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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Entleeren
des Kraftstoffspeichers (Common-Rail) eines Einspritzsystems einer
Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, wobei der Kraftstoffspeicher über ein
Einspritzventil mit dem Zylinder der Brennkraftmaschine verbunden
ist. Darüber
hinaus betrifft die Erfindung ein Einspritzsystem zur Durchführung dieses
Verfahrens sowie einen Datenträger
mit dem Computerprogramm.
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Wenn
in einer Werkstatt Arbeiten an dem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine
durchgeführt
werden müssen,
so muss vor Beginn dieser Arbeiten der Kraftstoffspeicher zum einen
entspannt, das heißt
drucklos gemacht, und zum anderen entleert werden. Zum Entspannen
des Kraftstoffspeichers ist es bisher üblich, zum Beispiel einen daran vorhandenen
Schraubanschluss zu lösen.
Dabei sinkt der Druck im Inneren des Kraftstoffspeichers, der bei
Betrieb der Brennkraftmaschine und auch noch relativ lange danach
ca. 100 – 200
bar beträgt, auf
Atmosphärendruck
ab. Es ist von Nachteil, dass beim Lösen des Schraubanschlusses
in der Regel Kraftstoff unkontrolliert in die Werkstatt austritt.
Neben der beschriebenen Methode zum entspannen und Entleeren des
Kraftstoffspeichers ist ein anderes Verfahren zum Beispiel aus der
Offenlegungsschrift
DE
195 39 883 A1 bekannt. Dieses Verfahren sieht vor, dass
ein Druckventil des Einspritzsystems, welches in einer Verbindungsleitung
zwischen dem hochdruckseitigen Kraftstoffspeicher und einem niederdruckseitigen
Kraftstofftank angeordnet ist, zum zumindest teilweise Entleeren
des Kraftstoffspeichers verwendet wird. Dazu wird vorgeschlagen, dass
das Druckventil bei abgestellter Brennkraftmaschine den Kraftstoff
aus dem Kraftstoffspeicher nahezu drucklos über die Verbindungsleitung
in den Tank entweichen lässt.
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Diese
Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, dass der Kraftstoff nicht
vollständig
aus dem Kraftstoffspeicher verdrängt
wird. Vielmehr wird auf diese Weise nur ein kleiner Teil des Kraftstoffs,
der in etwa dem Kompressionsvolumen der Luft in dem Kraftstoffspeicher
entspricht, in den Kraftstofftank zurückgeführt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, ein
Verfahren und Computerprogramm zum Entleeren des Kraftstoffspeichers
sowie ein Einspritzsystem zum Durchführen dieses Verfahrens bereitzustellen,
welches eine nahezu vollständige
Entfernung des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffspeicher ermöglicht,
ohne dass dieser dafür
geöffnet
werden müsste.
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Diese
Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren
gelöst.
Dieses Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: Bewegen
eines Kolbens in dem Zylinder in unbefeuertem Zustand so, dass sich
ein Kompressionsdruck in dem Zylinder aufbaut und Öffnen des
Einspritzventils, nachdem sich der Kompressionsdruck in dem Zylinder
aufgebaut hat, damit die durch den Kompressionsdruck komprimierte
Luft in dem unbefeuerten Zylinder über das Einspritzventil in
den Kraftstoffspeicher entweicht und den dort befindlichen Kraftstoff aus
dem Kraftstoffspeicher verdrängt.
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Vorteile der
Erfindung
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Vorteilhafterweise
ermöglicht
das beanspruchte Verfahren eine fast vollständige Verdrängung des Kraftstoffs aus dem
Kraftstoffspeicher (Common-Rail). Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht diese
vollständige
Entleerung, ohne das bei der Entleerung unkontrolliert Kraftstoff
in die Umgebung des Kraftstoffspeichers entweicht und ohne dass
dieser geöffnet
werden müsste.
