WO2017028966A1 - Betriebsverfahren zum betreiben eines kraftstoffeinspritzsystems sowie kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

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Oliver SEEGMÜLLER
Tobias Ritsch
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02M2200/24—Fuel-injection apparatus with sensors
    • F02M2200/247—Pressure sensors

Definitions

  • the invention relates to an operating method with which a fuel injection system of an internal combustion engine can be operated, as well as a fuel injection system, which is in particular ⁇ special for performing the operating method is suitable.
  • Fuel injection systems for example direct gasoline injection systems, have shown in simplified form a force ⁇ high pressure fuel pump, with a fuel high-pressure be ⁇ is alsschlagt, and a high-pressure region with a high-pressure store, the so-called. Rail, and at least one
  • Injector for injecting the high-pressure fuel into an associated combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the components mentioned are connected to one another via high-pressure lines.
  • a control device for the operation of the fuel injection system is usually a control device, the so-called. ECU, provided with an appropriate software.
  • the delivery rate of the high-pressure fuel pump can be adjusted via the control device.
  • the z. B. may be formed as a so-called.
  • Digital inlet valve This digita ⁇ le inlet valve may, for example, in the embodiment "currentless open", that is energized open, are present, but other embodiments are possible and known. Also located for controlling the
  • Injector valves necessary injection pressure, a high pressure sensor in the fuel injection system, which is usually attached to the high-pressure accumulator and serves to detect the so-called.
  • System pressure This system pressure is gasoline as a fuel, typically in a range between 150 bar and 500 bar and in diesel as a fuel in a bar loading ⁇ ranging between 1500 and 3000 bar.
  • a pressure control by detecting a signal of the high-pressure sensor, proces ⁇ processing of the signal by the control device and change the capacity of the high-pressure fuel pump through the digita ⁇ le inlet valve normally takes place.
  • the high-pressure fuel pump is usually mediated by the internal combustion engine itself, for example via a camshaft, me ⁇ mechanically driven.
  • a mechanical safety valve In order to reduce unwanted high pressures in the high-pressure region of the fuel injection ⁇ system, usually a mechanical safety valve, a so-called. Druckbegrenzungsven- til provided on the high-pressure fuel pump, which can limit or limit the pressure.
  • Typical pQ characteristics of the pressure relief valve are designed to set a maximum pressure in the high pressure accumulator that exceeds the nominal pressures of the injector valve in regular operation.
  • the pressure limiting valve is often designed so that it abgrest into a pressure chamber of the high-pressure fuel pump, so that it is hydraulically blocked during a delivery phase of the high-pressure fuel pump. That means that
  • Open pressure relief valve only in the suction phase of the high-pressure fuel pump and can control fuel from the high ⁇ pressure range.
  • Such pressure relief valves are hydraulically blocked pressure relief valves ge ⁇ called. Due to the constructional nature of the injector valve, the injector valve often opens against the existing in Hochdruckspei ⁇ cher pressure. In this case, depending on the operating state of the internal combustion engine, a control profile is used to control the injector valve in order to open the injector valve so that injection can begin.
  • the object of the invention is therefore to propose an operating method for operating a fuel injection system and a corre sponding ⁇ fuel injection system, with a Failure of the internal combustion engine can be prevented even in case of failure.
  • a fuel injection system which is in particular adapted to perform the operating method, is the subject of the independent claim.
  • a fuel injection system having a power ⁇ high pressure fuel pump with a in a pressure chamber during operation translationally moving pump piston for pressurizing a fuel with high pressure, a high pressure area for storing the highly pressurized fuel, and at least one connected to the high pressure area
  • Injector for injecting Chellbeetzsleytem fuel in a combustion chamber of the internal combustion engine ready ⁇ provided.
  • two operating states of the internal combustion engine are provided, with no injection of fuel through the engine in a thrust cycle
  • Injector into the combustion space and in a ⁇ A spray operation at least one injection of fuel through the injector into the combustion space. It is further provided a pressure relief valve, which upon reaching a predefined opening pressure in the high pressure area fuel from the high pressure area in the
  • Discharge pressure chamber of the high-pressure fuel pump abticiant. Then, an error is detected in the fuel injection system, which is that the predefined opening pressure in the high pressure area is exceeded. In this case of error, the overrun operation of the internal combustion engine is switched off, so that the internal combustion engine is operated exclusively in the injection mode.
  • the fault is detected by a high-pressure sensor arranged in the high-pressure region. Since such high-pressure sensors are generally present anyway in the high-pressure region of the fuel injection system in order to control the delivery rate of the fuel injection system.
  • a high-pressure sensor arranged in the high-pressure region. Since such high-pressure sensors are generally present anyway in the high-pressure region of the fuel injection system in order to control the delivery rate of the fuel injection system.
  • the opening pressure of the pressure relief valve is set lower than a maximum allowable Maxi ⁇ maldruck in the high pressure region, the maximum pressure is defined in particular in a range above 500 bar. The maximum pressure corresponds to the maximum permissible pressure at which the injector valve can barely open.
  • so much fuel is injected through the injector valve that a high pressure is established in the high-pressure region, which corresponds to an opening pressure of the pressure-limiting valve.
  • Discharged injector so that the pressure level in the high pressure area in the widest possible operating ranges remains at the opening pressure of the pressure relief valve, at least ⁇ but below the opening of the
  • Injector valve critical maximum pressure remains. Thus, the injector valve can continue to open against the high pressure prevailing in the high pressure area.
  • the overrun operation is switched on again.
  • the high pressure sensor it is possible to recognize that the high pressure in the high pressure region has again lowered so far that the pressure relief valve no longer has to open to divert fuel into the pressure chamber of the high-pressure fuel pump. In this case, there is a high pressure in the high pressure area against which the
  • Injector valve can open easily. Therefore, the thrust operation can now be allowed again and the Brennkraftma ⁇ machine operated without injection quantity.
  • a period of four equidistributed quadrants is provided between a first TDC time when the pump piston is at a top dead center and a second TDC when the pump piston is at top dead center. determines, wherein the injector valve is controlled in ⁇ such that an opening time of the
  • Injector valve in an opening period, which extends in a second quadrant of the period period and / or in a third quadrant of the period period.
  • the pressure relief valve Since the pressure relief valve ab interviewedt in the pressure chamber of the power ⁇ high-pressure pump, it is hydraulically blocked in the delivery phase of the high-pressure fuel pump. Due to the opening and closing of the pressure relief valve an annä ⁇ hernder equilibrium state between promotion by the high-pressure fuel pump and reclaiming the Druckbe ⁇ relief valve in case of error similar to a sinusoid.
  • the prevailing in the high pressure area high pressure therefore has cyclically pressure peaks and pressure valleys, the difference between a pressure peak and a pressure system is ⁇ dependent and may for example have 50 bar.
  • the pressure peaks therefore largely coincide with the point in time when the pump piston of the high-pressure fuel pump is at top dead center and delivers fuel into the high-pressure region.
  • a period is a period between two such pressure peaks, ie two sol- rather OT times.
  • a Drucktal is usually on the with ⁇ te between two such OT times.
  • Injector valve controlled so that its opening time ⁇ point in the region of the pressure trough - ie in a period shortly before the pressure trough to shortly after the pressure - is, opens the injector just when, despite error, the lowest possible pressure in the high pressure area exists.
  • this pressure difference between the pressure peak and the pressure chamber is sufficient to ensure that the maximum permissible maximum pressure at which the
  • Injector valve can just open, is just below. If the period of period divided into four equal quadrants, the Drucktal extends between the at ⁇ the OT-times in the second and third quadrants. Therefore, it is particularly advantageous if the injector valve is controlled so that it is opened in the period in which the fuel injection system is temporally in the second quadrant and / or the third quadrant of the period period.
  • a map is stored, which assigns the top dead center a réelle ⁇ certain crank angle of the internal combustion engine. Because of the mechanical connection of the high-pressure fuel pump via, for example, a camshaft to, for example, a crankshaft of the internal combustion engine is on the map, the position of the top dead center, and of course a bottom dead center, known. It is particularly preferred that for detecting the TDC points in time at which the Pumpenkol ⁇ ben is in the top dead center, a crank angle of the internal combustion engine is detected. Is It can then be determined via the map exactly the times at which the pump piston is in the top dead center.
  • Inj ektorventiles is also possible in case of failure.
  • the injection timing of the Inj ektorventiles therefore falls into the negative amplitude of the rail pressure vibration, whereby the injector valve can still open, even if the average pressure in the high-pressure accumulator above the for the
  • a fuel injection system for injecting fuel into combustion chambers of an internal combustion engine is formed in particular from ⁇ for performing the operation method described above.
  • the fuel injection system a force ⁇ high pressure fuel pump with a in a pressure chamber during operation translationally moving pump piston for pressurizing a fuel with high pressure and a Hochtikbe ⁇ rich for storing the highly pressurized fuel to.
  • the fuel injection system has at least one injector valve connected to the high-pressure region for injecting high-pressure fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the Fuel injection system a pressure limiting valve, which abgrest fuel when reaching a predefined opening pressure in the high pressure region of the high pressure area in the pressure chamber of the high-pressure fuel pump.
  • a control device which is configured to provide at least two operating states of the internal combustion engine, takes place in a coasting no A ⁇ injection of fuel through the injector into the combustion chamber in which an injection operation of at least one fuel injection through the injector valve into the Combustion chamber takes place.
  • the control device is designed to injection-system a fault occurs in the Kraftstoffein- be seen, wherein said predefined opening ⁇ pressure is exceeded in the high pressure region, and the thrust operation of the internal combustion engineletschal ⁇ th in the case of an error, so that the internal combustion engine injection-operating exclusively in the input is operated.
  • FIG. 2 shows a pressure-time diagram illustrating a pressure oscillation in a high-pressure region of the fuel injection system from FIG. 1 in the event of an error
  • FIG. 3 is a flowchart which schematically illustrates an operating method for operating the fuel injection system of FIG. 1 in the event of a fault in a first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic representation of a control device which is designed to carry out the operating method according to FIG. 3;
  • FIG. 3 is a flowchart schematically illustrating a driving method for driving the fuel injection system of FIG. 1 in a case of failure in a second embodiment;
  • FIG. a schematic representation of a control device which is designed to perform the driving method of FIG. 5;
  • the fuel injection system 10 has a fuel reservoir 12 such as a tank, a high-pressure fuel pump 14 and a high-pressure region 16 downstream of the high-pressure fuel pump 14. Fuel is pumped from the fuel reservoir 12 via, for example, a tank pump 18 into a low-pressure line 20 and thus conveyed to a pressure chamber 22 of the high-pressure fuel pump 14. In order to control a delivery rate of the high-pressure fuel pump 14, the pressure chamber 22 in the low-pressure line 20 is preceded by a digital inlet valve 24.
