DE19743061A1

DE19743061A1 - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine und Kraftstoffeinspritzsystem zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19743061A1
Application number: DE19743061A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Polach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-01
Also published as: GB2329677B; US6098596A; FR2769047B1; FR2769047A1; IT1302229B1; JPH11159359A; GB2329677A; ITMI982027A1; GB9819452D0

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Verfahren nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Ein solches Verfahren wird bei be kannten Kraftstoffeinspritzsystemen verwirklicht, die den einzuspritzenden Kraftstoff in einem Kraftstoffhochdruck speicher zur Verfügung stellen. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß durch den ständig mit hohem Druck zur Verfügung stehenden Kraftstoff bei einem Versagen des Kraftstoffein spritzventils oder seiner elektrische Ansteuerung, das Kraftstoffeinspritzventil im Anschluß an einer Kraftstoff einspritzung in geöffneter Stellung verbleibt, so daß weiterhin ständig Kraftstoff mit hohem Druck in den jewei ligen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht wird. Diese Kraftstoffmenge kann beim darauffolgenden Verdich tungshub zusammen mit der wiedereingebrachten Frischluft schlagartig entflammt werden. Dies führt zu einer erheb lichen Wärmeentwicklung, verbunden mit einer extremen Drucksteigerung, die für den Normalbetrieb der Brennkraft maschine nicht vorgesehen ist und somit zur Zerstörung derselben führen kann.

Vorteile der Erfindung

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 und dem Kraftstoffeinspritzsystem zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß Patentanspruch 6 wird erreicht, daß bei einem fehler haften Verhalten eines Kraftstoffeinspritzventils die im Anschluß an die gewollte Kraftstoffeinspritzphase einge brachte Kraftstoffeinspritzmenge und einem aus dieser zuviel eingespritzten Kraftstoffmenge resultierenden Druckanstieg durch die Überwachung des Brennraumdruckes auf einen zu hohen Druck mit Hilfe eines Druckventils die Verbrennungs produkte auf den kürzesten Weg unmittelbar dem Brennraum auf der Ansaugseite der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Dadurch wird das Ansaugen von Frischluft verhindert oder stark reduziert, so daß dem Brennraum nicht mehr ausreichend viel Luftsauerstoff zugeführt wird, um den zuviel einge brachten Kraftstoff vollständig zu verbrennen und damit am Ende des Krompressionstaktes der Brennkraftmaschine eine die Brennkraftmaschine schädigenden schlagartigen Verbrennung zu bewirken. Durch die Rückführung unmittelbar zum Einlaß der Brennräume der Brennkraftmaschine wird so der anzusaugende Luftsauerstoff durch Abgase ersetzt und es wird eine Weiter verbrennung durch Ersticken des Verbrennungsvorganges verhindert.

Die bei zu hohem Brennraumdruck erfolgende unmittelbare Rückführung der Abgase zum Einlaß der Brennräume der Brennkraftmaschine über das Druckventil wird durch die Ausgestaltung von Anspruch 2 ganz wesentlich unterstützt, indem das abgegebene Abgas stromabwärts der Luftdrosselein richtung in das Ansaugsystem eingeleitet wird. Damit ist sichergestellt, daß sowenig wie möglich Luftsauerstoff im Schadensfalle in die Brennräume gelangt, was trotz Anwe senheit von zuviel Kraftstoff dann nicht mehr zu übergroßen schädigenden Brennraumdrücken führen kann.

In vorteilhafter Weise wird gemäß Patentanspruch 3 eine sol chermaßen ablaufende fehlerhafte Verbrennung aus der von der Brennkraftmaschine entwickelten Antriebsarbeit erkannt und diese dann stillgesetzt. Dazu kann gemäß Patentanspruch 4 die Kraftstoffzufuhr zu allen Kraftstoffeinspritzventilen unterbrochen werden oder es kann gemäß Patentanspruch 5 in Verbindung mit einer bei der Brennkraftmaschine vorgesehenen Abgasrückführeinrichtung mit Luftdrosseleinrichtung ein Stillsetzen der Brennkraftmaschine durch übermäßige Abgasrückführung erzielt werden. Zur Durchführung des Ver fahrens ist gemäß Patentanspruch 6 eine Entlastungsleitung vorgesehen, in der das Druckventil angeordnet ist und die unmittelbar vom Brennraum zum Einlaß der Brennräume der Brennkraftmaschine zurückführt. In vorteilhafter Weise ist gemäß Patentanspruch 8 die elektrische Steuereinrichtung mit einer Überwachungsanordnung verbunden, durch die bei fehler hafter Verbrennung eine Einrichtung zum Stillsetzen der Brennkraftmaschine ausgelöst wird. Dabei wird gemäß Patent anspruch 9 vorteilhaft eine Einrichtung zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu allen Kraftstoffeinspritzstellen aktiviert. Die Stillsetzung der Brennkraftmaschine kann dabei auch vorteilhaft gemäß Patentanspruch 10 bei vorhan denen Abgasrückführeinrichtung und Luftdrosseleinrichtung durch Schließen der Luftdrosseleinrichtung und durch Öffnen eines Abgasrückführventils in einer Abgasrückführleitung erzielt werden. Mangels Luftsauerstoff kommt dabei die Brennkraftmaschine schnell zum Stillstand.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dar gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht ist, und Fig. 2 die Ausführung zur Überwachung des Brennraumdrucks.