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Bei
Einspritzsystemen, bei welchen ein Rücklauf von Kraftstoff von dem
hochdruckseitigen Kraftstoffspeicher über eine Rücklaufleitung in einen niederdruckseitigen
Kraftstofftank möglich
ist, ist es vorteilhaft, wenn die Rücklaufleitung bereits vor dem Bewegen
des Kolbens geöffnet
wird, damit sich in dem Kraftstoffspeicher derselbe Druck wie auf
der Niederdruckseite des Einspritzsystems einstellt.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, wenn die Rücklaufleitung
wenigstens so lange geöffnet
bleibt, wie das Einspritzventil des nicht befeuerten Zylinders geöffnet ist,
um einen Rücklauf
von Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher über die Rücklaufleitung in den Kraftstofftank
zu ermöglichen.
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Vorteilhafterweise
erfolgt bei Brennkraftmaschine mit dem beschriebenen Einspritzsystem
die Bewegung beziehungsweise der Antrieb des Kolbens des unbefeuerten
Zylinder zum Aufbau des Kompressionsdruckes durch einen der Brennkraftmaschine
zugeordneten Anlasser, ohne dass dabei eine Einspritzung oder Zündung erfolgt.
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Bei
Brennkraftmaschinen mit mindestens zwei Zylindern, bei denen ein
Rücklauf
von Kraftstoff von dem hochdruckseitigen Kraftstoffspeicher in den niederdruckseitigen
Kraftstofftank nicht möglich
ist, wird der Kraftstoff durch die komprimierte Luft im Kraftstoffspeicher
vorteilhafterweise über
ein weiteres Einspritzventil einem befeuerten Zylinder zugeführt und
dort verbrannt. Der Antrieb des Kolbens zum Aufbau des Kompressionsdruckes
in dem ersten nicht-befeuerten Zylinder erfolgt vorteilhafterweise
durch die Befeuerung des zweiten Zylinders der Brennkraftmaschine.
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Die
oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Computerprogramm
und ein Einspritzsystem zum Durchführen dieses Verfahrens sowie
einen Datenträger
mit dem genannten Computerprogramm gelöst. Die Vorteile dieser Lösungen entsprechen
den oben mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.
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Bei
Einspritzsystemen mit Rücklaufleitung kann
ein Öffnen
derselben zum Beispiel durch Öffnen einer
in der Rücklaufleitung
vorgesehenen Druckabbaueinrichtung erfolgen. Die Rücklaufleitung
ist vorzugsweise an der Unterseite des Kraftstoffspeichers angeschlossen,
damit vorteilhafterweise möglichst keine
Restmenge an Kraftstoff in dem Kraftstoffspeicher verbleibt.
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Zeichnungen
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Der
Beschreibung sind insgesamt zwei Figuren beigefügt, wobei
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1 ein
Einspritzsystem gemäß der Erfindung
mit einer Rücklaufleitung;
und
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2 ein
Einspritzsystem gemäß der Erfindung
ohne Rücklaufleitung
zeigt.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die
Erfindung wird nachfolgend detailliert in Form von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die genannten Figuren beschrieben.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Einspritzsystem 100 für eine Brennkraftmaschine
mit mindestens einem Zylinder 210-1...-4 dargestellt. Das
Einspritzsystem 100 umfasst einen Kraftstoffspeicher 110 (Common-Rail),
welcher von einer Hochdruckpumpe 120 über ein Rückschlagventil 130 mit
Kraftstoff versorgt wird. Die Hochdruckpumpe 120 wird ihrerseits
von einer niederdruckseitigen elektrischen Kraftstoffpumpe 140 aus
einem Kraftstofftank 150 mit Kraftstoff gespeist. Parallel
zu der elektrischen Kraftstoffpumpe 140 ist ein weiteres Rückschlagventil 160 geschaltet.
