DE102010004215B4

DE102010004215B4 - Vorrichtung zur Verhinderung des Absterbens des Motors bei einem mit einem Dieseleinspritzsystem ausgestatteten Fahrzeug

Info

Publication number: DE102010004215B4
Application number: DE102010004215A
Authority: DE
Inventors: Christoph Klesse; Sebastian Pleines; Olaf Nebelung
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2030-01-09
Also published as: US20130024092A1; DE102010004215A1; CN102686860B; CN102686860A; WO2011082938A1

Abstract

Vorrichtung zur Verhinderung des Absterbens des Motors bei einem mit einem Dieseleinspritzsystem ausgestatteten Fahrzeug, mit einem Volumenstromregelventil (9), einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe (4), einem Druckregelventil (17), einem oder mehreren Injektoren (2) und einer Kontrolleinheit (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (12) im Leerlaufbetrieb des Motors in einer ersten Betriebsart eine Druckregelung ausschließlich durch eine Regelung des Volumenstromregelventils (9) vornimmt, in dieser ersten Betriebsart überwacht, ob ein Arbeitspunkt vorliegt, bei dem ein Auslösen von Luft aus dem Kraftstoff auftritt, und im Falle des Detektierens eines solchen Arbeitspunktes eine zweite Betriebsart einleitet, in welcher eine Druckregelung durch eine Regelung des Druckregelventils (17) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung des Absterbens des Motors bei einem mit einem Dieseleinspritzsystem, insbesondere einem Common-Rail-System, ausgestatteten Fahrzeug.
Es sind bereits Dieseleinspritzsysteme bekannt, die als sogenannte Zweisteller-Systeme arbeiten. Bei einem derartigen Zweisteller-System liegt sowohl auf der Niederdruckseite als auch auf der Hochdruckseite ein Stellglied zur Regelung des Druckes vor. Bei dem auf der Niederdruckseite vorgesehenen Stellglied handelt es sich um ein Volumenstromregelventil (VCV). Bei dem auf der Hochdruckseite vorgesehenen Stellglied handelt es sich um ein Druckregelventil (PCV).
Aus der DE 10 2007 039 892 A1 ist eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt. Diese bekannte Einspritzanlage weist eine Kraftstoffvorförderpumpe, eine der Vorförderpumpe stromabwärts nachgeordnete Hochdruckpumpe, einen der Hochdruckpumpe stromabwärts nachgeordneten Kraftstoffverteiler, ein der Hochdruckpumpe stromabwärts nachgeordnetes Drucksteuer- oder Druckbegrenzungsventil und einen Drucksensor auf. Der Drucksensor, das Drucksteuer- oder Druckbegrenzungsventil und der Kraftstoffverteiler sind Bestandteile eines Hochdruckmoduls, welches als Baueinheit mit der Hochdruckpumpe ausgebildet ist. Zwischen der Kraftstoffvorforderpumpe und der Hochdruckpumpe ist ein Volumenstromsteuerventil vorgesehen.
Die EP 0 299 337 A2 offenbart ein Kraftstoffeinspeisesystem eines Dieselmotors mit einem Volumenstromregelventil, einer Hochdruckpumpe, einem Druckregelventil, mehreren Injektoren und einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit bei normalem Betriebsdruck eine Druckregelung ausschließlich durch Regelung des Volumenstromregelventils vornimmt und lediglich bei Abweichung vom normalen Betriebsdruck eine Druckregelung durch eine Regelung des Druckregelventils erfolgt.
Auch die DE 10 2005 016 120 A1 offenbart ein Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Forderpumpe, einem Common-Rail sowie einem Druckregelventil, wobei das Druckregelventil in einem Zustand, in dem die Brennkraftmaschine außer Betrieb gesetzt ist, einen Abfluss von aus dem Kraftstoff ausgegaster Luft aus dem Common-Rail ermöglicht.
