WO2003031788A1 - Verfahren sowie steuer- und/oder regelgerät zum betreiben einer brennkraftmaschine mit piezoelektrisch betätigten kraftstoffeinspritzventilen - Google Patents

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piezo actuator
internal combustion
combustion engine
fuel injection
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Rolf Reischl
Klaus Joos
Thomas Frenz
Klaus Mueller
Markus Amler
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention initially relates to a method for operating an internal combustion engine, in which the fuel reaches at least one combustion chamber of the internal combustion engine via at least one fuel injection device, the valve element of which is moved by a piezo actuator, and in which the function of the piezo actuator is monitored and a malfunction is recognized.
  • Such a method is known from DE 198 54 306 AI.
  • a fuel injection device which comprises a piezo actuator and which is installed in an internal combustion engine with gasoline direct injection (BDE).
  • BDE gasoline direct injection
  • a separate fuel injection device is assigned to each combustion chamber.
  • the fuel can be injected into the corresponding combustion chamber of the internal combustion engine via the fuel injection device in such a way that, depending on the desired operating mode, it is stratified or homogeneously distributed. If it is stratified, this means that an ignitable fuel-air mixture is essentially only present in the area of the spark plug. In this operating mode, the air supply to the combustion chamber is in the Essentially completely dethrottled.
  • piezo actuators has the advantage that a desired injection quantity can be injected with high accuracy. This applies in particular to very small injection quantities, such as occur, for example, in the case of a pre-injection or in the division of larger injection quantities into small individual injections.
  • an electrical charge is introduced into the piezo actuator.
  • This charging leads to a change in the length of the piezo actuator.
  • a valve element of the fuel injection device and the piezo actuator are usually coupled to one another by a hydraulic transmission. To end the injection, the charge is removed from the piezo actuator again.
  • the control of the piezo actuators of the fuel injection devices of the respective combustion chambers or. Cylinder of an internal combustion engine is usually carried out by controlling an output stage, which is located in a control unit.
  • the control unit and the piezo actuator are connected to one another via lines which are detachably connected to the fuel injection device by means of connecting means.
  • the piezo actuator is controlled in such a way that the fuel injection device is open and that, due to a malfunction, it is no longer possible to change the state of charge of the piezo actuator and thus to close the fuel injection device.
  • the corresponding cylinder would be uninterrupted, for example also during the combustion phase and while the hot combustion exhaust gases are being expelled,
  • Fuel are supplied. However, this would be too serious Damage, for example caused by a fuel blow, on the internal combustion engine and on a catalyst of the internal combustion engine.
  • Such an error can occur, for example, in the event of a cable break in the connection between the piezo actuator and the control unit. This error can also occur if a defect occurs in the control unit. Such a defect is present, for example, in the case of a faulty power stage switch. Furthermore, such an error occurs when the
  • Piezo actuator an ohmic resistor is connected:, through which the piezo actuator can be discharged in a defined manner.
  • the present invention therefore has the object to provide a method of the aforementioned type so that r develop with him damage to the internal combustion engine and can be excluded on the catalyst with maximum security, when a malfunction of the piezoelectric actuator is detected.
  • the measure according to the invention prevents the fuel injection device from continuing to be supplied with the maximum fuel mass flow. Even if the valve element of the fuel injection device is not in the closed position for a certain time, this reduction in the fuel mass flow reduces the possible fuel input into the combustion chamber of the internal combustion engine. However, the less fuel that can still get into the combustion chamber assigned to the fuel injection device in the event of a malfunction of the piezo actuator, the lower the risk that, for example, a fuel blow will occur or that unburned fuel is transported to the catalytic converter in such an amount that it can cause damage there.
  • the fuel is delivered by at least one fuel umpe into a high-pressure area to which the fuel injection device is connected, and that if a malfunction of the piezo actuator is detected, the pressure in the high-pressure area is reduced.
  • a malfunction of the piezo actuator is detected, the pressure in the high-pressure area is reduced.
  • Pre-feed pump is present, on the pre-delivery pressure, or it can be reduced to ambient pressure.
  • the piezo actuator is brought into a safety position when a malfunction is detected and the pressure in the high pressure area is then raised to a normal level again when the piezo actuator is in the safety position.
  • the internal combustion engine can continue to be operated in an emergency mode with those combustion chambers whose fuel injection devices still function normally. If the internal combustion engine is installed in a motor vehicle, for example, the next workshop can be started in an emergency operation mode.
  • the valve element of the fuel injection device can be brought from an incorrectly opened position into a closed safety position in a particularly simple manner by unloading the piezo actuator.