  • This digital intake valve 24 can be controlled by a control device 26 to regulate the amount of fuel that is aufschlagt loading of the force ⁇ high pressure fuel pump 14 in the pressure chamber 22 at high pressure.
  • a control device 26 In the low-pressure line 20, additional elements such as filter 28 and a damper 30 attached ⁇ assigns to the fuel from the fuel storage 12 clean and on the other hand dampen pulsation attenuation in the low pressure line 20.
  • the pump piston 32 is driven in its translational movement of a camshaft 34.
  • the camshaft 34 is coupled, for example, with a crankshaft of the internal combustion engine, and is thus driven by the internal combustion engine itself.
  • High-pressure fuel is then discharged via an exhaust valve 36 from the high-pressure fuel pump 14 in the high-pressure region 16 and passed through a high-pressure line 38 to a pressure accumulator 40, in which the high-pressure fuel is stored until it via injector valves 42 which on the Pressure accumulator 40 are arranged, is injected into combustion chambers of an internal combustion engine.
  • a high-pressure sensor 44 is disposed on the accumulator 40, which monitors the conditions prevailing in the pressure accumulator 40 pressure.
  • the high-pressure sensor 40 sends a signal to the control device 26, which then controls the inlet valve 24 depending on this signal in such a way that the high-pressure in the pressure accumulator 40 can be regulated.
  • the fuel ⁇ high pressure pump 14 has an increased flow rate, and thus a pressure in the pressure accumulator 40 is formed which is significantly higher than a control pressure during normal operation.
  • a pressure relief valve 46 is provided on the high-pressure line 38, the fuel from the high-pressure region 16 ab interviewedt so as to lower the pressure in the high-pressure region 16.
  • the pressure relief valve 46 controls the fuel while in the pressure chamber 22 of the high-pressure fuel pump 14. Since the pressure relief valve 46 is usually formed as a check valve, the pressure limiting valve 46 is then locked hyd ⁇ raulisch when the high-pressure fuel pump 14 is in the delivery phase, that is, when fuel is pressurized in the pressure chamber 22 at high pressure, and then via the outlet valve 36 in the high pressure region 16 is tilllas ⁇ sen. If the high-pressure fuel pump 14 ever ⁇ but in a suction phase, the pump piston 32 moves to its bottom dead center UT, the volume in the pressure chamber 22 is relaxed, and the pressure relief valve 46 can open and ab interviewedn fuel into the pressure chamber 22.
  • An opening pressure Pöff is set so that it is lower than a maximum permissible maximum pressure P max in the high-pressure region 16 at which it is just still possible for the injector valves 42 to open against this high pressure and to inject fuel into the combustion chambers.
  • a maximum pressure P max is above 500 bar.
  • the opening pressure Pöff of the pressure limiting valve 46 is therefore advantageously set in a range between 300 bar and 500 bar. This exceeds the nominal pressures of about 250 bar in regular operation, in which the injector valves 42 can be operated easily.
  • the high-pressure fuel pump 14 in the state of so-called full promotion, and promotes unimpeded fuel in the high pressure region 16. Since the pressure relief valve 46 can downscale the fuel in the pressure chamber 22 only in the suction phase the fuel ⁇ high pressure pump 14 increases the high pressure in the high pressure region 16 within a few pump strokes up to a maximum which sets.
  • the diagram represents a pressure-time diagram, wherein a pressure p is plotted in the high-pressure region 16 against a time t, in which the high-pressure fuel pump 14 performs pump strokes.
  • the error case occurs at a time ti.
  • the pressure p in the high-pressure region 16 increases continuously after this point in time ti until the opening pressure Pöff of the pressure-limiting valve 46 has been reached until a time t 2 .
  • the diagram in Figure 2 shows the pressure build-up after a fault, in which the high-pressure fuel pump 14 is placed in full ⁇ promotion. How fast the opening pressure Pöff of the pressure limiting valve 46 is achieved depends on the rotational speed of the high-pressure fuel pump 14, which depends on a rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine. Furthermore, the increase in pressure is also dependent on the temperature in the fuel injection system 10, it is a situation in Figure 2 shown in which the Brennkraftmaschi- ne is in overrun operation, ie in a Tunzu ⁇ stood in which no fuel injection through the injector valve 42 takes place in the combustion chamber.
  • the pressure limiting valve 46 can only vent into the pressure chamber 22 when the pressure in the pressure chamber 22 is lower than in the high pressure region 16, a pressure oscillation arises in the high pressure region 16, which is characterized in that when Abêtn the pressure relief valve 46, the high pressure in the high pressure region 16 decreases and then rises again when the pressure relief valve 46 is hydraulically blocked. Due to the embodiment of the pressure relief valve 46 as a hydraulically blocked pressure relief ⁇ valve therefore produces the characteristic shown in Figure 2 with pressure peaks 48 when the high-pressure fuel pump 14 is in the delivery phase, and with pressure valleys 50 when the high-pressure fuel pump 14 is in the suction phase gefin ⁇ det.
  • the maximum pressure in the Druckspei cher ⁇ 40 therefore increases especially in coasting or operating conditions with low injection quantity depending on the currently available speed of the engine and the temperature in the fuel injection system 10. At pressures greater than the maximum allowable
  • Injector opening pressure P max may lead to a misfire of the internal combustion engine or even to a lying down of a vehicle operated with the internal combustion engine.
  • the methods described below can be carried out. There will be described below, three different methods that can be taken as Ge ⁇ countermeasures, the methods can be used individually or in combination.
  • the controller 26 is configured to perform each of these methods. If the methods are carried out simultaneously, the control device 26 is designed accordingly ⁇ . However, for the sake of clarity, the methods are described below only as methods to be carried out individually.
  • FIG. 3 shows on the basis of a flow chart schematically illustrating the steps of an operating method by which such a fuel cut is carried out, while Fig. 4 shows ⁇ schematically the control means 26 which is adapted to carry out the operating method according to fig.3.
  • the internal combustion engine is operated by the control device 26 in at least two operating states, namely in a coasting mode and in an injection mode.
  • the Schubbe- drive is then injected through the injector valves 42 no fuel in the combustion chambers of the internal combustion engine, currency ⁇ rend at least one fuel injection through the injector valves 42 into the combustion chambers it ⁇ follows in the injection operation.
  • a pressure p in the high-pressure region 16 is first detected in a first step via the high-pressure sensor 44.
  • the control device 26 has a pressure detection device 52, which communicates with the high-pressure sensor 44.
  • the opening pressure Pöff of the pressure relief valve 46 is further deposited.
  • an error detection device 54 of the control device 26 is therefore used to determine whether the pressure p is greater than or equal to the opening pressure Pöff of the pressure limiting valve 46. If this is the case, the error detection device 54 detects that an error has occurred. In this case, the overrun operation of the internal combustion engine is switched off by a pushing operation shut-off device 56 in the control device 26. That is, an overrun fuel cutoff of the injector valves 42 so ⁇ to inject any more fuel into the internal combustion engine is prohibited, and only the fired thrust, that is, the injection operation of the internal combustion engine is allowed by the control device 26th This ensures that always a certain amount of fuel is discharged via the injector valves 42 and thus from the high pressure range 16 is removed. The pressure level in the high-pressure region 16 is below that for the
  • Injector opening critical pressure P max held and preferably even reduced so far that it moves in the range of the opening pressure Pöff the pressure relief valve 46.
  • the overrun in which no fuel is injected, prohibited and instead only an operating condition with an at least small injection quantity allowed and carried out.
  • the corresponding function is stored in the control device 26. If, however, it is determined in the operating method that the pressure p in the high-pressure region 16 is not greater than or equal to the opening pressure Pöff of the pressure-limiting valve 46, the error detection device 54 determines that no fault has occurred and the overrun operation of the internal combustion engine remains permitted. Both by allowing the overrun mode and after switching off the push operation of the pressure p in the high pressure region 16 is repeatedly ER- touched, and checks whether it is greater or equal to the opening pressure ⁇ Pöff of the pressure limiting valve 46th
  • the overrun operation can then be switched on again. This means, in dependence of the pressure conditions in the power ⁇ fuel injection system 10, the functionality may be withdrawn as the optional ⁇ .
  • a control method for driving the fuel injection system 10 will be described, which can be performed alternatively or in addition to the overrun fuel cutoff described above.
  • a camshaft angle of the camshaft 34 is adjusted in a targeted manner relative to the pump piston 32 via a camshaft adjuster 58 provided in the fuel injection system 10.
  • the camshaft 34 rotates about a camshaft axis 60, at regular intervals a cam 52 comes into contact with the pump piston 32 so that the pump piston 32 is moved to the top dead center OT. 34, the cam 62 rotates, the No ⁇ ckenwelle further away again from the pump piston 32 and the pump piston 32 moves to the bottom dead center BDC in the direction of. Stands at periodic waste is, therefore, the pump piston 32 is moved by the cam 62, alternately in the upper dead center OT and unte ⁇ dead center UT. If, however, an angle between pump piston 32 and camshaft 34 is adjusted during operation of camshaft 34, the distance between two successive top dead centers OT is no longer uniform, as shown, for example, in the diagram shown in FIG.
  • the adjustment of the angle of the camshaft 34 can likewise be induced via the control device 26 by means of a cam angle adjusting device 64 arranged in the control device 26. If an injection time ti, at which the injector valves 42 start the injection of fuel into the combustion chambers, is known, for example, by an opening time t öff for the injector valves 42 being fixed over an opening time point. generating device 66 is set in the control device 26, the camshaft 34 can be adjusted by the Nockenwellenwinkel- adjusting device 64 so that the injection timing ti is located in the pressure shown in Fig.2 pressure.
  • a Peri odenzeitraum ⁇ t p is the pressure oscillation.
  • the period period t p corresponds to a period between the time at which the pump piston 32 reaches a first top dead center TDC to a time ⁇ point, in which the pump piston 32 the next time reaches a top dead center.
  • Control device 26 can detect the current crankshaft angle. Therefore, an OT recognizer 70 can recognize from the data of the first map K1 and the data of the crankshaft detecting means 68 when the pump piston 32 is at a top dead center OT. This information is supplied to an evaluation device 72, which is arranged in the control device 26, and determines therefrom the period t p . Next, the evaluation device 72 ⁇ one divides the period period TP into four equal quadrants comparable told Ql, Q2, Q3 and Q4.
  • the driving method is then determined, analogous to the fuel cut, whether an error occurs in the fuel ⁇ injection system 10. If an error occurs, it is first waited until a fuel requirement recognition device 74 detects whether there is a fuel requirement from the internal combustion engine, that is, whether an injection via the injector valves 42 is required. Is this the Case, the injection timing ti is first set to an arbitrary time. Thereafter, via the camshaft adjuster 58, which is driven by the Nockenwellenwinkelverstell- device 64, an angle of the camshaft 34 relative to the pump piston 32 adjusted so that the predetermined injection timing ti falls in the pressure valley of the pressure vibration of Figure 2, is called in the period of the second quadrant Q2 and the third quad ⁇ rants Q3.