Vorzugsweise an der Unterseite des Kraftstoffspeichers 110 ist
eine Rücklaufleitung 170,
welche die Hochdruckseite des Einspritzsystems 100 mit
dessen Niederdruckseite, genauer mit dem Eingang der Hochdruckpumpe 120 verbindet, über einen
Anschluss 112 angeschlossen. In die Rücklaufleitung 170 ist
in der Regel eine Druckabbaueinrichtung 180 in Form eines
Druckabbauventils oder einer Druckabbaudrossel eingebaut. Diese
Druckabbaueinrichtung verhindert, dass bei Normalbetrieb des Einspritzsystems 100 Kraftstoff von
der Hochdruckseite über
die Rücklaufleitung 170 auf
die Niederdruckseite des Einspritzsystems 100 zurückfließt.
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Der
Kraftstoffspeicher 110 dient zum Bereitstellen von Kraftstoff
unter Hochdruck für
die Einspritzventile 120-1...-4.
Die Kraftstoffmenge, welche durch diese Einspritzventile 120-1...-4
in die Zylinder 210-1...-4 der Brennkraftmaschine eingespritzt
wird, ist für
jedes Einspritzventil beziehungsweise für jeden der Zylinder über ein
Steuergerät 190 des
Einspritzsystems 100 individuell einstellbar. Das Steuergerät kann bei
dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
weiterhin ausgebildet sein, einen Anlasser 220 der Brennkraftmaschine
zu aktivieren, damit dieser die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
dreht und auf diese Weise die Kolben der Zylinder 210-1...-4
bewegt. Alternativ kann der Starter auch manuell durch Umdrehen
des Zündschlüssels aktiviert
werden. Weiterhin ist das Steuergerät 190 ausgebildet,
die elektrische Kraftstoffpumpe 140 ein- und auszuschalten
und die Druckabbaueinrichtung 180 anzusteuern, wenn diese
zum Beispiel als elektronisch steuerbares Druckabbauventil ausgebildet
ist.
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Nachfolgend
wird das erfindungsgemäße Verfahren
zum Entleeren des Kraftstoffspeichers 110 für das in 1 dargestellte
erste Ausführungsbeispiel
des Einspritzsystems 100 detailliert beschrieben.
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In
einem ersten Verfahrensschritt wird das Druckabbauventil 180 in
der Rücklaufleitung 170 geöffnet, so
dass sich in dem Kraftstoffspeicher 110 derselbe Druck
wie auf der Niederdruckseite des Einspritzsystems 100 einstellt.
Allgemein stellt die Hochdruckpumpe 120 die Grenze zwischen
der Niederdruckseite und der Hochdruckseite des Einspritzsystems 100 dar.
Alle Komponenten des Einspritzsystems auf der Eingangsseite der
Hochdruckpumpe 120 befinden sich im Niederdruckbereich,
während alle Komponenten
auf deren Ausgangsseite sich im Hochdruckbereich befinden.
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Nach
dem Öffnen
der Druckabbaueinrichtung 180 wird in einem zweiten Verfahrensschritt
der Anlasser 220 der Brennkraftmaschine durch das Steuergerät 190 oder
durch einen Mechaniker durch Umdrehen des Zündschlüssels aktiviert. Gleichzeitig stellt
das Steuergerät 190 sicher,
dass während
dieser Aktivierung des Anlassers 220 keine Einspritzung und/oder
Zündung
in den Zylindern 210-1...-4 der Brennkraftmaschine erfolgt,
so dass diese kein Antriebsmoment erzeugt. Die Kolben in den Zylindern 210 werden
also bei dem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ausschließlich über den
Anlasser und nicht etwa über
andere befeuerte Zylinder angetrieben. Durch die Bewegung des Kolbens
innerhalb des Zylinders 210-1 wird in diesem ein Kompressionsdruck
aufgebaut.
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In
einem dritten Verfahrensschritt werden vorzugsweise bei Erreichen
des Kompressionsenddruckes, das heißt des maximal möglichen
Kompressionsdruckes von typischerweise 10 bar, die den Zylindern 210-1 bis 210-4 zugehörigen Einspritzventile 120-1 bis 120-4 mit
Hilfe des Steuergerätes 190 geöffnet. Durch
das Öffnen
entweicht komprimierte Luft aus den Zylindern 210-1 bis 210-4 in
den Kraftstoffspeicher 110 und verdrängt den dort befindlichen Kraftstoff.
