Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
bei dem Kraftstoff von einer Zumesseinheit zu einer
Hochdruckpumpe zugeführt wird, bei dem Kraftstoff von der
Hochdruckpumpe in einen Druckspeicher gefördert wird, und
bei dem der von der Zumesseinheit zu der Hochdruckpumpe
zugeführte Kraftstoff entsprechend der maximalen
Förderleistung der Hochdruckpumpe begrenzt wird. Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine sowie ein
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine der entsprechenden
Art.
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Bei einem Fehler, beispielsweise bei einem verschmutzen
Filter, steht der für die maximale Förderleistung der
Hochdruckpumpe erforderliche Vorförderdruck nicht mehr zur
Verfügung. Dies hat letztlich zur Folge, dass sich der
Druck in dem Hochdruckspeicher vermindert. Eine derartige
Druckminderung kann jedoch auch aufgrund beispielsweise
eines undichten Einspritzventils entstehen. Damit ist es
nicht möglich zu entscheiden, ob die Verminderung des
Drucks in dem Hochdruckspeicher auf einem Fehler des
Niederdruckbereichs oder des Hochdruckbereichs basiert.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs
zu schaffen, mit dem ermittelt werden kann, ob in dem
vorstehend beschriebenen Fall ein Fehler des
Niederdruckbereichs oder des Hochdruckbereichs vorliegt.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei
einer Verminderung des Drucks in dem Druckspeicher die
Begrenzung des von der Zumesseinheit zugeführten
Kraftstoffs überschritten wird, und dass bei einem
nachfolgenden Anstieg des Drucks in dem Druckspeicher auf
einen Fehler im Bereich vor der Hochdruckpumpe geschlossen
wird. Bei einer Brennkraftmaschine und einem Steuergerät
der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß
entsprechend gelöst.
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Erfindungsgemäß wird also die Zumesseinheit über ihre an
sich vorhandene Begrenzung hinaus geöffnet. Dies stellt
letztlich eine virtuelle Verschiebung der maximalen
Förderleistung der Hochdruckpumpe dar. Wenn nun ein Fehler
im Niederdruckbereich vorliegt, so hat die vorstehende
Maßnahme zur Folge, dass wieder mehr Kraftstoff von der
Zumesseinheit zu der Hochdruckpumpe zugeführt werden kann,
so dass die Hochdruckpumpe wieder Kraftstoff entsprechend
ihrer maximalen Förderleistung in den Druckspeicher fördern
kann. Der Druck in dem Druckspeicher steigt wieder an,
woraus dann auf einen Fehler in dem Niederdruckbereich
geschlossen werden kann.
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Insgesamt ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren somit
möglich zu entscheiden, dass in dem Niederdruckbereich ein
Fehler vorliegt. Dabei erfordert das erfindungsgemäße
Verfahren keinerlei zusätzliche Bauteile oder dergleichen
und ist auf einfache und schnelle Art und Weise
durchführbar.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird
bei einem nicht-vorhandenen Anstieg des Drucks in dem
Druckspeicher auf einen Fehler im Bereich der
Hochdruckpumpe oder im Bereich nach der Hochdruckpumpe
geschlossen.
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Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines
Computerprogramms, das für ein Steuergerät einer
Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs
vorgesehen ist. Das Computerprogramm weist Programmcode
auf, der dazu geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren
durchzuführen, wenn er auf einem Computer ausgeführt wird.
Weiterhin kann der Programmcode auf einem computerlesbaren
Datenträger gespeichert sein, beispielsweise auf einem
sogenannten Flash-Memory. In diesen Fällen wird also die
Erfindung durch das Computerprogramm realisiert, so dass
dieses Computerprogramm in gleicher Weise die Erfindung
darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das
Computerprogramm geeignet ist.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren
der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle
beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in
beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den
Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung
bzw. in der Zeichnung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, und
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Fig. 2a und 2b zeigen schematische Diagramme von Betriebsgrößen
der Brennkraftmaschine der Fig. 1.
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In der Fig. 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem 10 einer
Brennkraftmaschine dargestellt. Das
Kraftstoffversorgungssystem 10 wird üblicherweise auch als
Common-Rail-System bezeichnet und ist zur direkten
Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume der
Brennkraftmaschine unter Hochdruck geeignet.
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Der Kraftstoff wird aus einem Kraftstofftank 11 über ein
erstes Filter 12 von einer Vorförderpumpe 13 angesaugt. Bei
der Vorförderpumpe 13 kann es sich bspw. um eine
elektrische Kraftstoffpumpe handeln.
