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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Brennstoffleckagedetektionssystem
und insbesondere auf ein System, welches dynamisch eine Brennstoffleckage
detektieren kann.
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Hintergrund
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Brennstoffsysteme
weisen oft eine Quelle für unter Druck gesetzten Brennstoff
auf, weiter eine oder mehrere Brennstoffeinspritzvorrichtungen und ein
Verteilungssystem zum Leiten des unter Druck gesetzten Brennstoffes
von der Quelle zu den Brennstoffeinspritzvorrichtungen. Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen
sind typischerweise mit einem Motor assoziiert und es kann für
einen ordnungsgemäßen Betrieb des Motors wichtig
sein, verschiedene Parameter des Brennstoffsystems während
des Betriebs des Motors zu überwachen und einzustellen.
Beispielsweise können sich mit der Zeit unterschiedliche Komponenten
des Brennstoffsystems abnutzen, was Wirkungsgradverluste und/oder
allmähliche Abweichungen von erwünschten Betriebsdrücken
bewirkt. Wenn diese Verluste und Druckabweichungen ohne Überprüfung
bleiben, kann sich die Leistung des Motors verschlechtern. Wenn
die Abnutzung übermäßig groß ist
oder ein Schaden am System auftritt, kann zusätzlich eine
Brennstoffleckage nach außen und ein extremer Systemdruckabfall
möglich sein.
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Wenn
jedoch die Wirkungsgradverluste und Druckabweichungen überwacht
werden können, können korrigierende und/oder vorbeugende
Handlungen zur rechten Zeit ausgeführt werden. Ein Beispiel
zur Überwachung eines Brennstoffsystembetriebs und zur
Detektion einer Brennstoffleckage wird im
US-Patent 5 708 202 (dem '202-Patent)
beschrieben, welches an Augustin und Andere am 13. Januar 1988 erteilt
wurde. Insbesondere offenbart das '202-Patent ein Verfahren zur
Erkennung einer Brennstoffleckage aus dem Brennstoffsystem eines Verbrennungsmotors.
Das Verfahren weist auf, einen Druck des Brennstoffeinspritzsys tems
während Nicht-Einspritzereignissen abzufühlen
und die abgefühlten Drücke zu vergleichen. Wenn
eine beträchtliche Abweichung der abgefühlten
Drücke auftritt, dann wird eine Leckage bestimmt bzw. erkannt. Wenn
große Lecks zwischen der Pumpe und den Einspritzvorrichtungen
von Systemen mit großem Fluss bestimmt werden, entsprechen
die Nicht-Einspritzereignisse der Zeit zwischen dem Ende von einer
Einspritzung und dem Beginn von einer anderen Einspritzung. Wenn
Lecks zwischen der Pumpe und den Einspritzvorrichtungen in Systemen
mit kleinem Fluss bestimmt werden, müssen die Nicht-Einspritzereignisse
erzeugt werden, indem zumindest ein Brennstofflieferschritt und
zumindest ein Brennstoffeinspritzschritt eliminiert werden. Wenn
keine Lecks zwischen der Pumpe und den Einspritzvorrichtungen detektiert
werden, können andere Teile des Systems nur während
eines "Fahrbetriebs" auf Lecks getestet werden, und zwar durch einen
Vergleich der Drücke, die abgefühlt werden wenn
die Einspritzvorrichtungen und die Pumpe des Systems ausgeschaltet
sind.
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Obwohl
das Verfahren des '202-Patentes in ausreichender Weise Brennstoffsystemlecks
detektieren kann, kann es eingeschränkt und einschneidend
sein. Insbesondere kann der in dem '202-Patent beschriebene Lecktest
nur während gewissen Motorbetriebsvorgängen ausgeführt
werden (beispielsweise wenn der Motor läuft). Diese beschränkte
Anwendbarkeit kann in einigen Situationen problematisch sein, wo
eine kontinuierliche Leckdetektion wichtig ist. Weil ein Lecktest
in dem Brennstoffsystem des '202-Patentes irgendwo anders als zwischen
der Pumpe und den Einspritzvorrichtungen erfordert, dass die Einspritzvorrichtungen
und die Pumpe ausgeschaltet sind, kann zusätzlich der Motorbetrieb
in unerwünschter Weise unterbrochen sein. Weiterhin sieht
das Verfahren des '202-Patentes keinen Weg vor, um zu bestimmen,
ob ein Niederdruckereignis aufgrund einer Leckage, aufgrund periodischer
beabsichtigter Druckentlastung oder aufgrund normaler Abnutzung
auftritt, und auch keinen Weg, um die normale Abnutzung auszugleichen.
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Das
Steuersystem der vorliegenden Offenbarung löst ein oder
mehrere der oben dargelegten Probleme.
