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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen einer Brennkraftmaschine mithilfe eines Kühlsystems, auf ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens, auf ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine, auf eine Brennkraftmaschine sowie auf ein Computerprogrammprodukt mit den Schritten des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2018 209 984 A1 beschreibt ein Kühlsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem der Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzventil für Kraftstoffe, mit einer dem Einspritzventil vorgeschalteten Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffs zu dem Einspritzventil und mit einer Wassereinspritzeinrichtung, die ein der Hochdruckpumpe vorgeschaltetes Dosierventil zum Zudosieren von Wasser in den Kraftstoff aufweist.
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Das dem Kraftstoff zugeführte Wasser reduziert die Klopfneigung und senkt die Abgastemperatur. Nach Beendigung eines Einspritzvorgangs mit zudosiertem Wasser im Kraftstoff verbleibt ein Wasseranteil temporär in der Kraftstoffleitung sowie in einem Hochdruckrail zwischen der Hochdruckpumpe und dem Einspritzventil.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Kühlen einer Brennkraftmaschine, wodurch die Klopfneigung reduziert und die Abgastemperaturen gesenkt werden. Die Brennkraftmaschine ist mit einem Kühlsystem ausgestattet, das ein Einspritzventil für Kraftstoff, eine dem Einspritzventil vorgeschaltete Hochdruckpumpe zum Fördern des Kraftstoffs zu dem Einspritzventil und eine der Hochdruckpumpe vorgeschaltetes Dosierventil zum Zudosieren von Wasser in den Kraftstoff aufweist. Der Anteil des zudosierten Wassers zum Kraftstoff ist in Abhängigkeit von Zustandsgrößen und Umgebungsbedingungen einstellbar.
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Das Einspritzventil ist elektrisch betätigbar, um einen beweglichen Ventilkörper des Einspritzventils von der Schließ- in die Öffnungsposition zu überführen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der elektrische Strom, mit dem das Einspritzventil zum Öffnen beaufschlagt wird, temperaturabhängig eingestellt. Dementsprechend hängt die Kraft, welche bei Bestromungen des Einspritzventils auf dieses einwirkt, von der Höhe des Stroms ab, der wiederum temperaturabhängig eingestellt wird. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass unter bestimmten Umständen und Bedingungen eine erhöhte Kraft zum Öffnen des Einspritzventils erzeugt werden kann. Diese erhöhte Kraft liegt oberhalb eines durchschnittlichen Kraftniveaus, welches im Regelfall beim Öffnen des Einspritzventils erreicht wird. Die Kraft, welche zum Öffnen auf das Einspritzventil wirkt, korreliert mit der Stromhöhe.
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Diese Vorgehensweise ermöglicht es insbesondere, ein festsitzendes Einspritzventil zu lösen und von der Schließ- in die Öffnungsposition zu überführen. Das Festsitzen oder Festklemmen erfolgt insbesondere bei tiefen Temperaturen durch Einfrieren des Wasseranteils in der Kraftstoff-Wasser-Emulsion, die sich bei zudosiertem Wasser im Leitungssystem stromab der Hochdruckpumpe bis zu dem Einspritzventil befindet. Das bewegliche Bauteil bzw. die beweglichen Bauteile im Einspritzventil, insbesondere das Ventilglied können durch das temperaturabhängige Einstellen des elektrischen Stroms zum Öffnen des Einspritzventils im festgefrorenen Zustand gelöst werden, so dass die ordnungsgemäße Funktion des Einspritzventils gewährleistet bleibt.
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Der elektrische Strom kann während der Ansteuerung des Einspritzventils variiert werden, insbesondere in der Boosterphase, der Anzugsphase oder der Haltephase. Das Stromprofil ist abhängig vom Systemdruck, Normalbetrieb/Notlauf etc.
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Es kann zweckmäßig sein, dass der elektrische Strom, der dem Einspritzventil zugeführt wird, zu Beginn der Bestromung auf ein Anfangsmaximum erhöht und im weiteren Zeitverlauf auf ein niedrigeres Betätigungsniveau abgesenkt wird, das kleiner ist als das Anfangsmaximum. Im Anfangsmaximum wird das festsitzende Einspritzventils gelöst, im Anschluss hieran kann das Bestromungsniveau auf ein niedrigeres Betätigungsniveau abgesenkt werden, welches ausreicht, um das Einspritzventil in der geöffneten Position zu halten, bis der aktuelle Einspritzvorgang beendet ist.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Temperaturabhängigkeit der Bestromung dahingehend, dass unterhalb eines Temperaturgrenzwerts der elektrische Strom zu Beginn der Bestromung auf ein Anfangsmaximum erhöht und im weiteren Zeitverlauf auf ein niedrigeres Betätigungsniveau abgesenkt wird. Der Temperaturgrenzwert kann insbesondere so gewählt werden, dass sich in dem Temperaturgrenzwert die Gefahr eines Einfrierens widerspiegelt. Dementsprechend liegt der Temperaturgrenzwert beispielsweise bei 0°C oder geringfügig oberhalb des Gefrierpunktes, beispielsweise bei 3°C. Die Erhöhung des Stroms auf das Anfangsmaximum wird nur durchgeführt, wenn die Temperatur unterhalb des Temperaturgrenzwerts liegt. Andernfalls besteht keine Gefahr, dass das Einspritzventil aufgrund des Wasseranteils in der Kraftstoff-Wasser-Emulsion einfriert.
