EP1327762A2 - Verfahren, Computerprogramm, Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, sowie Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1327762A2
EP1327762A2 EP02025973A EP02025973A EP1327762A2 EP 1327762 A2 EP1327762 A2 EP 1327762A2 EP 02025973 A EP02025973 A EP 02025973A EP 02025973 A EP02025973 A EP 02025973A EP 1327762 A2 EP1327762 A2 EP 1327762A2
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EP
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pressure
internal combustion
combustion engine
fuel
shut
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Markus Amler
Thomas Frenz
Jens Wolber
Klaus Joos
Helmut Rembold
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Robert Bosch GmbH
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    • F02D41/3854—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped with elements in the low pressure part, e.g. low pressure pump
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    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/02—Fuel evaporation in fuel rails, e.g. in common rails

Definitions

  • the invention initially relates to a method for operating an internal combustion engine in which fuel of at least a fuel pump in at least one pressure range is promoted.
  • the fuel system is called a high pressure fuel pump used a 1-cylinder piston pump. Over a Leakage line becomes leakage fuel which passes through the gap between cylinder and piston, from the high pressure fuel pump discharged to the storage container. This relieves the piston seal of the 1-cylinder piston pump used.
  • a volume control valve controls in normal operation the delivery rate of the high pressure fuel pump. at switched off internal combustion engine, this valve is open and connects the delivery chamber of the pump with the low pressure area.
  • a fundamental problem with fuel systems is that Supply of the combustion chambers of the internal combustion engine with Fuel during starting.
  • a valve device ensures that the electrically driven one during the starting process Fuel pump the fuel with increased feed pressure to the Injectors supplies. In many cases this is enough increased feed pressure to the internal combustion engine in start in no time. Due to the increased feed pressure a possible gas bubble in the fuel connection between the electrically driven fuel pump and that of the Internal combustion engine driven fuel pump in many Cases are compressed so that a safe start of the Internal combustion engine is guaranteed.
  • the present invention has for its object a method of type mentioned in the beginning so that the start and Operating behavior of a correspondingly operated Internal combustion engine even better at high operating temperatures becomes.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned at the outset in that a pressure which is higher than the ambient pressure is maintained in the pressure region after the internal combustion engine has been switched off and the functionality of a shut-off valve device, which must be closed in order to maintain the pressure, is checked by detecting the pressure in the pressure range after the internal combustion engine has been switched off and then controlling the shut-off valve device so that it is open when it functions correctly, and then the pressure in the pressure area is again detected at least after a certain time after opening control and is compared with the previously recorded pressure.
  • shut-off valve device Because the normally the shut-off valve device is closed when the internal combustion engine is switched off achieved that after switching off the internal combustion engine Pressure in the pressure area can be maintained. By a Maintenance of pressure in the pressure area is avoided that after turning off a hot internal combustion engine of the fuel system can form gas bubbles at all. Such gas bubbles occur when the in Fuel pressure area due to thermal conduction heated by the internal combustion engine. The tendency to Formation of gas bubbles is lower at high pressure than at low pressure. The method according to the invention accelerates thus the start of an operated according to the invention Internal combustion engine considerably.
  • shut-off valve device By checking the functionality of the shut-off valve device can be recognized when the Valve device is stuck.
  • the valve device is stuck for example in the open state, falls after switching off the pressure in the pressure range drops too quickly from the internal combustion engine and there is a risk of vapor bubble formation in the Fuel system with the above problems next attempt to start the internal combustion engine.
  • shut-off valve device If the shut-off valve device is controlled so that it should be open if it functions correctly, a correct one Function of the shut-off valve device provided that Pressure in the pressure range in extreme cases down to ambient pressure fall. Such a drop in pressure is at the The inventive method recorded. That leaves the pressure drop despite appropriate activation of the shut-off valve device from, it can be assumed that the Shut-off valve device works incorrectly.
  • the method according to the invention therefore on the one hand Starting behavior of the internal combustion engine in hot start conditions improved and on the other hand the functionality of this provided shut-off valve device by the The method according to the invention is monitored. A faulty one Shut-off valve device can thus be quickly discovered.
  • a High pressure fuel pump fuel from one Low pressure area into a high pressure area that promotes Pressure in the high pressure area is detected that leak fuel from the high pressure fuel pump via a leakage line, in which the shutoff valve device is arranged to one Fuel tank that drains off the high pressure area at least when the internal combustion engine is switched off with the Low pressure area fluidically via a flow restrictor is connected, and that a delivery chamber of the high pressure fuel pump when the internal combustion engine is switched off with the Low pressure area is connected.
  • the check of the function of the shut-off valve device is particularly easy with this training possible because a pressure sensor is usually in the area anyway the fuel rail is arranged and for Pressure control in the high pressure area is used. Since the Pumping chamber of the high pressure fuel pump when switched off Internal combustion engine fluidly connected to the low pressure area sinks over existing leakages, which is a Form flow restrictor towards the low pressure area, in High pressure area the pressure in this on the in Low pressure range prevailing pressure. Ultimately, can by recording the pressure in the high pressure area Pressure in the low pressure range can be detected.
  • a pressure reduction gradient is determined and with a limit value is compared. This may also be the Degree of malfunction can be determined.
  • the opening control of the Shut-off valve device only takes place if none Hot setting conditions exist.