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Zusammenfassung
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Ein
Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Brennstoffsteuersystem
gerichtet. Das Brennstoffsteuersystem kann eine Quelle für
unter Druck gesetzten Brennstoff und mindestens eine Einspritzvorrichtung
aufweisen, die konfiguriert ist, um den unter Druck gesetzten Brennstoff
aufzunehmen und einzuspritzen. Das Brennstoffsystem kann auch einen
Sensor aufweisen, der konfiguriert ist, um ein Signal zu erzeugen,
welches einen tatsächlichen Brennstoffdruck an der mindestens
einen Einspritzvorrichtung anzeigt, und eine Steuervorrichtung in Verbindung
mit dem Sensor. Die Steuervorrichtung kann konfiguriert sein, um
einen erwünschten Brennstoffdruck bei der zumindest einen
Einspritzvorrichtung zu bestimmen und das Signal mit dem erwünschten
Brennstoffdruck zu vergleichen. Die Steuervorrichtung kann auch
konfiguriert sein, um eine Leckdetektionssequenz ansprechend auf
den Vergleich einzuleiten.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren
zum Detektieren von Lecks in einem Brennstoffsystem gerichtet. Das
Verfahren kann aufweisen, Brennstoff unter Druck zu setzen und einen
Druck des Brennstoffes abzufühlen. Das Verfahren kann auch
aufweisen, einen erwünschten Druck des Brennstoffes zu
bestimmen und den abgefühlten Druck mit dem erwünschten Druck
zu vergleichen, um eine erforderliche Druckeinstellung zu bestimmen.
Das Verfahren kann weiter aufweisen, die erforderliche Druckeinstellung
mit einer früheren Einstellung zu vergleichen und die erforderliche
Druckeinstellung nur auszuführen, wenn die erforderliche
Druckeinstellung innerhalb einer vorbestimmten Größe
bzw. Grenze von der früheren Einstellung ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische und diagrammartige Veranschaulichung eines beispielhaften
offenbarten Motorsystems;
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2 ist
ein Flussdiagramm, welches eine beispielhafte Sequenz zur Anwendung
bei der Bestimmung der Notwendigkeit einer Einstellung des Mo torsystems
der 1 und bei der Bestimmung einer Brennstoffleckage
in dem Motorsystem der 1 abbildet; und
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3 ist
eine Kurvendarstellung, die beispielhafte Ergebnisse eines Schrittes
in der Sequenz der 2 zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht
einen Motor 10 und ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
eines Brennstoffsystems 12. Für die Zwecke dieser
Offenbarung ist der Motor 10 als ein Vier-Takt-Dieselmotor
abgebildet und wird als ein solcher beschrieben. Der Fachmann wird
jedoch erkennen, dass der Motor 10 irgendeine andere Bauart
eines Verbrennungsmotors sein kann, wie beispielsweise ein Benzinmotor
oder ein mit gasförmigem Brennstoff angetriebener Motor. Der
Motor 10 kann einen Motorblock 14 aufweisen, der
eine Vielzahl von Zylindern 16 definiert, und weiter einen
Kolben 18, der verschiebbar in jedem Zylinder 16 angeordnet
ist, und einen Zylinderkopf 20, der mit jedem Zylinder 16 assoziiert
ist.
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Der
Zylinder 16, der Kolben 18 und der Zylinderkopf 20 können
eine Brennkammer 22 bilden. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
weist der Motor 10 sechs Brennkammern 22 auf.
Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Motor 10 einen größere
oder geringere Anzahl von Brennkammern 22 aufweisen kann,
und dass die Brennkammern 22 in einer "Reihenkonfiguration",
in einer "V-Konfiguration" oder in irgendeiner anderen geeigneten
Konfiguration angeordnet sein können.
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Wie
auch in 1 gezeigt, kann der Motor 10 eine
Kurbelwelle 24 aufweisen, die drehbar in dem Motorblock 14 angeordnet
ist. Eine Verbindungsstange bzw. Pleuelstange 26 kann jeden
Kolben 18 mit der Kurbelwelle 24 verbinden, so
dass eine Gleitbewegung des Kolbens 18 in jedem jeweiligen
Zylinder 16 eine Drehung der Kurbelwelle 24 zur
Folge hat. In ähnlicher Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine
Gleitbewegung des Kolbens 18 zur Folge haben.
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Das
Brennstoffsystem 12 kann Komponenten aufweisen, die zusammenarbeiten,
um Einspritzungen von unter Druck gesetztem Brennstoff in jede Brennkammer 22 zu
liefern. Insbesondere kann das Brennstoffsystem 12 einen
Tank 28 aufweisen, der konfiguriert ist, um eine Brennstoffversorgung
zu enthalten, weiter eine Brennstoffpumpanordnung 30, die konfiguriert
ist, um den Brennstoff unter Druck zu setzen und den unter Druck
gesetzten Brennstoff zu einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 durch
eine Common-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung 34 zu leiten.
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Die
Brennstoffpumpanordnung 30 kann eine oder mehrere Pumpvorrichtungen
aufweisen, die dahingehend wirken, dass sie den Druck des Brennstoffes
steigern und einen oder mehrere unter Druck gesetzte Ströme
von Brennstoff zur Common-Rail 34 leiten. In einem Beispiel
weist die Brennstoffpumpanordnung 30 eine Niederdruckquelle 36 und
eine Hochdruckquelle 38 auf, die in Reihe angeordnet sind
und strömungsmittelmäßig durch eine Brennstoffleitung 40 verbunden
sind. Die Niederdruckquelle 36 kann eine Transferpumpe
sein, die konfiguriert ist, um einen Niederdruckeinspeisung in die
Hochdruckquelle 38 zu liefern. Die Hochdruckquelle 38 kann
konfiguriert sein, um die Niederdruckeinspeisung aufzunehmen und
den Druck des Brennstoffes auf den Bereich von ungefähr
30–300 MPa zu vergrößern. Die Hochdruckquelle 38 kann
mit der Common-Rail 34 durch eine Brennstoffleitung 42 verbunden
sein. Ein Rückschlagventil 44 kann in der Brennstoffleitung 42 angeordnet
sein, um einen Fluss des Brennstoffes in einer Richtung von der
Brennstoffpumpanordnung 30 zur Common-Rail 34 vorzusehen.