Die DE 103 23 874 A1 offenbart ein Kraftstoffsystem fur einen Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoffdruckspeicher, einem Volumenstromregelventil, einer Hochdruckpumpe, einem Druckregelventil und einer Kontrolleinheit, wobei die Kontrolleinheit im Leerlaufbetrieb uberschussigen Kraftstoff aus dem Kraftstoffdruckspeicher abfuhrt.
Ebenso offenbart die EP 0 974 008 B1 ein Einspritzsystem fur eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffspeicher, einer Hochdruckpumpe, einem Druckregelventil, einem Volumenstromregelventil und einer Kontrolleinheit, wobei der Haltedruck des Druckventils als Funktion vom Kraftstoffvolumenstrom eingestellt wird.
Bezüglich der Stellglieder eines Zweisteller-Systems wird ublicherweise folgende Ansteuerstrategie verwendet: Im Leerlauf des Motors und in der unteren Teillast des Motors erfolgt eine Vorsteuerung mittels des Volumenstromregelventils und eine Druckregelung über das Druckregelventil. Dies geschieht deshalb, weil verhindert werden soll, dass eine zu große Kraftstoffmenge über das Druckregelventil abgesteuert wird. In allen anderen Motorarbeitspunkten erfolgt die Druckregelung ausschließlich unter Verwendung des Volumenstromregelventils. Lediglich im Bedarfsfall erfolgt eine zusätzliche Druckreduzierung im System durch ein sehr kurzes Ansteuern des Druckkontrollventiles und damit ein Absteuern von Kraftstoff über dieses Ventil.
Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, dass die durch die Druckregelung mittels des Druckregelventils entstehenden Verluste zu einem erhöhten Kohlendioxidausstoß des Fahrzeugs führen.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, von der Verwendung eines Druckregelventils abzusehen und eine Druckregelung ausschließlich unter Verwendung des Volumenstromregelventils durchzuführen. Nachteilig dabei ist jedoch bei dieser Vorgehensweise die Dynamik beim Abbau des Druckes, da diese prinzipbedingt geringer ist als bei einem Abbau des Druckes über ein Druckregelventil. Der Druckabbau bei einem System ohne Verwendung eines Druckregelventils erfolgt lediglich über die Leckage der Injektoren und ggf. über eine zusätzliche Funktionalität, bei welcher die Injektoren derart angesteuert werden, dass die genannte Injektorleckage über eine Rücklaufleitung zurück in den Tank fließt, wodurch ein Druckabbau erreicht wird.
Wenn von der Verwendung eines Druckregelventils abgesehen werden soll, dann ist es notwendig, ein Volumenstromregelventil zu verwenden, welches einen Kugelsitz aufweist. Eine Verwendung eines Volumenstromregelventils, welches ein Schieberventil aufweist, ist nicht möglich, da ein derartiges Schieberventil im geschlossenen Zustand stets eine Leckage aufweist, die in der Größenordnung des Leerlaufeinspritzmengenbedarfs liegt.
Des Weiteren muss der Einlassventildifferenzöffnungsdruck des Volumenstromregelventils auf einen Wert angehoben werden, der größer ist als 1 bar. Nur dann ist sichergestellt, dass es bei sehr kleinen Fördermengen der Vorförderpumpe des Systems nicht zu einem Auslösen von Luft aus dem Kraftstoff kommt. Derart kleine Fördermengen treten beispielsweise dann auf, wenn im Leerlauf des Fahrzeugs das Volumenstromregelventil mittels einer geschlossenen Regelschleife geregelt wird. Im Falle eines Auslösens von Luft aus dem Kraftstoff kommt es aber letztendlich dazu, dass die Hochdruckpumpe nicht mehr fördert, da sich innerhalb der Pumpe nur noch Luft befindet.
Versuche mit einem vorstehend beschriebenen System haben ergeben dass nach ca. 20- bis 30-minütigem Betrieb des Motors im Leerlauf soviel Luft aus dem Kraftstoff generiert wurde, dass innerhalb dieser Zeitspanne nacheinander die Pumpenverdränger der Hochdruckpumpe ausfallen, wodurch letztendlich der Motor abstirbt und ohne Hilfe einer Werkstatt nicht wieder angelassen werden kann.
