DE19604552A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine nach der
Gattung der Hauptansprüche.
Bei Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerungen einer
Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff mit Hilfe einer
Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstoffvorratsbehälter
gefördert und über Kraftstoffleitungen den Einspritzventilen
zugeführt. Bei Brennkraftmaschinen mit
Hochdruckeinspritzung, insbesondere bei Brennkraftmaschinen
mit Selbstzündung, schließt sich an die Kraftstofförderpumpe
eine weitere Pumpe an, die einen sehr hohen Druck in einem
Hochdruckbereich des Kraftstoffversorgungssystems erzeugt.
Der Hochdruckbereich steht mit den Einspritzventilen in
Verbindung. Ferner ist ein Druckregelventil vorgesehen, mit
dessen Hilfe der Druck im Hochdruckbereich regelbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem
Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer
Brennkraftmaschine im Fehlerfall ein schnelles Abschalten
der Brennkraftmaschine gewährleisten zu können.
Mit der beschriebenen Vorgehensweise ist eine kostengünstige
und sichere Möglichkeit zur Abschaltung im Fehlerfall
möglich.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen
Fig. 1
ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2 ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise.
In Fig. 1 sind die für das Verständnis der Erfindung
erforderlichen Bauteile eines Kraftstoffversorgungssystems
einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung
dargestellt. Das dargestellte System wird üblicherweise als
Common-Rail-System bezeichnet.
Mit 100 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Dieser
steht über ein ersten Filter 105 mit einer regelbaren
Vorförderpumpe 110 und einem zweiten Filtermittel 115 in
Verbindung. Vom zweiten Filtermittel 115 gelangt der
Kraftstoff über eine Leitung zu einem Ventil 120. Die
Verbindungsleitung zwischen dem Filtermittel 115 und dem
Ventil 120 steht über ein Niederdruckbegrenzungsventil 140
mit dem Vorratsbehälter 100 in Verbindung. Das Ventil 120
steht über eine Hochdruckpumpe 125 mit einem Rail 130 in
Verbindung. Das Rail steht über Kraftstoffleitungen mit
verschiedenen Injektoren 131 in Kontakt. Über ein
Druckregelventil 135 ist das Rail 130 mit dem
Kraftstoffvorratsbehälter 110 verbindbar. Das
Druckregelventil 135 ist mittels einer Spule 136 steuerbar.
Der Bereich zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 125 und
dem Eingang des Druckregelventils 135 wird als
Hochdruckbereich bezeichnet. In diesem Bereich steht der
Kraftstoff unter hohem Druck. Üblicherweise werden bei
Systemen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen Druckwerte
von 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden
Brennkraftmaschinen Druckwerte von 1000 bis 2000 bar
erzielt. Der Druck im Hochdruckbereich wird mittels eines
Sensors 140 erfaßt.
Die Injektoren 131 und das Ventil 136 des Druckregelventils
135 wird von einer Steuerung 200 mit Ansteuersignalen
beaufschlagt. Die Steuerung verarbeitet Signale
verschiedener Sensoren 210.
Die Steuerung umfaßt eine erste Ansteuerschaltung 215 für
die Injektoren 131 und eine zweite Ansteuerschaltung 220 für
die Spule 136 des Druckregelventils 135. Die erste und die
zweite Ansteuerung werden von einer Funktionssteuerung 230
mit Ansteuersignalen beaufschlagt.
Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Kraftstoff, der
sich im Vorratsbehälter befindet, wird von der Vordruckpumpe
110 durch die Filtermittel 105 und 115 gefördert.
Ausgangsseitig der Vordruckpumpe 110 ist der Kraftstoff mit
einem Druck zwischen einem und ca. 3 bar beaufschlagt. Wenn
der Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems einen
vorgebbaren Druck erreicht hat, öffnet das Ventil 120 und
der Eingang der Hochdruckpumpe 125 wird mit einem bestimmten
Druck beaufschlagt. Dieser Druck hängt von der Ausführung
des Ventils 120 ab. Üblicherweise ist das Ventil 120 so
ausgestaltet, daß es bei einem Druck von ca. 1 bar die
Verbindung zur Hochdruckpumpe 125 freigibt.