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Die
Niederdruck- und/oder die Hochdruckquelle 36, 38 kann
bzw. können betriebsmäßig mit dem Motor 10 verbunden
sein und von der Kurbelwelle 24 angetrieben werden. Die
Niederdruck- und/oder Hochdruckquelle 36, 38 kann
bzw. können mit der Kurbelwelle 24 in irgendeiner
Weise verbunden sein, die dem Fachmann leicht offensichtlich ist, wobei
eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine entsprechende Drehung
der Pumpenantriebswelle zur Folge haben wird. Beispielswiese ist
eine Pumpenantriebswelle 46 der Hochdruckquelle 38 in 1 derart
gezeigt, dass sie mit der Kurbelwelle 24 durch einen Getriebe-
bzw. Zahnradstrang 48 verbunden ist. Es wird jedoch in
Betracht gezogen, dass die Nieder druck- und/oder Hochdruckquelle 36, 38 alternativ elektrisch,
hydraulisch, pneumatisch oder in irgendeiner anderen geeigneten
Weise angetrieben sein kann bzw. können.
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Die
Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 können in
den Zylinderköpfen 20 angeordnet sein und mit
der Common-Rail 34 durch eine Vielzahl von Brennstoffleitungen 50 verbunden
sein. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 kann betreibbar
sein, um eine Menge von unter Druck gesetztem Brennstoff in eine
assoziierte Brennkammer 22 zu vorbestimmten Zeitpunkten
mit vorbestimmten Brennstoffdrücken und vorbestimmten Brennstoffflussraten
einzuspritzen. Die Zeitsteuerung der Brennstoffeinspritzung in die
Brennkammer 22 kann mit der Bewegung des Kolbens 18 synchronisiert
sein. Beispielsweise kann Brennstoff eingespritzt werden, wenn sich
der Kolben 18 einer oberen Totpunktposition in einem Verdichtungs-
bzw. Kompressionshub nähert, um eine verdichtungsgezündete
Verbrennung des eingespritzten Brennstoffes zu gestatten. Alternativ
kann Brennstoff eingespritzt werden, wenn der Kolben 18 den
Kompressionshub beginnt, wobei er sich zu einer oberen Totpunktposition
hin bewegt, und zwar für einen HCCI-Betrieb (HCCI = homogenous
charge compression ignition = homogene kompressionsgezündete Verbrennung).
Brennstoff kann auch eingespritzt werden, wenn sich der Kolben 18 von
einer oberen Totpunktposition zu einer unteren Totpunktposition während
eines Expansionshubes bewegt, und zwar für eine späte
Nacheinspritzung, um eine reduzierende Atmosphäre für
eine Nachbehandlungsregeneration zu erzeugen.
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Ein
Steuersystem 52 kann mit dem Brennstoffsystem 12 assoziiert
sein, um die Betriebsvorgänge der Brennstoffpumpanordnung 30 und
der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 zu überwachen und
zu steuern. Insbesondere kann das Steuersystem 52 eine
Steuervorrichtung 54 aufweisen, die über eine
Kommunikationsleitung 58 in Verbindung mit einem Drucksensor 56 ist,
die über eine Kommunikationsleitung 64 in Verbindung
mit der Hochdruckquelle 38 ist, und die über eine
Kommunikationsleitung 68 in Verbindung mit einem Druckbegrenzungsventil 66 ist.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Steuervorrichtung 54 weiterhin
in Verbindung mit jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 32,
mit der Niederdruckquelle 36 und/oder mit zusätzlichen
oder alternativen Komponenten des Brennstoffsystems 12 sein
kann, um deren Betrieb zu überwachen und/oder zu steuern,
falls erwünscht.
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Die
Steuervorrichtung 54 kann einen einzigen Mikroprozessor
oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die Mittel zur
Steuerung eines Betriebs des Brennstoffsystems 12 aufweisen.
Zahlreiche kommerziell erhältliche Mikroprozessoren können konfiguriert
sein, um die Funktionen der Steuervorrichtung 54 auszuführen.
Es sei bemerkt, dass die Steuervorrichtung 54 leicht einen
allgemeinen Motormikroprozessor verkörpern könnte,
der zahlreiche Motorfunktionen steuern kann. Die Steuervorrichtung 54 kann
einen Speicher, eine sekundäre Speichervorrichtung, einen
Prozessor und andere Komponenten aufweisen, um eine Anwendung laufen
zu lassen. Verschiedene andere Schaltungen können mit der Steuervorrichtung 54 assoziiert
sein, wie beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine
Signalkonditionierungsschaltung, eine Elektromagnettreiberschaltung
und andere Arten von Schaltungen.