Beschreibung

Fig. 1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Brenn kraftmaschine 1, der Verbrennungsluft über ein Ansaugsystem 2 zugeführt wird und deren Abgase über ein Abgassammelsystem 3 abgeleitet werden. Bei dieser Brennkraftmaschine ist fer ner eine Abgasrückführung verwirklicht in Form einer Abgas rückführleitung 5, die möglichst nahe dem Austritt der Abgase aus den Brennraum der Brennkraftmaschine vom Abgas sammelsystem 3 zum Ansaugsystem 2 führt und in der ein Abgasrückführventil 6 angeordnet ist. Die Abgasrückführ leitung mündet dabei stromabwärts einer Luftdrosseleinrich tung 8 in das Ansaugsystem ein. Die Luftdrosseleinrichtung sowie das Abgasrückführventil sind in der Figur als Drossel klappen ausgebildet, können aber auch in anderer Ausführung verwirklicht sein. Die Betätigung von Abgasrückführventil und Luftdrosseleinrichtung wird in an sich bekannter Weise von einer Stelleinrichtung 7 elektromechanisch gesteuert. Diese Steuereinrichtung wird wiederum von einer elektrischen Steuereinrichtung 10 gesteuert, die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erfaßt und die von einem ersten Sensor 12 die Position des Abgasrückführventils zurückgemeldet bekommt und von einem zweiten Sensor 14 die Position der Luftdros seleinrichtung als Steuersignal erhält.

Die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine erfolgt über Kraftstoffeinspritzventile 15, die ebenfalls elektrisch gesteuert werden und deren Öffnen und Schließen ebenfalls durch die elektrische Steuereinrichtung 10 ausgelöst wird. Die Kraftstoffeinspritzventile sind hier nicht weiter gezeigten Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeordnet und werden aus einem Kraftstoffhochdruckspeicher 17 mit unter Einspritzdruck stehendem Kraftstoff versorgt. Bei einem durch die Steuereinrichtung 10 ausgelösten Öffnen der Kraft stoffeinspritzventile erfolgt somit über eine vorgesehene Zeitdauer entsprechend einer vorgesehenen Kraftstoffein spritzmenge eine Einspritzung zum festgelegten Zeitpunkt.

Der Kraftstoffhochdruckspeicher wird durch eine Hochdruck pumpe 18 mit Kraftstoff versorgt, den eine Vorförderpumpe 19 der Hochdruckpumpe aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 20 in dosierter Menge zuführt, so daß gerade die Kraftstoff hochdruckmenge dem Kraftstoffhochdruckspeicher zugeführt wird, die auch zur Einspritzung benötigt wird. Dazu wird ein Mengensteuerorgan 21 im Zulauf zur Vorförderpumpe oder zur Hochdruckpumpe von der elektrischen Steuereinrichtung 10 gesteuert. Von einem Drucksensor 22 erhält die elektrische Steuereinrichtung 10 eine Information über die Höhe des im Kraftstoffhochdruckspeicher herrschenden Kraftstoffdrucks zurückgemeldet. Entsprechend der Abweichung von einem Soll wert wird dann die Kraftstoffhochdruckfördermenge der Hoch druckpumpe 18 variiert. Diese Steuerung der geförderten Kraftstoffmenge kann ein Zuviel an durch ein Kraftstoff einspritzventil eingespritztem Kraftstoff im Schadensfalle nicht verhindern, da nur der Speicherdruck nicht, aber die Entnahmemenge aus dem Speicher geregelt wird.

