein Druckregelventil 10 vorgesehen, welches zum Beispiel bei einem Raildruck von 2400 bar öffnet und im geöffneten Zustand Kraftstoff aus dem Rail 7 in den Kraftstofftank 3 absteuert.
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Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Motorsteuergerät 11 bzw. eine Steuereinrichtung bestimmt, welches die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, PO-Bausteine, Puffer und Speichereinrichtungen 13 bzw. Speicherbausteine (EEPROM, RAM) beinhaltet. In den Speicherbausteinen 13 sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern und/oder Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronische Motorsteuergerät 9 aus Eingangsgrößen Ausgangsgrößen.
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In 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: Der Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 12 gemessen wird, eine Motordrehzahl nMOT, der Einzelspeicherdruck pE1 des ersten Injektors 8, der Einzelspeicherdruck pE2 des zweiten Injektors 9 und eine Eingangsgröße EIN. Unter der Eingangsgröße EIN sind weitere Signale zusammengefasst, beispielsweise ein Signal zur Leistungsvorgabe durch den Betreiber, ein Ladeluftdruck eines Abgasturboladers und eine Kühlmitteltemperatur. In 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 9 ein Signal PWM zur Ansteuerung der Saugdrossel 4, Signale ve1 und ve2 zur Ansteuerung des ersten Injektors 8 und des zweiten Injektors 9 (Spritzbeginn/Spritzende), ein Signal DRV zur Ansteuerung des Druckregelventils 10 und eine Ausgangsgröße AUS dargestellt. Die Ausgangsgröße AUS steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise für ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers bei einer Registeraufladung. Ergänzend ist eine Schnittstelle zum Datenaustausch über das Internet vorgesehen.
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2 zeigt einen Ausschnitt des Systemschaubilds der Brennkraftmaschine 1 gemäß 1, wobei das Motorsteuergerät 11 und die Injektoren 8, 9 näher ersichtlich sind. Das Motorsteuergerät 11 ist mit einer Steuerlogik 14 ausgeführt, die über eine erste Endstufe 15 mit dem ersten Injektor 8 und über eine zweite Endstufe 16 mit dem zweiten Injektor 9 gekoppelt ist. In der Steuereinrichtung 11 ist weiterhin ein Standardparametersatz 18 und ein Notfallparametersatz 19 zur Ansteuerung der Injektoren 8, 9 hinterlegt, die insbesondere jeweils eine betriebszustandsabhängige Bestromungsdauer der Injektoren 8, 9 umfassen. Um bei störungsbedingter eingeschränkter Leistung oder Ausfall eines der Injektoren 8, 9 von dem Standardparametersatz 18 auf den Notfallparametersatz 19 wechseln zu können, weist die Steuereinrichtung 11 eine Umschaltfunktion 17 zum Umschalten zwischen dem Standardparametersatz 18 und dem Notfallparametersatz 19 auf.
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Bei dem Notfallparametersatz 19 wird insbesondere eine Bestromungsdauer des funktionsfähigen Injektors 8 bzw. 9 derart gegenüber einem Zustand mit zwei funktionsfähigen Injektoren 8, 9 verlängert, dass eine Einspritzmenge SM des einzigen funktionsfähigen Injektors 8 bzw. 9 im Wesentlichen vergleichbar zu einem Zustand mit zwei funktionsfähigen Injektoren 8, 9 ist. Die Einspritzmenge SM kann dabei anhand des Drucks pCR des Rails 7 und einer Öffnungsdauer des Injektors 8 bzw. 9 bestimmt werden.
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In 3 ist ein Ablaufschema eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 gezeigt, welches in dem Motorsteuergerät 11 implementiert ist.
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Das Verfahren wird im Folgenden am Beispiel von zwei dem Brennraum 20 zugeordneten Injektoren 8, 9 beschrieben. Das Verfahren ist aber grundsätzlich in vergleichbarer Weise auch bei Brennkraftmaschinen einsetzbar, bei denen einem Brennraum 20 mehr als zwei Injektoren zugeordnet sind.
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Nach einem Start S des Verfahrens wird eine Verarbeitungsfunktion S1 „Überwachung der Injektoren 8, 9“ gestartet und in einer Unterscheidungsfunktion S2 geprüft, ob die Injektoren 8, 9 fehlerfrei arbeiten. Falls ja, wird in eine Funktion S3 „Normalbetrieb“ für die Injektoren 8, 9 verzweigt, in der diese mit dem Standardparametersatz 18 betrieben bzw. angesteuert werden. Falls nein, wird in eine weitere Unterscheidungsfunktion S4 verzweigt, in der eine Prüfung hinsichtlich der vorliegenden Fehlerart vorgenommen.
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Wenn in dieser Unterscheidungsfunktion S4 ein „leichter Fehler“ erkannt wird, werden Standardparameter des Standardparametersatzes 18 in einem anschließenden Verfahrensschritt S5 angepasst, woraufhin in einem weiteren Schritt S6 eine Einspritzmenge SM um einen Wert dSM erhöht wird. Anschließend wird in einer Unterscheidungsfunktion S17 abgefragt, ob ein Motorstopp vorliegt. Falls ja, wird das Verfahren mit einer Ausführungsfunktion E beendet. Falls nein, wird das Verfahren weitergeführt und in die Funktion S1 „Überwachung der Injektoren 8, 9“ zurückverzweigt.
