DE19713183C1

DE19713183C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoffdruckes in einem Kraftstoffspeicher

Info

Publication number: DE19713183C1
Application number: DE1997113183
Authority: DE
Inventors: Benno Larisch; Achim Przymusinski; Dirk Heinitz; Detlev Schoeppe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2017-03-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Kraft stoffdruckes in einem Kraftstoffspeicher gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoffdruckes in einem Kraftstoffspeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 7.

Der Kraftstoffspeicher bildet ein Kraftstoffreservoir, aus dem die Einspritzanlage der Brennkraftmaschine Kraftstoff zu führt. Weist die Einspritzanlage eine Fehlfunktion auf, so steht der gesamte Kraftstoff des Kraftstoffspeichers der de fekten Einspritzanlage zum Einspritzen in die Brennkraftma schine zur Verfügung.

Aus DE 42 29 409 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung zum selbstätigen Abschalten einer Kraftstoffpumpe einer Brenn kraftmaschine bekannt, bei der der Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe zu Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine befördert wird und der überschüssige Kraftstoffanteil über eine Kraftstoffrückleitung zum Kraftstofftank zurückgeführt wird. In der Kraftstoffrückleitung ist ein Durchflußsensor bzw. ein Drucksensor angeordnet, der die Kraftstoffpumpe bei einem außergewöhnlichen Durchfluß bzw. Druckabfall abschal tet.

Aus DE 43 44 190 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die einen Kraft stoffspeicher verwendet, der von einer Hochdruckpumpe konti nuierlich mit Kraftstoff versorgt wird. Die Einspritzung er folgt über Einspritzventile, die an den Kraftstoffspeicher angeschlossen sind. Zur Begrenzung der maximalen Durchfluß menge zu den Einspritzventilen sind vor die Einspritzventile Sperrventile vorgeschaltet. Die Sperrventile sind differenz druck- und/oder durchflußmengengesteuert und sperren die Kraftstoffzufuhr bei Versagen eines Einspritzventiles.

Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, den Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher ohne zusätzliche Mittel wie z. B. ein Überdruckventil zu entnehmen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An spruchs 1 und 7 gelöst. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Einspritzanlage den Kraftstoff zu dem Kurbelwinkelbereich der Brennkraftmaschine zuführt, bei dem der Kraftstoff nur zu ei nem geringen Anteil, vorzugsweise überhaupt nicht, verbrannt wird.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Er findung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 den Kompressionsverlauf eines Zylinders mit vorteil haften Kurbelwinkelbereichen für die Einspritzung von Kraftstoff und

Fig. 3 einen Brennraum mit Einlaß- und Auslaßventil.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Kraftstoffversor gung für eine Brennkraftmaschine 7. Es ist eine Vorförderpum pe 4 vorgesehen, die über eine Ansaugleitung mit einem Kraft stofftank 10 in Verbindung steht und über eine Abgabeleitung an den Ansaugbereich einer Hochdruckpumpe 3 angeschlossen ist. Der Auslaßbereich der Hochdruckpumpe 3 steht über eine Hochdruckleitung mit einem Kraftstoffspeicher 2, das ein Com mon-Rail darstellt, in Verbindung. Der Kraftstoffspeicher 2 ist über je eine Zuleitung mit einem Einspritzventil 6 ver bunden, wobei jedes Einspritzventil 6 einem Zylinder der Brennkraftmaschine 7 zugeordnet ist.

Die Brennkraftmaschine 7 weist einen Drehzahlmesser 16 und einen Drehmomentsensor 17 auf und steht über einen Datenbus 8 mit einem Steuergerät 1 in Verbindung. Das Steuergerät 1 ist über je eine Ansteuerleitung 9 mit einem Einspritzventil 6, über eine erste Steuerleitung 10 mit der Hochdruckpumpe 3, über eine zweite Steuerleitung 11 mit der Vorförderpumpe 4 und über eine Sensorleitung 13 mit einem Drucksensor 12 ver bunden ist, der am Kraftstoffspeicher 2 angeordnet ist. Das Steuergerät 1 ist zudem über eine Datenleitung an einen Da tenspeicher 14 und über den Datenbus 8 an den Drehzahl- und den Drehmomentsensor 16, 17 angeschlossen. Das Steuergerät 1 weist weiterhin eine Signalleitung auf, die an einen Gaspe dalgeber 15 angeschlossen ist, der den Fahrerwunsch an das Steuergerät 1 weitergibt.