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Der
Sensor 56 kann einen Drucksensor verkörpern, der
konfiguriert ist, um einen Druck des Brennstoffes in der Common-Rail 34 abzufühlen. Wegen
der Lage des Sensors 56 in der Nähe der letzten
Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 (mit Bezug auf 1 von
links nach rechts gesehen), kann der Druck, welcher vom Sensor 56 abgefühlt
wird, den Druck bei der letzten Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 anzeigen.
Der Sensor 56 kann ein Signal erzeugen, welches diesen
Druck anzeigt, und kann das Signal in die Steuervorrichtung 54 über
die Kommunikationsleitung 58 senden. Es wird in Betracht
gezogen, dass der Sensor 56 alternativ einen anderen oder
zusätzlichen Parameter des Brennstoffes abfühlt,
der mit dem Brennstoff bei der letzten Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 assoziiert
ist, wie beispielsweise eine Temperatur, eine Viskosität,
eine Flussrate oder irgendeinen anderen in der Technik bekannten
Parameter.
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Die
Steuervorrichtung 54 kann den Betrieb der Hochdruckquelle 38 ansprechend
auf das Signal einstellen, welches vom Sensor 56 empfangen
wurde. Das heißt, wenn der Druck des Brennstoffes an der
letzten Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 um eine eingestellte
Größe unter einem vorbestimmten erwünschten
Wert ist, kann die Steuervorrichtung 54 den Betrieb der
Hochdruckquelle 38 beeinflussen, um den Druck in der Common-Rail 34 zu
vergrößern. Der Druck in der Common-Rail 34 kann
beispielsweise durch Vergrößerung einer Verdrängung
der Hochdruckquelle 38 vergrößert werden,
weiter durch Verringerung einer Menge von überlaufendem
Brennstoff pro Stößelhub der Hochdruckquelle 38,
oder in irgendeiner anderen Weise. Wenn im Gegensatz dazu der Druck
des Brennstoffes an der letzten Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 um
eine eingestellte Größe über dem vorbestimmten
erwünschten Wert ist, kann die Steuervorrichtung 54 die
Verdrängung der Hochdruckquelle 38 verringern.
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Die
Steuervorrichtung 54 kann die Einstellungen verfolgen,
welche an der Hochdruckquelle 38 ausgeführt werden.
D. h., für einen speziellen Satz von Betriebsbedingungen
sollte die Hochdruckquelle 38 einen entsprechenden Druck
in der Common-Rail 34 erzeugen. Jedoch können
sich die Komponenten des Brennstoffsystems 12 mit der Zeit
abnutzen, und der Druck, der aus dem gleichen speziellen Satz von Betriebsbedingungen
resultiert, kann abweichen (d. h. sinken). Um weiter den gleichen
Druck für den speziellen Satz von Betriebsbedingungen zu
liefern, muss die Verdrängung der Hochdruckquelle 38 proportional
eingestellt werden, und diese Einstellgröße kann
zunehmen, wenn sich das Brennstoffsystem 12 mit der Zeit
abnutzt. Die Steuervorrichtung 54 kann in ihrem Speicher
einen Verlaufswert speichern, der die direkt letzte Einstellgröße
anzeigt. Die Steuervorrichtung 54 kann kontinuierlich diesen
Verlaufswert aktualisieren und periodisch den Verlaufswert zurücksetzen.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Steuervorrichtung 54 alternativ
in ihrem Speicher alle früheren Einstellwerte oder irgendeine
Anzahl von früheren Einstellwerten speichern kann, falls
erwünscht. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass die
Steuervorrichtung 54 Berechnungen an den Verlaufsdaten ausführen
kann, wie beispielsweise die Bestimmung eines laufenden Mittelwertes,
eines Medianwertes oder eine andere Berechnung, und dass sie diese Berechnungen
im Speicher für die Zwecke eines späteren Vergleichs
speichern kann.
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Während
des Einstellvorgangs der Hochdruckquelle 38 kann die Steuervorrichtung 54 bestimmen,
ob das über den Sensor 56 erhaltene Niederdrucksignal
eine normale Systemabnutzung oder eine Systemfehlfunktion anzeigt.
Das heißt, es kann möglich sein, dass ein Niederdruckereignis
als eine Folge eines abnormen Zustandes oder eines Versagens des
Systems auftritt und nicht aufgrund von Abnutzung. Beispielsweise
kann der Niederdruckzustand aufgrund des letzten Auftretens eines
beabsichtigten Druckbegrenzungsereignisses bzw. Druckablassereignisses
oder aufgrund einer Leckage auftreten.