Steigt der Druck im Niederdruckbereich auf unzulässig hohe
Werte an, so öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil 140 und
gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vordruckpumpe
110 und dem Vorratsbehälter 100 frei. Mittels des Ventils
120 und dem Niederdruckbegrenzungsventil 140 wird der Druck
im Niederdruckbereich auf Werte zwischen ca. 1 und 3 bar
gehalten.
Die Hochdruckpumpe 125 fördert den Kraftstoff vom
Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die
Hochdruckpumpe 125 baut im Rail 130 einen sehr hohen Druck
auf. Dieser Druck liegt in der Größenordnung zwischen 1000
und 2000 bar. Über die Injektoren 131 kann der Kraftstoff
unter hohem Druck den einzelnen Zylinder der
Brennkraftmaschine zugemessen werden. Üblicherweise sind die
Injektoren so ausgestaltet, daß eine Zumessung nur dann
Möglich ist, wenn der Druck im Hochdruckbereich oberhalb
eines Mindestwertes liegt. Unterhalb eines bestimmten
Druckwerts ist keine Einspritzung mehr möglich.
Mittels des Sensors 140 wird der Druck im Rail bzw. im
gesamten Hochdruckbereich erfaßt. Mittels des
Druckregelventils 135, das mit einer Spule 136 ansteuerbar
ist, kann der Druck im Hochdruckbereich geregelt werden.
Abhängig von der an der Spule 136 anliegenden Spannung bzw.
des durch die Spule 136 fließenden Stromes öffnet das
Druckregelventil 135 bei unterschiedlichen Druckwerten.
Als Vordruckpumpe 110 werden üblicherweise
Elektrokraftstoffpumpen mit einem Gleichstrom-Motor
(DC-Motoren) oder einem elektrisch komutierten
Gleichstrom-Motoren (EC-Motoren) eingesetzt. Für höhere Fördermengen,
die insbesondere bei Nutzkraftfahrzeugen erforderlich sind,
können auch mehrere parallel geschaltete Vordruckpumpen
eingesetzt werden. In diesem Fall werden wegen der höheren
Lebensdauer und höheren Verfügbarkeit vorzugsweise
EC-Motoren verwendet.
Im Normalbetrieb berechnet die Funktionssteuerung 230
ausgehend von den Ausgangssignalen der verschiedenen
Sensoren 210 Signale zur Beaufschlagung der ersten Steuerung
210, die abhängig von diesen Signalen die Injektoren 131
derart ansteuert, daß zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eine
vorgegebene Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Desweiteren gibt sie an die zweite Ansteuerung ein Signal
derart, daß das Druckregelventil 135 mit einer solchen
Spannung beaufschlagt wird, daß es bei einem definierten
Druck im Hochdruckbereich öffnet. Über das Ansteuersignal
ist der Druck im Hochdruckbereich einstellbar.
Erkennt die Funktionssteuerung 230, daß ein Fehler
aufgetreten ist, ein Fehler kann beispielsweise durch
Auswerten der verschiedenen Sensorsignale 210 erkannt
werden, so gibt sie an die erste und die zweite Ansteuerung
ein Signal ab, das eine Abschaltung der Brennkraftmaschine
zur Folge hat. Das Signal an die erste Ansteuerung 210 ist
so ausgebildet, daß die Injektoren keinen Kraftstoff der
Brennkraftmaschine zumessen. Das Ansteuersignal für die
zweite Ansteuerung 220 ist so ausgebildet, daß das
Druckregelventil vollkommen öffnet, damit der Druck im
Hochdruckbereich möglichst rasch abgebaut wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Druckregelventil 135
derart ausgebildet ist, daß es im stromlosen Normalbetrieb
den Druck im Hochdruckbereich auf einen Haltedruck von ca.
140 bar absenkt im Fehlerfall aber auf 0 bar absenkt. Dies
kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß das
Druckregelventil 135 derart ausgestaltet ist, daß es durch
Umpolen des Spannungswerts oder durch eine zusätzliche
Steuerleitung derart angesteuert wird, daß der Druck im
Hochdruckbereich auf 0 absinken kann. Der Abfall des Drucks
im Hochdruckbereich auf Werte von nahezu 0 bar hat zur
Folge, daß die Brennkraftmaschine rasch zum Stillstand
kommt.