  • Such unloading of the piezo actuator is possible, for example, by the devices disclosed in DE 198 54 306 AI.
  • Corresponding possibilities are also disclosed in DE 197 11 903 AI. The content of both documents is hereby expressly made the subject of the present disclosure.
  • the fuel connection to the fuel injection device be interrupted when a malfunction of the piezo actuator is detected. This is possible, for example, by installing a shut-off valve between the high pressure area and the fuel injection device. Such a complete interruption of the fuel connection to the fuel injection device ensures that even when the valve element is blocked in the open position
  • Fuel injector has run out of fuel appropriate combustion chamber arrives.
  • the risk of damage to the internal combustion engine is particularly low.
  • the invention also relates to a computer program which is suitable for carrying out the above method when it is carried out on a computer. It is particularly preferred if the computer program is stored on a memory, in particular on a flash memory or a ferrite RAM.
  • the invention also relates to a control and / or regulating device for operating an internal combustion engine.
  • a control and / or regulating device it is particularly preferred if it comprises a memory on which a computer program of the above type is stored.
  • the invention further relates to an internal combustion engine with at least one fuel umpe, with at least one fuel injection device which injects the fuel directly into at least one combustion chamber of the internal combustion engine, and whose valve element is coupled to a piezo actuator, and with means with which a malfunction of the Piezo actuator can be recognized.
  • the internal combustion engine include means with which the piezo actuator detects a malfunction
  • Fuel mass flow to the fuel injector can be reduced.
  • the internal combustion engine comprises a high-pressure area, which is connected to the fuel pump Fuel injection device is connected to the high pressure area, and that it comprises a pressure control valve with which the pressure in the high pressure area can be influenced.
  • the high-pressure area in internal combustion engines with gasoline direct injection is generally a fuel manifold, which is also referred to as a "rail".
  • the fuel is pumped into it by a high-pressure fuel pump under high pressure.
  • the pressure in the fuel rail is set by a pressure control valve, if necessary along with other measures. If a malfunction of a piezo actuator of a fuel injection device is now reported, the pressure from the high pressure area can be released immediately via the pressure control valve.
  • the advantages according to the invention can thus be achieved without the need to install additional components.
  • the pressure reduction in the high pressure area can also be supported by interrupting the delivery of the fuel from the fuel pump to the high pressure area. This can be easily achieved by controlling a quantity control valve that is usually present.
  • the internal combustion engine comprises a valve device with which the fuel connection to the fuel injection device can be interrupted.
  • a valve device can be arranged, for example, between the high pressure area and the fuel injection device. It offers a particularly high level of security against damage to the internal combustion engine when the piezo actuator is at least temporarily blocked in the open position.
  • the internal combustion engine is a Includes device with which an electrical charge stored in the piezo actuator can be discharged when a malfunction of the piezo actuator is detected.
  • the internal combustion engine is a Includes device with which an electrical charge stored in the piezo actuator can be discharged when a malfunction of the piezo actuator is detected.
  • Figure 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine with a fuel injection device, which in turn has a piezo actuator;
  • FIG. 2 is a flow chart illustrating a method for operating the internal combustion engine of FIG. 1;
  • Figure 3 is a diagram in which an error state of the
  • Piezo actuator of the fuel injector of the internal combustion engine of FIG. 1 is plotted over time
  • Figure 4 is a diagram in which the state of charge of the
  • Piezo actuator of the fuel injection device of the internal combustion engine of FIG. 1 is shown over time;
  • FIG 5 is a diagram in which the pressure in a Fuel line of the internal combustion engine of Figure 1 is shown over time.
  • FIG. 6 shows a diagram in which the switching position of a shut-off valve of the internal combustion engine from FIG. 1 is shown over time.
  • An internal combustion engine carries the total in Fig. 1
  • Reference number 10 It comprises a plurality of combustion chambers, of which only one is shown in FIG. 1 with reference number 12. Combustion air is supplied to this via an inlet valve 14 and an intake pipe 16. The combustion exhaust gases are discharged from the combustion chamber 12 via an exhaust valve 18 and an exhaust pipe 20.
  • Fuel is supplied to the combustion chamber 12 via a fuel injection device 22 arranged directly on the combustion chamber 12. The ignition of the existing in the combustion chamber 12
  • Fuel-air mixture takes place through a spark plug 23, which is connected to an ignition system 25.
  • the fuel injection device 22 comprises a piezo actuator 24, which is coupled to a valve element (not shown) of the fuel injection device 22.
  • Piezo actuator 24 is connected to an ohmic resistor 27.