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Der von der Vorförderpumpe 13 angesaugte Kraftstoff wird
über ein zweites Filter 13 zu einer Zumesseinheit 15
gefördert. Bei der Zumesseinheit 15 kann es sich bspw. um
ein magnetgesteuertes Proportionalventil handeln.
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Der Zumesseinheit 15 ist eine Hochdruckpumpe 16
nachgeordnet. Als Hochdruckpumpe 16 werden üblicherweise
mechanische Pumpen eingesetzt, die von der
Brennkraftmaschine angetrieben werden.
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Die Hochdruckpumpe 16 ist mit einem Druckspeicher 17
verbunden, der häufig auch als Rail bezeichnet wird. Dieser
Druckspeicher 17 steht über Kraftstoffleitungen mit
Einspritzventilen 21 in Kontakt. Über die Einspritzventile
21 wird der Kraftstoff in die Brennräume der
Brennkraftmaschine eingespritzt.
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Mit dem Druckspeicher 17 ist ein Druckregelventil 18verbunden, das ausgangsseitig mit dem Kraftstofftank 11
gekoppelt ist. Bei dem Druckregelventil 18 kann es sich
bspw. um ein elektrisch ansteuerbares Magnetventil handeln.
Weiterhin kann ein Drucksensor 19 vorgesehen sein, der mit
dem Druckspeicher 17 gekoppelt ist.
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Ein Steuergerät 20 ist vorgesehen, das von einer Mehrzahl
von Eingangssignalen beaufschlagt ist. Bei diesen
Eingangssignalen kann es sich um die Drehzahl N der
Brennkraftmaschine oder die Motortemperatur T der
Brennkraftmaschine handeln. Ebenfalls kann es sich dabei um
den Druck innerhalb des Kraftstoffspeichers 17 handeln, der
von dem Drucksensor 19 gemessen wird.
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In Abhängigkeit von den Eingangssignalen erzeugt das
Steuergerät 20 eine Mehrzahl von Ausgangssignalen. Dabei
kann es sich bspw. um ein Signal zur Ansteuerung der
Vorförderpumpe 13 oder um ein Signal zur Ansteuerung der
Zumesseinheit 15 oder um ein Signal zur Ansteuerung des
Druckregelventils 18 handeln.
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Das Kraftstoffversorgungssystem 10, das in der Fig. 1
dargestellt ist, arbeitet wie folgt:
Der Kraftstoff, der sich im Kraftstofftank 11 befindet,
wird von der Vorförderpumpe 13 angesaugt und zur
Zumesseinheit 15 gefördert. Der Druck in diesem Bereich des
Kraftstoffversorgungssystems 10 wird auch als
Vorförderdruck bezeichnet und liegt üblicherweise in einem
Bereich von etwa 1 bar bis etwa 3 bar. Dieser Bereich wird
deshalb auch als Niederdruckbereich bezeichnet. Der
vorgenannte Bereich kann dabei mit Hilfe eines weiteren, in
der Fig. 1 nicht dargestellten Ventils überwacht bzw.
gesteuert und/oder geregelt werden.
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Von der Zumesseinheit 15 wird diejenige Menge an Kraftstoff
zu der Hochdruckpumpe 16 weitergegeben, die - aufgrund des
jeweils momentanen Betriebszustands der
Brennkraftmaschine - über die Einspritzventile 21 in die
Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll.
Die von der Zumesseinheit 15 der Hochdruckpumpe 16
zugeführte Kraftstoffmenge wird dabei als Fördermenge
bezeichnet.
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Von der Hochdruckpumpe 16 wird dann der einzuspritzende
Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher 17 gefördert, um von
dort über die Einspritzventile 21 in die jeweiligen
Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt zu werden.
Der für die Einspritzung zur Verfügung stehende Druck in
dem Druckspeicher 17 beträgt etwa 1600 bar. Die von den
Einspritzventilen 21 den Brennräumen zugeführte
Kraftstoffmenge wird dabei als Einspritzmenge bezeichnet.
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Während der vorbeschriebenen Betriebsweise der
Brennkraftmaschine wird das Druckregelventil 18 zur
Druckbegrenzung eingesetzt. Dies bedeutet, dass das
Druckregelventil 18 derart angesteuert wird, dass es bei
einem vorgegebenen Druck in dem Druckspeicher 17 öffnet.