  • the method according to the invention takes into account the fact worn that when testing the function of the shut-off valve device the pressure upstream of the high pressure fuel pump and in the high pressure area on the in Fuel tank pressure level can drop. at Hot shutdown conditions could cause this when restarting the Internal combustion engine lead to problems.
  • the invention also relates to a computer program which for Carrying out the above procedure is appropriate if it is on running on a computer. It becomes special preferred if the computer program is on a memory, is stored in particular on a flash memory.
  • the invention relates to a control and / or Control device for operating an internal combustion engine. With this it is advantageous if it comprises a memory on which a computer program of the above type is stored.
  • the present invention also relates to a Internal combustion engine, with at least one fuel pump, which conveys into a pressure area with a Pressure detection device for detecting the pressure in the Pressure range, and with a control and / or regulating device.
  • the Internal combustion engine includes a low pressure area, which connected to a leakage line via a flow restrictor is in which the shut-off valve device is arranged. This accelerates the release of pressure when the shut-off valve device is open to check their function.
  • a high pressure fuel pump which includes at least one defined Has leakage gap through the fuel from High pressure area can get to the low pressure area, and the Pressure detection device is arranged in the high pressure area.
  • Such a leakage gap forms the above.
  • Flow restrictor which ensures that when the Internal combustion engine the pressure in the high pressure range on the Low pressure range prevailing pressure can drop.
  • the Leakage gap must be so small that normal operation the high-pressure fuel pump as little as possible becomes.
  • a first in the low pressure range Pressure regulator and a second pressure regulator are present, whereby the opening pressure of the first pressure regulator is less than that Opening pressure of the second pressure regulator, and that the first Pressure regulator on the outlet side upstream of the shut-off valve device opens into the leakage line.
  • This is it is possible to increase the pressure in the low pressure range in the Maintenance of the engine to maintain. in the In contrast, normal operation of the internal combustion engine and when the function of the shut-off valve device can be checked pressure in the low pressure range is determined by the first Pressure regulator regulated, d. H. he's on a lower one Level. As a result, the hot start behavior of the Internal combustion engine improved and safe at the same time Check the function of the shut-off valve device allows.
  • an internal combustion engine carries this overall Reference numeral 10. It includes a fuel system 12 a low pressure area 14 and a high pressure area 16.
  • the low pressure region 14 of the fuel system 12 comprises a reservoir 18, from which an electrically driven Low pressure fuel pump 20 delivers fuel.
  • the Low pressure fuel pump 20 delivers over Check valve 22 into a low pressure fuel line 24. This leads to a high-pressure fuel pump 26.
  • This is designed as a 1-cylinder piston pump with one Delivery chamber 28, which is upstream via a suction valve 30 is connected to the low pressure fuel line 24.
  • the delivery chamber 28 is downstream via an outlet valve 32 connected to a fuel rail 34.
  • On these are connected to a plurality of injectors 36, which the Fuel directly in combustion chambers 38 assigned to them inject.
  • a pressure relief valve 40 may be excess Fuel from the fuel rail 34 for Return low pressure fuel line 24.
  • the pressure in the fuel rail 34 is from a pressure sensor 42 detected.
  • the high pressure fuel pump 26 includes a flow restrictor 44, via the fuel from the fuel rail 34 in the flow chamber 28 can flow.
  • the flow restrictor 44 is like this dimensioned that the efficiency of the high pressure fuel pump 26 is only marginally reduced. On the other hand, it enables, as further below in detail is shown with the internal combustion engine 10 switched off a comparatively rapid reduction in pressure in the high pressure range 16 and the fuel rail 34.
  • the low pressure region 14 extends from the check valve 22 the fuel line 14 to the suction valve 30 and in some Operating conditions up to the funding area 28.
  • the High pressure area 16 extends from injectors 36 the fuel rail 34 to the exhaust valve 32, in make operating conditions up to the funding room 28.
  • the high pressure fuel pump 26 further includes a Volume control valve 46. This is a 2/2-way valve, with which the delivery chamber 28 with the low-pressure fuel line 24 can be connected.
  • Quantity control valve 46 delivers high-pressure fuel pump 26 So not in the fuel rail 34, but back into the low pressure fuel line 24. Via the Opening duration of the quantity control valve 46 per delivery cycle of the High pressure fuel pump 26 may be the one of the high pressure fuel pump 26 into the fuel rail 34 delivered fuel quantity can be set.
  • the Quantity control valve 46 is de-energized, that is also at stationary or switched off internal combustion engine 10, open.
  • a leakage line 48 leads from the delivery chamber 28 back to the Storage container 18. Via the leakage line 48 can Leakage fuel from high pressure fuel pump 26 be dissipated, which relieves one in the figure Piston seal, not shown, and thus to a Extending the life of the high pressure fuel pump 26 leads.
  • a shut-off valve 50 is located in the leakage line 48 arranged. Via a flow restrictor 52 Leakage line 48 with the immediately upstream from Suction valve 30 located area of the low pressure fuel line 24 connected.
  • the electric low pressure fuel pump 20 is part of one Tank installation unit 54.
  • a pressure regulator 56 arranged the pressure in the low pressure fuel line 24 limited to a certain value and with on the outlet side is connected to a lower region of the tank installation unit 54.
  • a control device 58 receives signals from the pressure sensor 42 and controls the shutoff valve 50 and the flow control valve 46 on.
