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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffsystem eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Über das Kraftstoffsystem wird der Verbrennungsmotor mit Kraftstoff versorgt. Bevor der Kraftstoff einem Brennraum des Verbrennungsmotors zugeführt wird, wird er mit Hilfe der Hochdruckpumpe komprimiert.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Stand der Technik
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Verbrennungsmotoren können mit unterschiedlichen Kraftstoffen betrieben werden, beispielsweise mit Benzin oder Dieselkraftstoff. Welcher Kraftstoff einsetzbar ist, hängt von der Art des Verbrennungsmotors ab. Eine Falschbetankung gilt es zum Schutz des Verbrennungsmotors zu vermeiden. Darüber hinaus kann es innerhalb einer Kraftstoffsorte unterschiedliche Kraftstoffqualitäten geben. Da die Qualität des Kraftstoffs ebenfalls Einfluss auf den Betrieb des Verbrennungsmotors sowie des zugehörigen Kraftstoffsystems hat, kann es von Vorteil sein, zusätzlich die Qualität des Kraftstoffs zu kennen.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2015 214 600 A1 ist daher bereits ein Verfahren zum Bestimmen von Kraftstoffeigenschaften in einer Hochdruckpumpe bekannt. Bei dem Verfahren wird ein elektrisches Saugventil eingesetzt, das der Befüllung eines Pumpenelementraums der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff dient. Zum Bestimmen der Kraftstoffeigenschaften wird das Schaltverhalten des Saugventils erfasst und ausgewertet. Die Auswertung erlaubt Rückschlüsse auf die Kraftstoffeigenschaften, insbesondere auf die Viskosität des jeweiligen Kraftstoffs. Da sich die Schaltelemente des Saugventils im Kraftstoff befinden, hängt die Zeit, die das Saugventil zum Schließen und Öffnen benötigt, von der Viskosität des Kraftstoffs ab. Dieser Zusammenhang wird zur Bestimmung der Kraftstoffqualität genutzt.
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Die Viskosität des Kraftstoffs bestimmt zugleich die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs. Die Schmierfähigkeit eines Kraftstoffs ist für Kraftstoffsysteme relevant, in denen der Kraftstoff zugleich als Schmier- und/oder Kühlmedium, insbesondere zum Schmieren und/oder Kühlen des Triebwerks der Hochdruckpumpe, eingesetzt wird. Der Zulauf von Kraftstoff erfolgt dann in der Regel über den Triebwerksraum der Hochdruckpumpe. Während des Betriebs der Hochdruckpumpe ist somit durch den zulaufenden Kraftstoff eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung sichergestellt. Anders kann es sich bei einem Start des Verbrennungsmotors verhalten, da in diesem Fall in der Regel erst Druck aufgebaut werden muss, der die Ausbildung eines ausreichenden Schmierfilms ermöglicht. Um eine Schädigung des Triebwerks der Hochdruckpumpe zu vermeiden, kann der Start verzögert oder der Betrieb mit Einschränkungen hinsichtlich der maximal zulässigen Drehzahl, des maximal zulässigen Drehmoments oder des maximal zulässigen Drucks aufgenommen werden. Die Maßnahmen können jedoch unzureichend sein, wenn die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs gering ist. Ein verzögerter Start steht zudem im Widerspruch zum allgemeinen Kundenwunsch.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Zielkonflikt zwischen Kundenwunsch und notwendigen Komponentenschutz zu lösen. Auf diese Weise soll zugleich eine Steigerung der Lebensdauer einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffsystem erreicht werden.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffsystem eines Verbrennungsmotors wird zur Befüllung eines Pumpenelementraums der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff ein ansteuerbares elektrisches Saugventil verwendet, über welches der Pumpenelementraum mit einem Zulaufbereich der Hochdruckpumpe verbindbar ist, an den auch ein Triebwerksraum der Hochdruckpumpe angeschlossen ist. Erfindungsgemäß wird bei einem Start des Verbrennungsmotors, insbesondere nach einem Betankungsvorgang, das elektrische Saugventil in Abhängigkeit von der Kraftstoffqualität angesteuert und bei Detektion eines als Schlechtkraftstoff bewerteten Kraftstoffs geschlossen und/oder zumindest temporär geschlossen gehalten.
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Dadurch, dass bei Detektion eines Schlechtkraftstoffs das Saugventil geschlossen und/oder zumindest temporär geschlossen gehalten wird, kann die bis zur Inbetriebnahme der Hochdruckpumpe verbleibende Zeit zum Aufbau eines ausreichenden Schmierfilms genutzt werden. Auf diese Weise kann eine Schädigung des Triebwerks der Hochdruckpumpe verhindert werden. Wird kein Schlechtkraftstoff detektiert, kann das Saugventil geöffnet und die Hochdruckpumpe - ggf. mit Einschränkungen hinsichtlich Drehzahl, Drehmoment oder Druck - in Betrieb genommen werden. Einem schnellen Start steht dies nicht im Wege. Dieser wird nur bei Detektion eines Schlechtkraftstoffs unterbunden.