  • a second map K2 is stored in the control device 26, which assigns each camshaft angle of the camshaft 34 relative to the pump piston 32 a predetermined time at which the pump piston 32 will be in top dead center TDC.
  • a memory device 76 is further arranged, which stores the current camshaft angle.
  • the data of the map K2 and the memory device 76 are supplied to the Nockenwellenwinkelverstell- device 64, so that the camshaft angle ge ⁇ can be adjusted.
  • the camshaft angle adjuster 64 outputs a signal to the camshaft adjuster 58 only when there is information as to when injection by the injector valves 42 should start, that is, when the injection timing ti is set.
  • the camshaft adjuster 58 adjusts the angle of the camshaft 34 only when a fault has actually occurred, the camshaft angle adjusting device 64 additionally being supplied with the information of the evaluating device 72 where the pressure roller 50 is currently located. If the error detection device 54 determines that there is no error, and the fuel requirement recognition device 74 detects that fuel is being requested by the internal combustion engine, fuel becomes completely normal injected via the injector valves 42 in the respective combustion chambers ⁇ . Without fuel demand, however, the open
  • Injector valves 42 not. Also, the method in which the camshaft angle is adjusted so as to shift the injection timing ti into a pressure valley 50 is continuously performed so as to detect whether the fuel injection system 10 has returned to normal operation and the pressure p in the high - Pressure range 16 again below the opening pressure Pöff be ⁇ finds. In this case, the adjustment of the camshaft 34 is terminated depending on the set injection timing ti.
  • the camshaft 34 is triggered by the Camshaft adjuster 58 adjusted so that the start of injection, that is, the Ein ⁇ injection timing ti, in the negative amplitude, that is in the pressure valley 50, the rail pressure oscillation according to Figure 2 falls.
  • the injector valves 42 can still open, even if the averaged pressure in the pressure accumulator 40 is above the critical pressure P max for the injector opening. It is therefore proposed a functionality by which an adjustment of the camshaft 34 by the Nockenwellenverstel ⁇ ler 58 is possible, so that the start of injection of the
  • Injector valves 42 in low-pressure areas, namely the pressure valleys 50, is laid. This function is also stored in the control device 26, and the functionality can optionally be withdrawn depending on the pressure conditions in the Kraftstoffein- injection system 10 again.
  • Figures 7 and 8 shows a drit ⁇ tes method is described below, with an opening of the
  • Injector valves 42 should remain possible even in the event of an error of Kraftstoffein ⁇ injection system 10. This procedure can in addition to the overrun fuel cutoff and, alternatively, to the adjustment of the camshaft 34.
  • an injector valve 42 which attempts to open during a pressure peak 48, must open against a higher pressure than if it did so in a pressure valley 50.
  • the difference between the pressure peak 48 and the pressure valley 50 is system-dependent and can be, for example, 50 bar. Opens the respective injector valve 42 in a pressure chamber 50, expands, compared to the injection during the
  • Pressure peak 48 the temperature and speed range up to which operation of the internal combustion engine is possible. Al ternatively ⁇ also a less expensive and more robust overall can staltung the pressure relief valve 46 are used, with the result of higher maximum pressures P max, and under some circumstances a similar operation of the internal combustion engine aufwei ⁇ sen.
  • the pressure peak 48 in the high-pressure region 16 correlates with the top dead center OT of the high-pressure fuel pump 14, wherein, in addition, the running time of the fuel through the fuel injection system 10 from the outlet valve 36 must be taken into account. Due to the mechanical connection of the high-pressure fuel pump 14 to the internal combustion ⁇ machine this position of the top dead center OT is known. The error case is, as in the other methods, detected by detecting an unintentionally high pressure in the high pressure region 16 via the high pressure sensor 44.
  • the start of injection of the injector valves 42 is stored in the control device 26 as a map.
  • the period tp between two TDC times of the pump piston 32 is determined and the period TP is divided into four equal quadrants Q1 to Q4. Then, the injector valves 42 are driven so that the opening time Tö ff injector valves 42 is located in an opening period which extends in the second quadrant Q2 and in the third quadrant Q3. This means it is not the no ⁇ ckenwelle 34 adjusted, but it is the opening time T actively moved öff the injector valves 42nd.
  • the injector valves 42 are only activated when in fact a fuel requirement of the internal combustion engine is present. If this is the case, the opening time T öff is shifted to the second quadrant Q2 or third quadrant Q3 of the period tp. However, if no power ⁇ material requirement before, no injection.
  • Injector valves 42 for regular operation after the detection of a fault with concomitant pressure increase in the high-pressure region 16 in one for the internal combustion engine emergency move more optimal area.
  • a corresponding map may be deposited to the ⁇ , for example in the form of
  • Opening timing fixing device 66 so moves the opening time T öff the injector valves 42 that it lies in the Drucktal 50th
  • the map can optionally be carried out in From ⁇ dependence of pressure and / or temperature and / or speed of the internal combustion engine. Depending on the pressure conditions in the system, the United ⁇ shift in the opening time T öff optional can be taken back ⁇ again.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems (10) einer Brennkraftmaschine, wobei bei Erkennen eines Fehlerfalles in dem Kraftstoffeinspritzsystem (10), wobei ein vordefinierter Druck in einem Hochdruckbereich (16) des Kraftstoffeinspritzsystems (10) überschritten wird, ein Schubbetrieb der Brennkraftmaschine abgeschaltet wird, sodass die Brennkraftmaschine ausschließlich in einem Einspritzbetrieb betrieben wird.

Description

Beschreibung
Betriebsverfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsys- tems sowie Kraftstoffeinspritzsystem
Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren, mit dem ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine betrieben werden kann, sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem, das insbe¬ sondere zum Durchführen des Betriebsverfahrens geeignet ist.
Kraftstoffeinspritzsysteme, beispielsweise Benzindirektein- spritzsysteme, weisen vereinfacht dargestellt eine Kraft¬ stoffhochdruckpumpe, mit der ein Kraftstoff mit Hochdruck be¬ aufschlagt wird, und einen Hochdruckbereich mit einem Hoch- druckspeicher, dem sog. Rail, und wenigstens einem
Injektorventil zum Einspritzen des hochdruckbeaufschlagten Kraftstoffes in einen zugeordneten Brennraum einer Brennkraftmaschine auf. Die genannten Komponenten sind über Hochdruckleitungen miteinander verbunden.
Für den Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems ist zumeist eine Steuereinrichtung, die sog. ECU, mit einer entsprechenden Software vorgesehen. Über die Steuereinrichtung kann beispielsweise die Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe angepasst werden. Hierzu befindet sich beispielsweise an der Kraftstoffhochdruckpumpe ein Ventil, das z. B. als ein sog. digitales Einlassventil ausgebildet sein kann. Dieses digita¬ le Einlassventil kann beispielsweise in der Ausführungsform „currentless open", d. h. unbestromt offen, vorliegen, es sind jedoch auch andere Ausführungsformen möglich und bekannt. Weiterhin befindet sich zur Regelung des an den
Injektorventilen notwendigen Einspritzdruckes ein Hochdrucksensor in dem Kraftstoffeinspritzsystem, der üblicherweise an dem Hochdruckspeicher angebracht ist und zur Erfassung des sog. Systemdruckes dient. Dieser Systemdruck liegt bei Benzin als Kraftstoff typischerweise in einem Bereich zwischen 150 bar und 500 bar und bei Diesel als Kraftstoff in einem Be¬ reich zwischen 1500 bar und 3000 bar. Eine Druckregelung durch Erfassen eines Signales des Hochdrucksensors, Verarbei¬ tung des Signals durch die Steuereinrichtung und Änderung der Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe durch das digita¬ le Einlassventil findet normalerweise statt. Die Kraftstoff- hochdruckpumpe wird gewöhnlich von der Brennkraftmaschine selbst, beispielsweise über eine Nockenwelle vermittelt, me¬ chanisch angetrieben.
In den beschriebenen Kraftstoffhochdruckpumpen mit einem di- gitalen Einlassventil kann es zu Fehlerfällen kommen, die zu einer nicht gewünschten erhöhten Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe führen. Beispielsweise kann dies dadurch verursacht werden, dass das Einlassventil an der Kraftstoff¬ hochdruckpumpe nicht mehr komplett geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Es ist beispielsweise auch denkbar, dass z. B. durch einen Federbruch an einer Feder in dem Einlassventil - oder auch weitere Fehlermöglichkeiten - die Förderleistung nicht mehr kontrolliert werden kann. Bei einem solchen Fehlerfall stellt sich in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der in dem Kraft¬ stoffeinspritzsystem herrschenden Temperatur ein Volumenstrom für die Kraftstoffhochdruckpumpe ein. Dieser Volumenstrom kann dabei größer sein als die Einspritzmenge des wenigstens einen Injektorventils. Beispielsweise erfolgt in einem typi¬ schen Betriebszustand, dem sog. Schubbetrieb der Brennkraft¬ maschine, keine oder nur eine geringe Einspritzung durch das Injektorventil. Liefert daher die Kraftstoffhochdruckpumpe einen zu großen Volumenstrom, kommt es in dem Kraftstoffein- spritzsystem zu einer ungewollten Druckerhöhung.
Um ungewollt hohe Drücke in dem Hochdruckbereich des Kraft¬ stoffeinspritzsystems abbauen zu können, ist gewöhnlich ein mechanisches Sicherheitsventil, ein sog. Druckbegrenzungsven- til, an der Kraftstoffhochdruckpumpe vorgesehen, das den Druck limitieren bzw. begrenzen kann. Typische p-Q-Quarakteristiken des Druckbegrenzungsventils sind so ausgelegt, dass sich ein Maximaldruck in dem Hochdruckspeicher einstellt, welcher die nominalen Drücke des Injektorventils im Regulärbetrieb übersteigt.
Nach dem Fehlerfall steigt der Druck innerhalb weniger Pumpenhübe der Kraftstoffhochdruckpumpe bis zu einem Maximal¬ druck, der sich in dem Hochdruckbereich einstellt. Das Druckbegrenzungsventil ist häufig so ausgelegt, dass es in einen Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe absteuert, sodass es während einer Lieferphase der Kraftstoffhochdruckpumpe hydraulisch blockiert ist. Das bedeutet, dass das
Druckbegrenzungsventil ausschließlich in der Saugphase der Kraftstoffhochdruckpumpe öffnen und Kraftstoff aus dem Hoch¬ druckbereich absteuern kann. Solche Druckbegrenzungsventile werden hydraulisch blockierte Druckbegrenzungsventile ge¬ nannt . Aufgrund der konstruktiven Beschaffenheit des Injektorventils öffnet das Injektorventil häufig gegen den im Hochdruckspei¬ cher vorhandenen Druck. Dabei wird, vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängig, ein Ansteuerprofil zum Ansteuern des Injektorventils verwendet, um das Injektorventil zu öff- nen, sodass eine Einspritzung beginnen kann.
