DE102015223703A1

DE102015223703A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffversorgungssystems

Info

Publication number: DE102015223703A1
Application number: DE102015223703.6A
Authority: DE
Inventors: Klaus Joos; Achim Hirchenhein; Alexander Schenck Zu Schweinsberg; Michael Bauer; Joerg Kuempel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-01
Also published as: WO2017092972A1; CN108368792B; CN108368792A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffversorgungssystems, das ermittelt wird, ob ein Betriebszustand vorliegt, indem ein Druckbegrenzungsventil möglicher Weise anspricht, dass ein Zählerstand verändert wird, wenn der Betriebszustand vorliegt und dass ein Fehlerzustand des Druckbegrenzungsventils erkannt wird, wenn der Zählerstand einen vorgegebenen Wert erreicht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium, ein Steuergerät und ein Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen.
Aus der DE 199 13 477 A1 ist bereits ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffversorgungssystems bekannt. Dort wird ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffzuführeinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs beschrieben, bei dem die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge mittels eines Mengensteuerventils und einer nachgeordneten Hochdruckpumpe gesteuert und/oder geregelt wird. Das Mengensteuerventil wird in Abhängigkeit von einer Batteriespannung, mit der das Mengensteuerventil beaufschlagt wird, und/oder in Abhängigkeit von einem Spulenwiderstand des Mengensteuerventils beeinflusst. Der Ausgang der Hochdruckpumpe wird über ein Überdruckventil, das im Folgenden auch als Druckbegrenzungsventil bezeichnet wird, zu einem Niederdruckbereich zurückgeführt.
Üblicher Weise haben Hochdruckeinspritzsysteme ein solches Druckbegrenzungsventil, um einen unzulässigen hohen Druckanstieg zu vermeiden. Ein solcher unzulässiger Druckanstieg kann beispielsweise nach dem Abschalten auftreten, wenn sich der Kraftstoff erwärmt und sich Druck im System aufbaut. Ferner kann ein unzulässiger Druck im Fehlerfall z. B. bei dauerhafter Vollförderung der Hochdruckpumpe auftreten. Üblicher Weise ist dieses Druckbegrenzungsventil in die Hochdruckpumpe baulich integriert. Dieses Druckbegrenzungsventil steuert die Hochdruckmenge entweder direkt in den Niederdruckkreislauf oder in den Förderraum der Hochdruckpumpe ab. Der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils wird vorzugsweise so gewählt, dass einerseits ein Öffnen im Normalbetrieb verhindert wird, andererseits die Hochdruckeinspritzventile noch problemlos und mit guter Zumessgenauigkeit öffnen kann. Hierbei sind u. a. die Einstelltoleranzen, Alterung, Druckregelfehler sowie Druckpulsationen und deren Temperaturabhängigkeit zu berücksichtigen.
Die auftretenden Druckkpulsationen werden bei höheren Systemdrücken und höheren einzuspritzenden Kraftstoffmengen größer. Zudem werden bei höheren Systemdrücken typischerweise die möglichen Öffnungsdrücke des Einspritzventils relativ zum Solldruck geringer. Somit müsste der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils auf vergleichsweise niedrige Werte eingestellt werden. Dies kann dazu führen, dass eine ideale Auslegung des Druckbegrenzungsventils nicht mehr möglich ist. Damit das Einspritzventil sicher öffnet, muss ein so niedriger Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils gewählt werden, dass dieses bei entsprechenden Druckpulsationen öffnen kann. Es kann also der Fall eintreten, dass in bestimmten Betriebszuständen das Druckbegrenzungsventil ungewollt öffnet. Diese Öffnungsvorgänge können das Druckbegrenzungsventil schädigen. Das Druckbegrenzungsventil muss daher entsprechend robust konstruiert werden, damit keine Schädigungen auftreten. Dies führt zu höheren Kosten für das Druckbegrenzungsventil und größerem Bauraum der Hochdruckpumpe. Andererseits können den Druckpulsationen durch dickere, höhere Leitungsdurchmesser minimiert werden. Auch dadurch entstehen höhere Kosten und es wird mehr Bauraum im Motor benötigt. Alternativ kann der Solldruck bei hohen Drehzahlen abgesenkt werden. Dies hat den Nachteil, dass erhöhte Partikelemissionen auftreten können.