  • the fuel injection device 22 is connected to a fuel collecting line 28 (“rail”) via a high-pressure fuel line 26.
  • a shut-off valve 30 is arranged in the high-pressure fuel line 26 between the fuel collecting line 28 and the fuel injection device 22.
  • the fuel from a high-pressure fuel pump 32 is fed to the fuel line 28. in the
  • the internal combustion engine 10 is the fuel stored in the fuel rail 28 under high pressure.
  • the quantity of fuel supplied is adjusted by a quantity control valve 34. During a delivery cycle of the high-pressure fuel pump 32, this can change its working space (not shown) with a
  • the internal combustion engine 10 also includes a control and regulating device 46. This controls the fuel injection device 22, the ignition system 25, the shut-off valve 30, the quantity control valve 34 and the like
  • Pressure control valve 38 on.
  • the operation of the internal combustion engine 10 is controlled by the control and regulating device in accordance with the method shown in FIG. 2. This is stored as a computer program in the control and regulating device 46.
  • the method begins in a start block 48.
  • the function of the piezo actuator 24 is monitored in block 50. Malfunctions of the piezo actuator 24 can be identified. Such malfunctions include, for example, a break in the connection between the piezo actuator 24 and the control and regulating device 46. A defect in the control device itself, which leads to a malfunction of the piezo actuator 24, can also be detected in block 50.
  • a malfunction of the piezo actuator 24 can be detected in block 50, for example, in that the discharge current is regular of the piezo actuator 24 is measured during the closing process. If the connection between the piezo actuator 24 and the control and regulating device 46 is interrupted, for example, by a cable break or by a dropped cable, the measured discharge current is zero, so that the resultant result
  • shut-off valve 30 is closed (block 52). Furthermore, any electrical charge that may still be stored in the piezo actuator 24 is discharged via the ohmic resistor 27 (block 54). Finally, in block 56, the pressure control valve 38 and the quantity control valve 34 are activated such that the pressure in the fuel collecting line 28 drops suddenly.
  • FIG. 2 it is checked in block 58 whether the fuel injection device 22 is completely closed.
  • the piezo actuator 24 is completely discharged after a certain time and that the valve element of the fuel injection device 22 is in the fully closed position. Is the

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Abstract

Bei einer Brennkraftmaschine gelangt der Kraftstoff über mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung direkt in mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine. Eine Ventilelement der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung wird von einem Piezoaktor bewegt. Die Funktion des Piezoaktors wird überwacht und eine Fehlfunktion erkannt (50). Um das Risiko von Schäden an der Brennkraftmaschine bei einer Fehlfunktion des Piezoaktors zu minimieren, wird vorgeschlagen, dass bei einer erkannten Fehlfunktion (50) des Piezoaktors der Kraftstoff-Massenstrom zur Kraftstoff-Einspritzvorrichtung hin reduziert wird (52, 56).

Description

VERFAHREN SOWIE STEUER- UND/ODER REGELGERÄT ZUM BETREIBEN
EINER BRENNKRAFTMASCHINE MIT PIEZOELEKTRISCH BETÄTIGTEN
KRAFTSTOFFEINSPRITZVENTILEN
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff über mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, deren Ventilelement von einem Piezoaktor bewegt wird, direkt in mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt, und bei dem die Funktion des Piezoaktors überwacht und eine Fehlfunktion erkannt wird.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 198 54 306 AI bekannt. In dieser ist eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung beschrieben, welche einen Piezoaktor umfasst und welche in eine Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung (BDE) eingebaut ist. Bei einer solchen Brennkraftmaschine ist jedem Brennraum eine eigene Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zugeordnet. Über die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung kann der Kraftstoff so in den entsprechenden Brennraum der Brennkraf maschine eingespritzt werden, dass er in diesem, je nach gewünschter Betriebsart, geschichtet oder homogen verteilt -vorliegt. Liegt er geschichtet vor, bedeutet dies, dass im Wesentlichen nur im Bereich der Zündkerze ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch vorliegt. In dieser Betriebsart ist die Luftzufuhr zum Brennraum im Wesentlichen vollständig entdrosselt .
Die Verwendung von Piezoaktoren hat den Vorteil , dass mit ihnen eine gewünschte Einspritzmenge mit hoher Genauigkeit eingespritzt werden kann. Dies gilt insbesondere für sehr kleine Einspritzmengen, wie sie bspw. bei einer Voreinspritzung oder bei der Aufteilung größerer Einspritzmengen in kleine Einzeleinspritzungen vorkommen.
