EP0764777B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP0764777B1
EP0764777B1 EP96110218A EP96110218A EP0764777B1 EP 0764777 B1 EP0764777 B1 EP 0764777B1 EP 96110218 A EP96110218 A EP 96110218A EP 96110218 A EP96110218 A EP 96110218A EP 0764777 B1 EP0764777 B1 EP 0764777B1
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fuel
internal combustion
metered
combustion engine
fault
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Jürgen Biester
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/222—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of sensors or parameter detection devices
    • F02D2041/223—Diagnosis of fuel pressure sensors

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling an internal combustion engine according to the generic terms of independent claims.
  • Such a method and such a device for control an internal combustion engine are known.
  • a safety shut-off valve is provided that in the event of a fault a safety shutdown is guaranteed.
  • Such one Safety shutoff valve is used in diesel internal combustion engines referred to as ELAB.
  • DE 43 44 190 A1 is a Fuel injector with high pressure accumulator known.
  • the memory injection system is with a High pressure fuel pump for continuous filling a high-pressure fuel accumulator.
  • downstream of the fuel storage are via lines Injectors on the internal combustion engine with fuel provided.
  • Injectors differential pressure and / or flow-controlled check valves upstream.
  • the Check valves block the fuel supply safe if an injector fails.
  • the invention has for its object in a method and a device for controlling an internal combustion engine a safety shutdown of the type mentioned to ensure the fastest possible shutdown guaranteed. This task is carried out in the Features characterized independent claims solved.
  • the procedure according to the invention has the advantage that Fast shutdown even with so-called common rail systems is possible in the event of an error. At the same time, the Pressure in the high pressure section is quickly reduced in the event of a fault. The The usual shut-off valve and its control can be omitted, which means a considerable saving in costs. On Test of the facility is not necessary as this is through normal operation is ensured.
  • FIG. 1 shows an injection system according to the invention and Figure 2 different Injection pulses plotted over time.
  • the device according to the invention is based on the example a self-igniting internal combustion engine, where the fuel metering by means of a solenoid valve is controlled.
  • the embodiment shown in Figure 1 relates to a so-called common rail system.
  • the invention Approach is not on these systems limited.
  • suction line 105 receives fresh air and emits 110 exhaust gases via an exhaust line.
  • the internal combustion engine shown is a four-cylinder internal combustion engine. Every cylinder the Internal combustion engine is an injector 120, 121, 122 and 123 assigned. The injectors are connected via solenoid valves 130, 131, 132 and 133 fuel metered. The fuel arrives from a so-called rail 135 via the injectors 120, 121, 122 and 123 into the cylinders of internal combustion engine 100.
  • the fuel in the rail 135 is from a high pressure pump 145 brought to an adjustable pressure.
  • the high pressure pump 145 is via a solenoid valve 150 with a fuel delivery pump 155 connected.
  • the fuel delivery pump 155 communicates with a fuel tank 160.
  • the valve 150 comprises a coil 152.
  • the solenoid valves 130, 131, 132 and 133 include coils 140, 141, 142 and 143 that be supplied with current by means of an output stage 175 can.
  • the output stage 175 is preferably in a control unit 170 arranged, which corresponds to the coil 152 controls.
  • a sensor 177 is provided, which the pressure in Rail 135 detects and a corresponding signal to the control unit 170 directs.
  • An error detection 176 evaluates various signals and in the event of a fault, the power amplifier 175 and the valve 152 with a corresponding signal.
  • each Flow restrictors 180, 181, 182 and 183 arranged there is between the rail 135 and the injectors 120 to 123 each Flow restrictors 180, 181, 182 and 183 arranged.
  • the flow limiter can also between the solenoid valve and the rail or between the solenoid valve and the respective injector his.
  • the flow restrictors are designed such that the connection between the Rail 135 and the injectors interrupt if more than one through this line predetermined amount of fuel flows.
  • the flow restrictor closes when a particular one Amount of fuel would be metered. That amount is like that chosen that it is larger than the largest in the error-free Operation occurring quantity. It is therefore larger than that Full load quantity or the start quantity.
  • the crowd is also like this chosen to be less than the amount at which the Internal combustion engine is damaged.
  • the fuel delivery pump 155 delivers the fuel from the reservoir via valve 150 to high pressure pump 145.
  • the high pressure pump 145 builds a predefinable pressure in the rail 135 on.
  • Pressure values of about 10 to 2000 bar achieved.
  • the corresponding Solenoid valves 130 to 133 controlled.
  • the procedure according to the invention is now as follows. Recognize that Error monitoring 175 an error, the error monitoring switches 175 to an emergency driving program. This means, that the valve 150 is brought into its closed state becomes. This ensures that no more fuel is provided by the fuel pump 155. As another Measure will be the solenoid valves 140, 141, 142 and 143 controlled so that they the fuel metering release in an angular position of the crankshaft, in the the injection makes no contribution to the torque of the internal combustion engine supplies. It is particularly advantageous if the fuel metering in the area of bottom dead center is released. This means the fuel metering takes place immediately before opening the exhaust valves Internal combustion engine.
  • the fuel metering is carried out as large as possible Angular range, so that the injected amount a larger Assumes value as the amount that high pressure pump 145 delivers.
  • Figure 2a are the angular ranges at which the fuel metering usually done by crankshaft degrees applied.
  • the fuel is usually metered in the area of the top dead center OT of the respective cylinder.
  • the duration of the metering is between 0 ° and 40 ° crankshaft.
  • FIG. 2b The situation in the event of a fault is plotted in FIG. 2b.
