DE19636397A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbe
griffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Steue
rung einer Brennkraftmaschine sind bekannt. Üblicherweise
ist ein Sicherheitsabschaltventil vorgesehen, daß im Fehler
fall eine Sicherheitsabschaltung gewährleistet. Ein solches
Sicherheitsabschaltventil wird bei Dieselbrennkraftmaschinen
als ELAB bezeichnet.
Bei bestimmten Einspritzsystemen, insbesondere bei sogenann
ten Common-Rail-Systemen ist die Verwendung eines solchen
Sicherheitsabschaltventils problematisch, da ein großes
Volumen an Kraftstoff, das sich unter hohem Druck befindet,
zwischen dem Sicherheitsventil und den Einspritzdüsen vor
handen ist. Nach der Betätigung des Abschaltventils läuft
daher der Motor noch für eine gewisse Zeit weiter, bzw. bei
einem Leck tritt eine erhebliche Menge an Kraftstoff unter
hohem Druck aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfah
ren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraft
maschine der eingangs genannten Art eine Sicherheitsab
schaltung zu gewährleisten, die ein möglichst schnelles Ab
schalten gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch die in den
unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bietet den Vorteil, daß
auch bei sogenannten Common-Rail-Systemen eine schnelle Ab
schaltung im Fehlerfall möglich ist. Gleichzeitig wird der
Druck im Hochdruckteil im Fehlerfall schnell abgebaut. Das
übliche Abschaltventil sowie dessen Ansteuerung kann entfal
len, was eine erhebliche Einsparung an Kosten bedeutet. Ein
Test der Einrichtung ist nicht erforderlich, da dieser durch
den Normalbetrieb sichergestellt ist.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiter
bildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen
Fig. 1
ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem und
Fig. 2 verschie
dene über der Zeit aufgetragene Einspritzimpulse.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung am Bei
spiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt,
bei der die Kraftstoffzumessung mittels eines Magnetventils
gesteuert wird. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform
betrifft ein sogenanntes Common-Rail-System. Die erfindungs
gemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Systeme
beschränkt.
Mit 100 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die über
einen Ansaugleitung 105 Frischluft zugeführt bekommt und
über eine Abgasleitung 110 Abgase abgibt.
Bei der dargestellten Brennkraftmaschine handelt es sich um
eine Vierzylinderbrennkraftmaschine. Jedem Zylinder der
Brennkraftmaschine ist ein Injektor 120, 121, 122 und 123
zugeordnet. Den Injektoren wird über Magnetventile 130, 131,
132 und 133 Kraftstoff zugemessen. Der Kraftstoff gelangt
von einem sogenannten Rail 135 über die Injektoren 120, 121,
122 und 123 in die Zylinder der Brennkraftmaschine 100.
Der Kraftstoff in dem Rail 135 wird von einer Hochdruckpumpe
145 auf einen einstellbaren Druck gebracht. Die Hochdruck
pumpe 145 ist über ein Magnetventil 150 mit einer Kraft
stofförderpumpe 155 verbunden. Die Kraftstofförderpumpe 155
steht mit einem Kraftstoffvorratsbehälter 160 in Verbindung.
Das Ventil 150 umfaßt eine Spule 152. Die Magnetventile 130,
131, 132 und 133 enthalten Spulen 140, 141, 142 und 143, die
mittels einer Endstufe 175 mit Strom beaufschlagt werden
können. Die Endstufe 175 ist vorzugsweise in einem Steuer
gerät 170 angeordnet, das entsprechend die Spule 152
ansteuert.
Desweiteren ist ein Sensor 177 vorgesehen, der den Druck im
Rail 135 erfaßt und ein entsprechendes Signal an das Steuer
gerät 170 leitet.
Eine Fehlererkennung 176 wertet verschiedene Signale aus und
beaufschlagt im Fehlerfall die Endstufe 175 sowie das Ventil
152 mit einem entsprechenden Signal.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem Rau
135 und den Injektoren 120 bis 123 jeweils ein
Durchflußbegrenzer 180, 181, 182 und 183 angeordnet.