  • the internal combustion engine 10 is operated as follows:
  • the electric low-pressure fuel pump delivers during normal operation 20 fuel from the reservoir 18 with a pressure of approximately 6 bar to the high pressure fuel pump 26. There the fuel continues to be at a very high pressure (currently up to 200 bar and at gasoline engines Diesel internal combustion engines currently compressed up to 2000 bar) and promoted into the fuel rail 34. From there it reaches the combustion chambers 38 via the injectors 36 Volume control valve 46 is operated by control and regulating device 58 depending on the pressure in the fuel rail 34 controlled, which is detected by the pressure sensor 42. The Shut-off valve 50 is open.
  • the Flow control valve 46 is open when de-energized and the shut-off valve 50 closed. The flows through the flow restrictor 44 Fuel from the fuel rail 34 first in the Delivery room and from there via the opened quantity control valve 46 into the low pressure fuel line 24.
  • shut-off valve 50 Function of the shut-off valve 50 according to a method are checked, which is shown in FIG. 2:
  • Block 62 After a start block 60 it is checked in block 62 whether the Internal combustion engine 10 is turned off, the control and Control unit is in a run-on state and that Shutoff valve 50 is closed when de-energized. Is that the case, a measured value of the pressure sensor 42 is recorded in block 64. in the Block 66 is the control valve 58 the shutoff valve 50 energized. After a certain period of time, Block 68 again records the measured value of pressure sensor 42. Then the block valve 50 is again in block 70 switched off.
  • the difference dp between the two in blocks 64 and 68 measured pressures and im Block 74 compared to a threshold GW. Is the difference dp greater than the limit GW, it means that the Current supply to the shut-off valve 50 in block 66 actually increases an opening of the shut-off valve 50 and a corresponding one Pressure drop in the fuel rail 34 has resulted.
  • FIG. 1 A major difference from that shown in Fig. 3 Internal combustion engine 10 relates to that shown in FIG. 1 the arrangement of the shut-off valve 50: This is in the Fig. 3 internal combustion engine 10 part of Tank installation unit 54. Furthermore, there is not only one pressure regulator 56 provided, but there is a first pressure regulator 56a and a second pressure regulator 56b is present. Here is the opening pressure of the pressure regulator 56a is greater than the opening pressure of the Pressure regulator 56b. On the outlet side, the pressure regulator 56a is direct connected to the reservoir 18, whereas the Pressure regulator 56b upstream of the outlet Shut-off valve 50 opens into the leakage line 48. hereby the following is done:

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Abstract

Bei einer Brennkraftmaschine wird Kraftstoff von mindestens einer Kraftstoffpumpe in mindestens einen Druckbereich gefördert. Ein gegenüber Umgebungsdruck erhöhter Druck wird in dem Druckbereich nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine aufrechterhalten. Die Funktionsfähigkeit einer AbsperrVentileinrichtung (50), welche zur Aufrechterhaltung des Drucks geschlossen sein muss, wird dadurch überprüft, dass der Druck in dem Druckbereich nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine erfasst (64) und dann die AbsperrVentileinrichtung (50) so angesteuert wird (66), dass sie bei korrekter Funktion geöffnet ist, und dann der Druck in dem Druckbereich mindestens nach einem bestimmten Zeitablauf nach der Öffnungsansteuerung (66) nochmals erfasst (68) und mit dem zuvor erfassten Druck verglichen wird (74).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff von mindestens einer Kraftstoffpumpe in mindestens einen Druckbereich gefördert wird.
Ein solches Verfahren ist vom Markt her bekannt. Es wird bei einem Kraftstoffsystem angewendet, bei dem eine elektrisch angetriebene Niederdruck-Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstoff-Vorratsbehälter Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung zu einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Hochdruck-Kraftstoffpumpe fördert. Diese fördert den Kraftstoff unter sehr hohem Druck in eine Kraftstoff-Sammelleitung (auch "Rail" genannt). In dieser ist der Kraftstoff im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine unter hohem Druck gespeichert. Aus der Kraftstoff-Sammelleitung gelangt der Kraftstoff zu Einspritzventilen und weiter direkt in entsprechende Brennräume.
Bei dem Kraftstoffsystem wird als Hochdruck-Kraftstoffpumpe eine 1-Zylinder-Kolbenpumpe verwendet. Über eine Leckageleitung wird Leckagekraftstoff, welcher durch den Spalt zwischen Zylinder und Kolben hindurchtritt, von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zum Vorratsbehälter hin abgeführt. Dies entlastet die Kolbendichtung der verwendeten 1-Zylinder-Kolbenpumpe. Ein Mengensteuerventil steuert im Normalbetrieb die Fördermenge der Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Bei abgeschalteter Brennkraftmaschine ist dieses Ventil offen und verbindet den Förderraum der Pumpe mit dem Niederdruckbereich.