Eine Vielzahl von Injektorventilen ist nicht für den maximalen Druck im Fehlerfall, sondern kostenoptimiert für den Regulärbetrieb ausgelegt. Dadurch kann das Injektorventil in Fehlerfällen mit zu hohen Drücken in dem Hochdruckbereich nicht mehr öffnen, und die Brennkraftmaschine kann somit nicht mehr arbeiten. Ein mit der Brennkraftmaschine betriebe¬ nes Fahrzeug kann daher liegen bleiben. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Betriebsverfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems sowie ein entspre¬ chendes Kraftstoffeinspritzsystem vorzuschlagen, mit dem ein Ausfall der Brennkraftmaschine auch im Fehlerfall verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Betriebsverfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem, das insbesondere dazu ausgebildet ist, das Betriebsverfahren durchzuführen, ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei einem Betriebsverfahren zum Betreiben eines Kraftstoff- einspritzsystems einer Brennkraftmaschine wird zunächst ein Kraftstoffeinspritzsystem bereitgestellt, das eine Kraft¬ stoffhochdruckpumpe mit einem sich in einem Druckraum im Betrieb translatorisch bewegenden Pumpenkolben zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes mit Hochdruck, einen Hochdruckbereich zum Speichern des hochdruckbeaufschlagten Kraftstoffes und wenigstens ein mit dem Hochdruckbereich verbundenes
Injektorventil zum Einspritzen von hochdruckbeaufschlagtem Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine bereit¬ gestellt. Gleichzeitig werden zwei Betriebszustände der Brennkraftmaschine bereitgestellt, wobei in einem Schubbe¬ trieb keine Einspritzung von Kraftstoff durch das
Injektorventil in den Brennraum erfolgt, und in einem Ein¬ spritzbetrieb wenigstens eine Einspritzung von Kraftstoff durch das Injektorventil in den Brennraum erfolgt. Es wird weiterhin ein Druckbegrenzungsventil bereitgestellt, das bei Erreichen eines vordefinierten Öffnungsdruckes in dem Hochdruckbereich Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den
Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe absteuert. Dann wird ein Fehlerfall in dem Kraftstoffeinspritzsystem erkannt, der darin liegt, dass der vordefinierte Öffnungsdruck in dem Hochdruckbereich überschritten wird. In diesem Fehlerfall wird der Schubbetrieb der Brennkraftmaschine abgeschaltet, sodass die Brennkraftmaschine ausschließlich in dem Ein- spritzbetrieb betrieben wird.
Beim Auftreten des Fehlerfalles kommt es zu einer Überförde- rung durch die Kraftstoffhochdruckpumpe, wobei dieser Fehler¬ fall insbesondere im Schubbetrieb oder bei Betriebszuständen mit einer geringen Einspritzmenge durch das Injektorventil problematisch ist, sodass der maximale Druck in dem Hochdruckbereich in Abhängigkeit von der aktuell vorhandenen Drehzahl der Brennkraftmaschine und der vorherrschenden Temperatur ansteigt. Steigt der Druck dabei höher als der maxi¬ mal zulässige Inj ektorventilöffnungsdruck, kann es zu einem Aussetzer der Brennkraftmaschine oder sogar zu einem liegenbleiben eines Fahrzeuges kommen, das mit der Brennkraftma- schine angetrieben wird.
Um zu verhindern, dass der Druck in dem Hochdruckbereich, der an dem Injektorventil anliegt, über den maximal zulässigen Druck, bei dem das Injektorventil noch öffnen kann, ansteigt, wird eine Gegenmaßnahme getroffen. Dabei wird der Fehlerfall erkannt, bei dem ein Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventi- les überschritten wird, sodass dieses überschüssigen Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich absteuern muss. In diesem Fehlerfall wird das Schubabschalten verboten, d. h. ein Abschal- ten des Inj ektorventiles , sodass die Brennkraftmaschine ohne Einspritzmenge weiter betrieben wird, wird verboten. Das be¬ deutet, der Schubbetrieb ist abgeschaltet, und nur noch der befeuerte Schub, d. h. ein Einspritzbetrieb mit Einspritzmen¬ ge ist erlaubt, um sicherzustellen, dass immer eine gewisse Kraftstoffmenge über das Injektorventil abgeführt und somit aus dem Hochdruckbereich entnommen wird. Damit wird das
Druckniveau in dem Hochdruckbereich abgesenkt.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird der Fehlerfall durch ei- nen in dem Hochdruckbereich angeordneten Hochdrucksensor erkannt. Da solche Hochdrucksensoren generell ohnehin in dem Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems vorhanden sind, um eine Ansteuerung der Förderleistung der Kraftstoff- hochdruckpumpe im Normalbetrieb zu regeln, kann auf zusätzli¬ che Sensoren zum Erfassen des Fehlerfalles in dem Kraftstoff¬ einspritzsystem verzichtet werden. Vorteilhaft wird der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils niedriger eingestellt als ein maximal zulässiger Maxi¬ maldruck in dem Hochdruckbereich, wobei der Maximaldruck insbesondere in einem Bereich oberhalb von 500 bar definiert wird. Der Maximaldruck entspricht dabei dem maximal zulässi- gen Druck, bei dem das Injektorventil gerade noch öffnen kann .
Vorteilhaft wird durch das Injektorventil in dem Einspritzbe¬ trieb so viel Kraftstoff eingespritzt, dass sich ein Hoch- druck in dem Hochdruckbereich einstellt, der niedriger ist als der beschriebene Maximaldruck.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird durch das Injektorventil so viel Kraftstoff eingespritzt, dass sich ein Hochdruck in dem Hochdruckbereich einstellt, der einem Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils entspricht.
Somit wird eine ausreichende Kraftstoffmenge über das
Injektorventil abgeführt, so dass das Druckniveau in dem Hochdruckbereich in möglichst weiten Betriebsbereichen auf dem Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils verbleibt, zu¬ mindest aber unterhalb des für die Öffnung des
Injektorventils kritischen Maximaldrucks bleibt. So kann das Injektorventil auch weiterhin gegen den in dem Hochdruckbe- reich vorherrschenden Hochdruck öffnen.
In vorteilhafter Ausgestaltung wird bei Erkennen eines Wiedereintritts in einen Normalbetrieb des Kraftstoffeinspritz- systems, bei dem der vordefinierte Öffnungsdruck in dem Hoch- druckbereich wieder unterschritten wird, der Schubbetrieb wieder zugeschaltet. Über den Hochdrucksensor ist es möglich zu erkennen, dass der Hochdruck in dem Hochdruckbereich sich wieder soweit abgesenkt hat, dass das Druckbegrenzungsventil nicht mehr zum Absteuern von Kraftstoff in den Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe öffnen muss. In diesem Fall herrscht ein Hochdruck im Hochdruckbereich vor, gegen den das
Injektorventil problemlos öffnen kann. Daher kann der Schub- betrieb nun wieder zugelassen werden und die Brennkraftma¬ schine ohne Einspritzmenge betrieben werden.
Zusätzlich zu der beschriebenen Schubabschaltung ist es vorteilhaft, wenn weitere Verfahren durchgeführt werden, die ein Abschalten der Brennkraftmaschine verhindern.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird dazu ein Periodenzeitraum mit vier gleich verteilten Quadranten zwischen einem ersten OT-Zeitpunkt , zu dem sich der Pumpenkolben in einem oberen Totpunkt befindet, und einem zweiten OT- Zeitpunkt, zu dem sich der Pumpenkolben in dem oberen Totpunkt befindet, bestimmt, wobei das Injektorventil derart an¬ gesteuert wird, dass ein Öffnungszeitpunkt des
Injektorventils in einem Öffnungszeitraum liegt, der sich in einem zweiten Quadranten des Periodenzeitraumes und/oder in einem dritten Quadranten des Periodenzeitraumes erstreckt.
Da das Druckbegrenzungsventil in den Druckraum der Kraft¬ stoffhochdruckpumpe absteuert, ist es in der Lieferphase der Kraftstoffhochdruckpumpe hydraulisch blockiert. Aufgrund des Öffnens und Schließens des Druckbegrenzungsventiles ein annä¬ hernder Gleichgewichtszustand zwischen Förderung durch die Kraftstoffhochdruckpumpe und Rückforderung über das Druckbe¬ grenzungsventil im Fehlerfall ähnlich einer Sinuskurve. Der in dem Hochdruckbereich vorherrschende Hochdruck weist daher zyklisch Druckspitzen und Drucktäler auf, wobei der Unterschied zwischen einer Druckspitze und einem Drucktal system¬ abhängig ist und beispielsweise 50 bar aufweisen kann. Die Druckspitzen fallen daher weitgehend mit dem Zeitpunkt zusam- men, in dem sich der Pumpenkolben der Kraftstoffhochdruckpumpe in dem oberen Totpunkt befindet und Kraftstoff in den Hochdruckbereich fördert. Ein Periodenzeitraum ist dabei ein Zeitraum zwischen zwei solcher Druckspitzen, d. h. zwei sol- eher OT-Zeitpunkte. Ein Drucktal liegt gewöhnlich in der Mit¬ te zwischen zwei solchen OT-Zeitpunkten . Wir nun das
Injektorventil so angesteuert, dass sich sein Öffnungszeit¬ punkt in dem Bereich des Drucktales - also in einem Zeitraum kurz vor dem Drucktal bis kurz nach dem Drucktal - befindet, öffnet das Injektorventil gerade dann, wenn trotz Fehlerfall der niedrigst mögliche Druck in dem Hochdruckbereich vorliegt. Je nach Auslegung des Inj ektorventiles reicht diese Druckdifferenz zwischen Druckspitze und Drucktal aus, dass der maximal zulässige Maximaldruck, bei dem das
Injektorventil gerade noch öffnen kann, gerade unterschritten wird. Wird der Periodenzeitraum in vier gleich große Quadranten eingeteilt, erstreckt sich das Drucktal zwischen den bei¬ den OT-Zeitpunkten in dem zweiten und dritten Quadranten. Da- her ist es besonders vorteilhaft, wenn das Injektorventil so angesteuert wird, dass es in dem Zeitraum geöffnet wird, in dem sich das Kraftstoffeinspritzsystem zeitlich in dem zweiten Quadranten und/oder dem dritten Quadranten des Periodenzeitraumes befindet.