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Während
des beabsichtigten Druckbegrenzungsereignisses kann das Druckbegrenzungsventil 66 strömungsmittelmäßig
die Common-Rail 34 mit dem Tank 28 durch einen
Strömungsmitteldurchlassweg 70 verbinden, um Druck
vom Brennstoffsystem 12 abzulassen. Insbesondere kann das
Druckbegrenzungsventil 66 ein pilot- bzw. vorsteuerbetriebenes
oder elektromagnetbetriebenes Ventilelement aufweisen, welches zu
einer geschlossenen Position oder Strömungsmittelblockierungsposition
federvorgespannt ist und zu einer offenen Position oder Strömungsmitteldurchlassposition
ansprechend darauf bewegbar ist, dass ein Druck in der Common-Rail 34 einen
vorbestimmten Druck überschreitet. Der vorbestimmte Druck
kann variabel sein, falls erwünscht, und kann gemäß einem
oder mehreren mit der Maschine in Beziehung stehenden Bedingungen
eingestellt oder variiert werden. Das Druckbegrenzungsventil 66 kann
den Systemdruck (beispielsweise den Druck innerhalb des Brennstoffsystems 12)
auf dem vorbestimmten Niveau halten, indem es in der Strömungsmittelblockierungsposition
bleibt, bis der Druck des Strömungsmittels, der auf das
Druckbegrenzungsventil 66 wirkt, die Federvorspannkraft überschreitet
und/oder der (nicht gezeigte) Elektromagnet erregt wird, während
gleichzeitig das System vor übermäßig
großen Druckspitzen geschützt wird. Folgend auf
den Betrieb des Druckbegrenzungsventils 66 und das Ablaufen
des Brennstoffes aus der Common-Rail 34 kann der Druck
in der Common-Rail 34 tatsächlich über
einen erwünschten Druck hinaus ansteigen und unter diesen
Druck abfallen. Dieses Übersteuern des Druckes kann zur
Folge haben, dass ein Niederdruckereignis vom Sensor 56 aufgenommen
wird. Um dieses Übersteuern bei der Steuerung des Brennstoffsystems 12 auszugleichen, kann
ein Signal erzeugt werden, welches das Öffnungsereignis
anzeigt, und kann an die Steuervorrichtung 54 über
die Kommunikationsleitung 68 gesendet werden, wodurch die
Steuervorrichtung 54 bezüglich des Ereignisses
informiert wird.
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Die
Steuervorrichtung 54 kann das Auftreten des Druckbegrenzungsereignisses
verfolgen. D. h., ansprechend darauf, dass das Signal vom Druckbegrenzungsventil 66 empfangen
wurde, kann die Steuervorrichtung 54 die Zeit verfolgen,
die folgend auf das Ereignis verstreicht, und zwar bis zum nächsten
Druckbegrenzungsereignis. Auf den Empfang eines neuen Signals von
dem Druckbegrenzungsventil 66, welches ein darauf folgendes
Druckbegrenzungsereignis anzeigt, kann die Steuervorrichtung 54 zurückgesetzt
werden, um wieder die verstreichende Zeit bis zum nächsten
Ereignis zu verfolgen. Diese verfolgte verstrichene Zeit kann im
Speicher der Steuervorrichtung 54 zu späteren
Vergleichszwecken gespeichert werden.
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Wenn
ein niedriger Druck in dem Brennstoffsystem 12 detektiert
wird, kann die Steuervorrichtung 54 bestimmen, ob der niedrige
Druck auf dem letzten Druckbegrenzungsereignis begründet
ist. Insbesondere wenn der überwachte Druck in der Common-Rail 34 beträchtlich
geringer ist als ein erwünschter Druck, kann die Steuervorrichtung 54 die Zeit
bewerten, die seit dem letzten Druckbegrenzungsereignis verstrichen
ist. Wenn diese Bewertung anzeigt, dass die seit dem letzten Druckbegrenzungsereignis
verstrichene Zeit geringer als eine vorbestimmte Zeitdauer ist,
kann der detektierte Niederdruck derart angesehen werden, dass er
aufgrund des letzten Druckbegrenzungsereignisses aufgetreten ist.
Wenn jedoch der Vergleich anzeigt, dass die Zeit, die seit dem letzten
Druckbegrenzungsereignis verstrichen ist, größer
ist als die vorbestimmte Zeitdauer, kann angenommen werden, dass
der detektierte niedrige Druck aufgrund einer Systemfehlfunktion
aufgetreten ist (beispielsweise aufgrund von Abnutzung oder einem
Leck in dem Brennstoffsystem 12). Ansprechend auf diese
Bestimmung kann die Steuervorrichtung 54 eine Pumpeneinstellungs-
und Leckdetektionssequenz einleiten.
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2 ist
ein Flussdiagramm, welches eine beispielhafte Sequenz zur Anwendung
bei der Bestimmung der Notwendigkeit einer Einstellung des Brennstoffsystems 12 und
des Auftretens eines Brennstofflecks abbildet. 2 wird
in dem folgenden Abschnitt besprochen, um weiter das offenbarte System
und seinen Betrieb zu veranschaulichen.
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3 ist
eine Kurvendarstellung, die beispielhafte Ergebnisse eines Schrittes
in der Sequenz der 2 zeigt. 3 wird auch
im folgenden Abschnitt besprochen, um weiter das offenbarte System und
seinen Betrieb zu veranschaulichen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das
Brennstoffeinspritzvorrichtungssteuersystem der vorliegenden Offenbarung
findet breite Anwendung in einer Vielzahl von Motortypen, die beispielsweise
Dieselmotoren, Benzinmotoren und mit gasförmigem Brennstoff
angetriebene Motoren aufweisen. Das offenbarte Brennstoffsteuersystem
kann in irgendeinem Motor eingerichtet werden, wo eine kontinuierliche
Leckdetektion wichtig ist, ohne den Motor zu unterbrechen bzw. auszuschalten.