Ein derartiges Absterben des Motors kann – wie vorstehend ausgeführt wurde – dadurch verhindert werden, dass im Falle einer ausschließlichen Druckregelung mittels eines Volumenstromregelventils darauf geachtet wird, dass das Volumenstromregelventil einen Kugelsitz aufweist und dass der Einlassventildifferenzöffnungsdruck größer als 1 bar ist. Um dies zu erreichen, ist jedoch ein massiver Eingriff in die hydraulische Hardware des Systems notwendig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Verhinderung des Absterbens des Motors bei einem mit einem Dieseleinspritzsystem ausgestatteten Fahrzeug anzugeben, die ohne einen derartigen massiven Eingriff in die hydraulische Hardware des Systems auskommt.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass eine Funktionalität bereitgestellt wird, die ein Absterben des Motors im Falle eines Auslösens von Luft aus dem Kraftstoff bei sehr kleinen Pumpenfördergraden verhindert, obwohl die vorhandene hydraulische Hardware als solche ein Luftauslösen nicht ausschließt. Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass die Kontrolleinheit der Vorrichtung im Leerlaufbetrieb des Fahrzeugs in einer ersten Betriebsart eine Druckregelung ausschließlich durch eine Regelung des Volumenstromregelventils vornimmt, in dieser ersten Betriebsart überwacht, ob ein Arbeitspunkt vorliegt, der zu einem Auslösen von Luft aus dem Kraftstoff führt, und im Falle des Detektierens eines derartigen Arbeitspunktes eine zweite Betriebsart einleitet, in welcher eine Druckregelung durch eine Regelung des Druckregelventils erfolgt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung anhand der 1 näher erläutert. Diese zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Verhinderung des Absterbens des Motors bei einem mit einem Dieseleinspritzsystem ausgestatteten Fahrzeug. Bei diesem Dieseleinspritzsystem handelt es sich um ein Common-Rail-Einspritzsystem.
Dieses Einspritzsystem 1 weist mindestens einen Injektor 2 zum Einspritzen von Kraftstoff 3 in mindestens einen nicht dargestellten Brennraum auf. Des Weiteren enthält das Einspritzsystem 1 eine Hochdruckkraftstoffpumpe 4, die über eine Railleitung 5 und einen Druckspeicher 6 mit dem Injektor 2 verbunden ist. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 4 bezieht Kraftstoff 3 aus einem Kraftstofftank 7, mit welchem sie über eine Zuführleitung 8 verbunden ist. In der Zuführleitung 8 befindet sich eine nicht gezeichnete Kraftstoffvorförderpumpe und ein Volumenstromregelventil 9. Letzteres ist zum Begrenzen der der Hochdruckdruckkraftstoffpumpe 4 zugeführten Kraftstoffmenge vorgesehen.
Der Injektor 2 weist einen Leckagestrom an Kraftstoff auf, der durch eine Ruckfuhrleitung 10 zurückgeführt wird. Die Ruckführleitung 10 mundet zwischen dem Kraftstofftank 7 und dem Volumenstromregelventil 9 in die Zuführleitung 8 oder mundet direkt in den Kraftstofftank 7.
Im Druckspeicher 6 ist ein Drucksensor 11 vorgesehen, dessen Ausgangssignal an eine Kontrolleinheit 12 geliefert wird. Die Kontrolleinheit 12 ist uber eine Steuerleitung 13 mit dem Injektor 2 und über eine Volumenstromregelansteuerleitung 14 mit dem Volumenstromregelventil 9 elektrisch verbunden. Sie fuhrt dem Injektor 2 Ansteuersignale s1 und dem Volumenstromregelventil 9 Ansteuersignale s2 zu.
In die Rail-Leitung 5 ist ein Druckregelventil 17 eingebaut, um den Druck des dem Druckspeicher 6 zugefuhrten Kraftstoffs zu begrenzen. Das Druckregelventil 17 wird von der Kontrolleinheit 12 mittels eines Ansteuersignals s3 über eine Druckregelventilansteuerleitung 18 angesteuert.