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Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens kann demnach die Robustheit der Hochdruckpumpe gesteigert werden, insbesondere im Hinblick auf kraftstoffkritische Märkte. Ferner wird dem Kundenwunsch insoweit entsprochen, als ein verzögerter Start die Ausnahme darstellt, nämlich nur dann, wenn die Kraftstoffqualität dies erfordert. Bei einem Verbrennungsmotor mit Start-Stopp-Funktion kann ferner die Anzahl von Start-Stopp-Vorgängen erhöht werden, ohne dass Änderungen am Design der Hochdruckpumpe vorgenommen werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass auch gegen einen erhöhten anstehenden Druck in einem Rail des Kraftstoffsystems Start-Stopp-Vorgänge vorgenommen werden können.
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Des Weiteren kann mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens eine Falschbetankung festgestellt und ggf. der Startvorgang abgebrochen werden. Das Saugventil wird hierzu nicht nur temporär geschlossen gehalten, sondern dauerhaft. Somit wird ein zusätzlicher Schutz gegen eine Falschbetankung geschaffen. Der falsche Kraftstoff ist in diesem Fall - unabhängig von seinen übrigen Kraftstoffeigenschaften - ebenfalls als ein „Schiechtkraftstoff“ für den jeweiligen Verbrennungsmotor anzusehen. Soweit vorliegend von „Schiechtkraftstoff“ die Rede ist, kann es sich demnach auch um einen Kraftstoff der falschen Sorte handeln.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoffqualität erfasst und ausgewertet wird, wobei mindestens eine Kraftstoffeigenschaft bewertet wird. Auf der Grundlage der Auswertung kann dann die Ansteuerung des elektrischen Saugventils vorgenommen werden. Wird der Kraftstoff als Schlechtkraftstoff bewertet, wird das Saugventil geschlossen bzw. geschlossen gehalten. In allen anderen Fällen öffnet das Saugventil, so dass einem schnellen Start nichts im Wege steht.
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Da es das vorrangige Ziel des vorgeschlagenen Verfahrens ist, eine Schädigung der Hochdruckpumpe bei Verwendung eines Schlechtkraftstoffs zu verhindern, stehen bei der Bewertung der Kraftstoffeigenschaften insbesondere solche im Vordergrund, welche die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs beeinflussen. Vorzugsweise wird daher beim Erfassen und Auswerten der Kraftstoffqualität die Viskosität des Kraftstoffs als Kraftstoffeigenschaft bewertet. Da die Viskosität eines Kraftstoffs temperaturabhängig ist, kann sie - abhängig von den jeweilige Umgebungsbedingungen - variieren. Die Kraftstoffqualität wird daher bevorzugt in regelmäßigen zeitlichen Abständen erfasst und ausgewertet. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoffqualität event-getriggert, beispielsweise nach jedem Tankvorgang, erfasst und ausgewertet wird, um eine mögliche Änderung der Kraftstoffqualität zu erfassen.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zum Erfassen der Kraftstoffqualität das Schaltverhalten des elektrischen Saugventils analysiert wird. Das heißt, dass - analog dem eingangs genannten Stand der Technik - vom Schaltverhalten des Saugventils Rückschlüsse auf die Qualität des Kraftstoffs gezogen werden. Insbesondere kann das Öffnungs- und/oder Schließverhalten des Saugventils analysiert werden, um hierüber auf die Kraftstoffqualität zu schließen. Denn je niedrigviskoser ein Kraftstoff ist, desto schneller vermag das Saugventil zu öffnen und/oder zu schließen.
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Vorteilhafterweise wird das elektrische Saugventil mit Hilfe eines Elektromagneten betätigt, der zum Schließen und/oder geschlossen Halten des Saugventils bestromt wird. Das heißt, dass das Saugventil bevorzugt als stromlos offenes Ventil ausgeführt ist. Dies ermöglicht eine Notlauffunktion („Limp-Home“-Funktion) der Hochdruckpumpe. Um bei Detektion eines Schlechtkraftstoffs eine Startverzögerung zum Schutz der Hochdruckpumpe zu bewirken, muss demnach der Elektromagnet bestromt bzw. die Bestromung des Elektromagneten aufrechterhalten werden.
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Alternativ wird vorgeschlagen, dass bei Detektion eines Schlechtkraftstoffs der Startvorgang abgebrochen wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Qualität des Kraftstoffs als besonders kritisch bewertet wird oder festgestellt wird, dass ein falscher Kraftstoff getankt wurde. Wie bereits weiter vorne erwähnt, wird unter dem Begriff „Schiechtkraftstoff“ vorliegend auch ein Kraftstoff der falschen Sorte gefasst, da dieser zumindest in Bezug auf den jeweiligen Verbrennungsmotor als Schlechtkraftstoff anzusehen ist.