Vorzugsweise wird zum Erkennen der OT-Zeitpunkte, zu denen sich der Pumpenkolben in dem oberen Totpunkt befindet, ein Kennfeld hinterlegt, das dem oberen Totpunkt einen vorbe¬ stimmten Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine zuordnet. Denn durch die mechanische Anbindung der Kraftstoffhochdruckpumpe über beispielsweise eine Nockenwelle an beispielsweise eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist über das Kennfeld die Position des oberen Totpunktes, und natürlich auch eines unteren Totpunktes, bekannt. Besonders bevorzugt ist es, dass zum Erkennen der OT-Zeitpunkte, zu denen sich der Pumpenkol¬ ben in dem oberen Totpunkt befindet, ein Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine erfasst wird. Es können dann über das Kennfeld exakt die Zeitpunkte bestimmt werden, zu denen sich der Pumpenkolben in dem oberen Totpunkt befindet.
Alternativ zu der Veränderung des Öffnungszeitpunktes des Injektorventils ist es jedoch auch möglich, eine weitere Ma߬ nahme zusätzlich zu dem Abschalten des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine zu ergreifen, mit der ein Öffnen des
Inj ektorventiles auch im Fehlerfalle ermöglicht wird.
Dazu wird vorteilhaft ein Periodenzeitraum mit vier gleich verteilten Quadranten zwischen einem ersten OT-Zeitpunkt , zu dem sich der Pumpenkolben in dem oberen Totpunkt befindet, und einem zweiten OT-Zeitpunkt, zu dem sich der Pumpenkolben in dem oberen Totpunkt befindet, bestimmt, und dann ein Ein¬ spritzzeitpunkt, zu dem das Injektorventil beginnt, Kraft- Stoff einzuspritzen, festgelegt. Dann wird ein Nockenwellenwinkel der Nockenwelle relativ zu dem Pumpenkolben derart verstellt, dass der Einspritzzeitpunkt in einem Zeitraum liegt, der sich in einem ersten und/oder zweiten Quadranten des Periodenzeitraumes erstreckt. Das bedeutet, statt Ver- Schiebung des Öffnungszeitpunktes des Injektorventils wird nun der Zeitpunkt des oberen Totpunktes des Pumpenkolbens so verschoben, dass sich ein zuvor festgelegter, d. h. in seinem Zeitpunkt nicht veränderbarer Einspritzzeitpunkt des
Inj ektorventiles in dem oben beschriebenen Drucktal befindet.
Der Einspritzzeitpunkt des Inj ektorventiles fällt daher in die negative Amplitude der Raildruckschwingung, wodurch das Injektorventil noch öffnen kann, selbst wenn der gemittelte Druck in dem Hochdruckspeicher oberhalb des für die
Injektoröffnung kritischen Druckes ist.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine ist insbesondere aus¬ gebildet zum Durchführen des oben beschriebenen Betriebsver- fahrens . Dazu weist das Kraftstoffeinspritzsystem eine Kraft¬ stoffhochdruckpumpe mit einem sich in einem Druckraum im Betrieb translatorisch bewegenden Pumpenkolben zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes mit Hochdruck und einen Hochdruckbe¬ reich zum Speichern des hochdruckbeaufschlagten Kraftstoffes auf. Zusätzlich weist das Kraftstoffeinspritzsystem wenigstens ein mit dem Hochdruckbereich verbundenes Injektorventil zum Einspritzen von hochdruckbeaufschlagtem Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine auf. Weiter weist das Kraftstoffeinspritzsystem ein Druckbegrenzungsventil auf, das bei Erreichen eines vordefinierten Öffnungsdruckes in dem Hochdruckbereich Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe absteuert. Zusätzlich ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist zum Bereitstellen von wenigstens zwei Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, wobei in einem Schubbetrieb keine Ein¬ spritzung von Kraftstoff durch das Injektorventil in den Brennraum erfolgt, wobei in einem Einspritzbetrieb wenigstens eine Einspritzung von Kraftstoff durch das Injektorventil in den Brennraum erfolgt. Zusätzlich ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, einen Fehlerfall in dem Kraftstoffein- spritzsystem zu erkennen, wobei der vordefinierte Öffnungs¬ druck in dem Hochdruckbereich überschritten wird, und in dem Fehlerfall den Schubbetrieb der Brennkraftmaschine abzuschal¬ ten, sodass die Brennkraftmaschine ausschließlich in dem Ein- spritzbetrieb betrieben wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt
Fig.1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine;
Fig.2 ein Druck-Zeit-Diagramm, das eine Druckschwingung in einem Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritz- systems aus Fig.l in einem Fehlerfall darstellt;
Fig.3 ein Flussdiagramm, das schematisch ein Betriebsverfahren zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzsystems aus Fig.l im Fehlerfall in einer ersten Ausführungsform darstellt;
Fig.4 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung, die zum Durchführen des Betriebsverfahrens gemäß Fig.3 ausgebildet ist; ein Flussdiagramm, das schematisch ein Ansteuerverfahren zum Ansteuern des Kraftstoffeinspritzsystems aus Fig.l in einem Fehlerfall in einer zweiten Ausführungsform darstellt; eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung, die zum Durchführen des Ansteuerverfahrens gemäß Fig. 5 ausgebildet ist; ein Flussdiagramm, das schematisch ein Ansteuerverfahren zum Ansteuern eines Injektorventils des Kraftstoffeinspritzsystems aus Fig.l in einem Feh¬ lerfall des Kraftstoffeinspritzsystems darstellt; und
Fig.8 eine Steuereinrichtung, die zum Durchführen des Ansteuerverfahrens gemäß Fig.7 ausgebildet ist. Fig.l zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem 10, mit dem Kraft¬ stoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Das Kraftstoffeinspritzsystem 10 weist hierzu einen KraftstoffSpeicher 12 wie etwa einen Tank, eine Kraftstoffhochdruckpumpe 14 und einen der Kraftstoffhochdruckpumpe 14 nachgelagerten Hochdruckbereich 16 auf. Aus dem KraftstoffSpeicher 12 wird über beispielsweise eine Tankpumpe 18 Kraftstoff in eine Niederdruckleitung 20 gepumpt und somit zu einem Druckraum 22 der Kraftstoffhochdruckpumpe 14 gefördert. Um eine Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe 14 regeln zu können, ist dem Druckraum 22 in der Niederdruckleitung 20 ein digitales Einlassventil 24 vorgeschaltet. Dieses digitale Einlassventil 24 kann von einer Steuereinrichtung 26 angesteuert werden, um die Kraftstoffmenge, die von der Kraft¬ stoffhochdruckpumpe 14 in dem Druckraum 22 mit Hochdruck be- aufschlagt wird, zu regeln. In der Niederdruckleitung 20 sind zusätzliche Elemente wie Filter 28 und ein Dämpfer 30 ange¬ ordnet, um den Kraftstoff aus dem KraftstoffSpeicher 12 zu reinigen und andererseits Pulsationsdämpfungen in der Niederdruckleitung 20 abzudämpfen.
In dem Druckraum 22 bewegt sich ein Pumpenkolben 32
translatorisch hin und her und vergrößert und verkleinert da¬ bei das Volumen des Druckraumes 22. Der Pumpenkolben 32 wird in seiner translatorischen Bewegung von einer Nockenwelle 34 angetrieben. Die Nockenwelle 34 ist dabei beispielsweise mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt, und wird so von der Brennkraftmaschine selbst angetrieben. Bei der Be¬ wegung des Pumpenkolbens 32 in dem Druckraum 22 erreicht der Pumpenkolben 32 in dem Moment, in dem der Druckraum 22 sein geringstes Volumen aufweist, einen oberen Totpunkt OT, und in dem Moment, in dem der Druckraum 22 sein größtes Volumen er- reicht, einen unteren Totpunkt UT . Die entsprechenden Zeitpunkte sind damit der OT-Zeitpunkt und der UT-Zeitpunkt .
Mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff wird dann über ein Auslassventil 36 aus der Kraftstoffhochdruckpumpe 14 in den Hochdruckbereich 16 ausgelassen und über eine Hochdruckleitung 38 zu einem Druckspeicher 40 geleitet, in dem der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff solange gespeichert wird, bis er über Injektorventile 42, die an dem Druckspeicher 40 angeordnet sind, in Brennräume einer Brennkraftmaschine ein- gespritzt wird.
Um die Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe 14 zu re¬ geln, ist an dem Druckspeicher 40 ein Hochdrucksensor 44 angeordnet, der den in dem Druckspeicher 40 vorherrschenden Druck überwacht. Der Hochdrucksensor 40 sendet ein Signal an die Steuereinrichtung 26, die dann abhängig von diesem Signal das Einlassventil 24 so ansteuert, dass der Hochdruck im Druckspeicher 40 geregelt werden kann. In einem Fehlerfall kann es vorkommen, dass die Kraftstoff¬ hochdruckpumpe 14 eine erhöhte Förderleistung aufweist, und so ein Druck in dem Druckspeicher 40 entsteht, der deutlich höher ist als ein Regeldruck im Normalbetrieb. Für diesen Fall ist an der Hochdruckleitung 38 ein Druckbegrenzungsventil 46 vorgesehen, das Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich 16 absteuert, um so den Druck in dem Hochdruckbereich 16 abzusenken. Das Druckbegrenzungsventil 46 steuert den Kraftstoff dabei in den Druckraum 22 der Kraftstoffhochdruckpumpe 14 ab. Da das Druckbegrenzungsventil 46 zumeist als Rückschlagventil ausgebildet ist, ist das Druckbegrenzungsventil 46 dann hyd¬ raulisch verriegelt, wenn sich die Kraftstoffhochdruckpumpe 14 in der Lieferphase befindet, das heißt wenn Kraftstoff in dem Druckraum 22 mit Hochdruck beaufschlagt wird, und dann über das Auslassventil 36 in den Hochdruckbereich 16 abgelas¬ sen wird. Befindet sich die Kraftstoffhochdruckpumpe 14 je¬ doch in einer Saugphase, bewegt sich der Pumpenkolben 32 auf seinen unteren Totpunkt UT zu, das Volumen in dem Druckraum 22 wird entspannt, und das Druckbegrenzungsventil 46 kann öffnen und Kraftstoff in den Druckraum 22 absteuern.