Besonders vorteilhaft an dieser Vorgehensweise ist es, daß
die Abschaltung über zwei voneinander unabhängige Pfade
erfolgt. Zum einen erfolgt sie über einen ersten Pfad, der
die Einspritzung über die Injektoren 131 beendet. Sollte
dies nicht zu einer Abschaltung der Brennkraftmaschine
ausreichen, da beispielsweise die Injektoren defekt sind und
dauerhaft Kraftstoff zumessen, so bewirkt die Ansteuerung
des Druckregelventils über den zweiten Pfad, daß der Druck
im Hochdruckbereich soweit abgebaut wird, daß keine
Einspritzung mehr erfolgt bzw. daß keine Einspritzung mehr
möglich ist. Obwohl die Abschaltung redundant ausgelegt ist,
werden keine zusätzlichen Leitungen oder andere Bauelemente,
wie beispielsweise Absperrventile, benötigt.
Mit diese Vorgehensweise wird die Zeit bis zum Stillstand
des Motors im Fehlerfall stark verkürzt, da keine Restmengen
im Hochdruckbereich unter Druck stehen und eingespritzt
werden können. Desweiteren kann die Funktionsfähigkeit
dieser Abstelleinrichtung im Betrieb des Motors auf
ordnungsgemäßen Betrieb überprüft werden. Dies geschieht
beispielsweise im Schubbetrieb. Dort kann die
Druckabschaltung kurzzeitig aktiviert und die
Abschaltfunktion über den erfaßten Druck im Hochdruckbereich
überprüft werden.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist in Fig. 2 anhand
eines Flußdiagrammes dargestellt. In einem ersten Schritt
300 wird überprüft, ob ein Fehler vorliegt. Die
Fehlererkennung kann mit beliebigen Verfahren durchgeführt
werden. Beispielsweise kann das Ausgangssignals des
Drucksensors 140 überprüft werden, ob der Druck unzulässige
Werte annimmt.
Wird im Schritt 300 ein Fehler erkannt, so wird ein
Fehlerbit F gesetzt. Das Setzen des Fehlerbits F kann auch
durch eine andere Steuereinheit erfolgen. Das Fehlerbit F
wird gesetzt, wenn eine beliebige Steuereinheit des
Kraftfahrzeugs erkennt, daß eine Abschaltung der
Brennkraftmaschine erforderlich ist. Dies ist beispielsweise
der Fall, wenn bestimmte Fehler im Einspritzsystem, wie
beispielsweise eine Dauereinspritzung aufgrund eines
hängenden Injektors, oder extern an das Steuergerät
gemeldete Fehler vorliegen.
Die anschließende Abfrage 310 überprüft, ob das Fehlerbit F
gesetzt ist. Ist dies der Fall, so werden in Schritt 320 die
Injektoren derart angesteuert, daß sie die Kraftstoffzufuhr
unterbinden. Ferner wird in Schritt 330 die Spule des
Druckregelventils 135 derart angesteuert, daß ein schneller
Druckabbau möglich ist. Die Ansteuerung des
Druckregelventils 135 erfolgt dabei so, daß der Druck sich
soweit abbaut, daß keine Einspritzung mehr erfolgt. Dabei
ist es nicht zwingend, daß der Druck bis auf
Atmosphärendruck abgesenkt wird. Der Abfall des Drucks im
Rail hat zur Folge, daß keine Einspritzung mehr erfolgt und
die Brennkraftmaschine damit zum Stillstand kommt. Dies
bewirkt, daß die Hochdruckpumpe 125 ebenfalls keinen
Kraftstoff mehr fördert. Eine zusätzliche Abschaltung der
Hochdruckpumpe 125, bzw. eine Unterbrechung des
Kraftstoffflusses zur Hochdruckpumpe 125 ist nicht
erforderlich.
Bei einer vereinfachten Ausführungsform wird nur eine der
beiden Maßnahmen in den Schritten 320 und 330 ausgeführt.
Die Maßnahme in Schritt 330, daß die Spule des
Druckregelventils 135 derart angesteuert, daß ein schneller
Druckabbau möglich ist, reicht aus, um die
Brennkraftmaschine zum Stillstand zu bringen. Mit der
zweiten Maßnahmen ergibt ein Sicherheitsgewinn bei einem
möglichen Defekt im Bereich des Druckregelventils 135.