Das offenbarte Brennstoffsystem kann auch die Einstellung der Brennstoffdrücke
in dem System überprüfen. Die Steuerung des Brennstoffsystems 12 wird
nun beschrieben.
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Wie
in 2 veranschaulicht, kann die Steuerung des Brennstoffsystems 12 mit
der Bestimmung des Auftretens eines Null-Brennstofflieferereignisses bzw.
eines Ereignisses ohne Brennstofflieferung beginnen (Schritt 95).
Ein Null-Brennstofflieferereignis kann irgendeinen Motorzustand
aufweisen, wo im Wesentlichen kein Brennstoff in die Brennkammern 22 des
Motors 10 eingespritzt wird, beispielsweise beim Rollen
oder wenn der Motor 10 ausgeschaltet ist. Während
eines Null-Brennstofflieferereignisses kann der Betrieb der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 aufhören.
Die Steuervorrichtung 54 kann ein Null-Brennstofflieferereignis
durch Überwachung eines Stroms bestimmen, der zu den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 und/oder
zur Hochdruckquelle 38 geleitet wird, weiter durch Überwachung
einer Position eines (nicht gezeigten) Beschleunigungs- oder Bremspedals,
durch Überwachung eines Drucks des Brennstoffsystems 12 oder
in irgendeiner anderen Weise, die dem Fachmann offensichtlich ist.
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Wenn
der Motor gegenwärtig eine Brennstofflieferung bekommt
(d. h. das Null-Brennstofflieferereignis ist nicht existent), kann
die Steuerung des Brennstoffsystems 12 weiter mit der Überwachung des
Druckes in der Common-Rail 34 fortfah ren (Schritt 100).
Insbesondere kann ein Parameter, der den Druck in der Common-Rail 34 anzeigt,
durch den Sensor 56 überwacht werden, zu der Steuervorrichtung 54 über
die Kommunikationsleitung 58 gesendet werden, quantifiziert
bzw. bewertet werden und mit einem erwünschten und erwarteten
Common-Rail-Druckbereich verglichen werden (Schritt 110).
Dieser erwünschte und erwartete Common-Rail-Druckbereich
kann einem Druck des Brennstoffes in der Common-Rail 34 entsprechen, der
für einen ordnungsgemäßen Betrieb der
Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 erforderlich ist, der eine
erwünschte Motorausgabe (beispielsweise Drehzahl und/oder
Drehmoment) zur Folge hat. Die Überwachungs- und Vergleichsschritte 100, 110 können
auf kontinuierlicher Basis ausgeführt werden.
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Wenn
der im Schritt 110 ausgeführte Vergleich anzeigt,
dass der Druck des Brennstoffes innerhalb der Common-Rail 34 in
dem erwünschten und erwarteten Common-Rail-Druckbereich
ist, kann die Steuerung zurück zum Schritt 95 gehen.
Wenn jedoch der Druck des Brennstoffes in der Common-Rail 34 von
dem erwünschten und erwarteten Common-Rail-Druckbereich
abweicht, kann eine Niederdruckdiagnose- und Leckdetektionssequenz
eingeleitet werden. Der erste Schritt dieser Sequenz kann aufweisen,
zu bestimmen, ob ein Druckbegrenzungsereignis in jüngster
Zeit aufgetreten ist (Schritt 120). Diese Bestimmung kann
durch Bewertung der Zeit ausgeführt werden, die seit dem
letzten Druckbegrenzungsereignis verstrichen ist. Wenn die verstrichene
Zeit geringer als eine vorbestimmte Zeitdauer ist, kann das letzte
Druckbegrenzungsereignis als der Grund des niedrigen Druckes bestätigt
werden (Schritt 130), und die Steuerung kann zum Schritt 100 zurückkehren.
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Wenn
jedoch die verstrichene Zeit länger als die vorbestimmte
Länge der Zeitperiode ist, kann bestimmt werden, dass etwas
anderes als das letzte Druckbegrenzungsereignis der Grund der beträchtlichen
Einstellgröße ist. Wenn etwas anderes als das letzte
Druckbegrenzungsereignis der Grund der beträchtlichen Einstellgröße
ist, kann die Steuervorrichtung 54 sich vorbereiten, um
die erforderliche Einstellung zu bemessen. In Vorbereitung des Bemessungsschrittes
kann die Steuervorrichtung 54 selektiv Druckhübe
der Hochdruckquelle 38 ausschneiden, die der Betätigung
der letzten Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 entsprechen
und die daraus resultierende Druckabnahme messen (Schritt 140).
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Der
Schritt 140 kann auch sofort auf den Schritt 95 folgen,
wenn ein Null-Brennstofflieferereignis im Schritt 95 detektiert
wird. D. h., wenn der Motor 10 in ein Null-Brennstoffereignis
eintritt, kann die Steuervorrichtung 54 die Einstellungsbemessungsschritte
initialisieren, auch wenn keine Niederdruckereignisse zuvor detektiert
worden sind. Der Schritt 140 ist in den Kurven der 3 veranschaulicht.
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3 veranschaulicht
zwei Stromkurven 300, 310 und eine Druckkurve 320.