Vorzugsweise bilden der Injektor und der Durchflußbegrenzer
eine bauliche Einheit. Der Durchflußbegrenzer kann aber auch
jeweils zwischen dem Magnetventil und dem Rail oder zwischen
dem Magnetventil und dem jeweiligen Injektor angeordnet
sein. Die Durchflußbegrenzer sind derart ausgestaltet, daß
sie die Verbindung zwischen dem Rail 135 und dem Injektoren
unterbrechen, wenn durch diese Leitung mehr als eine
vorgegebene Kraftstoffmenge fließt. Je nach Ausgestaltung
schließt der Durchflußbegrenzer, wenn eine bestimmte
Kraftstoffmenge zugemessen würde. Diese Menge ist so
gewählt, daß sie größer ist als die größte beim fehlerfreien
Betrieb auftretende Menge. Sie ist daher größer als die
Vollastmenge bzw. die Startmenge. Die Menge ist ferner so
gewählt, daß sie kleiner ist, als die Menge, bei der die
Brennkraftmaschine beschädigt wird.
Dies Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Die Kraftstof
förderpumpe 155 fördert den Kraftstoff aus dem Vorratsbe
hälter über das Ventil 150 zur Hochdruckpumpe 145. Die Hoch
druckpumpe 145 baut in dem Rail 135 einen vorgebbaren Druck
auf. Üblicherweise werden im Rail 135 bei Systemen für
fremdgezündete Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 30
bis 100 bar und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen
Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar erzielt.
Durch Bestromen der Spulen 140 bis 143 werden die ent
sprechenden Magnetventile 130 bis 133 angesteuert. Die An
steuersignale für die Spulen legen dabei den Einspritzbeginn
und das Einspritzende des Kraftstoffs durch die Injektoren
120 bis 123 fest.
Tritt bei einem solchen System ein Fehler auf, hierbei kann
es sich beispielsweise um einen Defekt im Bereich der
Steuereinheit 170, des Hochdruckteils und/oder der Ein
spritzventile handeln, so muß gewährleistet werden, daß die
Brennkraftmaschine sicher zum Stehen kommt.
Insbesondere bei Systemen, bei denen die Hochdruckpumpe 145
unmittelbar von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, und
damit die Hochdruckpumpe 145 bei laufender Brennkraft
maschine ständig weiterfördert, ist eine Abschaltung der
Hochdruckpumpe 145 nicht möglich. Daher muß durch andere
Maßnahmen gewährleistet werden, daß der Druck im Hochdruck
teil schnell abgebaut und die Kraftstoffzufuhr unterbunden
wird.
Insbesondere ist dies erforderlich, wenn im Hochdruckteil
ein Leck auftritt und der Kraftstoff mit hohem Druck in den
Motorraum austritt bzw. wenn Kraftstoff durch einen defekten
Injektor mit hohem Druck permanent in einen Zylinder
gelangt. In diesen Fällen muß der Druck im Hochdruckteil
rasch abgebaut werden.
Erfindungsgemäß wird nun wie folgt vorgegangen. Erkennt die
Fehlerüberwachung 175 einen Fehler, so schaltet die Fehler
überwachung 175 auf ein Notfahrprogramm um. Dies bedeutet,
daß das Ventil 150 in seinen geschlossenen Zustand gebracht
wird. Damit wird gewährleistet, daß kein weiterer Kraftstoff
von der Pumpe 115 bereitgestellt wird. Als weitere bzw. als
alternative Maßnahme werden die Magnetventile 140, 141, 142
und 143 derart angesteuert, daß sie die Kraftstoffzumessung
in einer Winkelstellung der Kurbelwelle freigeben, in der
die Einspritzung keinen Beitrag zum Drehmoment der Brenn
kraftmaschine liefert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Kraftstoffzumessung im Bereich des unteren Totpunktes
freigegeben wird. Dies bedeutet die Kraftstoffzumessung
erfolgt unmittelbar vor dem Öffnen der Auslaßventile der
Brennkraftmaschine.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
lediglich die zweite Maßnahme durchgeführt wird. Bei dieser
Ausführungsform kann das Ventil eingespart werden.