Ein grundsätzliches Problem bei Kraftstoffsystemen ist die Versorgung der Brennräume der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff während des Startvorgangs. Bei dem bekannten Kraftstoffsystem sorgt eine Ventileinrichtung dafür, dass während des Startvorgangs die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe den Kraftstoff mit erhöhtem Speisedruck zu den Einspritzventilen liefert. In vielen Fällen reicht dieser erhöhte Speisedruck aus, um die Brennkraftmaschine in kürzester Zeit zu starten. Durch den erhöhten Speisedruck kann eine eventuelle Gasblase in der Kraftstoffverbindung zwischen der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe und der von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftstoffpumpe in vielen Fällen so komprimiert werden, dass ein sicherer Start der Brennkraftmaschine gewährleistet ist.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass das Start- und Betriebsverhalten einer entsprechend betriebenen Brennkraftmaschine bei hohen Betriebstemperaturen noch besser wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein gegenüber Umgebungsdruck erhöhter Druck in dem Druckbereich nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine aufrechterhalten und
die Funktionsfähigkeit einer Absperr-Ventileinrichtung, welche zur Aufrechterhaltung des Drucks geschlossen sein muss, dadurch überprüft wird, dass der Druck in dem Druckbereich nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine erfasst und dann die Absperr-Ventileinrichtung so angesteuert wird, dass sie bei korrekter Funktion geöffnet ist, und dann der Druck in dem Druckbereich mindestens nach einem bestimmten Zeitablauf nach der Öffnungsansteuerung nochmals erfasst und mit dem zuvor erfassten Druck verglichen wird.
Vorteile der Erfindung
Dadurch, dass die im Normalfall die Absperr- Ventileinrichtung bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine geschlossen ist, wird erreicht, dass nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine der Druck im Druckbereich aufrechterhalten werden kann. Durch eine Aufrechterhaltung des Drucks im Druckbereich wird vermieden, dass sich nach dem Abstellen einer heißen Brennkraftmaschine des Kraftstoffsystems Gasblasen überhaupt bilden können. Derartige Gasblasen treten dann auf, wenn sich der im Druckbereich befindliche Kraftstoff aufgrund von Wärmeleitung von der Brennkraftmaschine her erwärmt. Die Neigung zur Bildung von Gasblasen ist bei hohem Druck geringer als bei niedrigem Druck. Das erfindungsgemäße Verfahren beschleunigt somit den Start einer erfindungsgemäß betriebenen Brennkraftmaschine erheblich.
Durch die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Absperr-Ventileinrichtung kann erkannt werden, wenn die Ventileinrichtung klemmt. Klemmt die Ventileinrichtung beispielsweise in offenem Zustand, fällt nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine der Druck im Druckbereich zu schnell ab und es besteht die Gefahr von Dampfblasenbildung im Kraftstoffsystem mit den oben genannten Problemen beim nächsten Startversuch der Brennkraftmaschine.
Wird nun die Absperr-Ventileinrichtung so angesteuert, dass sie bei korrekter Funktion offen ist, müsste, eine korrekte Funktion der Absperr-Ventileinrichtung vorausgesetzt, der Druck im Druckbereich im Extremfall bis auf Umgebungsdruck absinken. Eine derartige Druckabsenkung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfasst. Bleibt die Druckabsenkung trotz einer entsprechenden Ansteuerung der Absperr-Ventileinrichtung aus, kann davon ausgegangen werden, dass die Absperr-Ventileinrichtung fehlerhaft arbeitet.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also zum einen das Startverhalten der Brennkraftmaschine bei Heißstartbedingungen verbessert und zum anderen die Funktionsfähigkeit der hierfür vorgesehenen Absperr-Ventileinrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren überwacht. Eine fehlerhafte Absperr-Ventileinrichtung kann somit schnell entdeckt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich fördert, dass der Druck im Hochdruckbereich erfasst wird, dass Leckagekraftstoff aus der Hochdruck-Kraftstoffpumpe über eine Leckageleitung, in welcher die Absperr-Ventileinrichtung angeordnet ist, zu einem Kraftstoffbehälter abgeführt wird, dass der Hochdruckbereich mindestens bei abgeschalteter Brennkraftmaschine mit dem Niederdruckbereich über eine Strömungsdrossel fluidisch verbunden ist, und dass ein Förderraum der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bei abgeschalteter Brennkraftmaschine mit dem Niederdruckbereich verbunden wird.
Durch eine Sperrung der Leckageleitung mittels der Absperr-Ventileinrichtung wird nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine verhindert, dass Kraftstoff durch den Spalt zwischen dem beweglichen Pumpenelement und der Begrenzung des Pumpenraums der Hochdruck-Kraftstoffpumpe hindurchtritt und zum Kraftstoff-Vorratsbehälter zurückfließt. Dies würde zu einer allmählichen Absenkung des Drucks stromaufwärts von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe führen und das Risiko der Bildung von Dampfblasen erhöhen.
Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Absperr-Ventileinrichtung führt hier auch zu einer längeren Lebensdauer der Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Würde die Ventileinrichtung nämlich in geschlossenem Zustand klemmen, könnte im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine der Kraftstoff nicht über die Leckageleitung zum Kraftstoffbehälter zurückströmen. In der Leckageleitung stünde somit ständig der stromaufwärts von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe herrschende Druck an, was zu einer Schädigung und ggf. sogar zum Ausfall der Hochdruck-Kraftstoffpumpe führen kann. Ein solcher Zustand kann erfindungsgemäß erkannt werden.