Die Funktionsweise der Vorrichtung der Fig. 1 ist wie folgt: Das Steuergerät 1 steuert nach vorgegebenen Programmen, die im Datenspeicher 14 abgelegt sind, die Vorförderpumpe 4 und die Hochdruckpumpe 3, so daß Kraftstoff in den Kraft stoffspeicher mit einem vorgegebenen hohen Druck gepumpt wird. Das Steuergerät 1 steuert entsprechend den Programmen auch die Einspritzanlage mit den Einspritzventilen 6 derart, daß die Brennkraftmaschine 7 ein dem Fahrerwunsch entspre chendes Drehmoment und eine entsprechende Leistung abgibt.

Eine wesentliche Funktion des Steuergerätes 1 beruht darin, die Einspritzventile 6 auf eine korrekte Funktionsweise zu überwachen. Dazu vergleicht das Steuergerät 1 die von der Brennkraftmaschine 7 abgegebene Leistung und/oder das von der Brennkraftmaschine 7 abgegebene Drehmoment mit der Leistung bzw. mit dem Drehmoment, das die Brennkraftmaschine 7 auf grund der Steuerung der Einspritzanlage, insbesondere der Einspritzventile 6 abgeben sollte. Ergibt der Vergleich, daß die Brennkraftmaschine 7 eine höhere Leistung oder ein höhe res Drehmoment abgibt, als es aufgrund der Steuerung der Ein spritzventile 6 der Fall sein dürfte, so schaltet das Steuer gerät 1 in eine Notfunktion, bei der vorzugsweise die Vorför derpumpe 4 und die Hochdruckpumpe 3 in der Förderleistung re duziert bzw. abgeschaltet werden.

Zudem wird der im Kraftstoffspeicher 2 gespeicherte Kraft stoff über die korrekt funktionierenden Einspritzventile 6 der Brennkraftmaschine 7 in der Weise zugeführt, daß die Lei stung und/oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine kaum er höht wird. Vorzugsweise wird keine Leistung und/oder kein Drehmoment durch den zugeführten Kraftstoff erzeugt. Auf die se Weise wird erreicht, daß der Kraftstoffspeicher 2 ohne zu sätzliche Mittel wie ein Druckregelventil entleert wird. Da durch wird weitgehend verhindert, daß das defekte Einspritz ventil Kraftstoff unkontrolliert der Brennkraftmaschine zu führt.

In einer Weiterbildung der Erfindung überprüft das Steuerge rät 1 die Funktionsweise jedes einzelnen Einspritzventils 6. Dazu wird die von einem Zylinder abgegebene Leistung und/oder das abgegebene Drehmoment mit einer Solleistung bzw. mit ei nem Solldrehmoment verglichen, das der Zylinder aufgrund der vom Steuergerät 1 vorgegebenen und von dem entsprechenden Einspritzventil 6 zugemessenen Kraftstoffmenge abgeben soll te. Die Solleistung und das Solldrehmoment sind in Abhängig keit von der zugeführten Kraftstoffmenge, der Last und der Drehzahl im Datenspeicher 14 abgelegt. Liegt die von der Kur belwelle des entsprechenden Zylinders abgegebene Leistung oder das abgegebene Drehmoment mehr als einen vorgegebenen Differenzwert über der Solleistung bzw. über dem Solldrehmo ment, so wird in eine Notlauffunktion geschaltet und der Kraftstoff des Kraftstoffspeichers 2 über die Einspritzventi le 6, die nicht defekt sind, der Brennkraftmaschine 7 in der Weise zugeführt, daß nahezu keine Leistungserhöhung und/oder keine Drehmomenterhöhung erfolgt. Vorzugsweise wird durch den zugeführten Kraftstoff keine Leistung und/oder kein Drehmo ment erzeugt. Vorzugsweise erfolgt die Kraftstoffzufuhr in der Weise, daß keine wesentliche Verbrennung des Kraftstoffes auftritt.