Die Kontrolleinheit 12 generiert die von ihr bereitgestellten Ansteuersignale unter anderem in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Drucksensors 11, vom Ausgangssignal eines Motordrehzahlsensors 15 und vom Ausgangssignal eines Luftmassenmessers 16.
Im Normalbetrieb der dargestellten Vorrichtung regelt die Kontrolleinheit 12 den im Einspritzsystem 1 herrschenden Kraftstoffdruck durch eine Druckregelung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Drucksensors 11. Notige Veränderungen des Druckes erfolgen dadurch, dass die Kontrolleinheit 12 dem Volumenstromregelventil 9 oder dem Druckregelventil 17 ein diesbezugliches Ansteuersignal zufuhrt.
Im Falle einer Druckreduzierung im System durch eine entsprechende Ansteuerung des Druckregelventils 17 wird mittels des Druckregelventils 17 eine vergleichsweise große Kraftstoff menge abgeleitet bzw. abgesteuert. Dies ist mit einem Anstieg des Kohlendioxidausstoßes des Fahrzeugs verbunden, welcher unerwunscht ist.
Um diesen unerwünschten Anstieg des Kohlendioxidausstoßes des Fahrzeugs zu vermeiden, nimmt die Kontrolleinheit 12 im Leerlaufbetrieb des Motors und im unteren Teillastbetrieb des Motors, beide nachfolgend stets als Leerlaufbetrieb des Fahrzeugs bezeichnet, in einer ersten Betriebsart eine Druckregelung ausschließlich durch eine Regelung des Volumenstromregelventils 9 vor, uberwacht in dieser ersten Betriebsart, ob ein Arbeitspunkt vorliegt, bei dem es zu einem Auslosen von Luft aus dem Kraftstoff kommt und leitet im Falle eines Detektierens eines derartigen Arbeitspunktes kurzzeitig, beispielsweise fur eine Zeitdauer von einer Minute, eine zweite Betriebsart ein, in welcher eine Druckregelung durch eine Regelung des Druckregelventils 17 erfolgt.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass es keines massiven Eingriffs in die hydraulische Hardware existierender Systeme bedarf, die als sogenannte Zweistellersysteme arbeiten, Differenzeinlassventiloffnungsdrucke von kleiner als 1 bar aufweisen und ein ein Schieberventil aufweisendes Volumenstromregelventil enthalten, um das System bezüglich seines Kohlendioxidausstoßes zu optimieren.
Im Rahmen der Detektion des Auslosens von Luft aus dem Kraftstoff ermittelt die Kontrolleinheit 12 fur den Arbeitspunkt, in dem sich der Motor momentan befindet, also für den Leerlaufbetrieb, den momentanen Wert des Ansteuersignals fur das Volumenstromregelventil 9. Bei diesem Wert handelt es sich vorzugsweise um einen PWM-Ansteuerwert.
In einem Speicher 12a der Vorrichtung sind Informationen daruber abgespeichert, bei welchem Wert des Ansteuersignals des Volumenstromregelventils 9 das Volumenstromregelventil 9 geschlossen ist. Des Weiteren sind im Speicher 12a der Vorrichtung Informationen uber einen Ansteuersignal-Differenzwert abgespeichert, bei dessen Unterschreiten Luftauslosen aus dem Kraftstoff beginnt. Dieser Ansteuersignal-Differenzwert wurde im Rahmen der Kalibrierung der Vorrichtung im voraus ermittelt und im Speicher 12a hinterlegt.
Die Kontrolleinheit 12 ist dazu vorgesehen, die Differenz zwischen dem momentan ermittelten Wert des Ansteuersignals fur das Volumenstromregelventil 9 und dem im Speicher 12a abgespeicherten Wert des Ansteuersignals fur das Volumenstromregelventil 9 zu bilden, diese Differenz mit dem im Speicher 12a abgespeicherten Ansteuersignal-Differenzwert zu vergleichen und dann, wenn die ermittelte Differenz kleiner ist als der im Speicher 12a abgespeicherte Ansteuersignal-Differenzwert, einen Zeitmesser zu aktivieren. Dieser Zeitmesser ist Bestandteil der Kontrolleinheit 12 und beispielsweise als Taktzahler realisiert.