Ein Öffnungsdruck Pöff ist dabei so eingestellt, dass er niedriger ist als ein maximal zulässiger Maximaldruck Pmax in dem Hochdruckbereich 16, bei dem es den Injektorventilen 42 gerade noch möglich ist, gegen diesen Hochdruck zu öffnen und Kraftstoff in die Brennräume einzuspritzen. Beispielsweise liegt ein solcher Maximaldruck Pmax oberhalb von 500 bar. Der Öffnungsdruck Pöff des Druckbegrenzungsventils 46 wird daher vorteilhaft in einem Bereich zwischen 300 bar und 500 bar eingestellt. Dies überschreitet die Nominaldrücke von etwa 250 bar im Regulärbetrieb, bei denen die Injektorventile 42 problemlos betrieben werden können. Bei einem Fehlerfall wie oben beschrieben, beispielsweise durch Federbruch an dem Einlassventil 24 oder auch andere Fehlerfälle, die eine Regelung der Pumpenförderleistung verhindern, gerät die Kraftstoffhochdruckpumpe 14 in den Zustand der sogenannten Vollförderung, und fördert ungehindert Kraft- Stoff in den Hochdruckbereich 16. Da das Druckbegrenzungsventil 46 den Kraftstoff nur in der Saugphase der Kraftstoff¬ hochdruckpumpe 14 in den Druckraum 22 absteuern kann, steigt der Hochdruck in dem Hochdruckbereich 16 innerhalb weniger Pumpenhübe bis zu einem Maximum, welches sich einstellt.
Dies wird mit Bezug auf das Diagramm in Fig.2 kurz erläutert. Das Diagramm stellt dabei ein Druck-Zeit-Diagramm dar, wobei ein Druck p in dem Hochdruckbereich 16 gegen eine Zeit t aufgetragen ist, in der die Kraftstoffhochdruckpumpe 14 Pumphübe ausführt . Der Fehlerfall tritt dabei zu einem Zeitpunkt ti auf. Wie zu sehen, erhöht sich der Druck p in dem Hochdruckbereich 16 nach diesem Zeitpunkt ti kontinuierlich, bis zu einem Zeitpunkt t2 der Öffnungsdruck Pöff des Druckbegrenzungsventils 46 erreicht ist.
Das Diagramm in Fig.2 zeigt dabei den Druckaufbau nach einem Fehlerfall, bei dem die Kraftstoffhochdruckpumpe 14 in Voll¬ förderung versetzt wird. Wie schnell der Öffnungsdruck Pöff des Druckbegrenzungsventils 46 erreicht wird, hängt von der Drehzahl der Kraftstoffhochdruckpumpe 14 ab, die abhängig ist von einer Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Weiter ist die Drucksteigerung auch abhängig von der Temperatur in dem Kraftstoffeinspritzsystem 10. In Fig.2 ist dabei eine Situation dargestellt, in der sich die Brennkraftmaschi- ne im Schubbetrieb befindet, das heißt in einem Betriebszu¬ stand, in dem keine Einspritzung von Kraftstoff durch das Injektorventil 42 in den Brennraum erfolgt.
Da das Druckbegrenzungsventil 46 nur dann in den Druckraum 22 absteuern kann, wenn der Druck in dem Druckraum 22 niedriger ist als in dem Hochdruckbereich 16, entsteht in dem Hochdruckbereich 16 eine Druckschwingung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass beim Absteuern des Druckbegrenzungsventils 46 der Hochdruck in dem Hochdruckbereich 16 sinkt und dann wieder steigt, wenn das Druckbegrenzungsventil 46 hydraulisch blockiert ist. Aufgrund der Ausführungsform des Druckbegrenzungsventil 46 als hydraulisch blockiertes Druckbegrenzungs¬ ventil entsteht daher die in Fig.2 gezeigte Charakteristik mit Druckspitzen 48, wenn sich die Kraftstoffhochdruckpumpe 14 in der Lieferphase befindet, und mit Drucktälern 50, wenn sich die Kraftstoffhochdruckpumpe 14 in der Saugphase befin¬ det .
Bei Auftreten eines Fehlerfalles, welcher zu einer Überförde¬ rung beziehungsweise Vollförderung der Kraftstoffhochdruckpumpe 14 führt, steigt der maximale Druck in dem Druckspei¬ cher 40 daher insbesondere im Schubbetrieb beziehungsweise bei Betriebszuständen mit geringer Einspritzmenge in Abhängigkeit von der aktuell vorhandenen Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Temperatur in dem Kraftstoffeinspritzsystem 10. Bei Drücken größer als dem maximal zulässigen
Injektoröffnungsdruck Pmax kann es zu einem Aussetzer der Brennkraftmaschine oder sogar zu einem Liegenbleiben eines mit der Brennkraftmaschine betriebenen Fahrzeuges kommen.
Um zu verhindern, dass der Druck, der an den Injektorventilen 42 anliegt, über den Maximaldruck Pmax steigt, bei dem die Injektorventile 42 noch öffnen, können die im Folgenden beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Es werden nachfolgend drei unterschiedliche Verfahren beschrieben, die als Ge¬ genmaßnahmen getroffen werden können, die Verfahren können jeweils einzeln oder auch in Kombination angewendet werden. Die Steuereinrichtung 26 ist jeweils dazu ausgebildet, jedes dieser Verfahren durchzuführen. Wenn die Verfahren gleichzeitig durchgeführt werden, ist die Steuereinrichtung 26 ent¬ sprechend ausgebildet. Nachfolgend werden die Verfahren der Übersichtlichkeit halber jedoch nur als einzeln durchzuführende Verfahren beschrieben.
Eine erste Gegenmaßnahme, mit der ein Abschalten der Brenn¬ kraftmaschine verhindert werden kann, ist dabei eine soge- nannte Schubabschaltung, die nachfolgend mit Bezug auf die Fig.3 und Fig.4 beschrieben wird. Fig.3 zeigt dabei anhand eines Flussdiagrammes schematisch die Schritte eines Betriebsverfahrens, mit dem eine solche Schubabschaltung durchgeführt wird, während Fig. 4 schema¬ tisch die Steuereinrichtung 26 zeigt, die zum Ausführen des Betriebsverfahrens gemäß Fig.3 ausgebildet ist.
Die Brennkraftmaschine wird von der Steuereinrichtung 26 in wenigstens zwei Betriebszuständen betrieben, nämlich in einem Schubbetrieb und in einem Einspritzbetrieb. In dem Schubbe- trieb wird dabei über die Injektorventile 42 kein Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt, wäh¬ rend in dem Einspritzbetrieb wenigstens eine Einspritzung von Kraftstoff durch die Injektorventile 42 in die Brennräume er¬ folgt .
Bei dem Betriebsverfahren wird in einem ersten Schritt zunächst über den Hochdrucksensor 44 ein Druck p in dem Hochdruckbereich 16 erfasst. Dazu weist die Steuereinrichtung 26 eine Druckerfassungseinrichtung 52 auf, die mit dem Hoch- drucksensor 44 kommuniziert. In der Steuereinrichtung 26 ist weiter der Öffnungsdruck Pöff des Druckbegrenzungsventils 46 hinterlegt .
In einem nächsten Schritt des Betriebsverfahrens wird daher mithilfe einer Fehlererkennungseinrichtung 54 der Steuereinrichtung 26 ermittelt, ob der Druck p größer oder gleich ist als der Öffnungsdruck Pöff des Druckbegrenzungsventils 46. Ist dies der Fall, erkennt die Fehlererkennungseinrichtung 54, dass ein Fehlerfall vorliegt. In diesem Fall wird von ei- ner Schubbetriebabschalteinrichtung 56 in der Steuereinrichtung 26 der Schubbetrieb der Brennkraftmaschine abgeschaltet. Das bedeutet, ein Schubabschalten der Injektorventile 42, so¬ dass sie keinen Kraftstoff mehr in die Brennkraftmaschine einspritzen, wird verboten, und nur noch der befeuerte Schub, das heißt der Einspritzbetrieb der Brennkraftmaschine, wird von der Steuereinrichtung 26 erlaubt. Dadurch wird sichergestellt, dass immer eine gewisse Kraftstoffmenge über die Injektorventile 42 abgeführt wird und somit aus dem Hoch- druckbereich 16 entnommen wird. Das Druckniveau in dem Hochdruckbereich 16 wird dabei unterhalb des für die
Injektoröffnung kritischen Druckes Pmax gehalten und bevorzugt sogar soweit herabgesetzt, dass es sich in dem Bereich des Öffnungsdruckes Pöff des Druckbegrenzungsventiles 46 bewegt.
Nach Erkennen des Fehlerfalles, welcher zur unkontrollierten Förderung der Kraftstoffhochdruckpumpe 14 führt, wird daher der Schubbetrieb, bei dem kein Kraftstoff eingespritzt wird, verboten und stattdessen ausschließlich ein Betriebszustand mit einer zumindest kleinen Einspritzmenge erlaubt und auch durchgeführt. Die entsprechende Funktion wird dabei in der Steuereinrichtung 26 abgelegt. Wird bei dem Betriebsverfahren jedoch festgestellt, dass der Druck p in dem Hochdruckbereich 16 nicht größer oder gleich des Öffnungsdruckes Pöff des Druckbegrenzungsventils 46 ist, stellt die Fehlererkennungseinrichtung 54 fest, dass kein Fehlerfall vorliegt, und der Schubbetrieb der Brennkraftma- schine bleibt weiterhin erlaubt. Sowohl nach Erlauben des Schubbetriebes als auch nach Abschalten des Schubbetriebes wird immer wieder der Druck p in dem Hochdruckbereich 16 er- fasst, und überprüft, ob er größer oder gleich des Öffnungs¬ druckes Pöff des Druckbegrenzungsventiles 46 ist.
Tritt der Fall ein, dass nach Abschalten des Schubbetriebes der Druck p in dem Hochdruckbereich 16 unter den Öffnungsdruck Pöff gefallen ist, wird von der Fehlererkennungseinrichtung 54 erkannt, dass das Kraftstoffeinspritzsystem 10 wieder in einen Normalbetrieb eingetreten ist. In diesem Fall kann der Schubbetrieb dann wieder zugeschaltet werden. Das bedeutet, in Abhängigkeit der Druckverhältnisse in dem Kraft¬ stoffeinspritzsystem 10 kann die Funktionalität optional wie¬ der zurückgenommen werden.
Insgesamt wird durch das Betriebsverfahren die Gefahr eines Liegenbleibens eines Fahrzeuges, das mit der Brennkraftma¬ schine betrieben wird, reduziert. Der Fehlerfall ist dabei nicht abgasrelevant. Ein möglicher Leistungsverlust ist im Fehlerfall akzeptabel.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die Fig.5 und Fig.6 ein An- steuerverfahren zum Ansteuern des Kraftstoffeinspritzsystems 10 beschrieben, das alternativ oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Schubabschaltung durchgeführt werden kann. Dabei wird gezielt ein Nockenwellenwinkel der Nockenwelle 34 relativ zu dem Pumpenkolben 32 über einen in dem Kraftstoff- einspritzsystem 10 vorgesehenen Nockenwellenversteller 58 verstellt .
