DE10343758B4

DE10343758B4 - Verfahren zur Begrenzung des Druckanstieges in einem Hochdruck-Kraftstoffsystem nach Abstellen eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10343758B4
Application number: DE2003143758
Authority: DE
Inventors: Andreas Roth; Jens Wolber; Karsten Hinn; Laurent Nack
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2023-09-23
Also published as: JP2005098299A; DE10343758A1; FR2860049A1; FR2860049B1; ITMI20041791A1

Abstract

Verfahren zur Begrenzung des Druckanstieges in einem Hochdruck-Kraftstoffsystem nach Abstellen eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors der Druckgradient in dem Hochdruck-Kraftstoffsystem gemessen wird, aus dem Druckgradienten ein Steuergeräte-Nachlauf ermittelt wird und ein Entlastungsventil (11) abhängig von dem gemessenen Druckgradienten angesteuert werden kann, wobei das Entlastungsventil (11) bei der Ansteuerung geöffnet und geschlossen werden kann.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Begrenzung des Druckanstieges in einem Hochdruck-Kraftstoffsystem nach Abstellen eines Verbrennungsmotors mit den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Aus der JP H07-253 041 A ist ein Verfahren zur Begrenzung des Druckanstiegs in einem Kraftstoffhochdrucksystem nach Abstellen des Verbrennungsmotors bekannt. Der zu erwartende Druckanstieg wird auf Basis der Temperaturen des Kühlwassers und der Umgebungsluft geschätzt und entsprechende Maßnahmen zur Reduzierung des Kraftstoffdrucks getroffen.
Die JP 2002-317 669 A beschreibt ein Verfahren zur Begrenzung des Druckanstiegs in einem Kraftstoffhochdrucksystem nach Abstellen des Verbrennungsmotors. Der zu erwartende Druckanstieg wird auf Basis der Ansauglufttemperatur geschätzt und entsprechend ein Entlastungsventil angesteuert.
Die DE 100 59 571 A1 zeigt ein Verfahren zur Begrenzung des Druckanstiegs in einem Kraftstoffhochdrucksystem nach Abstellen des Verbrennungsmotors. Der Druck wird mittels eines Entlastungsventils begrenzt.
Bei Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzsystemen kommen Proportionalventile zur Druckregelung (DSV) oder zum Druckabbau (DAV) zum Einsatz. Bekannt ist auch der Einsatz von Schaltventilen zum Druckabbau. Die Ventile werden über das Motorsteuergerät angesteuert und dienen dazu, gezielt Kraftstoff vom Hochdruck- in den Niederdruckkreis abzugeben. Die Ventile sind üblicherweise stromlos geschlossen, da dies Vorteile bezüglich der Stromaufnahme und des Regelverhaltens ergibt.
Beim Abstellen des Motors soll der Druck im Hochdruckkreis entweder für ein verbessertes Heißstartverhalten gehalten werden oder auf den Druck im Niederdruckkreis abgesenkt werden. Die Absenkung auf den Druck im Niederdruckkreis erfolgt möglicherweise, um die Dichtheit der Hochdruck-Einspritzventile zu unterstützen, um die Verdampfungsverluste (SHED) zu verringern und aus Sicherheitsaspekten, da eine relativ große Kraftstoffmenge unter einem hohen Druck gehalten werden muss.
Ein stromlos geschlossenes Ventil kann zwar beim Abstellen des Motors noch aktiv angesteuert werden, um einen gewünschten Druck einzustellen oder das Hochdrucksystem zu entspannen, in der Abstellphase jedoch, spätestens nach Ende des regulären Steuergeräte-Nachlaufs, ist das Ventil aber geschlossen. Je nach Dichtheit der Komponenten im Hochdrucksystem kann es durch Nachheizeffekte und eine damit einhergehende Wärmedehnung des Kraftstoffes in der Abstellphase zu einem ungewollten Druckanstieg im Hochdrucksystem kommen.
Vorteile der Erfindung
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen ungewollten Druckanstieg, insbesondere durch Nachheizen während der Abstellphase, zu verhindern bzw. zu verringern.
Dies Problem wird durch ein Verfahren zur Begrenzung des Druckanstieges in einem Hochdruck-Kraftstoffsystem nach Abstellen eines Verbrennungsmotors, bei dem nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors der Druckgradient in dem Hochdruck-Kraftstoffsystem gemessen wird, aus dem Druckgradienten ein Steuergeräte-Nachlauf ermittelt wird und ein Entlastungsventil abhängig von dem gemessenen Druckgradienten angesteuert werden kann, wobei das Entlastungsventil bei der Ansteuerung geöffnet und geschlossen werden kann, gelöst. Der Druckgradient ist der auf die Zeit bezogene Druckanstieg zwischen zwei oder mehreren Messzeitpunkten. Der Steurgeräte-Nachlauf ist ein Zeitraum nach Abstellen des Motors, während dem das oder die Steuergeräte zumindest einen Teil ihrer Funktionalität beibehalten, also nicht vollständig außer Betrieb gesetzt sind. Ist der Druckgradient zu hoch, so wird ein Ventil im Hochdruckkreis angesteuert, um eine Verbindung vom Hochdruckkreis zum Niederdruckkreis herzustellen und eine entsprechende Kompressionsmenge an Kraftstoff abzusteuern. Bei Bedarf wird der reguläre Steuergerätenachlauf verlängert, bis kein signifikanter Druckanstieg zu verzeichnen bzw. zu erwarten ist und damit der Nachheizeffekt abgeklungen ist. Auf diese Weise wird ein ungewollter Druckanstieg im Hochdruck-Kraftstoffsystem während der Abstellphase vermieden, ohne auf die Vorteile eines stromlos geschlossenen Ventils (DSV/DAV) zu verzichten.