Dieser Kraftstoff gelangt dann über
die Rücklaufleitung 170 und über die
von dem Steuergerät 190 geöffnete Druckabbaueinrichtung
auf die Niederdruckseite des Einspritzsystem 100. Sowohl
die Hochdruckpumpe 120 wie auch die elektrische Kraftstoffpumpe 140 sind
während
des erfindungsgemäßen Verfahrens
von dem Steuergerät 190 deaktiviert. Der über die
Rücklaufleitung 170 auf
die Niederdruckseite zurückgeführte Kraftstoff
aus dem Kraftstoffspeicher 110 fließt deshalb über das weitere Rückschlagventil 160 in
den niederdruckseitigen Kraftstofftank 150 zurück und kann
bei nächster
Gelegenheit wieder verwendet werden. Ein unkontrolliertes Entweichen
des Kraftstoffs in die Umgebung des Einspritzsystems 100 wird
auf diese Weise verhindert. Der Rücklauf des Kraftstoffs über die
Rücklaufleitung 170 erfolgt
deswegen, weil aufgrund der komprimierten Luft im Kraftstoffspeicher 110 auf
der Hochdruckseite ein größerer Druck
als auf der Niederdruckseite des Einspritzsystems 100 herrscht.
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Für eine vollständige Entleerung
des Kraftstoffspeichers genügt
es in der Regel nicht, die oben beschriebenen Schritte 1 bis 3 des
erfindungsgemäßen Verfahrens
nur einmal durchzuführen.
Vielmehr wird es erforderlich sein, dieses Verfahren mehrfach zu
wiederholen, auch wenn das Volumen des Kraftstoffspeichers 110 in
der Regel nur 100 – 200
ml beträgt.
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Der
Anschluss 112 des Kraftstoffspeichers 110, an
den die Rücklaufleitung 170 angeschlossen ist,
ist vorzugsweise an der Unterseite des Kraftstoffspeichers angeordnet.
Diese Anordnung des Anschlusses 112 gewährleistet, dass nicht die komprimierte
Luft, sondern, wie gewünscht,
der Kraftstoff über
die Rücklaufleitung 170 zurückgeführt wird. Dies
ist damit zu begründen,
dass sich die komprimierte Luft aufgrund ihrer im Vergleich zum
Kraftstoff geringeren Dichte am oberen Bereich des Kraftstoffspeichers 110 ansammelt,
während
sich der Kraftstoff im unteren Bereich es Kraftstoffspeichers ansammelt.
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Die
Häufigkeit,
mit der die Verfahrensschritte 1–3 wiederholt werden
müssen,
damit der Kraftstoffspeicher 110 vollständig entleert wird, hängt von
der Größe des Kraftstoffspeichers 110 und
der Drehgeschwindigkeit des Anlassers 220 ab. Vorzugsweise wird
jedoch eine auf Erfahrungswerten basierte Zeitdauer vorgegeben,
nach deren Ablauf das Verfahren beziehungsweise dessen Wiederholungen
abgebrochen werden, weil der Kraftstoffspeicher 110 dann voraussichtlich
entleert ist.
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In
einem Verfahrensschritt 4 wird dann der Anlasser 220 nach
Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer wieder abgeschaltet. Der Kraftstoffspeicher kann
dann in einem Verfahrensschritt 5 geöffnet werden. Zu dieser Zeit
steht der Kraftstoffspeicher 110 dann nicht mehr unter
Hochdruck, sondern aufgrund der Öffnung
der Druckabbaueinrichtung 180 nur noch unter Niederdruck.
Nach dem Öffnen
des Anschlusses wird auch der noch vorhandene Niederdruck auf Atmosphärendruck
abgebaut; beim Öffnen
des Anschlusses entweicht dann nahezu ausschließlich Luft.