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Wenn in der Unterscheidungsfunktion S4 zur Fehlerarterkennung ein vordefinierter „schwerer Fehler“ ermittelt wird, wird anschließend eine Verarbeitungsfunktion S7 „fehlerhaften Injektor deaktivieren“ zur Abschaltung des gestörten Injektors 8 bzw. 9 gestartet. In einer nachfolgenden Funktion S8 „Setzen Notfallparameter für fehlerfreien Injektor“ wird in der Steuereinrichtung 11 mittels der Umschaltfunktion 17 von dem Standardparametersatz 18 auf den Notfallparametersatz 19 gewechselt und der fehlerfreie Injektor 9 bzw. 8 entsprechend angesteuert. Entsprechend wird in einer anschließenden Funktion S9 eine Spritzdauer SD der Haupteinspritzung um einen Wert dSD erhöht. Bei der gezeigten Ausführung werden des Weiteren in einem anschließenden Schritt S10 die Voreinspritzung und die Nacheinspritzung des fehlerfrei arbeitenden Injektors 9 bzw. 8 deaktiviert.
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In einer nachfolgenden Prüffunktion S11 wird ermittelt, ob „SD(HE) > Max“ ist, d. h. die Spritzdauer SD der Haupteinspritzung HE größer oder gleich einem vordefinierten Maximalwert Max ist. Falls nein, wird eine Funktion S12 zur Erhöhung des Raildrucks pCR um einen Wert dp gemäß der Formel „pCR = pCR + dp“ gestartet und in die Funktion S17 zur Prüfung, ob ein Motorstopp erfolgt ist, verzweigt.
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Falls die Abfrage der Prüffunktion S11 ergibt, dass die Spritzdauer SD der Haupteinspritzung größer oder gleich dem vordefinierten Maximalwert Max ist, wird eine Funktion S13 zur Erhöhung des Raildrucks pCR um einen Wert dp auf einen Not-Raildruckwert pCR(NOT) gemäß der Formel ,,pCR(NOT) = pCR + dp" gestartet. In einem anschließenden Schritt S14 wird eine Einspritzdauer SD des nicht fehlerbehafteten Injektors um einen Wert dSD gemäß der Formel „SD = SD - dSD“ reduziert, woraufhin in einer Prüffunktion S15 gemäß der Formel „pCR(NOT) ≥ Max“ überprüft wird, ob der Not-Raildruckwert pCR(NOT) größer oder gleich einem vordefinierten Maximalwert ist. Falls ja, wird in einem anschließenden Schritt S 16 eine Warnung ausgegeben und in die Funktion S17 zur Prüfung, ob ein Motorstopp erfolgt ist, verzweigt. Falls nein, wird das Verfahren direkt bei der Prüfung auf Motorstopp S17 fortgesetzt.
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Der Raildruck pCR wird von dem Druckregelventil 10 gemäß dem in 4 vereinfacht gezeigten Diagramm geregelt, wobei der Raildruck pCR_2 bei fehlerfrei arbeitenden Injektoren 8, 9 direkt proportional zu der Motordrehzahl nMot ist. Bei Ausfall eines Injektors 8 oder 9 wird der Raildruck pCR_1 hier insgesamt um einen vordefinierten Wert gegenüber dem Raildruck pCR_2 erhöht.
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Mit dem Verfahren ist auch bei einem Fehler eines Injektors 8 bzw. 9 eine gewünscht große Leistung der Brennkraftmaschine 1 erreichbar, wobei dies durch eine Änderung des Standardparametersatzes 18 oder durch einen Wechsel von dem Standardparametersatz 18 auf den Notfallparametersatz 19 erreicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Kraftstoffeinspritzsystem; Common-Railsystem
- 3
- Kraftstofftank
- 4
- Niederdruckpumpe
- 5
- Saugdrossel
- 6
- Hochdruckpumpe
- 7
- Kraftstoffspeicher; Rail
- 8
- erster Injektor
- 9
- zweiter Injektor
- 10
- Druckregelventil
- 11
- Steuereinrichtung; Motorsteuergerät
- 12
- Rail-Drucksensor
- 13
- Speichereinrichtung
- 14
- Steuerlogik
- 15
- erste Endstufe
- 16
- zweite Endstufe
- 17
- Umschaltfunktion
- 18
- Standardparametersatz
- 19
- Notfallparametersatz
- 20
- Brennraum
- 21
- Einzelspeicher des ersten Injektors
- 22
- Einzelspeicher des zweiten Injektors
- AUS
- Ausgangsgröße
- DRV
- Ansteuersignal für das Druckregelventil
- E
- Ende-Funktion
- EIN
- Eingangsgröße
- nMot
- Motordrehzahl
- nMot_gr
- Grenzwert der Motordrehzahl
- pCR
- Raildruck
- pCR_1
- Raildruck bei einem funktionsfähigen Injektor
- pCR_2
- Raildruck bei zwei funktionsfähigen Injektoren
- pE1
- Einzelspeicherdruck des ersten Injektors
- pE2
- Einzelspeicherdruck des zweiten Injektors
- PWM
- Ansteuersignal für die Saugdrossel
- S
- Start-Funktion
- S1-S17
- Verfahrensschritte
- SD
- Einspritzdauer
- SM
- Einspritzmenge
- ve1
- Ansteuersignal für den ersten Injektor
- ve2
- Ansteuersignal für den zweiten Injektor