Um eine Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum durchzuführen, wird eine elektrische Ladung in den Piezoaktor eingebracht . Dies Aufladung führt zu einer Längenänderung des Piezoaktors . Ein Ventilelement der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung und der Piezoaktor sind üblicherweise durch eine hydraulische Übersetzung miteinander gekoppelt . Zum Beendigen der Einspritzung wird die Ladung wieder aus dem Piezoaktor abgeführt . Die Ansteuerung der Piezoaktoren der Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen der jeweiligen Brennräume bzw. . Zylinder einer Brennkraftmaschine erfolgt üblicherweise durch die Ansteuerung einer Endstufe, die sich in einem Steuergerät befindet. Das Steuergerät und der Piezoaktor sind über Leitungen miteinander verbunden, die mit Verbindungsmitteln lösbar mit der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung verbunden sind.
Bei einem solchen System kann der Fall eintreten, dass der Piezoaktor so angesteuert ist, dass die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung geöffnet ist, und dass gleichzeitig aufgrund einer Fehlfunktion eine Änderung des Ladezustands des Piezoaktors und somit ein Schließen der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung nicht mehr möglich ist. In der Folge würde dem entsprechenden Zylinder ununterbrochen, also beispielsweise auch während der Verbrennungsphase und während des Ausstoßens der heißen Verbrennungsabgase,
Kraftstoff zugeführt werden. Dies würde jedoch zu schweren Schäden, beispielsweise durch eine Kraftstoffschlag, an der Brennkraftmaschine und an einem Katalysator der Brennkraftmaschine führen .
Ein solcher Fehler kann bspw. bei einem Kabelbruch in der Verbindung zwischen dem Piezoaktor und dem Steuergerät auftreten. Des Weiteren kann dieser Fehler auftreten, wenn in dem Steuergerät ein Defekt auftritt. Ein solcher Defekt liegt bspw. bei einem fehlerhaften Endstufenschalter vor. Ferner tritt ein solcher Fehler auf, wenn sich die
Steckverbindung am Steuergerät und/oder am Piezoaktor gelöst hat .
Solche Fehler können vom Steuergerät erkannt werden. In der DE 198 54 306 AI wird vorgeschlagen, dass parallel zum
Piezoaktor ein ohmscher Widerstand geschaltet ist:, über- den der Piezoaktor definiert entladen werden kann. Trotz dieser Maßnahme wurde jedoch festgestellt, dass nicht mit letzter Sicherheit ausgeschlossen werden kann, dass doch noch soviel Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt, dass es dort zu einem Kraftstoffschlag kommen kann. Auch können Schädigungen des Katalysators aufgrund bspw. während des Ausstoßhubes noch in den Brennraum gelangenden Kraftstoffes nicht vollständig ausgeschlossen werden.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden r dass bei ihm Schäden an der Brennkraftmaschine und am Katalysator mit höchster Sicherheit ausgeschlossen werden können, wenn eine Fehlfunktion des Piezoaktors erkannt wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass bei einer erkannten
Fehlfunktion des Piezoaktors der Kraftstoff-Massenstrom zur Kraftstoff-Einspritzvorrichtung hin reduziert wird.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird verhindert, dass die Kraftstoff -Ξinspritzvorrichtung weiterhin mit dem maximalen Kraftstoff-Massenstrom versorgt wird. Selbst dann, wenn sich das Ventilelement der Kraftstoff - Ξinspritzvorrichtung noch für eine gewisse Zeit nicht in der geschlossenen Position befindet, wird durch diese Reduktion des Kraftstoff-Massenstroms der mögliche Kraftstoffeintrag in den Brennraum der Brennkraftmaschine reduziert. Je weniger Kraftstoff jedoch bei einer Fehlfunktion des Piezoaktors noch in den der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung zugeordneten Brennraum gelangen kann, desto geringer ist das Riskio, dass es bspw. zu einem Kraftstoffschlag kommt oder dass unverbrannter Kraftstoff zum Katalysator in einer solchen Menge transportiert wird, dass er dort zu Schäden führen kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
So wird vorgeschlagen, dass der Kraftstoff von mindestens einer Kraftstoff umpe in einen Hochdruckbereich gefördert wird, an den die Kraftstoff-Ξinspritzvorrichtung angeschlossen ist, und dass bei einer erkannten Fehlfunktion des Piezoaktors der Druck im Hochdruckbereich abgesenkt wird. Eine solche Maßnahme ist innerhalb einer äußerst geringen Reaktionszeit möglich. Da der Kraftstoff- Massenstrom unmittelbar von der Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckbereich und dem Brennraum abhängt, kann so der Kraftstoff-Massenstrom sofort nach Erkennen der Fehlfunktion reduziert werden kann. Dabei kann der Druck im Hochdruckbereich der Kraftstoffpumpe dann, wenn eine
Vorförderpumpe vorhanden ist, auf den Vorförderdruck, oder er kann auf Umgebungsdruck abgesenkt werden.