Auf diese Weise wird ein Druckanstieg des Drucks in dem
Druckspeicher 17 über den vorgegebenen Wert verhindert.
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Insbesondere bei niederen Kraftstofftemperaturen ist die
Zumessung des einzuspritzenden Kraftstoffs über die
Zumesseinheit 15 nur bedingt möglich. Es wird dann
stattdessen die Zumesseinheit 15 derart angesteuert, dass
eine sogenannte Vollförderung stattfindet. Dies bedeutet,
dass die Hochdruckpumpe 16 die jeweils maximale
Kraftstoffmenge in den Kraftstoffspeicher 17 fördert.
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Bei dieser Betriebsweise wird die einzuspritzende
Kraftstoffmenge dadurch beeinflusst, dass der Druck in dem
Druckspeicher 17 gesteuert und/oder geregelt wird. Hierzu
werden das Druckregelventil 18 und der Drucksensor 19
herangezogen.
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In der Fig. 2a ist eine Kennlinie der Zumesseinheit 15
dargestellt, bei der die von der Zumesseinheit 15
gelieferte Fördermenge F über dem Ansteuerstrom I für die
Zumesseinheit 15 aufgetragen ist. Die Zumesseinheit 15 ist
dabei in ihrem stromlosen Zustand vollständig geöffnet.
Die Hochdruckpumpe 16 besitzt bei einer vorgegebenen
Drehzahl eine maximale Förderleistung. Diese maximale
Förderleistung ergibt sich aus dem geometrischen
Fördervolumen der Hochdruckpumpe 16 und ihrer jeweiligen
Drehzahl. Die maximale Förderleistung der Hochdruckpumpe 16
wird dabei nur erreicht, wenn vor der Zumesseinheit 15 ein
bestimmter Vorförderdruck vorhanden ist.
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Die Kennlinie der Zumesseinheit 15 ist auf die vorstehend
beschriebene maximale Förderleistung der Hochdruckpumpe 16
begrenzt. Dies bedeutet, dass die Zumesseinheit 15 nicht
weiter als die maximale Förderleistung der Hochdruckpumpe
16 geöffnet werden kann. Diese, dem bestimmten
Vorförderdruck entsprechende Kennlinie der Zumesseinheit 15
ist in der Fig. 2a mit dem Bezugszeichen 25
gekennzeichnet.
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In der Fig. 2b ist eine Kennlinie der Hochdruckpumpe 16
dargestellt, wobei die maximale Förderleistung L der
Hochdruckpumpe 16 bei vollständig geöffneter Zumesseinheit
15 über deren Drehzahl N' aufgetragen ist. Es sei hier nur
der Vollständigkeit angemerkt, dass die Drehzahl N der
Brennkraftmaschine und die Drehzahl N' der Hochdruckpumpe
16 nicht gleich sein müssen, sondern auch ein Vielfaches
voneinander sein können.
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Wie bereits erwähnt wurde, besteht eine Voraussetzung für
die maximale Förderleistung der Hochdruckpumpe 16 in dem
Vorhandensein eines bestimmten Vorförderdrucks vor der
Zumesseinheit 15. In der Fig. 2b ist die maximale
Förderleistung der Hochdruckpumpe 16 für eine bestimmte
Drehzahl und bei vorhandenem, bestimmten Vorförderdruck mit
dem Bezugszeichen 26 gekennzeichnet.
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Es ist nun möglich, dass der erforderliche, bestimmte
Vorförderdruck aufgrund einer Fehlers nicht vorhanden ist.
Dies kann beispielsweise dadurch entstehen, dass eines der
Filter 12 oder 14 verschmutzt oder verstopft ist. Der
vorhandene Vorförderdruck vor der Zumesseinheit 15 ist
damit geringer als er sein sollte.
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Im Betrieb der Brennkraftmaschine, und zwar bei sogenannter
Vollförderung, also wenn die Zumesseinheit 15 auf der
Kennlinie 25 der Fig. 2a betrieben wird, hat dieser Fehler
zur Folge, dass aufgrund des verminderten Vorförderdrucks
die Hochdruckpumpe 16 nicht mehr vollständig gefüllt wird
und somit von der Hochdruckpumpe 16 nicht mehr die ihrer
maximalen Förderleistung entsprechende Kraftstoffmenge
gefördert wird. Letztendlich wird der Hochdruckpumpe 16
nicht mehr ausreichend viel Kraftstoff zugeführt, um die
maximale Förderleistung zu erreichen.