Die Nockenwelle 34 dreht sich um eine Nockenwellenachse 60, wobei in regelmäßigen Abständen ein Nocken 52 mit dem Pumpen- kolben 32 so in Kontakt kommt, dass der Pumpenkolben 32 zu dem oberen Totpunkt OT hin bewegt wird. Dreht sich die No¬ ckenwelle 34 weiter, entfernt sich der Nocken 62 wieder von dem Pumpenkolben 32, und der Pumpenkolben 32 bewegt sich in Richtung auf den unteren Totpunkt UT zu. In periodischen Ab- ständen befindet sich daher der Pumpenkolben 32, bewegt durch den Nocken 62, abwechselnd im oberen Totpunkt OT und im unte¬ ren Totpunkt UT . Wird nun jedoch während des Betriebes der Nockenwelle 34 ein Winkel zwischen Pumpenkolben 32 und der Nockenwelle 34 verstellt, ist der Abstand zwischen zwei auf- einander folgende obere Totpunkte OT nicht mehr gleichmäßig, wie dies beispielsweise in dem in Fig.2 gezeigten Diagramm dargestellt ist, sondern der OT-Zeitpunkt des oberen Totpunk¬ tes OT verändert sich. Die Verstellung des Winkels der Nockenwelle 34 kann ebenfalls über die Steuereinrichtung 26 durch eine in der Steuereinrichtung 26 angeordnete Nockenwinkelverstelleinrichtung 64 induziert werden. Wenn ein Einspritzzeitpunkt ti , zu dem die Injektorventile 42 die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume beginnen, bekannt ist, beispielsweise indem ein Öffnungszeitpunkt töff für die Injektorventile 42 über eine Öffnungszeitpunktfestie- gungseinrichtung 66 in der Steuereinrichtung 26 festgelegt wird, kann die Nockenwelle 34 durch die Nockenwellenwinkel- verstelleinrichtung 64 so verstellt werden, dass sich der Einspritzzeitpunkt ti in dem in Fig.2 gezeigten Drucktal be- findet.
Dazu wird gemäß dem Flussdiagramm in Fig.5 zunächst ein Peri¬ odenzeitraum tp der Druckschwingung in dem Hochdruckbereich 16 bestimmt. Der Periodenzeitraum tp entspricht dabei einem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt, in dem der Pumpenkolben 32 einen ersten oberen Totpunkt OT erreicht, bis zu einem Zeit¬ punkt, in dem der Pumpenkolben 32 das nächste Mal einen oberen Totpunkt erreicht. Aufgrund der mechanischen Anbindung der Kraftstoffhochdruckpumpe 14 an die Brennkraftmaschine ist die Position der Nockenwelle 34 und somit der obere Totpunkt OT des Pumpenkolbens 32 bekannt und in einem ersten Kennfeld Kl in der Steuereinrichtung 26 hinterlegt, wobei das Kennfeld Kl jedem Kurbelwellenwinkel eine Position des Pumpenkolbens 32 zuordnet. In der Steuereinrichtung 26 ist weiter eine Kur- belwinkelerfassungseinrichtung 68 angeordnet, mit der die
Steuereinrichtung 26 den gerade aktuellen Kurbelwellenwinkel erfassen kann. Eine OT-Erkennungseinrichtung 70 kann daher aus den Daten des ersten Kennfeldes Kl und den Daten der Kurbelwellenerfassungseinrichtung 68 erkennen, wann sich der Pumpenkolben 32 in einem oberen Totpunkt OT befindet. Diese Information wird einer Auswerteeinrichtung 72 zugeführt, die in der Steuereinrichtung 26 angeordnet ist, und die daraus den Periodenzeitraum tp bestimmt. Weiter teilt die Auswerte¬ einrichtung 72 den Periodenzeitraum TP in vier gleich ver- teilte Quadranten Ql, Q2, Q3 und Q4 ein.
In dem Ansteuerverfahren wird danach, analog zu der Schubabschaltung, festgestellt, ob ein Fehlerfall in dem Kraftstoff¬ einspritzsystem 10 vorliegt. Liegt ein Fehlerfall vor, wird zunächst gewartet, bis eine Kraftstoffanforderungserkennungs- einrichtung 74 erkennt, ob von der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffanforderung vorliegt, das heißt, ob eine Einsprit¬ zung über die Injektorventile 42 benötigt wird. Ist dies der Fall, wird zunächst der Einspritzzeitpunkt ti festgelegt auf einen willkürlichen Zeitpunkt. Danach wird über den Nocken- wellenversteller 58, der von der Nockenwellenwinkelverstell- einrichtung 64 angetrieben wird, ein Winkel der Nockenwelle 34 relativ zu dem Pumpenkolben 32 so verstellt, dass der zuvor festgelegte Einspritzzeitpunkt ti in das Drucktal der Druckschwingung aus Fig.2 fällt, das heißt in den Zeitraum des zweiten Quadranten Q2 beziehungsweise des dritten Quad¬ ranten Q3.
Liegt jedoch keine Kraftstoffanforderung vor, erfolgt keine Einspritzung über die Injektorventile 42.
Um den Nockenwellenwinkel gezielt verstellen zu können, ist in der Steuereinrichtung 26 ein zweites Kennfeld K2 hinterlegt, das jedem Nockenwellenwinkel der Nockenwelle 34 relativ zu dem Pumpenkolben 32 einen vorbestimmten Zeitpunkt zuordnet, an dem sich der Pumpenkolben 32 in dem oberen Totpunkt OT befinden wird. In der Steuereinrichtung 26 ist weiter eine Speichereinrichtung 76 angeordnet, die den aktuellen Nockenwellenwinkel speichert. Die Daten des Kennfeldes K2 und der Speichereinrichtung 76 werden der Nockenwellenwinkelverstell- einrichtung 64 zugeführt, damit der Nockenwellenwinkel ge¬ zielt verstellt werden kann. Zusätzlich gibt die Nockenwel- lenwinkelverstelleinrichtung 64 ein Signal an den Nockenwel- lenversteller 58 nur aus, wenn die Information vorliegt, wann die Einspritzung durch die Injektorventile 42 starten soll, das heißt wenn der Einspritzzeitpunkt ti festgelegt ist. Der Nockenwellenversteller 58 verstellt den Winkel der Nockenwel- le 34 nur dann, wenn tatsächlich ein Fehlerfall vorliegt, wobei der Nockenwellenwinkelverstelleinrichtung 64 zusätzlich die Information der Auswerteeinrichtung 72 zugeführt wird, wo sich derzeit das Drucktal 50 befindet. Stellt die Fehlererkennungseinrichtung 54 fest, dass kein Fehlerfall vorliegt, und detektiert die Kraftstoffanforde- rungserkennungseinrichtung 74, dass Kraftstoff von der Brennkraftmaschine angefordert wird, wird Kraftstoff ganz normal über die Injektorventile 42 in die jeweiligen Brennräume ein¬ gespritzt. Ohne Kraftstoffanforderung jedoch öffnen die
Injektorventile 42 nicht. Auch das Verfahren, bei dem der Nockenwellenwinkel verstellt wird, um so den Einspritzzeitpunkt ti in ein Drucktal 50 zu verlagern, wird kontinuierlich durchgeführt, um so zu erkennen, ob das Kraftstoffeinspritzsystem 10 wieder in einen Normalbetrieb eingetreten ist und sich der Druck p in dem Hoch- druckbereich 16 wieder unterhalb des Öffnungsdruckes Pöff be¬ findet. In diesem Fall wird das Verstellen der Nockenwelle 34 abhängig von dem festgelegten Einspritzzeitpunkt ti beendet.
Wird die Kraftstoffhochdruckpumpe 14 daher über eine Nocken- welle 34, welche über eine Verstellung des Winkels verfügt, das heißt einen sogenannten Nockenwellenversteller 58 aufweist, der hydraulisch oder elektrisch betrieben werden kann, mechanisch angetrieben, so wird bei einem erkannten Fehlerfall die Nockenwelle 34 durch den Nockenwellenversteller 58 so verstellt, dass der Einspritzbeginn, das heißt der Ein¬ spritzzeitpunkt ti, in die negative Amplitude, das heißt in das Drucktal 50, der Raildruckschwingung gemäß Fig.2 fällt. Dadurch können die Injektorventile 42 noch öffnen, selbst wenn der gemittelte Druck in dem Druckspeicher 40 oberhalb des für die Injektoröffnung kritischen Druckes Pmax ist. Es wird daher eine Funktionalität vorgeschlagen, durch die eine Verstellung der Nockenwelle 34 durch den Nockenwellenverstel¬ ler 58 möglich ist, sodass der Einspritzbeginn der
Injektorventile 42 in druckgünstige Bereiche, nämlich die Drucktäler 50, verlegt wird. Auch diese Funktion wird in der Steuereinrichtung 26 hinterlegt, und die Funktionalität kann in Abhängigkeit der Druckverhältnisse in dem Kraftstoffein- spritzsystem 10 optional wieder zurückgenommen werden. Mit Bezug auf die Fig.7 und Fig.8 wird nachfolgend ein drit¬ tes Verfahren beschrieben, mit dem eine Öffnung der
Injektorventile 42 auch im Fehlerfall des Kraftstoffein¬ spritzsystems 10 möglich bleiben soll. Dieses Verfahren kann zusätzlich zu der Schubabschaltung und alternativ zu der Verstellung der Nockenwelle 34 durchgeführt werden. Auch hier wird das Phänomen ausgenutzt, dass ein Injektorventil 42, das während einer Druckspitze 48 zu öffnen versucht, gegen einen höheren Druck öffnen muss, als wenn es dies in einem Drucktal 50 täte. Der Unterschied zwischen der Druckspitze 48 und dem Drucktal 50 ist systemabhängig und kann beispielsweise 50 bar betragen . Öffnet das jeweilige Injektorventil 42 in einem Drucktal 50, erweitert sich, verglichen zur Einspritzung während der
Druckspitze 48, der Temperatur- und Drehzahlbereich, bis zu welchem ein Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist. Al¬ ternativ kann auch eine kostengünstigere bzw. robustere Ge- staltung des Druckbegrenzungsventils 46 verwendet werden, mit der Folge von höheren Maximaldrücken Pmax, und unter Umständen einen vergleichbaren Betrieb der Brennkraftmaschine aufwei¬ sen . Wie bereits beschrieben, korreliert die Druckspitze 48 in dem Hochdruckbereich 16 mit dem oberen Totpunkt OT der Kraftstoffhochdruckpumpe 14, wobei zuzüglich die Laufzeit des Kraftstoffes durch das Kraftstoffeinspritzsystem 10 ab dem Auslassventil 36 zu beachten ist. Aufgrund der mechanischen Anbindung der Kraftstoffhochdruckpumpe 14 an die Brennkraft¬ maschine ist diese Position des oberen Totpunktes OT bekannt. Der Fehlerfall wird, wie auch bei den anderen Verfahren, durch Erkennung eines ungewollt hohen Druckes in dem Hochdruckbereich 16 über den Hochdrucksensor 44 erkannt.