Besonders vorteilhaft ist es, daß keine zusätzlichen
Bauelemente und Ausgangsleitungen vom Steuergerät
erforderlich sind. Zur Abschaltung im Fehlerfall werden nur
Mittel eingesetzt, die im Normalbetrieb ebenfalls benötigt
werden.
Erkennt die Abfrage 310, daß das Fehlerbit F nicht gesetzt
ist, so folgt üblicherweise der Schritt 300. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform folgt dagegen eine Abfrage 340,
die überprüft, ob Schubbetrieb vorliegt. Ist dies nicht der
Fall, so folgt erneut Schritt 300.
Erkennt die Abfrage 340, daß ein Betriebszustand vorliegt,
in dem üblicherweise keine Einspritzung erfolgt, so wird
eine Überprüfung des Druckregelventils 135 eingeleitet. Ein
solcher Betriebszustand liegt insbesondere im der
Schubbetrieb vor. Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit
wird im anschließenden Schritt 350 ein alter Druckwert PA
erfaßt. Anschließend in Schritt 360 erfolgt die Ansteuerung
der Spule 136 des Druckregelventils 135 derart, daß sich der
Druck abbaut.
Anschließend wird in Schritt 370 ein neuer Druckwert PN
erfaßt. Im Schritt 380 wird die Differenz PD zwischen dem
neuen Wert PN und dem alten Wert PA ermittelt. Die sich
anschließende Abfrage 390 überprüft, ob der Differenzwert PD
größer als ein Schwellwert S ist. Ist dies der Fall, so
arbeitet die Einrichtung ordnungsgemäß und es folgt erneut
Schritt 300. Ist dies nicht der Fall, so wird in Schritt 395
eine Fehlermeldung ausgegeben, die anzeigt, daß die
Notabschaltung nicht ordnungsgemäß arbeitet.
Erfindungsgemäß wird im Schubbetrieb überprüft, ob der Druck
beim Ansteuern des Druckbegrenzungsventils 135 innerhalb
einer vorgebbaren Zeit um einen vorgebbaren Wert S abfällt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit
Hochdruckeinspritzung, insbesondere für eine
Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System, wobei der
Kraftstoff von wenigstens einer Pumpe von einem
Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich gefördert wird
und von dort mittels Injektoren der Brennkraftmaschine
zumeßbar ist, wobei der Druck im Hochdruckbereich mit einem
Drucksensor erfaßbar und mit einem Mittel zur Druckregelung
regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem
erkannten Fehler das Mittel zur Druckregelung derart
ansteuerbar ist, daß der Druck im Hochdruckbereich auf einen
Wert abfällt, bei dem keine Einspritzung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
einem erkannten Fehler zusätzlich die Injektoren derart
angesteuert werden, daß keine Einspritzung erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Fehler insbesondere dann erkannt
wird, wenn eine Leckage vorliegt.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, in bestimmten Betriebszuständen das Mittel
zur Druckregelung auf Funktionsfähigkeit überprüft wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Überprüfung im Schubbetrieb erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Überprüfung das Mittel zur
Druckregelung derart angesteuert wird, daß ein Druckabbau
erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Funktionsfähigkeit des Mittels zur Druckregelung erkannt
wird, wenn der Druck um einen vorgebbaren Wert abfällt.
8. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit
Hochdruckeinspritzung, insbesondere für eine
Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System, mit
wenigstens einer Pumpe die Kraftstoff von wenigstens von
einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich fördert,
mit Injektoren, die den Kraftstoff der Brennkraftmaschine
zumessen, mit einem Drucksensor, der den Druck des
Kraftstoffs im Hochdruckbereich erfaßt und mit einem Mittel
zur Druckregelung, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem
erkannten Fehler das Mittel zur Druckregelung derart
ansteuerbar ist, daß der Druck im Hochdruckbereich dadurch
gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die Mittel
zur Druckregelung bei einem erkannten Fehler derart
ansteuern, daß der Druck im Hochdruckbereich auf einen Wert
abfällt, bei dem keine Einspritzung erfolgt.
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