In der Fig. 2 ist eine weitere schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine wiedergegeben. Dabei wird das An saugsystem 2, nun mit Ansaugkrümmern 24 und das Abgas sammelsystem 3 ebenso mit Abgaskrümmern 25 dargestellt. Pro Zylinder ist eine vom Zylinder abführende Entlastungsleitung 26 vorgesehen, in der jeweils ein vom Brennraumdruck gesteu ertes Druckventil 27 angeordnet ist. Die Druckventile sind auf einen Ansprechdruck eingestellt, der höher als der im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine auftretende Brennraum druck aber niedriger als der Brennraumdruck ist, bei dem die Gefahr einer Zerstörung besteht, wenn die Brennkraftmaschine längere Zeit auf diesem Druckniveau betrieben wird. Wird der auf diese Weise festgelegte Druck überschritten, öffnen die Druckventile und es kann das brennende Gas im Brennraum der Brennkraftmaschine über die Entlastungsleitung 26 entweichen und der Saugseite der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Das hat den Effekt, daß der sonst dem Brennraum der Brenn kraftmaschine zugeführte Sauerstoff durch Verbrennungs produkte des Brennraumes ersetzt wird. Somit steht in einem Schadensfall, der in einem die Entlastung auslösenden über hohen Druck resultiert, ausgelöst durch zuviel eingebrachten Kraftstoff, nicht mehr ausreichend Sauerstoff zur Verfügung, um allen zuviel eingebrachten Kraftstoff zu verbrennen. Die Verbrennung im Brennraum der Brennkraftmaschine wird somit erstickt. Die Abzweigung der Entlastungsleitung direkt vom Brennraum begünstigt diesen Vorgang, weil der Weg kurz genug ist, daß brennende Abgase bis in die Ansaugseite in die Brennräume wieder hineingetragen werden können.

Damit brennt der eingebrachte Kraftstoff kontinuierlich ab und reduziert auf diesem Wege den Sauerstoffgehalt im Brenn raum so, daß zum Ende des Verdichtungstaktes hin keine schlagartige Entflammung mit einem hohen Druckanstieg auf treten kann. Vielmehr ist bei entsprechender Auslegung der Komponenten der Sauerstoffgehalt im Brennraum so abgesunken, daß im Anschluß an einen Verdichtungstakt der Brennkraftma schine kein Expansionshub mit nennenswerter Arbeitsleistung mehr zielbar ist. Aufgrund des abgebauten Sauerstoffs wird die Verbrennung im Brennraum gedrosselt oder verhindert. Jeder weitere Ansaugtakt fördert nicht mehr genügend Sauer stoff in den Brennraum, um bei einem Zuviel an eingespritz tem Kraftstoff eine zerstörerische Verbrennung zu bewirken.

Durch die elektrische Steuereinrichtung werden die Drehzahl und/oder Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine erfaßt und oder auch aus anderen Parametern ein Erkennungssignal abgeleitet, das Auskunft über die ordnungsgemäße Arbeits weise der Brennkraftmaschine gibt. Stellt die Auswerte einrichtung in der elektrischen Steuereinrichtung 10 fest, daß der normale Ablauf der Verbrennung gestört ist, wird durch die elektrische Steuereinrichtung ein Signal zum Stillsetzen der Brennkraftmaschine abgegeben. Dazu kann einerseits eine Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zu allen Kraftstoffeinspritzventilen derart ausgelöst werden, daß diese elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzventile in einem geschlossenen Zustand gehalten werden. Es kann zusätzlich auch noch die Hochdruckförderung der Kraftstoff hochdruckpumpe 18 entsprechend reduzierte oder abgeschaltet werden. Wenn die Brennkraftmaschine wie hier dargestellt, mit Abgasrückführung betrieben wird besteht eine weitere Möglichkeit ihrer Stillsetzung darin, daß die elektrische Steuereinrichtung über die Stelleinrichtung 7 die Luftdros seleinrichtung 8 schließt und das Abgasrückführventil 6 ganz öffnet. Dadurch wird die Brennkraftmaschine aufgrund von Sauerstoffmangel zum Stillstand gebracht.