Auf diese Weise wird der Kraftstoff in einem vorgegebenen Kurbelwinkelbereich in die Brennkraftmaschine 7 eingespritzt, in dem der Kraftstoff keine Drehmoment- oder Leistungssteige rung der Brennkraftmaschine bewirkt. Vorzugsweise wird der Kurbelwinkelbereich derart festgelegt, daß der eingespritzte Kraftstoff nahezu kein Drehmoment oder nahezu keine Leistung erzeugt.

Fig. 2 zeigt bevorzugte Kurbelwinkelbereiche, in denen der Brennkraftmaschine 7 Kraftstoff zugeführt wird, ohne daß eine merkliche Verbrennung des Kraftstoffes auftritt, so daß die Zufuhr des Kraftstoffes zur Brennkraftmaschine 7 zu keiner merklichen, vorzugsweise zu keiner Erhöhung der Leistung oder des Drehmomentes führt.

In Fig. 2 ist der Brennraumdruck p über den Kurbelwinkel w aufgetragen. Es ist schematisch ein Verdichtungstakt und ein Ausschiebetakt dargestellt. Beim ersten Kurbelwinkel w1 schließen die Einlaßventile der Brennkraftmaschine 7 und das Kraftstoffluftgemisch wird im Brennraum verdichtet. Der maxi male Brennraumdruck p wird kurz nach dem zweiten Kurbelwinkel w2 erreicht, der dem oberen Totpunkt HOT des Kolbens beim Verdichtungstakt entspricht, bei dem der Kolben seine Bewe gungsrichtung umkehrt und das Volumen des Brennraumes wieder vergrößert wird. Nach dem oberen Totpunkt tritt kurzfristig eine weitere Druckerhöhung im Brennraum auf, obwohl das Volu men des Brennraumes wieder vergrößert wird, da das Kraft stoffgemisch im Brennraum zündet und explodiert.

Nach einer Zeitspanne fällt bei einem dritten Kurbelwinkel w3 der Brennraumdruck schnell auf einen ersten Brennraumdruck p1 ab. Der erste Brennraumdruck p1 entspricht einem Druck im Brennraum, bei dem eine zusätzliche Zufuhr von Kraftstoff zu keiner merklichen Verbrennung des zugeführten Kraftstoffes führt, da der Druck und die Temperatur im Brennraum bereits zu gering sind. Der erste Brennraumdruck p1 tritt bei einem dritten Kurbelwinkel w3 auf, der ungefähr 90° nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes liegt.

Im weiteren Verlauf fällt der Brennraumdruck p stetig weiter ab, bis bei einem vierten Kurbelwinkel w4 ein Auslaßventil des Zylinders geöffnet wird und das verbrannte Kraftstoffge misch aus dem Brennraum über das Auslaßventil vom Kolben aus geschoben wird. Bei einem fünften Kurbelwinkel w5 wird zu sätzlich zum Auslaßventil noch ein Einlaßventil geöffnet. An schließend wird bei einem siebten Kurbelwinkel w7 das Auslaß ventil geschlossen. Der siebte Kurbelwinkel w7 liegt nach dem oberen Totpunkt des Kolbens, der bei einem sechsten Kurbel winkel w6 vorliegt. Anschließend folgt der Ansaugtakt, der mit einem Schließen des Einlaßventiles, wie beim ersten Kur belwinkel w1 dargestellt, endet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, reicht der erste Kurbelwin kelbereich V1, in dem der Kraftstoff bei einer Notlauffunkti on der Brennkraftmaschine 7 zugeführt wird, von einem dritten Kurbelwinkel w3 bis zum Schließen des Auslaßventiles bei ei nem siebten Kurbelwinkel w7. Der dritte Kurbelwinkel w3 wird dadurch festgelegt, daß der erste Brennraumdruck p1 unter ei nem vorgegebenen Wert liegt, so daß nahezu keine Verbrennung des zugeführten Kraftstoffes mehr auftritt. Der erste Brenn raumdruck p1 wird experimentell ermittelt. Im ersten Kurbel winkelbereich V1 wird der Kraftstoff zwar anfangs noch teil weise verbrannt, es wird jedoch kein wesentliches Drehmoment oder eine wesentliche Leistung erzeugt.

Zwischen dem dritten Kurbelwinkel w3 und dem vierten Kurbel winkel w4, bei dem das Auslaßventil geöffnet wird, tritt eine teilweise Verbrennung des zugeführten Kraftstoffes auf. Dies bedeutet, daß der in diesem Bereich zugeführte Kraftstoff vorzugsweise zum Schutz von Ventilen oder dem Turbolader in der Menge zu begrenzen ist. Die Begrenzung des Kraftstoffes ist experimentell ermittelt und im Datenspeicher 14 abgelegt.