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass diese Druckpulsationen nur in bestimmten Betriebszuständen vorkommen, die bei unterschiedlicher Fahrweise des Kraftfahrzeugs oder unterschiedlichem Betrieb der Brennkraftmaschine unterschiedlich häufig vorkommen. Insbesondere treten diese Druckpulsationen bei hohen Drehzahlen in Kombination mit einer niederen Temperatur auf.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass die Dimensionierung des Kraftstoffsystems und der Komponenten einer Motorbauart nicht mehr die Betriebsfestigkeit des Druckbegrenzungsventils unter mehrfachen „worst case“ Bedingungen sicherstellen muss. Das heißt das Kraftstoffsystem muss nicht auf einen Fahrer mit häufigem Motorbetrieb bei Höchstdrehzahlen und niederen Kraftstoff-/Motortemperaturen ausgelegt werden. Die wenigen Fahrzeuge, deren Druckbegrenzungsventil übermäßig beansprucht wird, werden erkannt und der Druck entsprechend abgesenkt, wobei jederzeit die volle Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs erhalten bleibt. Der seltene Fall, dass die Hochdruckpumpe bzw. dass das Druckbegrenzungsventil ausgetauscht werden muss, tritt nur bei sehr wenigen Fahrzeugen mit entsprechend starker Motorbeanspruchung auf. D. h. lediglich bei Fahrern, die das Fahrzeug sehr häufig mit hohen Drehzahlen im Kaltstart betreiben, ist ggf. ein Tausch der Hochdruckpumpe bzw. des Druckbegrenzungsventils im Laufe der Fahrzeuglebensdauer nötig.
Besonders vorteilhaft ist es wenn ermittelt wird, ob ein Betriebszustand vorliegt, indem eine erhöhte Belastung des Druckbegrenzungsventils auftritt. Liegt ein solcher Betriebszustand vor, so wird ein Zählerstand verändert. Ein Fehlerzustand des Druckbegrenzungsventils wird erkannt, wenn der Zählerstand einen vorgegebenen Wert erreicht.
Bei einer ersten Ausführungsform wird ein Fehlerzustand erkannt, wenn ein Druckwert einen Schwellenwert mehrmals übersteigt. Dazu wird ein Zählerstand verändert, wenn der Druckwert den Schwellenwert übersteigt. Erreicht der Zählerstand einen vorgegeben Wert wird ein Fehlerzustand erkannt. Dabei wird vorzugweise der Druckwert des Drucks im Förderraum der Hochdruckpumpe betrachtet. Dies ist besonders vorteilhaft, weil dieser Druckwert die Belastung der Hochdruckpumpe und des Druckbegrenzungsventils charakterisiert.
Bei einer zweiten Ausführungsform wird ein Fehlerzustand erkannt, wenn ein Betriebszustand mehrmals vorliegt, in dem das Druckbegrenzungsventil möglicher Weise anspricht. Dazu wird ein Zählerstand verändert, wenn ein Betriebszustand vorliegt, in dem das Druckbegrenzungsventil möglicherweise anspricht. Erreicht der Zählerstand einen vorgegeben Wert wird ein Fehlerzustand erkannt.
Ein solcher Betriebszustand, in dem das Druckbegrenzungsventil möglicher Weise anspricht, liegt insbesondere dann vor, wenn ein Druck bzw. eine Druckdifferenz am Druckbegrenzungsventil, größer als ein Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils ist.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Druck am Druckbegrenzungsventil bzw. der Druck im Förderraum nicht gemessen wird sondern abhängig von Betriebskenngrößen aus einem Kennfeld ausgelesen wird. Dies hat den Vorteil, dass keine hochgenaue und schnelle Druckmessung notwendig ist.
Bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einem ersten Zählerstand ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt.