Dabei wird besonders bevorzugt, wenn der Piezoaktor bei einer erkannten Fehlfunktion in eine Sicherheitsposition gebracht und der Druck im Hochdruckbereich dann wieder auf ein normales Niveau angehoben wird, wenn der Piezoaktor in der Sicherheitsposition ist. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass die Brennkraftmaschine mit jenen Brennräumen, deren Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen noch normal funktionieren, in einem Notlaufbetrieb weiterbetrieben werden kann. Ist die Brennkraftmaschine bspw. in ein Kraftfahrzeug eingebaut, kann so in einem Notlaufbetrieb die nächste Werkstatt angefahren werden.
Das Ventilelement der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung kann aus einer fehlerhaft geöffneten Stellung durch ein Entladen des Piezoaktors auf besonders einfache Art und Weise in eine geschlossene Sicherheitsposition gebracht werden. Ein solches Entladen des Piezoaktors ist bspw. durch die in der DE 198 54 306 AI offenbarten Vorrichtungen möglich. Auch in der DE 197 11 903 AI sind entsprechende Möglichkeiten offenbart. Der Inhalt beider Druckschriften wird daher hiermit ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht .
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass bei einer erkannten Fehlfunktion des Piezoaktors die Kraftstoffverbindung zur Kraftstoff-Einspritzvorrichtung hin unterbrochen wird. Dies ist bspw. durch den Einbau eines Absperrventils zwischen dem Hochdruckbereich und der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung möglich. Eine solche vollständige Unterbrechung der Kraftstof verbindung zur Kraftstoff- Einspritzvorrichtung hin stellt sicher, dass auch bei in geöffneter Position blockiertem Ventilelement der
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung kein Kraftstoff mehr in den entsprechenden Brennraum gelangt. Das Risiko, dass es hier zu Schädigungen der Brennkraftmaschine kommt, ist somit besonders gering.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer durchgeführt wird. Dabei wird besonders bevorzugt, wenn das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory oder einem Ferrit-RAM, abgespeichert ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Bei einem solchen Steuer- und/oder Regelgerät wird besonders bevorzugt, wenn es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm der obigen Art abgespeichert ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Kraftstoff umpe, mit mindestens einer Kraftstof -Einspritzvorrichtung, welche den Kraftstoff direkt in mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzt, und deren Ventilelement an einen Piezoaktor gekoppelt ist, und mit Mitteln, mit denen eine Fehlfunktion des Piezoaktors erkannt werden kann.
Um das Risiko einer Schädigung der Brennkraftmaschine im Falle einer in geöffneter Stellung blockierten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung zu minimieren, wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine Mittel umfasst, mit denen bei einer erkannten Fehlfunktion des Piezoaktors der
Kraftstoff-Massenstrom zur Kraftstoff-Einspritzvorrichtung hin reduziert werden kann.
In vorteilhafter Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine einen Hochdruckbereich umfasst, welcher mit der Kraftstoffpumpe verbunden ist, dass die Kraftstoff-Ξinspritzvorrichtung an den Hochdruckbereich angeschlossen ist, und dass sie ein Drucksteuerventil umfasst, mit dem der Druck in dem Hochdruckbereich beeinflusst werden kann.
Bei dem Hochdruckbereich handelt es sich bei Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung im Allgemeinen um eine Kraftstoff-Sammelleitung, welche auch als "Rail" bezeichnet wird. In sie wird der Kraftstoff von einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe unter hohem Druck gefördert. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung wird, ggf. neben anderen Maßnahmen, durch ein Drucksteuerventil eingestellt . Wird nun eine Fehlfunktion eines Piezoaktors einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung gemeldet, kann über das Drucksteuerventil der Druck aus dem Hochdruckbereich sofort abgelassen werden.
Die erfindungsgemäßen Vorteile sind somit erzielbar, ohne dass zusätzliche Komponenten installiert werden müssen . Der Druckabbau im Hochdruckbereich kann auch noch dadurch unterstützt werden, dass die Förderung des Kraftstoffs von der Kraftstoffpumpe zum Hochdruckbereich unterbrochen wird. Dies ist durch die Ansteuerung eines üblicherweise vorhandenen Mengensteuerventils leicht realisierbar.