Die Kraftstoffzumessung erfolgt in einem möglichst großen
Winkelbereich, damit die eingespritzte Menge einen größeren
Wert annimmt als die Menge, die die Hochdruckpumpe 145 för
dert. Durch diese Maßnahme wird zum einen der Druck im Hoch
druckteil, insbesondere im Rail 135 rasch abgebaut und
gleichzeitig kommt die Brennkraftmaschine zum stehen.
In Fig. 2a sind die Winkelbereiche, bei denen die Kraft
stoffzumessung üblicherweise erfolgt, über Grad Kurbelwelle
aufgetragen. Üblicherweise erfolgt die Kraftstoffzumessung
im Bereich des oberen Totpunktes OT des jeweiligen Zylin
ders. Die Dauer der Zumessung beträgt dabei zwischen 0° und
40° Kurbelwelle.
In Fig. 2b sind die Verhältnisse im Fehlerfall aufgetragen.
Die Einspritzung erfolgt nun im Bereich des unteren Tot
punktes UT, wobei die Dauer der Einspritzung wesentlich
länger ist als im Normalbetrieb.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Fehlerfall die Dauer
der Einspritzung so gewählt wird, daß die durch den Injektor
strömende Kraftstoffmenge einen solchen Wert annimmt, daß
die Durchflußbegrenzer ansprechen und dadurch die weitere
Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern unterbinden. Dabei ist die
Menge, bei der die Durchflußbegrenzer ansprechen so zu
wählen, daß bei dieser Menge keine Beschädigung der
Brennkraftmaschine auftritt.
Besonders vorteilhaft ist es, daß wenn lediglich ein
Injektor als defekt erkannt wurde, nur dieser Injektor
derart angesteuert wird, das der diesem Injektor zugeordnete
Durchflußbegrenzer den Kraftstofffluß unterbindet.
Die Einspritzung zur Notabschaltung erfolgt vorzugsweise
außerhalb des Verdichtungstaktes, das heißt, zwischen 0 Grad
Kurbelwelle und 270 Grad Kurbelwelle. Als besonders günstig
wurde der Winkelbereich von ca. 100° bis 200° Kurbelwelle
nach dem oberen Totpunkt erkannt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem
Kraftstoff von einer Pumpe in ein Hochdruckteil gefördert
wird und die Zumessung von Kraftstoff in die einzelnen
Zylinder mittels Magnetventilen steuerbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß im Fehlerfall Kraftstoff in einem
Winkelbereich zugemessen wird, in dem die Zumessung keinen
Beitrag zum Drehmoment liefert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im
Fehlerfall die Zumessung im Bereich des unteren Totpunktes
des jeweiligen Zylinders erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine solche Menge von Kraftstoff zugemessen wird, die
einen Druckabfall im Hochdruckteil zur Folge hat.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine solche Menge von Kraftstoff zugemessen wird, bei
der ein Durchflußbegrenzer im Hochdruckteil den
Kraftstofffluß unterbindet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
lediglich dem Zylinder, dem ein Fehler zugeordnet wurde eine
solche Menge von Kraftstoff zugemessen wird, bei der der
Durchflußbegrenzer den Kraftstofffluß unterbindet.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß im Fehlerfall eine längere Ansteuerdauer
gewählt wird, als im Normalbetrieb.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zumessung in einem Winkelbereich
zwischen 100° und 200° Kurbelwelle nach dem oberen Totpunkt
des jeweiligen Zylinders erfolgt.
8. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, bei
dem eine Pumpe Kraftstoff in einen Hochdruckteil fördert und
das Magnetventile die Zumessung von Kraftstoff in die
einzelnen Zylinder steuern, dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel vorgesehen sind, die im Fehlerfall Kraftstoff in
einem Winkelbereich zumessen, in dem die Zumessung keinen
Beitrag zum Drehmoment liefern.
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