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Die Temperatur wird mithilfe eines Temperatursensors ermittelt, wofür beispielsweise in einem Fahrzeug, in welchem die Brennkraftmaschine eingebaut ist, der Temperatursensor für die Umgebungstemperatur herangezogen werden kann. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, einen Temperatursensor zu verwenden, der Teil des Kühlsystems oder der Brennkraftmaschine ist.
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Es kann ausreichend sein, genau ein Anfangsmaximum des Stroms vorzugeben. Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführung folgen auf das Anfangsmaximum des Stroms ein oder mehrere weitere Maxima, bevor der Strom auf das niedrige Betätigungsniveau abgesenkt wird. Dementsprechend wird zu Beginn der Bestromung unmittelbar aufeinanderfolgend die Stromhöhe mehrmals auf ein Maximum erhöht, beispielsweise zweimal oder dreimal hintereinander, und erst danach auf das niedrigere Betätigungsniveau abgesenkt. Mit dieser Vorgehensweise wird mehrmals hintereinander eine hohe Kraft zum Öffnen auf das Einspritzventil ausgeübt, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, ein festsitzendes Einspritzventil zu lösen.
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Das Anfangsmaximum und gegebenenfalls die weiteren folgenden Maxima liegen vorteilhafterweise signifikant höher als das Betätigungsniveau, beispielsweise um mindestens 20 % höher als das Betätigungsniveau. Es kann des Weiteren zweckmäßig sein, dass das Anfangsmaximum und/oder darauffolgende Maxima mit einem maximal verfügbaren Strom erzeugt werden.
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Es kann genügen, dass das Anfangsmaximum der Bestromung nur als ein Peak ausgebildet ist, so dass der Strom auf das Anfangsmaximum erhöht und unmittelbar danach auf das niedrigere Betätigungsniveau abgesenkt wird. Gleiches gilt für ein oder mehrere eventuell auf das Anfangsmaximum folgende Maxima des Stroms.
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In einer alternativen Ausführung werden das Anfangsmaximum der Bestromung über einen definierten Zeitraum aufrecht gehalten, bevor der Strom auf das niedrigere Betätigungsniveau abgesenkt wird. Gleiches gilt für ein oder mehrere eventuell auf das Anfangsmaximum folgende Maxima des Stroms.
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Das Einspritzventil weist einen elektrisch betätigbaren Aktor und ein Ventilglied auf, das insbesondere im unbestromten Zustand in der Schließposition des Einstromventils steht. Mit der Bestromung des Aktors wird das Ventilglied von der Schließposition in die Öffnungsposition verstellt. Bei dem Aktor handelt es sich beispielsweise um einen elektromagnetischen Aktor oder um einen Piezoaktor. Der Aktor und das Ventilglied können als separate Bauteile ausgeführt oder in einem gemeinsamen Bauteil zusammengefasst sein.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird die temperaturabhängige Einstellung des elektrischen Stroms nur für den Fall durchgeführt, dass in einem vorausgegangenen Einspritzvorgang Wasser zudosiert wurde. Nur in diesem Fall ist damit zu rechnen, dass sich noch Wasser im Kraftstoff befindet und entsprechend die Gefahr des Zufrierens besteht. Ob im vorangegangenen Einspritzvorgang Wasser zudosiert wurde, kann über eine Betätigung des Dosierventils festgestellt und in einem Steuergerät als Information abgespeichert werden. Dieses Steuergerät steuert auch die Bestromung des Einspritzventils für die Durchführung des Öffnungsvorgangs.