Vorteilhaft ist auch, wenn die Brennkraftmaschine eine Ventileinrichtung umfasst, mit der die Kraftstoffverbindung zur Kraftstoff-Einspritzvorrichtung hin unterbrochen werden kann. Eine solche Ventileinrichtung kann beispielsweise zwischen dem Hochdruckbereich und der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung angeordnet sein. Sie bietet eine besonders hohe Sicherheit gegenüber Schäden der Brennkraftmaschine bei in geöffneter Stellung wenigstens zeitweise blockiertem Piezoaktor.
Ferner wird bevorzugt, wenn die Brennkraftmaschine eine Einrichtung umfasst, mit der bei einer erkannten Fehlfunktion des Piezoaktors eine im Piezoaktor gespeicherte elektrische Ladung abgeführt werden kann. Auch hierzu wird auf die DE 198 54 306 AI und die DE 197 11 903 AI verwiesen.
Besonders bevorzugt ist jene Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, bei der diese ein Steuer- und/oder Regelgerät der obigen Art umfasst.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes
Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff -Ξinspritzvorrichtung, welche wiederum einen Piezoaktor aufweist;
Figur 2 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine von Fig. 1 darstellt ;
Figur 3 ein Diagramm, in dem ein Fehlerzustand des
Piezoaktors der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der Brennkraftmaschine von Fig. 1 über der Zeit aufgetragen ist;
Figur 4 ein Diagramm, in dem der Ladezustand des
Piezoaktors der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der Brennkraftmaschine von Fig. 1 über der Zeit dargestellt ist;
Figur 5 ein Diagramm, in dem der Druck in einer Kraftstoff-Sammelleitung der Brennkraftmaschine von Fig. 1 über der Zeit dargestellt ist; und
Figur 6 ein Diagramm, in dem die Schaltstellung eines Absperrventils der Brennkraftmaschine von Fig . 1 über der Zeit dargestellt ist.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine Brennkraftmaschine trägt in Fig. 1 insgesamt das
Bezugszeichen 10. Sie umfasst mehrere Brennräume, von denen in Fig. 1 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 dargestellt ist. Diesem wird Verbrennungsluft über ein Einlassventil 14 und ein Ansaugrohr 16 zugeführt. Die Verbrennungsabgase werden aus dem Brennraum 12 über ein Auslassventil 18 und ein Abgasrohr 20 abgeleitet.
Kraftstoff wird dem Brennraum 12 über eine direkt: am Brennraum 12 angeordnete Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 zugeführt. Die Zündung des im Brennraum 12 vorhandenen
Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt durch eine Zündkerze 23, welche mit einem Zündsystem 25 verbunden ist. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 umfasst einen Piezoaktor 24, der mit einem Ventilelement (nicht dargestellt) der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 gekoppelt ist. An den
Piezoaktor 24 ist ein ohmscher Widerstand 27 angeschlossen. Über eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 26 ist die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 mit einer Kraftstoff - Sammelleitung 28 ("Rail") verbunden. Zwischen der Kraftstoff-Sammelleitung 28 und der Kraftstoff- Ξinspritzvorrichtung 22 ist in der Hochdruck- Kraftstoffleitung 26 ein Absperrventil 30 angeordnet.
Der KLraftstoff-Sammelleitung 28 wird der Kraftstoff von einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 32 zugeführt. Im
Normalbetrieh der Brennkraftmaschine 10 ist der Kraftstoff in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 unter hohem Druck gespeichert . Die zugeführte Kraftstoffmenge wird dabei durch ein Mengensteuerventil 34 eingestellt. Dieses kann während eines Fördertaktes der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 32 deren Arbeitsraum (nicht dargestellt) mit einer
Niederdruck-Kraftstoffleitung 36 verbinden. Während der Öffnungsdauer des Mengensteuerventils 34 gelangt somit kein Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 32 zur Kraftstoff-Sammelleitung 28. Der Druck in der Kraftstoff- Sammelleitung 28 wird von einem Drucksteuerventil 38 eingestellt. Dieses ist über eine Rücklaufleitung 40 mit einem Kraftstoff-Behälter 42 verbunden. Eine elektrische Kraftstoffpumpe 44 fördert den Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 42 in die Niederdruck-Kraftstoffleitung 36 und weiter zur Hochdruck-Kraftstoffpumpe 32.