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Ferner wird ein Steuergerät, insbesondere Motorsteuergerät, vorgeschlagen, das dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Das Verfahren kann somit weitgehend automatisiert werden. Insbesondere kann mit Hilfe des Steuergeräts eine Analyse des Schaltverhaltens des Saugventils durchgeführt werden, um hierüber auf die Qualität des Kraftstoffs zu schließen. Im Steuergerät können hierzu Vergleichswerte abgelegt sein, die durch Abgleich die gewünschte Auswertung ermöglichen. Ergibt die Auswertung, dass ein Schlechtkraftstoff, beispielsweise ein sehr niedrigviskoser Kraftstoff, im System vorhanden ist, kann mit Hilfe des Steuergeräts die Ansteuerung des elektrischen Saugventils dahingehend angepasst werden, dass ein Start verzögert oder sogar abgebrochen wird, um die Hochdruckpumpe zu schützen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit integriertem elektrischen Saugventil, wobei die Darstellung der Hochdruckpumpe sich im Wesentlichen auf den Bereich des Saugventils beschränkt.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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Die in der Figur dargestellte Hochdruckpumpe 1 zur Komprimierung von Kraftstoff weist ein Gehäuseteil 10 mit einer Zylinderbohrung 11 auf, in der ein Pumpenelementraum 2 ausgebildet ist. Der Pumpenelementraum 2 ist mittels eines ansteuerbaren elektrischen Saugventils 3 mit Kraftstoff aus eine Zulaufbereich 4 befüllbar, der vorliegend eine ringförmige Zulaufkammer 4.1 und Zulaufbohrungen 4.2 umfasst. Die ringförmige Zulaufkammer 4.1 ist über mindestens eine weitere Bohrung (nicht dargestellt) im Gehäuseteil (10) an einen Triebwerksraum (nicht dargestellt) der Hochdruckpumpe 1 angeschlossen. Der Zulauf von Kraftstoff führt somit über den Triebwerksraum.
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Das Saugventil 3 der dargestellten Hochdruckpumpe 1 weist einen hubbeweglichen Ventilstößel 6 auf, der in Richtung eines Ventilsitzes 7, der durch das Gehäuseteil 1 ausgebildet wird, von der Schließkraft einer Schließfeder 8 beaufschlagt ist. Die Schließfeder 8 ist in der Weise angeordnet, dass sie den Ventilstößel 6 in den Ventilsitz 7 zieht. Zur Betätigung des Saugventils 3 ist ein Elektromagnet 5 vorgesehen, mittels dessen auf einen mit dem Ventilstößel 6 koppelbaren Anker 9 eingewirkt werden kann. Der Anker 9 ist in axialer Richtung über eine Ankerfeder 12 in Richtung des Ventilstößels 6 vorgespannt. Da die Federkraft der Ankerfeder 12 größer als die Federkraft der Schließfeder 8 ist, hält die starke Ankerfeder 12 das Saugventil 3 bei unbestromtem Elektromagnet 5 geöffnet. Wird der Elektromagnet 5 bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft den Anker 9 nach oben bewegt, so dass die Kopplung des Ankers 9 mit dem Ventilstößel 6 aufgehoben wird und die Schließfeder 8 den Ventilstößel 6 in den Ventilsitz 7 zieht. Das Saugventil 3 schließt. Wird die Bestromung des Elektromagneten 5 beendet, drückt die starke Ankerfeder 12 den Anker 9 wieder nach unten, so dass der Anker 9 am Ventilstößel 6 anschlägt und diesen aus dem Ventilsitz 7 hebt. Das Saugventil 3 öffnet.
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Der mit Hilfe der Hochdruckpumpe 1 komprimierte Kraftstoff wird vorzugsweise einem Hochdruckspeicher, insbesondere Rail, (nicht dargestellt) zugeführt und mit Hilfe mindestens eines an den Hochdruckspeicher angeschlossenen Injektors in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) eingespritzt.
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Bei einem Start des Verbrennungsmotors wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das Saugventil 3 der Hochdruckpumpe 1 in Abhängigkeit von der jeweiligen Kraftstoffqualität angesteuert. Wird ein Schlechtkraftstoff detektiert, wird das Saugventil 3 in der Weise angesteuert, dass es schließt oder geschlossen gehalten wird, um den Start zu verzögern. Diese Maßnahme dient dem Schutz der Hochdruckpumpe 1. Denn durch den verzögerten Start kann sich ein ausreichender Schmierfilm aufbauen, so dass eine Schädigung des Triebwerks verhindert wird. Bei Detektion eines Schlechtkraftstoffs wird der Elektromagnet 5 bestromt, so dass die Magnetkraft des Magnetfeldes den Anker 9 nach oben zieht oder oben hält. Nachdem sich ein ausreichender Schmierfilm aufgebaut hat, kann die Bestromung des Elektromagneten 5 beendet werden, um das Saugventil 3 zu öffnen und die Befüllung des Pumpenelementraums 2 mit Kraftstoff sicherzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015214600 A1 [0004]