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Der Stromverlauf, insbesondere während des auf das anfängliche Maximum folgende Betätigungsniveaus, wird gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung über eine Regelung eingestellt. Die Regelung erfolgt in Abhängigkeit einer oder mehrerer Zustandsgrößen oder Umgebungsgrößen, beispielsweise in Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks stromab der Hochdruckpumpe.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät zur Steuerung der Bestromung des Einspritzventils. Das Steuergerät weist Mittel auf, um das vorbeschriebene Verfahren durchzuführen. In einer Logikeinheit des Steuergeräts wird die Höhe des Stroms bestimmt, der über eine Leistungselektronik des Steuergeräts dem Aktor des Einspritzventils zugeführt wird. Das Steuergerät kann Informationen von einer Sensorik empfangen, insbesondere von einem Temperatursensor und gegebenenfalls von weiteren Sensoren wie zum Beispiel einem Drucksensor, um in Abhängigkeit der Sensorinformationen die Stromhöhe für das Einspritzventil festzulegen und bereitzustellen.
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Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine, das ein Einspritzventil, eine dem Einspritzventil vorgeschaltete Hochdruckpumpe, ein der Hochdruckpumpe vorgeschaltetes Dosierventil sowie ein Steuergerät zur Einstellung der Bestromung des Einspritzventils umfasst.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, die mit einem vorbeschriebenen Kühlsystem ausgestattet ist.
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Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der dazu ausgelegt ist, die vorbeschriebenen Verfahrensschritte auszuführen. Das Computerprogrammprodukt läuft in einem vorbeschriebenen Steuergerät ab.
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Sämtliche verstellbaren Komponenten des Kühlsystems sind elektrisch betätigbar ausgebildet. Dies betrifft unter anderem das Einspritzventil für Kraftstoff, die dem Einspritzventil vorgeschaltete Hochdruckpumpe zum Fördern des Kraftstoffs zu dem Einspritzventil und das der Hochdruckpumpe vorgeschaltete Dosierventil zum Zudosieren von Wasser in den Kraftstoff.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems einer Brennkraftmaschine,
- 2 ein Diagramm mit dem Zeitverlauf des elektrischen Stroms zum Öffnen des Einspritzventils aus 1.
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1 zeigt in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine 1 und ein der Brennkraftmaschine 1 zugeordnetes Kraftstoffversorgungs- bzw. Kühlsystem 2. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit mehreren Zylindern 3 versehen, in welchen jeweils ein Kolben 4 verschieblich gelagert ist, der über ein Pleuelgestänge 5 mit einer Kurbelwelle gekoppelt ist. Jeder Zylinder 3 ist an einem Zylinderkopf 6 verschlossen, in den ein Einlasskanal 7 und ein Auslasskanal 8 eingebracht sind, welche jeweils in einer Brennkammer 9 im Zylinder 3 münden, wobei die Brennkammer 9 oberhalb des Kolbens 4 liegt.
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In den Zylinderkopf 6 ist pro Zylinder 3 ein Einspritzventil 12 eingebracht, über das Kraftstoff in den Brennraum 9 eingespritzt wird. Das Einspritzventil 12 weist einen vorzugsweise elektromagnetischen Aktor auf, bei dessen Bestromung eine ein Ventilglied des Einspritzventils 12 öffnende Kraft erzeugt wird.
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Das Einspritzventil 12 wird über ein Hochdruckrail 13 mit Kraftstoff versorgt. Dem Hochdruckrail 13 ist eine Hochdruckpumpe 14 vorgeschaltet, die saugseitig über eine Niederdruckleitung 15 mit einem Niederdruckkraftstoffsystem verbunden ist. Über die Niederdruckleitung 15 wird der Hochdruckpumpe 14 Kraftstoff zugeführt, die über einen Nockentrieb 16 angetrieben wird, wobei der Nockentrieb 16 mechanisch mit der Brennkraftmaschine 1 gekoppelt ist und von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird.
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Das Kühlsystem 2 weist einen Wassertank 17 auf, aus dem über eine Wasserleitung 18 mit gegebenenfalls integriertem Filter 19 mittels einer Wasserpumpe 20 Wasser in Richtung der Hochdruckpumpe 14 gefördert wird. Die Wasserpumpe 20 ist auf ihrer Druckseite mit einem Dosierventil 21 verbunden, das in der Wasserleitung 18 im Abschnitt zwischen der Wasserpumpe 20 und der Hochdruckpumpe 14 liegt. Das Dosierventil 21 ist elektrisch einstellbar ausgeführt, wobei je nach Einstellung des Dosierventils 21 ein unterschiedlich hoher Anteil an Wasser der Hochdruckpumpe 14 zugeführt wird, in der der Wasseranteil gemeinsam mit dem über die Niederdruckleitung 15 angesaugten Kraftstoffanteil zu einer Kraftstoff-Wasser-Emulsion vermischt wird, welche druckseitig dem Hochdruckrail 13 und weiter dem Einspritzventil 12 zugeführt wird.