Die Überprüfung der Funktion der Absperr-Ventileinrichtung ist bei dieser Weiterbildung darüber hinaus besonders einfach möglich, da ein Drucksensor üblicherweise ohnehin im Bereich der Kraftstoff-Sammelleitung angeordnet ist und zur Druckregelung im Hochdruckbereich eingesetzt wird. Da der Förderraum der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bei abgeschalteter Brennkraftmaschine mit dem Niederdruckbereich fluidverbunden ist, sinkt über ohnehin vorhandene Leckagen, welche eine Strömungsdrossel zum Niederdruckbereich hin bilden, im Hochdruckbereich der Druck in diesem auf den im Niederdruckbereich herrschenden Druck ab. Letztlich kann also über die Erfassung des Drucks im Hochdruckbereich auch der Druck im Niederdruckbereich erfasst werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine Differenz zwischen dem Druck vor der Öffnungsansteuerung und dem Druck nach der Öffnungsansteuerung der Absperr-Ventileinrichtung gebildet und mit einem Grenzwert verglichen wird. Dies ist eine softwaretechnisch einfach zu realisierende Überwachung der Funktion der Absperr-Ventileinrichtung.
Möglich ist auch, dass ein Druckabbaugradient bestimmt und mit einem Grenzwert verglichen wird. Hierdurch ist ggf. auch der Grad einer Fehlfunktion bestimmbar.
Bei einer anderen Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass dann, wenn die Differenz und/oder der Druckabbaugradient kleiner als oder gleich wie der entsprechende Grenzwert ist, ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt und/oder ein Alarm ausgelöst wird. Der Eintrag in einen Fehlerspeicher ermöglicht die Reparatur bspw. in einer Werkstatt, ein Alarm macht den Benutzer sofort auf die Fehlfunktion aufmerksam.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Öffnungsansteuerung der Absperr-Ventileinrichtung nur dann erfolgt, wenn keine Heißabstellbedingungen vorliegen. Durch diese Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Tatsache Rechnung getragen, dass bei der Prüfung der Funktion der Absperr-Ventileinrichtung der Druck stromaufwärts von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe und im Hochdruckbereich auf das im Kraftstoffbehälter herrschende Druckniveau absinken kann. Bei Heißabstellbedingungen könnte dies beim Wiederanlassen der Brennkraftmaschine zu Problemen führen.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Bei diesem ist es vorteilhaft, wenn es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm der obigen Art abgespeichert ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Kraftstoffpumpe, welche in einen Druckbereich fördert, mit einer Druckerfassungseinrichtung zur Erfassung des Drucks im Druckbereich, und mit einem Steuer- und/oder Regelgerät.
Um das Heißstartverhalten einer solchen Brennkraftmaschine zu verbessern und gleichzeitig eine möglichst lange Lebensdauer der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass sie eine Einrichtung umfasst, welche dafür sorgt, dass bei abgeschalteter Brennkraftmaschine in dem Druckbereich ein gegenüber Umgebungsdruck erhöhter Druck aufrechterhalten werden kann, wobei die Einrichtung eine Absperr-Ventileinrichtung umfasst, welche zur Aufrechterhaltung des Drucks geschlossen sein muss, und dass das Steuer- und/oder Regelgerät so ausgebildet ist, dass es nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ein Drucksignal von der Druckerfassungseinrichtung empfängt, dann die Absperr-Ventileinrichtung so ansteuert, dass diese bei korrekter Funktion geöffnet ist, dann mindestens nach einem bestimmten Zeitablauf nach der Öffnungsansteuerung nochmals ein Drucksignal von der Druckerfassungseinrichtung empfängt, und die beiden Drucksignale miteinander vergleicht.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine einen Niederdruckbereich umfasst, welcher über eine Strömungsdrossel mit einer Leckageleitung verbunden ist, in der die Absperr-Ventileinrichtung angeordnet ist. Dies beschleunigt den Abbau des Drucks dann, wenn die Absperr-Ventileinrichtung zur Überprüfung ihrer Funktion geöffnet ist.
Vorteilhaft ist es auch, wenn sie eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe umfasst, welche mindestens einen definierten Leckagespalt aufweist, durch den Kraftstoff vom Hochdruckbereich zum Niederdruckbereich gelangen kann, und die Druckerfassungseinrichtung im Hochdruckbereich angeordnet ist. Ein solcher Leckagespalt bildet die o. g. Strömungsdrossel, welche dafür sorgt, dass bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine der Druck im Hochdruckbereich auf den im Niederdruckbereich herrschenden Druck abfallen kann. Der Leckagespalt muss aber so klein sein, dass der normale Betrieb der Hochdruck-Kraftstoffpumpe möglichst wenig beeinflusst wird.
Möglich ist auch, dass im Niederdruckbereich ein erster Druckregler und ein zweiter Druckregler vorhanden sind, wobei der Öffnungsdruck des ersten Druckreglers kleiner ist als der Öffnungsdruck des zweiten Druckreglers, und dass der erste Druckregler auslassseitig stromaufwärts von der Absperr-Ventileinrichtung in die Leckageleitung mündet. Hierdurch ist es möglich, einen erhöhten Druck im Niederdruckbereich im Abstellfall der Brennkraftmaschine aufrechtzuerhalten. Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine dagegen sowie dann, wenn die Funktion der Absperr-Ventileinrichtung überprüft werden soll, wird der Druck im Niederdruckbereich durch den ersten Druckregler geregelt, d. h. er ist auf einem niedrigeren Niveau. Hierdurch wird noch einmal das Heißstartverhalten der Brennkraftmaschine verbessert und gleichzeitig eine sichere Überprüfung der Funktion der Absperr-Ventileinrichtung ermöglicht.