Ein bevorzugter zweiter Kurbelwinkelbereich V2, in dem der Kraftstoff der Brennkraftmaschine zugeführt wird, ohne daß er verbrannt wird, beginnt mit dem Öffnen des Auslaßventiles und endet mit dem Schließen des Auslaßventiles. In diesem Bereich ist sichergestellt, daß der Kraftstoff ohne Leistung und/oder Drehmoment zu erzeugen, direkt über den Auspufftrakt abgege ben wird. Das beschriebene Verfahren ist sowohl für selbst zündende Verbrennungsverfahren als auch für fremdgezündete Verbrennungsverfahren anwendbar.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Brennraum 18 mit einem Ein spritzventil 6 und einem geschlossenen Einlaßventil 19 und einem geöffneten Auslaßventil 20.

Claims

1. Verfahren zum Steuern des Kraftstoffdruckes in einem Kraftstoffspeicher (2), der an eine Einspritzanlage (6) ange schlossen ist, die einer Brennkraftmaschine (7) Kraftstoff zuführt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Funktion der Einspritzanlage (6) überprüft wird, und
daß bei einer Fehlfunktion der Einspritzanlage (6) der Kraft stoff in einem Kurbelwinkelbereich (V1, V2) in die Brennkraft maschine (7) eingespritzt wird, in dem der Kraftstoff keine wesentliche Drehmoment- oder Leistungssteigerung der Brenn kraftmaschine (7), insbesondere keine Drehmomenterzeugung oder Leistungserzeugung, bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes, insbesondere mindestens 90° Kurbelwinkel nach dem oberen Tot punkt des Verdichtungstaktes, eingespritzt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kraftstoff eingespritzt wird, wenn min destens ein Auslaßventil (20) des Brennraumes (18) geöffnet ist, in den eingespritzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungs taktes so lange eingespritzt wird, bis das Auslaßventil (20) des Brennraumes (18) geschlossen wird, in den eingespritzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Fehlfunktion der Einspritzanlage (6) vorliegt, wenn die Einspritzanlage (6) mehr Kraftstoff ein spritzt, als durch die Steuerung der Einspritzanlage (6) festgelegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Fehlfunktion der Einspritzanlage (6) erkannt wird, wenn die Drehzahl oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine (7) einen vorgegebenen Wert überschreitet, der durch die Steuerung der Einspritzanlage (6) festgelegt ist.

7. Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoffdruckes in einem Kraftstoffspeicher (2), der von einer Kraftstoffpumpe (4, 3) mit Kraftstoff versorgt wird, und der an eine Einspritzanlage (6) angeschlossen ist, die einer Brennkraftmaschine (7) Kraftstoff zuführt, mit einem Steuergerät (1), das die Ein spritzanlage (6) steuert, dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel (1, 16, 17, 14) zum Überwachen der Einspritzanlage (6) vorgesehen sind,
daß bei einer Fehlfunktion der Einspritzanlage (6) das Steu ergerät (1) die Einspritzanlage (6) zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Kurbelwinkelbereich (V1, V2) steuert, in dem keine wesentliche Drehmoment- oder Leistungserhöhung der Brennkraftmaschine (7), insbesondere keine Drehmoment- oder Leistungserzeugung, erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzanlage (6) den Kraftstoff nach dem oberen Tot punkt des Verdichtungstaktes einspritzt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (1, 16, 17, 14) mindestens ein Einspritzventil (6) überwachen, und daß nach Erkennen einer Fehlfunktion des überwachten Einspritzventiles (6) das Steuergerät (1) minde stens ein korrekt funktionierendes Einspritzventil (6) zum Einspritzen von Kraftstoff in dem Kurbelwinkelbereich (V1, V2) steuert, in dem nahezu kein Drehmoment oder keine Leistung durch den zugeführten Kraftstoff erzeugt wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Fehlfunktion der Einspritzanlage (6) erkannt wird, wenn die Drehzahl oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine (7) einen Vergleichswert überschreitet, der durch das Steuern der Einspritzanlage (6) festgelegt ist.