Die Brennkraftmaschine 10 umfasst auch ein Steuer- und Regelgerät 46. Dieses steuert die Kraftstoff- Ξinspritzvorrichtung 22, das Zündsystem 25, das Absperrventil 30, das Mεngensteuerventil 34 und das
Drucksteuerventil 38 an. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird vom Steuer- und Regelgerät gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren gesteuert. Dieses ist als C'omputerprogramm im Steuer- und Regelgerät 46 gespeichert.
Das Verfahren beginnt in einem Startblock 48. Im Block 50 wird die Funktion des Piezoaktors 24 überwacht. Dabei können Fehlfunktionen des Piezoaktors 24 erkannt werden. Zu solchen Fehlfunktionen gehört bspw. ein Bruch der Verbindung zwischen dem Piezoaktor 24 und dem Steuer- und Regelgerät 46. Auch ein Defekt im Steuergerät selbst, welcher zu einer Fehlfunktion des Piezoaktors 24 führt , kann im Block 50 erkannt werden.
Bine Fehlfunktion des Piezoaktors 24 kann im Block 50 bspw. dadurch erfasst werden, dass regelmäßig der Bntladestrom des Piezoaktors 24 beim Schließvorgang gemessen wird. Ist die Verbindung zwischen Piezoaktor 24 und Steuer- und Regelgerät 46 bspw. durch einen Kabelbruch oder durch ein abgefallenes Kabel unterbrochen, ist der gemessene Ξntladestrom Null, so dass die hieraus resultierende
Fehlfunktion des Piezoaktors 24 sofort erkannt werden kann.
Wird eine Fehlfunktion des Piezoaktors 24 erkannt, werden parallel drei Maßnahmen durchgeführt: Zum einen wird das Absperrventil 30 geschlossen (Block 52) . Ferner wird eine ggf. noch im Piezoaktor 24 gespeicherte elektrische Ladung über den ohmschen Widerstand 27 abgeleitet (Block 54) . Schließlich werden im Block 56 das Drucksteuerventil 38 und das Mengensteuerventil 34 so angesteuert, dass der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 schlagartig absinkt.
Wie aus den Fign. 3 - 6 ersichtlich ist, wird durch diese Maßnahmen eine hohe Sicherheit gegenüber einem unbeabsichtigten Kraftstoffeintrag in den Brennraum 12 bei einer Fehlfunktion des Piezoaktors 24 geschaffen. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, dauert es eine gewisse Zeit, bis die Ladung vom Piezoaktor 24 abgeführt ist (vgl. Fig. 4). Dies hängt damit zusammen, dass der ohmsche Widerstand 27 so ausgelegt werden muss, dass im normalen Betrieb der Brennkra tmaschine 10 ohne Fehlfunktion des Piezoaktors 24 die Ladung im Piezoaktor 24 so ausreichend rasch aufgebaut werden kann, dass eine entsprechende rasche Betätigung des Piezoaktors 24 und des mit ihm gekoppelten Ventilelementes möglich ist.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist durch die Ansteuerung des Mengensteuerventils 34 und des Drucksteuerventils 38 eine Absenkung des Drucks in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 innerhalb eines Zeitraums möglich, welcher deutlich kürzer ist als der Zeitraum, welcher für den Abbau der
Ladung im Piezoaktor 24 benötigt wird. Somit ist auch dann, wenn die Ladung aus dem Piezoaktor 24 noch nicht vollständig abgeleitet und somit das Ventil der Kraftstoff - Einspritzvorrichtung 22 noch nicht vollständig geschlossen ist, gewährleistet, dass, wenn überhaupt, nur noch wenig Kraftstoff in den Brennraum 12 der Brennkraftmaschine 10 gelangen kann. Dies wird noch unterstützt durch das Schließen des Absperrventils 30 (Fig. 6) , durch welches die Kraftstoffzufuhr zur Kraftstoff-Ξinspritzvorrichtung 22 vollständig unterbrochen wird. Die Reduktion des Kraftstoff-Massenstroms zur Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 hin erfolgt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel also redundant.
In Fig. 2 wird im Block 58 geprüft, ob die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 22 vollständig geschlossen ist. Unter Kenntnis der Entladungskurve von Fig. 4 kann bspw. nach einem bestimmten Zeitablauf davon ausgegangen werden, dass der Piezoaktor 24 vollständig entladen und sich somit das Ventilelement der Kraftstoff-Ξinspritzvorrichtung 22 in der vollständig geschlossenen Position befindet. Ist die
Antwort im Block 58 "Ja" , werden im Block 60 das Mengensteuerventil 34 und das Drucksteuerventil 38 wieder so angesteuert, dass sich in der Kraftstoff-Sammelleitung 28 der normale Betriebsdruck aufbaut (vgl. Fig. 5) . Das Verfahren endet in einem Bndblock 62.