Der Einspritzbeginn der Injektorventile 42 ist in der Steuereinrichtung 26 als Kennfeld hinterlegt.
Wie bei dem Verfahren zur Verstellung des Nockenwellenwinkels wird der Periodenzeitraum tp zwischen zwei OT-Zeitpunkten des Pumpenkolbens 32 bestimmt und der Periodenzeitraum TP in vier gleichgroße Quadranten Ql bis Q4 aufgeteilt. Dann werden die Injektorventile 42 so angesteuert, dass der Öffnungszeitpunkt Töff der Injektorventile 42 in einem Öffnungszeitraum liegt, der sich in den zweiten Quadranten Q2 und in den dritten Quadranten Q3 erstreckt. Das bedeutet, es wird nicht die No¬ ckenwelle 34 verstellt, sondern es wird der Öffnungszeitpunkt Töff der Injektorventile 42 aktiv verschoben. Durch Verschiebung des Öffnungszeitpunktes Töff, und zwar ausschließlich nach Detektion des Fehlerfalles, in das Drucktal 50, können die beschriebenen Vorteile genutzt werden. Die Verschiebung des Öffnungszeitpunktes Töff während eines Betriebes der
Brennkraftmaschine ist nicht emissionsrelevant, da es sich dabei um einen Fehlerfall handelt.
Bei dem Verfahren wird daher, wie bei der Verstellung der Nockenwelle 34, zunächst der Periodenzeitraum tp bestimmt und dann erkannt, ob ein Fehlerfall vorliegt oder nicht.
Auch hier werden die Injektorventile 42 nur angesteuert, wenn tatsächlich eine Kraftstoffanforderung der Brennkraftmaschine vorliegt. Ist dies der Fall, wird der Öffnungszeitpunkt Töff in den zweiten Quadranten Q2 bzw. dritten Quadranten Q3 des Periodenzeitraumes tp verschoben. Liegt jedoch keine Kraft¬ stoffanforderung vor, erfolgt keine Einspritzung.
Nach Verschieben des Öffnungszeitpunktes Töff wird wiederum überprüft, ob sich das Kraftstoffeinsprit zsystem 10 weiterhin in einem Fehlerfall befindet, da auch hier optional die Funk¬ tionalität wieder zurückgenommen werden kann, wenn das Kraftstoffeinsprit zsystem 10 wieder in den Normalbetrieb eintritt. In diesem Fall erfolgt die Einspritzung in dem Periodenzeit- räum tp beliebig in einem der vier Quadranten Ql bis Q4 direkt nach einer Kraftstoffanforderung durch die Brennkraftmaschine .
In der Steuereinrichtung 26 ist daher eine Funktionalität ab- gelegt, die den bestehenden Öffnungszeitpunkt Töff der
Injektorventile 42 für den regulären Betrieb nach der Detektion eines Fehlerfalles mit einhergehender Druckerhöhung in dem Hochdruckbereich 16 in einen für den Brennkraftmaschinen- notlauf optimaleren Bereich verschiebt. In der Steuereinrichtung 26 kann dazu ein entsprechendes Kennfeld hinterlegt wer¬ den, beispielsweise in Form der
Öffnungszeitpunktfestlegereinrichtung 66, die den Öffnungs- Zeitpunkt Töff der Injektorventile 42 so verschiebt, dass er in dem Drucktal 50 liegt. Das Kennfeld kann optional in Ab¬ hängigkeit von Druck und/oder Temperatur und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine ausgeführt sein. In Abhängigkeit der Druckverhältnisse im System kann die Ver¬ schiebung des Öffnungszeitpunktes Töff optional wieder zurück¬ genommen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren zum Betreiben eines Kraftstoffein- spritzsystems (10) einer Brennkraftmaschine, aufweisend die Schritte :
Bereitstellen eines Kraftstoffeinspritzsystems (10), aufweisend eine Kraftstoffhochdruckpumpe (14) mit einem sich in einem Druckraum (22) im Betrieb translatorisch bewegenden Pumpenkolben (32) zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes mit Hochdruck, einen Hochdruckbereich (16) zum Speichern des hochdruckbeaufschlagten Kraftstoffes und wenigstens ein mit dem Hochdruckbereich (16) verbundenes Injektorventil (42) zum Einspritzen von hochdruckbeaufschlagtem Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine;
Bereitstellen von wenigstens zwei Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, wobei in einem Schubbetrieb keine Ein¬ spritzung von Kraftstoff durch das Injektorventil (42) in den Brennraum erfolgt, wobei in einem Einspritzbetrieb wenigstens eine Einspritzung von Kraftstoff durch das Injektorventil (42) in den Brennraum erfolgt;
Bereitstellen eines Druckbegrenzungsventils (46), das bei Erreichen eines vordefinierten Öffnungsdruckes (Pöff) in dem Hochdruckbereich (16) Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich (16) in den Druckraum (22) der Kraftstoffhochdruckpumpe (14) absteuert ;
Erkennen eines Fehlerfalles in dem Kraftstoffeinspritz- system (10), wobei der vordefinierte Öffnungsdruck (Pöff) in dem Hochdruckbereich (16) überschritten wird;
- Abschalten des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine in dem Fehlerfall, sodass die Brennkraftmaschine ausschließlich in dem Einspritzbetrieb betrieben wird.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerfall durch einen in dem Hochdruckbereich (16) angeordneten Hochdrucksensor (44) erkannt wird.
3. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsdruck (Pöff) des Druckbegrenzungsventils (46) niedriger eingestellt wird als ein maximal zulässiger Maximaldruck (Pmax)in dem Hochdruckbe- reich (16), wobei der Maximaldruck (Pmax ) insbesondere in ei¬ nem Bereich oberhalb von 500 bar definiert wird.
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass durch das Injektorventil (42) so viel Kraftstoff eingespritzt wird, dass sich ein Hochdruck in dem Hochdruckbereich (16) einstellt, der niedriger ist als der Maximaldruck (Pmax) ·
5. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Injektorventil (42) so viel Kraftstoff eingespritzt wird, dass sich ein Hochdruck in dem Hochdruckbereich (16) einstellt, der einem Öffnungsdruck (Pöff) des Druckbegrenzungsventils (46) entspricht.
6. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines Wiederein¬ tritts in einen Normalbetrieb des Kraftstoffeinspritzsystems (10), bei dem der vordefinierte Öffnungsdruck (Pöff) in dem Hochdruckbereich (16) wieder unterschritten wird, der Schub- betrieb wieder zugeschaltet wird.
7. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Periodenzeitraum (tp) mit vier gleichverteilten Quadranten (Ql, Q2, Q3, Q4) zwischen einem ersten OT-Zeitpunkt , zu dem sich der Pumpenkolben (32) in dem oberen Totpunkt (OT) befindet, und einem zweiten OT- Zeitpunkt, zu dem sich der Pumpenkolben (32) in dem oberen Totpunkt (OT) befindet, bestimmt wird, wobei das
Injektorventil (42) derart angesteuert wird, dass ein Öff- nungszeitpunkt (Töff) des Injektorventils (42) in einem
Öffungszeitraum liegt, der sich in einem zweiten Quadranten (Q2) des Periodenzeitraumes (tp) und/oder in einem dritten Quadranten (Q3) des Periodenzeitraumes (tp) erstreckt.
8. Betriebsverfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass zum Erkennen der OT-Zeitpunkte, zu denen sich der Pumpenkolben (32) in dem oberen Totpunkt (OT) befindet, ein Kennfeld (Kl) hinterlegt wird, das dem oberen Totpunkt (OT) einen vorbestimmten Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine zuordnet und/oder dass zum Erkennen der OT-Zeitpunkte, zu denen sich der Pumpenkolben (32) in dem oberen Totpunkt (OT) befindet, ein Kurbelwinkel der Brenn- kraftmaschine erfasst wird.
9. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Periodenzeitraum (tp) mit vier gleichverteilten Quadranten (Ql, Q2, Q3, Q4) zwischen einem ersten OT-Zeitpunkt , zu dem sich der Pumpenkolben (32) in dem oberen Totpunkt (OT) befindet, und einem zweiten OT- Zeitpunkt, zu dem sich der Pumpenkolben (32) in dem oberen Totpunkt (OT) befindet, bestimmt wird, wobei ein Einspritz¬ zeitpunkt (ti) , zu dem das Injektorventil (42) beginnt,
Kraftstoff einzuspritzen, festgelegt wird, wobei ein Nocken¬ wellenwinkel der Nockenwelle (34) relativ zu dem Pumpenkolben (32) derart verstellt wird, dass der Einspritzzeitpunkt (ti) in einem Zeitraum liegt, der sich in einem zweiten Quadranten (Q2) des Periodenzeitraumes (tp) und/oder in einem dritten Quadranten (Q3) des Periodenzeitraumes (tp) erstreckt.
10. Kraftstoffeinspritzsystem (10) zum Einspritzen von
Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem (10) insbesondere ausgebildet ist zum Durchführen des Betriebsverfahrens nach einem der Ansprü¬ che 1 bis 9, und wobei das Kraftstoffeinspritzsystem (10) aufweist :
eine Kraftstoffhochdruckpumpe (14) mit einem sich in ei¬ nem Druckraum (22) im Betrieb translatorisch bewegenden Pum- penkolben (32) zum Beaufschlagen eines Kraftstoffes mit Hochdruck;
einen Hochdruckbereich (16) zum Speichern des
hochdruckbeaufschlagten Kraftstoffes ; wenigstens ein mit dem Hochdruckbereich (16) verbundenes Injektorventil (42) zum Einspritzen von
hochdruckbeaufschlagtem Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ;
- ein Druckbegrenzungsventil (46), das bei Erreichen eines vordefinierten Öffnungsdruckes (Pöff) in dem Hochdruckbereich (16) Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich (16) in den Druckraum (22) der Kraftstoffhochdruckpumpe (14) absteuert;
eine Steuereinrichtung (26), die ausgebildet ist
-- zum Bereitstellen von wenigstens zwei Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, wobei in einem Schubbetrieb keine Einspritzung von Kraftstoff durch das Injektorventil (42) in den Brennraum erfolgt, wobei in einem Einspritzbetrieb we¬ nigstens eine Einspritzung von Kraftstoff durch das
Injektorventil (42) in den Brennraum erfolgt;
zum Erkennen eines Fehlerfalles in dem Kraftstoffein- spritzsystem (10), wobei der vordefinierte Öffnungsdruck (Pöff) in dem Hochdruckbereich (16) überschritten wird;
zum Abschalten des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine in dem Fehlerfall, sodass die Brennkraftmaschine ausschlie߬ lich in dem Einspritzbetrieb betrieben wird.
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