Bei einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einem zweiten Zählerstand ein Sollwert für einen Kraftstoffdruck im Kraftstoffversorgungssystem verringert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Druck im Hochdruckbereich oder im Förderraum der Hochdruckpumpe ausgehend von wenigstens einer der Größen Drehzahl der Brennkraftmaschine, Last der Brennkraftmaschine, Kraftstofftemperatur, Kühlwassertemperatur oder Kraftstoffsorte aus einem Kennfeld ausgelesen wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Inhalt des Zählers verändert wird, wenn wenigstens eine der Größen Drehzahl der Brennkraftmaschine, Last der Brennkraftmaschine, Kraftstofftemperatur, Kühlwassertemperatur oder Kraftstoffsorte Werte annehmen, bei denen üblicherweise Druckpulsationen auftreten.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen neuen Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät lauffähigen Computerprogramms, insbesondere Sourcecode mit Compilier- und/oder Verlinkungsanweisungen, wobei der Programmcode das Computerprogramm zur Ausführung aller Schritte eines der beschriebenen Verfahren ergibt, wenn er gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird, also insbesondere kompiliert und/oder verlinkt wird. Dieser Programmcode kann insbesondere durch Quellcode gegeben sein, welche beispielsweise von einem Server im Internet herunterladbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 die wesentlichen Elemente eines Kraftstoffversorgungssystems und
2 ein Flussdiagramm der erfindungsgemäße Vorgehensweise.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 sind die wesentlichen Elemente eines Kraftstoffversorgungssystems dargestellt. Mit 100 ist ein Rail bezeichnet, in das von einer Hochdruckpumpe 110 Kraftstoff gefördert wird. Der Kraftstoff, der von der von der Hochdruckpumpe 110 gefördert wird, wird von einer Niederdruckpumpe 120 bereitgestellt, die diese Kraftstoffmenge einem Tank 130 entnimmt. Der Ausgang der Hochdruckpumpe 110 und der Eingang der Hochdruckpumpe ist mit über ein Druckbegrenzungsventil 140 verbindbar. Steigt der Druck im Rail 100 über einen Druck an, der dem Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 140 entspricht, so öffnet dieses Druckbegrenzungsventil 140 die Verbindung zwischen dem Rail und dem Niederdruckbereich zwischen der Hochdruckpumpe 110 und der Niederdruckpumpe 120. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass das Druckbegrenzungsventil 140 den Ausgang der Hochdruckpumpe mit dem Förderraum der Hochdruckpumpe verbindet.
In 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrens dargestellt. In einem ersten Schritt 200 wird ein Zähler I mit dem Wert 0 initialisiert. Anschließend im Schritt 210 wird der Kraftstoffdruck P am Druckbegrenzungsventil ermittelt. Vorzugsweise wird dieser Wert aus einem Kennfeld abhängig von verschiedenen Betriebskenngrößen, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren, ausgelesen. Als Betriebskenngrößen, die den Betriebszustand charakterisieren werden insbesondere die Größen Drehzahl, Last, Kraftstofftemperatur und/oder Kraftstoffsorte verwendet. Dabei können eine oder mehrere dieser Größen verwendet werden. Alternativ kann der Kraftstoffdruck auch mittels eines geeigneten Sensors gemessen werden.
Die anschließende Abfrage 220 überprüft, ob der Kraftstoffdruck P größer als der Öffnungsdruck PÖ des Druckbegrenzungsventils ist. Erkennt die Abfrage 220 dass dies nicht der Fall ist, so folgt erneut Schritt 210. Erkennt die Abfrage 220, dass der Kraftstoffdruck größer als der Öffnungsdruck ist, wird in Schritt 230 der Zähler I um den Wert 1 erhöht. Die sich anschließende Abfrage 240 überprüft, ob der Zählerinhalt I größer als ein erster Schwellwert S1 ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 210. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 250 ein Eintrag in einem Fehlerspeicher vorgenommen. Die anschließende Abfrage 260 überprüft, ob ein Tausch des Druckbegrenzungsventils bzw. der gesamten Hochdruckpumpe bei einem Werkstattaufenthalt aufgrund des gesetzten Fehlerspeichers erfolgt ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 200 der Zähler I wieder auf null gesetzt. Ist dies nicht der Fall, so wird in einer weiteren Abfrage 270 überprüft, ob der Zähler I größer als ein zweiter Schwellwert S2 ist. Ist dies nicht der Fall, so folgt erneut Schritt 210. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 280 der Sollwert PS für den Rail-Druck auf einen niederen Wert zurückgesetzt.