Zeichnung
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1
eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe und einer Leckageleitung, welche mittels einer Absperr-Ventileinrichtung gesperrt werden kann;
Figur 2
ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Überprüfung der Funktion der Absperr-Ventileinrichtung von Fig. 1 zeigt; und
Figur 3
eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein Kraftstoffsystem 12 mit einem Niederdruckbereich 14 und einem Hochdruckbereich 16.
Der Niederdruckbereich 14 des Kraftstoffsystems 12 umfasst einen Vorratsbehälter 18, aus dem eine elektrisch angetriebene Niederdruck-Kraftstoffpumpe 20 Kraftstoff fördert. Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 20 fördert über ein Rückschlagventil 22 in eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 24. Diese führt zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26.
Diese ist als 1-Zylinder-Kolbenpumpe ausgelegt mit einem Förderraum 28, welcher stromaufwärts über ein Saugventil 30 mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 verbunden ist. Stromabwärts ist der Förderraum 28 über ein Auslassventil 32 mit einer Kraftstoff-Sammelleitung 34 ("Rail") verbunden. An diese sind mehrere Injektoren 36 angeschlossen, welche den Kraftstoff direkt in ihnen jeweils zugeordnete Brennräume 38 einspritzen. Ein Druckbegrenzungsventil 40 kann überschüssigen Kraftstoff aus der Kraftstoff-Sammelleitung 34 zur Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 zurückführen. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 34 wird von einem Drucksensor 42 erfasst.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26 umfasst eine Strömungsdrossel 44, über die Kraftstoff von der Kraftstoff-Sammelleitung 34 in den Förderraum 28 strömen kann. Die Strömungsdrossel 44 ist so dimensioniert, dass der Wirkungsgrad der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26 nur unwesentlich reduziert wird. Andererseits ermöglicht sie, wie weiter unten noch im Detail dargestellt ist, bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine 10 einen vergleichsweise raschen Druckabbau im Hochdruckbereich 16 und der Kraftstoff-Sammelleitung 34.
Der Niederdruckbereich 14 reicht vom Rückschlagventil 22 über die Kraftstoffleitung 14 bis zum Saugventil 30 und in manchen Betriebszuständen bis in den Förderraum 28. Der Hochdruckbereich 16 erstreckt sich von den Injektoren 36 über die Kraftstoff-Sammelleitung 34 bis zum Auslassventil 32, in machen Betriebszuständen bis zum Förderraum 28.
Ferner umfasst die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26 ein Mengensteuerventil 46. Bei diesem handelt es sich um ein 2/2-Schaltventil, mit dem der Förderraum 28 mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 verbunden werden kann. Bei geöffnetem Mengensteuerventil 46 fördert die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26 also nicht in die Kraftstoff-Sammelleitung 34, sondern zurück in die Niederdruck-Kraftstoffleitung 24. Über die Öffnungsdauer des Mengensteuerventils 46 pro Fördertakt der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26 kann die von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26 in die Kraftstoff-Sammelleitung 34 geförderte Kraftstoffmenge eingestellt werden. Das Mengensteuerventil 46 ist stromlos, also auch bei stillstehender bzw. ausgeschalteter Brennkraftmaschine 10, offen.
Eine Leckageleitung 48 führt vom Förderraum 28 zurück zum Vorratsbehälter 18. Über die Leckageleitung 48 kann Leckagekraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26 abgeführt werden, was zu einer Entlastung einer in der Figur nicht dargestellten Kolbendichtung und somit zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26 führt. In der Leckageleitung 48 ist ein Absperrventil 50 angeordnet. Über eine Strömungsdrossel 52 ist die Leckageleitung 48 mit dem unmittelbar stromaufwärts vom Saugventil 30 gelegenen Bereich der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 verbunden.
Die elektrische Niederdruck-Kraftstoffpumpe 20 ist Teil einer Tankeinbaueinheit 54. In dieser ist auch ein Druckregler 56 angeordnet, der den Druck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 auf einen bestimmten Wert begrenzt und auslassseitig mit einem unteren Bereich der Tankeinbaueinheit 54 verbunden ist. Ein Steuer- und Regelgerät 58 empfängt Signale vom Drucksensor 42 und steuert das Absperrventil 50 und das Mengensteuerventil 46 an.
Die Brennkraftmaschine 10 wird folgendermaßen betrieben:
Im Normalbetrieb fördert die elektrische Niederdruck-Kraftstoffpumpe 20 Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 18 mit einem Druck von ungefähr 6 bar zur Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26. Dort wird der Kraftstoff weiter auf einen sehr hohen Druck (bei Benzin-Brennkraftmaschinen derzeit bis 200 bar und bei Diesel-Brennkraftmaschinen derzeit bis 2000 bar) verdichtet und in die Kraftstoff-Sammelleitung 34 gefördert. Von dort gelangt er über die Injektoren 36 in die Brennräume 38. Das Mengensteuerventil 46 wird vom Steuer- und Regelgerät 58 abhängig vom Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 34 angesteuert, welcher vom Drucksensor 42 erfasst wird. Das Absperrventil 50 ist geöffnet.