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Wenn
anstelle des von dem Steuergerät 190 angesteuerten
Druckabbauventils eine passive, das heißt nicht angesteuerte Druckabbaudrossel
verwendet wird, fließt
der Kraftstoff über
eine immer geöffnete
Leckageöffnung
in dieser Druckabbaudrossel auf die Niederdruckseite des Einspritzsystems 100 zurück.
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In 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Einspritzsystem 100 dargestellt.
Es unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel
in der Weise, dass ein Rückfluss
von Kraftstoff über
die Rücklaufleitung
nicht möglich
ist, weil keine Rücklaufleitung vorhanden
ist; diese wurde deshalb in 2 auch nicht
eingezeichnet. Auch ist für
das erfindungsgemäße Verfahren
der Anlasser nicht erforderlich; auch dieser wurde deshalb in 2 nicht
mehr eingezeichnet. Ansonsten entspricht der Aufbau des Einspritzsystems
für das
zweite Ausführungsbeispiel dem
in 1 gezeigten Aufbau; in beiden Figuren sind deshalb gleiche
Komponenten des Einspritzsystems mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Für die Bezeichnung
der Komponenten in 2 sei deshalb auf die obige
Beschreibung der 1 verwiesen.
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Nachfolgend
wird das zweite Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
detailliert beschrieben. Es setzt voraus, dass, wie bereits gesagt,
eine Rückführung von
Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 110 über die
Rücklaufleitung 170 auf
die Niederdruckseite des Einspritzsystems 100 nicht möglich ist.
Der Kraftstoff kann deshalb nur über einzelne
der Einspritzventile 120-1...-4 aus dem Kraftstoffspeicher 110 entfernt
werden.
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Im
Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel
sieht das zweite Ausführungsbeispiel
vor, dass ein Teil der Zylinder 210 der Brennkraftmaschine
befeuert wird. Die Anzahl der befeuerten Zylinder richtet sich dabei
nach der Gesamtzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Die Anzahl
der befeuerten Zylinder sollte so groß gewählt werden, dass die Brennkraftmaschine
mit dieser Teilbefeuerung noch sicher betrieben werden kann. Die
elektrische Kraftstoffpumpe 140 sowie die Hochdruckpumpe 120 sind bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel,
genau wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
durch das Steuergerät 190 deaktiviert.
Dies bedeutet insbesondere, dass über die Hochdruckpumpe und
das Rückschlagventil 130 kein
Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher 110 nachfließt, während dieser
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
entleert wird. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist also zwischen
befeuerten und nicht-befeuerten
Zylindern zu unterscheiden.
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Die
befeuerten Zylinder 110-2, 110-4 generieren ein
Antriebsmoment für
die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und bewirken so, dass sich
auch die Kolben in den nicht-befeuerten
Zylindern, beispielsweise den Zylindern 110-1, 110-3,
bewegen. Aufgrund der Bewegung dieser Kolben wird auch in den unbefeuerten
Zylindern ein Kompressionsdruck aufgebaut. Analog dem ersten Ausführungsbeispiel öffnet das
Steuergerät 190 auch
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel,
vorzugsweise bei Erreichen eines Kompressionsenddruckes, die den
nicht-befeuerten Zylindern 210-1, 210-3 zugeordneten
Einspritzventilen 120-1, 120-3. Durch das Öffnen der
Einspritzventile entweicht komprimierte Luft aus den unbefeuerten
Zylindern in den Kraftstoffspeicher 110 und setzt den dort
befindlichen Kraftstoff unter Druck. Der noch im Kraftstoffspeicher 110 verbliebene
Kraftstoff wird dann beispielsweise über die Einspritzventile 120-2 und 120-4 den
diesen Einspritzventilen zugeordneten Zylindern 210-2, 210-4 zugeführt und
im Rahmen von deren Befeuerung verbrannt. Das erfindungsgemäße Verfahren
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
wird so lange durchgeführt
beziehungsweise wiederholt, bis die Brennkraftmaschine stehen bleibt.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann
eine kleine Restmenge an Kraftstoff im Kraftstoffspeicher 110 verbleiben.