Der rasche Wiederaufbau des Drucks in der Kraftstoff- Sammelleitung 28 dann, wenn die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 22 in der geschlossenen Stellung ist, ermöglicht es, die Brennkraftmaschine 10 in einem
Notlaufbetrieb weiterzubetrεibe . In diesem Fall können nämlich die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen der anderen Brennräume (in Fig. 2 nicht dargestellt) weiterbetrieben werden, solange bei diesen keine Fehlfunktion, festgestellt wird. Ξs versteht sich, dass die in Fig. 2 in den Blöcken 52 und 56 durchgeführten Maßnahmen (Schließen des Absperrventils 30 und Absenken des Drucks in der Kraftstoff-Sammelleitung 28) nicht unbedingt beide erforderlich sind, um das Risiko einer Beschädigung der Brennkraftmaschine 10 im Fall einer Fehlfunktion des Piezoaktors 24 zu reduzieren. In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann auch nur eine dieser beiden Maßnahmen durchgeführt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem der Kraftstoff über mindestens eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (22) , deren Ventilelement von einem Piezoaktor (24) bewegt wird, direkt in mindestens einen Brennraum (12) der Brennkraftmaschine (10) gelangt, und bei dem die Funktion des Piezoaktors (24) überwacht und eine Fehlfunktion erkannt wird (50), dadurch gekennzeichnet, dass bei einer erkannten Fehlfunktion (50) des Piezoaktors (24) der Kraftstoff-Massenstrom zur Kraftstoff- Ξinspritzvorrichtung (22) reduziert wird (52, 56).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff von mindestens einer Kraftstoffpumpe
(32, 44) in einen Hochdruckbereich (28) gefördert wird, an den die Kraftstoff-Ξinspritzvorrichtung (22) angeschlossen ist, und dass bei einer erkannten Fehlfunktion (50) des Piezoaktors (24) der Druck im Hochdruckbereich (28) abgesenkt wird (56) .
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (24) bei einer erkannten Fehlfunktion (50) in eine Sicherheitsposition gebracht (54) und der Druck im Hochdruckbereich (28) dann wieder auf ein normales Niveau angehoben wird (60), wenn der Piezoaktor (24) in der Sicherheitsposition ist.
4 . Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass das Ventilelement der Kra tstoff-Einspritzvorrichtung (22) aus einer fehlerhaft geöffneten Stellung durch ein Entladen des Piezoaktors (24) in eine geschlossene Sicherheitsposition gebracht wird (54) .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer erkannten Fehlfunktion (50) des Piezoaktors (24) die
KraftstoffVerbindung zur Kraftstoff-Ξinspritzvorrichtung (22) hin unterbrochen wird (52) .
6. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.
7. Computerprogramm nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory oder einem Ferrit-RAM, abgespeichert ist.
8. Steuer- und/oder Regelgerät (46) zum Betreiben einer Brεnnkraftmaschine (10) , dadurch gekennzeichnet, dass es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 6 oder 7 abgespeichert ist.
9. Brennkraftmaschine (10), mit mindestens einer Kraftstoffpumpe (32, 44), mit mindestens einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (22), welche den Kraftstoff direkt in mindestens einen Brennraum (24) der Brennkraftmaschine (10) einspritzt, und deren Ventilelement an einen Piezoaktor (24) gekoppelt ist, und mit Mitteln (46), mit denen eine Fehlfunktion des Piezoaktors (24) erkannt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (30, 38) umfasst, mit denen bei einer erkannten Fehlfunktion des Piezoaktors (24) der Kraftstoff-Massenstrom zur Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (22) hin reduziert werden kann.
10. Brennkraftmaschine (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Hochdruckbereich (28) umfasst, welcher mit der Kraftstoffpumpe (32) verbunden ist, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) an den Hochdruckbereich (28) angeschlossen ist, und dass sie ein Drucksteuerventil (38) umfasst, mit dem der Druck in dem Hochdruckbereich (28) beeinflusst werden kann.
11. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ventileinrichtung (30) umfasst, mit der die
KraftstoffVerbindung (26) zur Kraftstoff- Einspritz orrichtung (22) hin unterbrochen werden kann.
12. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 9 bis
11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung (27) umfasst, mit der bei einer erkannten Fehlfunktion des Piezoaktors (24) eine im Piezoaktor (24) gespeicherte elektrische Ladung abgeführt werden kann.
13. Brennkraftmaschine (10) nach einem der Ansprüche 9 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerät (46) nach Anspruch 8 umfasst.
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