Wird die Brennkraftmaschine in heißem Zustand abgestellt, endet die Förderung von Kraftstoff durch die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 20 und die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 26, das Mengensteuerventil 46 ist stromlos offen und das Absperrventil 50 geschlossen. Über die Strömungsdrossel 44 strömt der Kraftstoff aus der Kraftstoff-Sammelleitung 34 zunächst in den Förderraum und von dort über das geöffnete Mengensteuerventil 46 in die Niederdruck-Kraftstoffleitung 24.
Über den Druckregler 56 strömt überschüssiger Kraftstoff zurück in den Vorratsbehälter 18, bis im Niederdruckbereich 14 einerseits und im Hochdruckbereich 16 andererseits der durch den Druckregler 56 bestimmte Druck von ungefähr 6 bar herrscht. Ein weiteres Absinken dieses Druckes wird durch das geschlossene Absperrventil 50 verhindert. Bei diesem Druck ist das Risiko der Entstehung von Dampfblasen stromaufwärts vom Förderraum 28 relativ gering, so dass ein sicherer Heißstart der Brennkraftmaschine 10 gewährleistet ist.
Liegt jedoch kein Heißabstellfall vor, kann die korrekte Funktion des Absperrventils 50 entsprechend einem Verfahren überprüft werden, welches in Fig. 2 dargestellt ist:
Nach einem Startblock 60 wird im Block 62 überprüft, ob die Brennkraftmaschine 10 ausgeschaltet ist, sich das Steuer- und Regelgerät in einem Nachlaufzustand befindet und das Absperrventil 50 stromlos geschlossen ist. Ist dies der Fall, wird im Block 64 ein Messwert des Drucksensors 42 erfasst. Im Block 66 wird vom Steuer- und Regelgerät 58 das Absperrventil 50 bestromt. Nach Ablauf einer gewissen Zeitdauer wird im Block 68 nochmals der Messwert des Drucksensors 42 erfasst. Anschließend wird im Block 70 das Absperrventil 50 wieder stromlos geschaltet.
Im Block 72 wird nun die Differenz dp zwischen den beiden in den Blöcken 64 und 68 gemessenen Drücken berechnet und im Block 74 mit einem Grenzwert GW verglichen. Ist die Differenz dp größer als der Grenzwert GW, bedeutet dies, dass die Bestromung des Absperrventils 50 im Block 66 tatsächlich zu einem Öffnen des Absperrventils 50 und zu einem entsprechenden Druckabfall in der Kraftstoff-Sammelleitung 34 geführt hat.
Dieser Druckabfall in der Kraftstoff-Sammelleitung 34 ergibt sich dadurch, dass die Kraftstoff-Sammelleitung 34 über die Strömungsdrossel 44 mit dem Förderraum 28, weiter über das Mengensteuerventil 46 mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 und schließlich über die Strömungsdrossel 52 mit der Leckageleitung 48 verbunden ist. Hat die Bestromung des Absperrventils 50 aber tatsächlich zu einem Druckabfall geführt, heißt dies, dass das Absperrventil 50 in Ordnung ist (Block 78). Das Verfahren endet im Block 80.
Bleibt dagegen die Druckdifferenz dp unterhalb des Grenzwerts GW, bedeutet dies, dass das Absperrventil 50 trotz der Bestromung 66 nicht oder nicht so ausreichend geöffnet hat, um zu einem Druckabfall in der Kraftstoff-Sammelleitung 34 zu führen. Daher wird in diesem Fall im Block 82 ein Fehler in einem Fehlerspeicher eingetragen. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird ferner ein Alarmsignal ausgegeben, welches vom Benutzer erkannt werden kann. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird ferner anstelle des Vergleichs der Druckdifferenz dp mit dem Grenzwert GW ein Druckabbaugradient bestimmt und mit einem entsprechenden Grenzwert verglichen.
Nun wird auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine Bezug genommen, welches in Fig. 3 dargestellt ist. In dieser Figur tragen solche Teile, Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Teilen, Elementen und Bereichen der Brennkraftmaschine von Fig. 1 aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
Ein wesentlicher Unterschied der in Fig. 3 dargestellten Brennkraftmaschine 10 zu der in Fig. 1 dargestellten betrifft die Anordnung des Absperrventils 50: Dieses ist bei der in Fig. 3 dargestellten Brennkraftmaschine 10 Teil der Tankeinbaueinheit 54. Ferner ist nicht nur ein Druckregler 56 vorgesehen, sondern es ist ein erster Druckregler 56a und ein zweiter Druckregler 56b vorhanden. Dabei ist der Öffnungsdruck des Druckreglers 56a größer als der Öffnungsdruck des Druckreglers 56b. Auslassseitig ist der Druckregler 56a direkt mit dem Vorratsbehälter 18 verbunden, wohingegen der Druckregler 56b auslassseitig stromaufwärts von dem Absperrventil 50 in die Leckageleitung 48 mündet. Hierdurch wird Folgendes bewirkt:
Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 10 ist das Absperrventil 50 bestromt und somit geöffnet. In diesem Fall wird der Druck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 durch den Druckregler 56b eingestellt. Wird die Brennkraftmaschine 10 in heißem Betriebszustand abgestellt, wird das Absperrventil 50 stromlos und somit geschlossen. Der Druck in der Niederdruck-Kraftstoffleitung 24 wird nun durch den Druckregler 56a bestimmt und liegt somit höher als im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 10. Die Entstehung von Dampfblasen im Kraftstoffsystem 12 wird hierdurch noch zuverlässiger unterdrückt. Die Überprüfung der Funktion des Absperrventils 50 erfolgt analog zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Einbau der Strömungsdrossel 52 und die hierdurch erfolgende Verbindung mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 14 für die Diagnose des Absperrventils 50 nicht unbedingt erforderlich. Der Grund hierfür ist, dass die Leckageleitung 48 im Bereich der Tankeinbaueinheit 54 über den Druckregler 56b mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 14 verbunden ist und bei geschlossenem Absperrventil 50 sozusagen "von hinten" befüllt wird.