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Ansteuerung des Entlastungsventils zusätzlich die Motortemperatur und/oder die Verbrennungslufttemperatur herangezogen wird. Die gemessenen Werte dieser Parameter gehen in die Berechnung des anzufordernden Nachlaufs mit ein.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Ermittlung des Druckgradienten und/oder des Steuergeräte-Nachlaufes ein mal zu Beginn des Steuergeräte-Nachlaufes erfolgt. Ebenso kann die Ermittlung des Druckgradienten und/oder des Steuergeräte-Nachlaufes zyklisch erfolgt. Unter zyklisch wird hier eine wiederholte Ermittlung des Druckgradienten, des Steuergeräte-Nachlaufes und die eventuelle Ansteuerung des Entlastungsventils bis zum Erreichen einer Abbruchbedingung oder einer vorgegebenen Maximalzeit verstanden. Die Zyklen können dabei mit einer konstanten Wiederholzeit, also der Zeit zwischen dem Beginn zweier Zyklen, oder variablen Wiederholzeiten, die beispielsweise von den gemessenen Druckgradienten abhängig ist, durchlaufen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Entlastungsventil insbesondere im Falle eines Proportionalventils mit einem fest vorgegebenen Tastverhältnis geöffnet und geschlossen wird. Unter Tastverhältnis ist dabei das der High-Anteil des pulsweitenmodulierten Spannungssignals (duty cycle) zu verstehen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Entlastungsventil in Abhängigkeit von dem aktuellen Druck durch Vergleich mit einem Schwellwert für ein Ansteuerintervall geöffnet und geschlossen wird. Der Schwellwert kann fest vorgegeben oder abhängig von weiteren Betriebsparametern, beispielsweise der Umgebungstemperatur, Motortemperatur oder Ansauglufttemperatur sein.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Entlastungsventil nach Prüfung des Druckgradienten während des Steuergeräte-Nachlaufs dauernd angesteuert wird. Alternativ kann das Entlastungsventil nach Prüfung des Druckgradienten während des Steuergeräte-Nachlaufs zyklisch angesteuert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Entlastungsventil so gesteuert wird, dass sich in dem Hochdruck-Kraftstoffsystem ein Solldruck einstellt, der in etwa dem Vordruck, dies ist der Druck des Zulaufs der Einspritzpumpe, entsprechen kann. Alternativ kann der Solldruck in etwa einem vorzugebenden Haltedruck entsprechen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Die Figuren zeigen:
1 eine Skizze eines Einspritzsystems eines Verbrennungsmotors;
2 ein Ablaufdiagramm für die zyklische Prüfung des Druckgradienten bei geschlossenem Ventil und bedarfsweiser Verlängerung des Steuergerätenachlaufs;
3 ein Ablaufdiagramm für die einmalige Prüfung des Druckgradienten bei geschlossenem Ventil und eventueller einmaliger Verlängerung des Steuergerätenachlaufs.
1 zeigt eine Skizze eines Einspritzsystems eines Verbrennungsmotors. Ein Hochdruckrail 1 umfasst zwei erste Leitungsteile 2a und 2b, zweite Leitungsteile 3a und 3b und einen dritten Leitungsteil 4 sowie elektrisch angesteuerte Einspritzdüsen 5. Im vorliegenden Beispiel wird von zwei Zylinderreihen ausgegangen, die über jeweils eigenständige Leitungsteile 2a und 2b versorgt werden, dies können je nach Motorik und Konfiguration aber auch beliebig viele Zuleitungen sein. Ein Hochdruckverteiler 6 verbindet den dritten Leitungsteil 4 mit den zweiten Leitungsteilen 3a und 3b. Eine Hochdruckpumpe 13 ist hochdruckseitig über ein Rückschlagventil 7 mit dem dritten Leitungsteil 4 verbunden. Der niederdruckseitige Zulauf 8 der Hochdruckpumpe 13 ist gegebenenfalls über Filter und dergleichen mit einem Kraftstofftank 9 verbunden. Ein elektrisch angesteuertes Druckabbauventil 11 ist über eine Niederdruckleitung 10 mit dem Zulauf 8 der Hochdruckpumpe 6 verbunden. Ein magnetisch gesteuerter Rücklauf 14 dient der Mengenregelung der Hochdruckpumpe 6.
Nach Abstellen des Motors wird bei geschlossenem Druckabbauventil 11 mit einem im System befindlichen Hochdrucksensor 12 der Druck in dem Hochdruckrail 1 gemessen und dessen Gradient ausgewertet. Der dabei ermittelte Druckgradient ist ein Indiz für den zu erwartenden Nachheizeffekt und dem damit verbundenen Druckanstieg in der Abstellphase. Abhängig vom gemessenen Gradienten wird eine Verlängerung des Steuergeräte-Nachlaufs angefordert, um das Druckabbauventil 11 bei Bedarf weiterhin ansteuern zu können.
Sämtliche elektrisch betätigen Komponenten werden von einem hier nicht dargestellten Steuergerät angesteuert. Das Steuergerät kann beispielsweise ein programmierbarer Mikrocomputer sein, der beispielsweise die Einspritzdüsen 5 sowie sämtliche Druckregelventile innerhalb des in 1 dargestellten Einspritzsystems entsprechend dem Betriebszustand des Motors ansteuert.
Zusätzlich oder alternativ können auch die Gradienten der Motortemperatur und der Ansauglufttemperatur nach Abstellen des Motors ausgewertet werden. Bei der Anforderung des Steuergeräte-Nachlaufs gibt es folgende Alternativen:

1. Eine zyklische Prüfung des Druckgradienten bei geschlossenem Druckabbauventil 11 und bei Bedarf eine Schrittweise Verlängerung des Steuergeräte-Nachlaufs (vergleiche 2);
2. eine einmalige Ermittlung der Zeitdauer des angeforderten Steuergeräte-Nachlaufs abhängig von dem zu Beginn der Abstellphase ermittelten Druckgradienten (vergleiche 3).

Aufgrund der Stromaufnahme des Steuergerätes und des Druckabbauventil 11 ist die maximale Nachlaufzeit zu begrenzen. Auch unter extremen Bedingungen werden die Maximaltemperaturen im Kraftstoffsystem spätestens nach ca. 20 bis 30 Minuten nach Abstellen des Motors erreicht, der Nachheizeffekt ist dann im Wesentlichen abgeklungen und es erfolgt kein weiterer Druckanstieg.
Anhand 2 wird nun ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Nach dem Abstellen des Motors wird im Schritt 20 das vorliegende Verfahren gestartet und zunächst im Schritt 21 das Druckabbauventil 11 im regulären Steuergeräte-Nachlauf für eine Anwendung mit Hochdruckabbau geöffnet, um das Hochdrucksystem auf Vordruckniveau zu entspannen. Das Druckabbauventil 11 bleibt eine gewisse Zeit geöffnet, längstens bis kurz vor Ende des regulären Steuergeräte-Nachlaufs. Anschließend wird das Druckabbauventil 11 wieder geschlossen und der Raildruck ausgewertet. Für die Anwendung mit Hochdruck halten ist das Ventil beim Abstellen des Motors geschlossen um den Hochdruck im Hochdruck-Kraftstoffsystem zu halten. Das anhand der 2 dargestellte Verfahren ist anwendbar sowohl für die Strategie Hochdruck halten als auch für die Strategie Hochdruckabbau und beschreibt die zyklische Prüfung des Druckgradienten sowie eine zyklische Verlängerung des Steuergeräte-Nachlaufs.
In Schritt 23 wird festgestellt, ob das Druckabbauventil 11 geschlossen ist. Ist dies nicht der Fall, so wird das Druckabbauventil 11 in Schritt 24 geschlossen. In Schritt 25 wird ermittelt, ob der Druckgradient in dem Hochdruckrail 1 eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Der Druckgradient ist die zeitliche Ableitung des Druckes nach der Zeit. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren in Schritt 26 beendet. Überschreitet der Druckgradient eine vorgegebene Schwelle, so wird in Schritt 27 ein Steuergeräte-Nachlauf gefordert, der entweder einen konstanten Zeitwert annehmen kann oder abhängig von dem ermittelten Druckgradienten eine kürzere oder längere Zeitdauer annehmen kann. Im darauf folgenden Schritt 28 wird das Ventil der nachfolgend beschriebenen Ansteuerstrategien a) bis e) für Hochdruck halten bzw. f) bis i) für Hochdruckabbau auf Vordruck angesteuert, dies bis kurz vor Ende des Steuergerätenachlaufs. In Form einer Schleife werden die Schritte 23 bis 28 durchlaufen, bis der in Schritt 25 festgestellte Druckgradient die vorgegebene Schwelle unterschreitet.
Anhand 3 wird eine Abwandlung des zuvor beschriebenen Verfahrens dargestellt. Im Unterschied zu dem Verfahren nach 2 erfolgt hier keine zyklische Prüfung des Druckgradienten, sondern eine einmalige Prüfung zu Beginn des regulären Steuergerätenachlaufs, mithin also eine einmalige Prüfung kurz nach dem Abstellen des Motors. Aus dieser einmaligen Prüfung wird der erforderliche Steuergerätenachlauf ermittelt. Daher werden 23, 24, 25, 27, 28 nicht in einer Schleife mit Unterschreiten eines Druckgradienten als Abbruchbedingung (Schritt 25), sondern nur ein mal durchlaufen.
Ist aufgrund des Nachheizeffekts eine Ansteuerung des Druckabbauventils 11 im Nachlauf erforderlich, so kommen folgende Ansteuerstrategien in Betracht:

1. Strategien für die Anwendung mit Hochdruckabbau (Vordruck halten)
a) eine dauernde Ansteuerung mit fest vorgegebenem Tastverhältnis, wobei das vorgegebene Tastverhältnis ein sicheres Öffnen des Druckabbauventils 11 gewährleisten muss, gleichzeitig aber auch möglichst klein gewählt werden sollte, um die Stromaufnahme gering zu halten;
b) eine Ansteuerung mit fest vorgegebenem Tastverhältnis und Ansteuerintervallen in Abhängigkeit vom aktuellen Druck. Der aktuelle Druck wird dabei mit Schwellwerten verglichen. Auch hier muss das Tastverhältnis ein sicheres Öffnen des Druckabbauventils 11 gewährleisten, gleichzeitig aber auch die Stromaufnahme wie zuvor dargestellt möglichst gering halten. Das Ansteuerintervall kann fest vorgegeben sein oder in Abhängigkeit vom gemessenen Druckgradienten gewählt werden;
c) eine zyklische Ansteuerung mit fest vorgegebenem Tastverhältnis und Ansteuerintervall, wobei für Tastverhältnis und Ansteuerintervall die zuvor dargestellten Kriterien gelten;
d) eine Aktivierung der Regelung Solldruck gleich Vordruck in Abhängigkeit vom aktuell gemessenen Druck. Der aktuell gemessene Druck wird dabei mit Schwellwerten verglichen;
e) es kann eine dauernde Regelung auf Solldruck gleich Vordruck erfolgen.
2. Strategien für die Anwendung mit Hochdruck halten (Solldruck)
f) eine Aktivierung der Regelung auf Solldruck gleich Haltedruck in Abhängigkeit vom aktuell gemessenen Druck. Es erfolgt ein Vergleich des aktuell gemessenen Drucks mit Schwellwerten;
g) eine zyklische Aktivierung der Regelung auf Solldruck gleich Haltedruck;
h) eine dauernde Regelung auf Solldruck gleich Haltedruck;
i) eine Ansteuerung mit fest vorgegebenen Tastverhältnis und Ansteuerintervall in Abhängigkeit vom aktuellen Druck durch einen Vergleich mit Schwellwerten.

Claims

Verfahren zur Begrenzung des Druckanstieges in einem Hochdruck-Kraftstoffsystem nach Abstellen eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors der Druckgradient in dem Hochdruck-Kraftstoffsystem gemessen wird, aus dem Druckgradienten ein Steuergeräte-Nachlauf ermittelt wird und ein Entlastungsventil (11) abhängig von dem gemessenen Druckgradienten angesteuert werden kann, wobei das Entlastungsventil (11) bei der Ansteuerung geöffnet und geschlossen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Steuergerät-Nachlauf und/oder zur Ansteuerung des Entlastungsventils zusätzlich die Motortemperatur und/oder die Verbrennungslufttemperatur herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Druckgradienten und/oder des Steuergeräte-Nachlaufes ein mal zu Beginn des Steuergeräte-Nachlaufes erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Druckgradienten und/oder des Steuergeräte-Nachlaufes zyklisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil mit einem fest vorgegebenen Tastverhältnis angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil in Abhängigkeit von dem aktuellen Druck durch Vergleich mit einem Schwellwert für ein Ansteuerintervall geöffnet und dann wieder geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil nach Prüfung des Druckgradienten während des Steuergeräte-Nachlaufs dauernd angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil nach Prüfung des Druckgradienten während des Steuergeräte-Nachlaufs zyklisch angesteuert wird
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil so gesteuert wird, dass sich in dem Hochdruck-Kraftstoffsystem ein Solldruck einstellt.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Solldruck in etwa einem Vordruck oder einem Haltedruck entspricht.