Die erste Stromkurve 300 kann den Strom zeigen, der an
die Hochdruckquelle 38 mit der Zeit geliefert wird. Insbesondere
weist die erste Stromkurve 300 acht getrennte und aufeinander
folgende Pumpereignisse auf. Zwei dieser Pumpereignisse, die als 330 und 340 bezeichnet
sind, können mit der Betätigung der letzten Brennstoffeinspritzvorrichtung 32,
die am nächsten zum Sensor 56 liegt, assoziiert
werden. Während des Schrittes 140 kann jedes dieser
Pumpereignisse ausgeschnitten, blockiert oder in anderer Weise nicht existent
gemacht werden. Diese Pumpereignisse können nicht existent
gemacht werden, indem die Hochdruckpumpe 38 bezüglich
des Hubes heruntergefahren wird, in dem irgendwelcher Brennstoff übergeleitet
wird, der von den Stößeln der Hochdruckquelle 38 verdrängt
wird, oder in irgendeiher anderen in der Technik bekannten Weise.
Es wird in Betracht gezogen, dass die erste Stromkurve 300 alternativ die
Menge des Brennstoffes zeigen kann, die während eines Pumpereignisses
verdrängt wird, weiter die Position eines Stößels
innerhalb der Hochdruckquelle 38 oder irgendeine andere ähnliche
mit der Pumpe in Beziehung stehende Charakteristik.
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Die
zweite Stromkurve 310 kann den Strom zeigen, der an die
Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 mit der Zeit angelegt
wird. Insbesondere zeigt die zweite Stromkurve 310 acht
Einspritzereignisse, die der Betätigung der Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 entsprechen.
Eines dieser Einspritzereignisse, welches als 350 bezeichnet
ist, kann dem Strom entsprechen, der an die letzte Einspritzvorrichtung 32 angelegt
wurde, die zum Sensor 56 am nächsten liegt. Wie
durch einen Vergleich der ersten und zweiten Stromkurven bestimmt
werden kann, kann der Schritt 140 (siehe 2)
das Ausschneiden der Pumpereignisse direkt vor und direkt folgend
auf die Betätigung der letzten Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 aufweisen.
Es wird in Betracht gezogen, dass der Schritt 140 das Ausschneiden
von mehr als zwei Pumpereignissen aufweisen kann, falls erwünscht. Weiterhin
wird in Betracht gezogen, dass die blockierten Pumpereignisse mit
einer anderen Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 assoziiert
sein können, als mit der letzten Brennstoffeinspritzvorrichtung 32, falls
erwünscht. Während eines Null-Brennstofflieferereignisses
(d. h. wenn man direkt vom Schritt 140 weitergeht), werden
die Pumpereignisse immer noch ausgeschnitten, um die Rail-Druckverluste
zu bestimmen, obwohl die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 nicht
betätigt werden.
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Die
Druckkurve 320 zeigt die Verringerung bzw. Druckverringerung
der Common-Rail 34, die als ein Ergebnis einer Einspritzung
und einer Leckage auftritt. Insbesondere bis zum Pumpereignis 330 kann
der Druck des Brennstoffes in der Common-Rail 34 im Wesentlichen
konstant bleiben, wobei die Hochdruckquelle 38 die Brennstoffmenge
liefert, die von den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 verbraucht
wird und aus dem Brennstoffsystem 12 leckt. Wenn jedoch
das Pumpereignis 330 ausgeschnitten wird, wird die Lieferung
des Brennstoffes von der Hochdruckquelle 38 verringert
und der Druck des Brennstoffes in der Common-Rail 34 kann
anfangen abzufallen, wenn er aus dem Brennstoffsystem 12 leckt
oder in die Brennkammer 22 eingespritzt wird. Als eine
Folge dann der Druck P1 geringer sein als der erwünschte
Druck der Common-Rail 34 und sogar noch geringer, wenn
er nach dem Einspritzereignis 350 gemessen wird, bei P2.
Ein Teil der Differenz zwischen den Drücken P1 und P2 kann
aufgrund der Brennstoffmenge sein, die während des Einspritzereignisses 350 eingespritzt
wird, während der restliche Teil ein Ergebnis einer Systemleckage
oder von ineffizienten Vorgängen sein kann, welche von
Abnutzung verursacht werden.
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Die
Steuervorrichtung 54 kann den Druckabfall der Common-Rail 34 aufgrund
einer Systemleckage und ineffizienten Vorgängen bemessen
und eine entsprechende Einstellgröße berechnen,
die erforderlich ist, damit die Hochdruckquelle 38 den
erwünschten Systemdruck aufrecht erhält (Schritt 150 – siehe 2).
Dieser Teil des Druckabfalls (beispielsweise die Einstellgröße)
kann durch Verwendung von herkömmlichen Berechnungen basierend auf
der Differenz der Drücke P1 und P2 bemessen werden, weiter
aufgrund eines Brennstoffschermodulwertes bzw. Brennstoffviskositätswertes,
der als eine Funktion der Brennstofftemperatur und des Druckes bestimmt
wird und durch Verwendung eines Hochdruckvolumens. Die erforderliche
Einstellmenge kann der Menge der Veränderung von Verdrängung/Überlauf
der Hochdruckquelle 38 entsprechen, die sowohl dem Verbrauch
der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 als auch dem Druckabfall
Rechnung trägt, der mit der Leckage oder ineffizienten
Vorgängen assoziiert ist.