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem Kraftstoff von mindestens einer Kraftstoffpumpe (26) in mindestens einen Druckbereich (16) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein gegenüber Umgebungsdruck erhöhter Druck in dem Druckbereich (16) nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine (10) aufrechterhalten und die Funktionsfähigkeit einer Absperr-Ventileinrichtung (50), welche zur Aufrechterhaltung des Drucks geschlossen sein muss, dadurch überprüft wird, dass der Druck in dem Druckbereich (16) nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine (10) erfasst (64) und dann die Absperr-Ventileinrichtung (50) so angesteuert wird (66), dass sie bei korrekter Funktion geöffnet ist, und dann der Druck in dem Druckbereich (16) mindestens nach einem bestimmten Zeitablauf nach der Öffnungsansteuerung (66) nochmals erfasst (68) und mit dem zuvor erfassten Druck verglichen wird (74).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe (26) Kraftstoff von einem Niederdruckbereich (14) in einen Hochdruckbereich (16) fördert, dass der Druck im Hochdruckbereich (16) erfasst wird, dass Leckagekraftstoff aus der Hochdruck-Kraftstoffpumpe (16) über eine Leckageleitung (48), in welcher die Absperr-Ventileinrichtung (50) angeordnet ist, zu einem Kraftstoffbehälter (18) abgeführt wird, dass der Hochdruckbereich (16) mindestens bei abgeschalteter Brennkraftmaschine (10) mit dem Niederdruckbereich (14) über eine Strömungsdrossel (44) fluidisch verbunden ist, und dass ein Förderraum (28) der Hochdruck-Kraftstoffpumpe (16) bei abgeschalteter Brennkraftmaschine (10) mit dem Niederdruckbereich (14) verbunden wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz (dp) zwischen dem Druck vor der Öffnungsansteuerung (66) und dem Druck nach der Öffnungsansteuerung (66) der Absperr-Ventileinrichtung (50) gebildet (72) und mit einem Grenzwert (GW) verglichen wird (74).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckabbaugradient bestimmt und mit einem Grenzwert verglichen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Differenz (dp) und/oder der Druckabbaugradient kleiner als oder gleich wie der entsprechende Grenzwert (GW) ist, ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt (82) und/oder ein Alarm ausgelöst wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsansteuerung (66) der Absperr-Ventileinrichtung (50) nur dann erfolgt, wenn keine Heißabstellbedingungen vorliegen.
  7. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.
  8. Computerprogramm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
  9. Steuer- und/oder Regelgerät (58) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 7 oder 8 abgespeichert ist.
  10. Brennkraftmaschine (10), mit mindestens einer Kraftstoffpumpe (26), welche in einen Druckbereich (16) fördert, mit einer Druckerfassungseinrichtung (42) zur Erfassung des Drucks im Druckbereich (26), und mit einem Steuer- und/oder Regelgerät (58), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung (50) umfasst, welche dafür sorgt, dass bei abgeschalteter Brennkraftmaschine (10) in dem Druckbereich (16) ein gegenüber Umgebungsdruck erhöhter Druck aufrechterhalten werden kann, wobei die Einrichtung eine Absperr-Ventileinrichtung (50) umfasst, welche zur Aufrechterhaltung des Drucks geschlossen sein muss, und dass das Steuer- und/oder Regelgerät (58) so ausgebildet ist, dass es nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine (10) ein Drucksignal von der Druckerfassungseinrichtung (42) empfängt (64), dann die Absperr-Ventileinrichtung (50) so ansteuert (66), dass diese bei korrekter Funktion geöffnet ist, dann mindestens nach einem bestimmten Zeitablauf nach der Öffnungsansteuerung (66) nochmals ein Drucksignal von der Druckerfassungseinrichtung (42) empfängt (68), und die beiden Drucksignale miteinander vergleicht (72).
  11. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Niederdruckbereich (14) umfasst, welcher über eine Strömungsdrossel (52) mit einer Leckageleitung (48) verbunden ist, in der die Absperr-Ventileinrichtung (50) angeordnet ist.
  12. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe (26) umfasst, welche mindestens einen definierten Leckagespalt (44) aufweist, durch den Kraftstoff vom Hochdruckbereich (16) zum Niederdruckbereich (14) gelangen kann, und die Druckerfassungseinrichtung (42) im Hochdruckbereich (16) angeordnet ist.
  13. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Niederdruckbereich (14) ein erster Druckregler (56b) und ein zweiter Druckregler (56a) vorhanden sind, wobei der Öffnungsdruck des ersten Druckreglers (56b) kleiner ist als der Öffnungsdruck des zweiten Druckreglers (56a), und dass der erste Druckregler (56b) auslassseitig stromaufwärts von der Absperrventileinrichtung (50) in die Leckageleitung (48) mündet.
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