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Die verschiedenen, elektrisch einstellbaren Komponenten des Kühlsystems 2 werden über ein Steuergerät 22 angesteuert, insbesondere das Einspritzventil 12, die Hochdruckpumpe 14, das Dosierventil 21 und die Wasserpumpe 20. Das Steuergerät 22 umfasst vorteilhafterweise eine Logik und eine Leistungselektronik, über die die erforderlichen Ströme für die verschiedenen elektrisch betätigbaren Komponenten, unter anderem für das Einspritzventil 12 bereitgestellt werden. Das Steuergerät 22 kann Eingangssignale einer Sensorik empfangen, über die Zustandsgrößen in der Brennkraftmaschine 1 und dem Kühlsystem 2 und gegebenenfalls Umgebungsgrößen wie beispielsweise die Außentemperatur erfasst werden. In Abhängigkeit der Zustands- und Umgebungsgrößen kann eine Stromregelung unter anderem für das Einspritzventil 12 durchgeführt werden.
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In 2 ist der Zeitverlauf des elektrischen Stroms I für das Einspritzventil 12 bei einem Einspritzvorgang dargestellt. Zu Beginn der Bestromung, mit der das Einspritzventil geöffnet wird, um die Kraftstoff-Wasser-Emulsion in die Brennkammer 9 einzuspritzen, steigt der elektrische Strom auf ein Anfangsmaximum Imax an. Dieses Anfangsmaximum Imax wird temperaturabhängig eingestellt und hat die Funktion, das bewegliche Ventilglied des Einspritzventils 12 mit einer hohen Öffnungskraft zu beaufschlagen, um das Einspritzventils 12 aus einem eventuell festgefrorenen Zustand zu lösen. Dementsprechend erfolgt die Beaufschlagung mit dem Anfangsmaximum Imax nur, falls die Temperatur unterhalb eines Temperaturgrenzwertes liegt, der insbesondere bei 0°C oder geringfügig höher als 0°C, beispielsweise bei maximal 3°C liegt. Als Temperatur kann die Umgebungstemperatur herangezogen werden, es ist aber auch möglich, mithilfe eines Temperatursensors die Temperatur an einer Position im Kühlsystem 2 oder der Brennkraftmaschine 1 zu ermitteln. Befindet sich dagegen die Temperatur über dem Temperaturgrenzwert, wird der elektrische Strom I für das Einspritzventil 12 nicht auf das Anfangsmaximum Imax erhöht.
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Das Anfangsmaximum Imax ist als ein Peak ausgebildet. Der Strom I wird auf das Anfangsmaximum Imax erhöht und wird unmittelbar danach auf das niedrigere Betätigungsniveau abgesenkt.
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Im Anschluss an das Anfangsmaximum Imax sinkt das Niveau der Bestromung auf ein niedrigeres Betätigungsniveau IB ab. Der in 2 dargestellte hochfrequente Schwingungsverlauf im Betätigungsniveau IB stammt aus einer Regelung bei der Betätigung des Einspritzventils 12. Das niedrigere Betätigungsniveau IB im Vergleich zum Anfangsmaximum Imax genügt, um das Einspritzventil 12 nach dem Lösen aus dem festgefrorenen Zustand in der gewünschten Öffnungsposition zu halten. Mit dem Betätigungsniveau IB des Stroms wird das Einspritzventil auch im regulären Betrieb beaufschlagt, wenn die Temperatur über dem Temperaturgrenzwert liegt.
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Das Anfangsmaximum Imax liegt gegenüber dem Betätigungsniveau IB um mindestens 20 % höher. Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, auf das Anfangsmaximum Imax ein oder mehrere weitere Maxima folgen zu lassen, welche jeweils höher liegen als das mittlere Betätigungsniveau IB . Durch dieses mehrfache Erhöhen der Bestromung auf die Maxima wird das Einspritzventil von der Vereisung losgerüttelt.
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Den Maximalstrom Imax aufzubringen, kann von weiteren Bedingungen abhängig gemacht werden. Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, dass der Maximalstrom nur für den Fall erzeugt wird, dass in einem vorausgegangenen Einspritzvorgang Wasser über das Dosierventil 21 zudosiert wurde. Nur in diesem Fall ist damit zu rechnen, dass sich auch in dem Einspritzventil 12 noch ein Wasseranteil befindet, aufgrund dessen die Gefahr eines Einfrierens besteht. Wenn dagegen im vorangegangenen Einspritzvorgang nur Kraftstoff, jedoch kein Wasser eingespritzt wurde, kann auch beim Vorliegen einer Temperatur unterhalb des Temperaturwerts auf das Aufbringen des Maximalstroms Imax verzichtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018209984 A1 [0002]