Mit dem beschriebenen Verfahren und dem Kraftstoffeinspritz system zur Durchführung des Verfahrens erhält man eine sehr sichere Maßnahme, um bei Versagen der Einspritzmengensteu erung eine Überhitzung und ein Schaden an der Brennkraft maschine zu vermeiden und Kriterien zu schaffen, aufgrund deren eine sichere Abstellung der Brennkraftmaschine insgesamt erfolgt.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Ein bringung von Luft über ein Ansaugsystem der Brennkraftmaschine in Brennräume der Brennkraftmaschine bei einem Ansaugtakt, mit Verdichtung der eingebrachten Luft im Brennraum in einem Verdichtungstakt, mit Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck in den Brennraum und Entflammung des eingebrachten Kraftstoffes mit dem Luftsauerstoff durch Selbstentzündung, mit einem Expansionstakt und mit Ausschiebung der Verbrennungs produkte in einem Ausschiebetakt der Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffeinspritzung durch eine elektrische Steuer einrichtung gesteuert wird, die Kraftstoffeinspritzventile steuert, die jeweils einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordneten sind und die mit auf hohem Druck gebrachten Kraftstoff von einem Kraftstoffhochdruckspeicher versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraumraumdruck ständig durch eine Druckventil überwacht wird und daß bei Überschreiten des höchsten zulässigen Druckes die Gase des Brennraums der Brennkraftmaschine von dem Druckventil auf kürzestem Wege in das Ansaugsystem geleitete werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführeinrichtung versehen ist, die eine Luftdrosseleinrichtung und eine stromabwärts davon angeordneten Abgasrückführeinleitung in das Ansaugsystem mit Abgasrückführventil hat, die beide von der elektrischen Steuer einrichtung in ihrer Funktion überwacht werden und daß die den Brennraum über das Druckventil verlassenden Gase stromabwärts der Luftdrosseleinrichtung in das Ansaugsystem geleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Steuereinrichtung mit einer Überwachung verbunden ist, mit der eine fehlerhafte Verbrennung aus der Antriebsarbeit erkannt wird und bei Vorliegen einer fehlerhaften Verbrennung die Brennkraftmaschine stillgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Stillsetzen der Brennkraftmaschine die Kraftstoffzufuhr zu allen Kraftstoffeinspritzventilen unterbrochen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Stillsetzen der Brennkraftmaschine die Steuereinrichtung bei Vorliegen der fehlerhaften Verbrennung die Abgasrückführung auf maximale und die Luftzufuhr auf minimale Menge einstellt.

6. Kraftstoffeinspritzsystem für mit Selbstzündung arbeitende Brennkraftmaschinen mit einem Ansaugsystem (2, 24) das mit Brennräumen der Brennkraftmaschine verbindbar ist, mit Gas wechselventilen über die ein Ansaugtakt, ein Verdichtungstakt, ein Expansionstakt und ein Ausschiebetakt nacheinander gesteu ert werden, mit Kraftstoffeinspritzventilen (15) zur Kraftstoff einspritzung unter hohem Druck in die Brennräume der Brennkraft maschine und mit einem Abgassammelsystem (3, 25), in das die Verbrennungsprodukte, gesteuert durch die Gaswechselventile, ausgeschoben werden, sowie mit einer elektrischen Steuerein richtung (10) durch die die Kraftstoffeinspritzventile gesteuert werden, die mit auf hohem Druck gebrachten Kraftstoff von einem Kraftstoffhochdruckspeicher (17) versorgt werden und jeweils einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordneten sind, zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens nach den Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Brennraum der Brennkraftmaschine ein über eine Entlastungsleitung (26) unmittelbar mit dem Ansaugsystem (24) verbundenes Druckventil (27) vorgesehen ist, durch das der Brennraumraumdruck ständig überwacht wird und bei Überschreiten des am Druckventil (27) eingestellten Höchsdruckes des Druckes der Gase im Brennraum das Druckventil (27) geöffnet wird.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführ einrichtung (5, 6, 7, 8) versehen ist, die eine Luftdrossel einrichtung (8) aufweist, stromabwärts von der eine ein Abgas rückführventil (6) enthaltene Abgasrückführleitung (5) in das Ansaugsystem (2, 24) mündet und mit einer Einrichtung zur Über wachung der Funktion der Abgasrückführeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung (10) verbunden ist, wobei die Entlastungs leitung (26) stromabwärts der Luftdrosseleinrichtung (8) in das Ansaugsystem (2, 24) mündet.

8. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß mit der elektrischen Steuereinrichtung (10) eine Überwachungseinrichtung verbunden ist, mit der eine fehlerhafte Verbrennung aus der Antriebsarbeit der Brennkraftmaschine erkennbar ist und bei Vorliegen einer fehlerhaften Verbrennung die Brennkraftmaschine durch eine Einrichtung zum Stillsetzen der Brennkraftmaschine angesteuert wird.

9. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß Einrichtung zum Stillsetzen der Brennkraftmaschine eine Einrichtung zum Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr zu allen Kraftstoffeinspritzventilen (15) ist.

10. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß zum Stillsetzen der Brennkraftmaschine die Steuer einrichtung bei Vorliegen einer fehlerhaften Verbrennung das Abgasrückführventil (6) ganz öffnet und die Luftdrosselein richtung (8) ganz schließt.