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Sobald
die erforderliche Einstellgröße berechnet worden
ist, kann sie mit einer früheren Einstellgröße
verglichen werden, um zu bestimmen, ob die erforderliche Einstellgröße
beträchtlich abgenommen hat (Schritt 160). Eine
beträchtliche Differenz zwischen der erforderlichen Einstellgröße
und der früheren Einstellgröße kann einer
Leckage entsprechen, während eine kleinere Differenz Pumpverlusten,
ineffizienten Vorgängen oder einer Abnutzung des Brennstoffsystems 12 entsprechen
kann. Wenn die Leckage bestimmt wird, kann der Betrieb des Brennstoffsystems 12 und/oder
des Motors 10 heruntergeregelt werden (Schritt 170),
ohne die erforderliche Einstellung auszuführen oder wobei
nur eine begrenzte Einstellung an der Hochdruckquelle 38 ausgeführt
wird.
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Wenn
die erforderliche Einstellgröße um weniger als
eine vorbestimmte Größe von der früheren Einstellgröße
abweicht, kann das Herunterregeln des Motors und/oder des Brennstoffsystems
blockiert werden, und die Steuervorrichtung 54 kann auf
die Detektion eines Null-Brennstofflieferereignisses warten (Schritt 180),
bevor die erforderliche Einstellung gemacht wird. Wenn ein Null-Brennstofflieferereignis detektiert
wird oder immer noch folgend auf die Detektion des Ereignisses im
Schritt 95 andauert, kann die Steuervorrichtung 54 die
erforderliche Einstellung ausführen. D. h., wenn die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 nicht
in Betrieb sind, kann die Verdrängung oder ein anderer
Parameter der Hochdruckquelle 38 so eingestellt werden,
dass der daraus resultierende Druck in der Common-Rail 34 im
Wesentlichen zu einem erwünschten Systemdruck passt. Der
Leckschutz, der von dem Brennstoffsystem 12 vorgesehen
wird, kann gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden.
Insbesondere weil die Leckdetektion des Brennstoffsystems 12 kontinuierlich
ist, können irgendwelche Lecks, die auftreten, sofort erkannt
und ausgeglichen werden, anstatt auf eine Erkennung während
eines "Fahrzustandes" zu warten. Zusätzlich kann die Lecküberwachung
des Brennstoffsystems 12 während irgendeines Motorbetriebs ohne
ein beträchtliche Unterbrechung davon erreicht werden.
Tatsächlich kann die einzige Unterbrechung des Brennstoffsystems 12,
die von einem Bediener zu bemerken ist, das Herunterregeln des Brennstoffsystems 12 und/oder
des Motors 10 ansprechend auf ein erkanntes und bemessenes
Brennstoffleck sein. Weil die Steuervorrichtung 54 die
Einstellung der Hochdruckquelle 38 basierend auf dem kontinuierlich überwachten
Brennstoffdruck beeinflussen kann, kann weiterhin der Druck in der
Common-Rail 34 im Wesentlichen stabil und innerhalb eines
erwünschten Druckbereiches während eines größeren
Prozentsatzes der Zeit gehalten werden.
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Zusätzlich
kann das Brennstoffsystem 12 sehr empfindlich auf eine
Leckdetektion sein. D. h., weil Leckdetektions- und Pumpverlusteinstellungen oft
gemacht werden, kann die frühere Einstellmenge, die im
Speicher der Steuervorrichtung 54 gespeichert ist und zum
Vergleich verwendet wird, klein gehalten werden. Diese kleine Einstellgröße
kann die Detektion von noch kleineren Lecks gestatten, da die erforderliche
Einstellgröße, die aus einem Leck resultiert, leicht
die frühere Größe überschreiten
würde.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem Steuersystem der vorliegenden Offenbarung vorgenommen
werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus einer
Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Ausführung
des hier offenbarten Steuersystems offensichtlich werden. Es ist
beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft
angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung durch
die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten
Ausführungen gezeigt wird.
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Zusammenfassung
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SYSTEM ZUR DYNAMISCHEN DETEKTION EINER BRENNSTOFFLECKAGE
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Ein
Brennstoffsteuersystem für einen Motor wird offenbart.
Das Brennstoffsteuersystem kann ein Quelle für unter Druck
gesetzten Brennstoff und mindestens eine Einspritzvorrichtung aufweisen,
die konfiguriert ist, um den unter Druck gesetzten Brennstoff aufzunehmen
und einzuspritzen. Das Brennstoffsystem kann auch einen Sensor aufweisen,
der konfiguriert ist, um ein Signal zu erzeugen, welches einen tatsächlichen
Brennstoffdruck bei der mindestens einen Einspritzvorrichtung anzeigt,
und eine Steuervorrichtung in Verbindung mit dem Sensor. Die Steuervorrichtung
kann konfiguriert sein, um einen Brennstoffdruck bei der mindestens
einen Einspritzvorrichtung zu bestimmen und das Signal mit dem erwünschten
Brennstoffdruck zu vergleichen. Die Steuervorrichtung kann auch
konfiguriert sein, um eine Leckdetektionssequenz nur ansprechend
auf den Vergleich zu initialisieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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