Uberschreitet die gemessene Zeit eine im Rahmen von Vorversuchen ermittelte, ebenfalls im Speicher 12a hinterlegte kritische Zeitdauer, dann aktiviert die Kontrolleinheit 12 kurzzeitig eine zweite Betriebsart, in welcher eine Druckregelung durch eine Regelung des Druckregelventils 17 erfolgt. Dadurch wird die Kraftstofffordermenge kurzfristig erhoht, um die Hochdruckpumpe 4 des Volumenstromregelventils 9 mit einer erhohten Kraftstoffmenge zu versorgen und damit einen Ausfall der Verdranger der Hochdruckpumpe 4 und damit eine Nullforderung der Hochdruckpumpe 4 zu vermeiden.
Nach dieser kurzzeitigen Aktivierung der zweiten Betriebsart schaltet die Kontrolleinheit 12 die Vorrichtung wieder in die erste Betriebsart zurück.
Durch das beschriebene Vorgehen wird verhindert, dass es im Leerlauf des Motors und im unteren Teillastbetrieb des Motors zu einem Ausfall der Hochdruckpumpe und damit zu einem Absterben des Motors kommt.

Claims

Vorrichtung zur Verhinderung des Absterbens des Motors bei einem mit einem Dieseleinspritzsystem ausgestatteten Fahrzeug, mit einem Volumenstromregelventil (9), einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe (4), einem Druckregelventil (17), einem oder mehreren Injektoren (2) und einer Kontrolleinheit (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (12) im Leerlaufbetrieb des Motors in einer ersten Betriebsart eine Druckregelung ausschließlich durch eine Regelung des Volumenstromregelventils (9) vornimmt, in dieser ersten Betriebsart überwacht, ob ein Arbeitspunkt vorliegt, bei dem ein Auslösen von Luft aus dem Kraftstoff auftritt, und im Falle des Detektierens eines solchen Arbeitspunktes eine zweite Betriebsart einleitet, in welcher eine Druckregelung durch eine Regelung des Druckregelventils (17) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (12) im Rahmen der Überwachung für den Arbeitspunkt, in welchem sich der Motor befindet, den Wert des Ansteuersignals fur das Volumenstromregelventil (9) ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Speicher (12a) aufweist, in welchem Informationen darüber abgespeichert sind, bei welchem Wert des Ansteuersignals für das Volumenstromregelventil (9) das Volumenstromregelventil (9) geschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicher (12a) weitere Informationen über einen Ansteuersignal-Differenzwert abgespeichert sind, bei dessen Unterschreiten Luftauslösen aus dem Kraftstoff beginnt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuersignal-Differenzwert ein im Rahmen einer Kalibrierung ermittelter Ansteuersignal-Differenzwert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (12) die Differenz zwischen dem ermittelten Wert des Ansteuersignals fur das Volumenstromregelventil (9) und dem im Speicher (12a) abgespeicherten Wert des Ansteuersignals fur das Volumenstromregelventil (9) ermittelt, die ermittelte Differenz mit dem im Speicher (12a) abgespeicherten Ansteuersignal-Differenzwert vergleicht und dann, wenn die ermittelte Differenz kleiner ist als der im Speicher (12a) abgespeicherte Ansteuersignal-Differenzwert, einen Zeitmesser startet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicher (12a) Informationen uber eine kritische Zeitdauer abgespeichert sind und die Kontrolleinheit (12) dazu vorgesehen ist, in dem Fall, dass die vom Zeitmesser gemessene Zeitdauer die kritische Zeitdauer uberschreitet, die die zweite Betriebsart aktiviert, in welcher eine Druckregelung durch eine Regelung des Druckregelventils (17) erfolgt.