  • the injection now takes place in the area of bottom dead center UT, the duration of the injection being essential is longer than in normal operation.
  • the duration in the event of an error the injection is chosen so that by the injector flowing fuel takes such a value that address the flow restrictor and thereby the other Cut off the fuel supply to the cylinders.
  • the Amount at which the flow limiters respond so too choose that this quantity does not damage the Internal combustion engine occurs.
  • the injection for emergency shutdown is preferably carried out outside the compression stroke, that is, between 0 degrees Crankshaft and 270 degree crankshaft. As particularly cheap was the angular range from approx. 100 ° to 200 ° crankshaft recognized after top dead center.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine sind bekannt. Üblicherweise ist ein Sicherheitsabschaltventil vorgesehen, daß im Fehlerfall eine Sicherheitsabschaltung gewährleistet. Ein solches Sicherheitsabschaltventil wird bei Dieselbrennkraftmaschinen als ELAB bezeichnet.
Bei bestimmten Einspritzsystemen, insbesondere bei sogenannten 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 vorhanden 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.
Aus der DE 43 44 190 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Hochdruckspeicher bekannt. Das Speichereinspritzsystem ist mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe zur kontinuierlichen Befüllung eines Hochdruckkraftstoffspeichers ausgerüstet. Stromabwärts des Kraftstoffspeichers werden über Leitungen Einspritzventile an der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff versorgt. Zur Begrenzung der maximalen Durchflussmenge zu den Zylindern der Brennkraftmaschinen sind den Einspritzventilen differenzdruck- und/oder durchflussmengengesteuerte Sperrventile vorgeschaltet. Die Sperrventile stellen eine Sperrung der Kraftstoffzuführung bei Versagen eines Einspritzventils sicher.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art eine Sicherheitsabschaltung zu gewährleisten, die ein möglichst schnelles Abschalten gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bietet den Vorteil, daß auch bei sogenannten Common-Rail-Systemen eine schnelle Abschaltung im Fehlerfall möglich ist. Gleichzeitig wird der Druck im Hochdruckteil im Fehlerfall schnell abgebaut. Das übliche Abschaltventil sowie dessen Ansteuerung kann entfallen, 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 Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem und Figur 2 verschiedene über der Zeit aufgetragene Einspritzimpulse.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung am Beispiel einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dargestellt, bei der die Kraftstoffzumessung mittels eines Magnetventils gesteuert wird. Die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform betrifft ein sogenanntes Common-Rail-System. Die erfindungsgemäße 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 Hochdruckpumpe 145 ist über ein Magnetventil 150 mit einer Kraftstofförderpumpe 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 Steuergerät 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 Steuergerät 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 Rail 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.
Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Die Kraftstofförderpumpe 155 fördert den Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter über das Ventil 150 zur Hochdruckpumpe 145. Die Hochdruckpumpe 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 entsprechenden Magnetventile 130 bis 133 angesteuert. Die Ansteuersignale 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 Einspritzventile 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 Brennkraftmaschine ständig weiterfördert, ist eine Abschaltung der Hochdruckpumpe 145 nicht möglich. Daher muß durch andere Maßnahmen gewährleistet werden, daß der Druck im Hochdruckteil 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 Fehlerüberwachung 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 Kraftstoffpumpe 155 bereitgestellt wird. Als weitere 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 Brennkraftmaschine 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 fördert. Durch diese Maßnahme wird zum einen der Druck im Hochdruckteil, insbesondere im Rail 135 rasch abgebaut und gleichzeitig kommt die Brennkraftmaschine zum stehen.
In Figur 2a sind die Winkelbereiche, bei denen die Kraftstoffzumessung üblicherweise erfolgt, über Grad Kurbelwelle aufgetragen. Üblicherweise erfolgt die Kraftstoffzumessung im Bereich des oberen Totpunktes OT des jeweiligen Zylinders. Die Dauer der Zumessung beträgt dabei zwischen 0° und 40° Kurbelwelle.
In Figur 2b sind die Verhältnisse im Fehlerfall aufgetragen. Die Einspritzung erfolgt nun im Bereich des unteren Totpunktes 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 (100), bei dem Kraftstoff von einer Pumpe (145) in ein Hochdruckteil (135) gefördert wird und die Zumessung von Kraftstoff in die einzelnen Zylinder mittels Magnetventilen (130, 131, 132 u. 133) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Fehlerfall Kraftstoff in einem Winkelbereich der Kurbelwelle zugemessen wird, indem die Zumessung keinen Beitrag zum Drehmoment liefert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Fehlerfall die Zumessung im Bereich des unteren Totpunktes (UT) 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 (135) zur Folge hat.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine solche Menge von Kraftstoff zugemessen wird, bei der ein Durchflussbegrenzer (180, 181, 182 u. 183) 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 (180, 181, 182 u. 183) den Kraftstofffluss unterbindet.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Fehlerfall eine längere Ansteuerdauer der Injektoren gewählt wird, als im Normalbetrieb.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden 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 (100), bei der eine Pumpe (145) Kraftstoff in ein Hochdruckteil (135) fördert und Magnetventile (130, 131, 132 u. 133) die Zumessung von Kraftstoff in die einzelnen Zylinder steuern, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (170) vorgesehen sind, die im Fehlerfall Kraftstoff in einem Winkelbereich der Kurbelwelle zumessen, indem die Zumessung keinen Beitrag zum Drehmoment liefert.
EP96110218A 1995-09-23 1996-06-25 Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP0764777B1 (de)

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