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Dies ist gleichbedeutend mit einer Verschiebung der
Kennlinie 25 der Fig. 2a, und zwar im Sinne einer
verminderten Fördermenge der Zumesseinheit 15. In der Fig.
2a ist diese Verschiebung mit dem Bezugszeichen 27 und die
einem verminderten Vorförderdruck entsprechende Kennlinie
der Zumesseinheit 15 mit dem Bezugszeichen 28
gekennzeichnet.
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Die vorstehend beschriebene Verminderung der Füllung der
Hochdruckpumpe 16 hat wiederum zur Folge, dass der Druck im
Hochdruckspeicher 17 sinkt. Dies kann über den Drucksensor
19 von dem Steuergerät 20 erkannt werden. Die Frage bleibt
jedoch offen, ob die Verminderung des Drucks im
Hochdruckspeicher 17 auf einem Fehler im
Niederdruckbereich, also im Bereich vor der Hochdruckpumpe
16, oder auf einem Fehler im Hochdruckbereich, also im
Bereich der Hochdruckpumpe 16 selbst, oder im Bereich nach
der Hochdruckpumpe 16 basiert.
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Diese Frage kann von dem Steuergerät 20 wie folgt
beantwortet werden.
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Bei einer vorgegebenen, etwa konstanten Drehzahl der
Hochdruckpumpe 16 wird die Zumesseinheit 15 über die zu
dieser Drehzahl zugehörige maximale Förderleistung der
Hochdruckpumpe 16 hinaus geöffnet. Die Begrenzung der
Öffnung der Zumesseinheit 15 wird also überschritten. Dies
bedeutet, dass die Zumesseinheit 15 eine größere
Fördermenge der Hochdruckpumpe 16 zuführen kann als die
Hochdruckpumpe 16 aufgrund ihres geometrischen
Fördervolumens überhaupt in den Druckspeicher 17 fördern
kann. Die Kennlinie 26 der Fig. 2b für die maximale
Förderleistung der Hochdruckpumpe 16 wird damit quasi
virtuell zu größeren Werten verschoben. Dies ist in der
Fig. 2b durch die Kennlinie 29 und den Pfeil 30
dargestellt.
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Es wird nun der Fall betrachtet, dass die Verminderung des
Drucks im Hochdruckspeicher 17 auf einem Fehler im
Niederdruckbereich basiert, beispielsweise - wie erwähnt -
auf einem verschmutzten Filter 12 oder 14. In diesem Fall
hat das weitere Öffnen der Zumesseinheit 15 zur Folge, dass
eine größere Fördermenge von der Zumesseinheit 15 zu der
Hochdruckpumpe 16 gelangen kann. Dies stellt letztlich
einen Ausgleich für den verminderten Vorförderdruck vor der
Zumesseinheit 15 dar. Insoweit wird der fehlerhafte
verminderte Vorförderdruck kompensiert. Dies ist in der
Fig. 2a - in entsprechender Weise wie in der Fig. 2b -
durch den Pfeil 30 dargestellt. Die Zumesseinheit 15
befindet sich somit wieder auf der Kennlinie 25.
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Dies hat zur Folge, dass die maximale Förderleistung der
Hochdruckpumpe 16 auch tatsächlich wieder gefördert wird,
so dass der Druck in dem Druckspeicher 17 nachfolgend
wieder auf einen, dem fehlerfreien Betrieb entsprechenden
Wert ansteigt. Diesen Druckanstieg kann das Steuergerät 20
über den Drucksensor 19 erkennen. Aus dem Druckanstieg kann
das Steuergerät 20 auf einen Fehler im Niederdruckbereich
schließen.
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Es wird nun der Fall betrachtet, dass die Verminderung des
Drucks im Hochdruckspeicher 17 auf einem Fehler im
Hochdruckbereich basiert. In diesem Fall hat das weitere
Öffnen der Zumesseinheit 15 ebenfalls zur Folge, dass eine
größere Fördermenge von der Zumesseinheit 15 zu der
Hochdruckpumpe 16 gelangen kann. Aufgrund des Fehlers im
Hochdruckbereich, beispielsweise bei einem undichten
Einspritzventil 21, führt dies jedoch nicht zu einem
Ansteigen des Drucks in dem Druckspeicher 17. Stattdessen
bleibt dieser Druck auf seinem fehlerhaften, verminderten
Wert. Aus dem somit weiterhin verminderten Druck in dem
Druckspeciehr 17 kann dann das Steuergerät 20 auf einen
Fehler im Hochdruckbereich schließen.