Bei einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass in den Schritten 210, 220 nicht überprüft wird, ob der Druck größer als ein Öffnungsdruck ist, sondern ob Betriebszustände vorliegen, in denen üblicher Weise aufgrund von Druckpulsationen der Öffnungsdruck PÖ überschritten wird. Hierzu werden vorzugsweise die gleichen Betriebskenngrößen ausgewertet, die zur Ermittlung des Drucks verwendet werden. D. h. es wird auf Basis wenigstens einer der Größen Last, Drehzahl Kraftstofftemperatur und/oder Kraftstoffsorte entschieden, ob ein Betriebszustand vorliegt, bei der einen Überschreitung des Öffnungsdrucks PÖ des Druckbegrenzungsventils auftreten kann. Ist dies der Fall, wird ebenfalls in Schritt 230 der Zähler I um eins erhöht.
Ferner kann alternativ vorgesehen sein, dass lediglich auf einen Schwellenwert überprüft wird, d. h. es kann vorgesehen sein, dass bei Überschreiten eines Schwellenwerts ein Fehlerspeicher gesetzt wird oder dass bei Überschreiten eines Schwellwerts der Sollwert PS für den Druck reduziert wird.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Öffnungsdruck PÖ, bei dem das Druckbegrenzungsventil öffnet gelegentlich neu ermittelt wird. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass der Rail-Druck langsam erhöht wird, bis der Öffnungsdruck PÖ erreicht und dies erkannt wird. Dieser neu ermittelte Wert für den Öffnungsdruck wird dann für das weitere Verfahren verwendet.
Zusätzlich oder alternativ zur Ermittlung der Öffnungsdrucküberschreitungen an einem Druckbegrenzungsventil kann auch eine Überschreitung der maximal zulässigen Drücke im Förderraum einer Hochdruckpumpe ermittelt wird und auf die entsprechende Weise verarbeitet wird. Dabei kann der Druck im Förderraum der Hochdruckpumpe mittels eines Sensors gemessen oder ausgehend von anderen Größen ermittelt, das heißt berechnet oder aus einem Kennfeld ausgelesen werden.
Überschreitet der Druckwert im Förderraum der Hochdruckpumpe einen Schwellenwert, so wird der Zählerstand entsprechend wie bei der Öffnungsdrucküberschreitung verändert und ausgehend von dem Zählerstand ein Fehlerzustand erkannt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19913477 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffversorgungssystems, das eine Hochdruckpumpe und ein Druckbegrenzungsventil umfasst, dass ermittelt wird, ob ein Betriebszustand vorliegt, indem eine erhöhte Belastung des Druckbegrenzungsventils vorliegt, dass ein Zählerstand verändert wird, wenn der Betriebszustand vorliegt und dass ein Fehlerzustand des Druckbegrenzungsventils erkannt wird, wenn der Zählerstand einen vorgegebenen Wert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein solcher Betriebszustand vorliegt, wenn das Druckbegrenzungsventil möglicher Weise anspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass solcher Betriebszustand vorliegt, wenn ein Druckwert in einem Förderraum der Hochdruckpumpe einen Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ersten Zählerstand ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zweiten Zählerstand ein Sollwert für einen Kraftstoffdruck im Kraftstoffversorgungssystem verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung, ob der Betriebszustand vorliegt, indem ein Druckbegrenzungsventil möglicherweise anspricht, wenigstens eine der Größen Drehzahlen, Last, Kraftstofftemperatur oder Kraftstoffsorte ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen des Betriebszutands, indem ein Druckbegrenzungsventil möglicherweise anspricht, erkannt wird, wenn ein Kraftstoffdruck einen Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffdruck ermittelt wird, bei dem das Druckbegrenzungsventil öffnet.
Computerprogramm, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
Steuergerät, das ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Programmcode zusammen mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Steuergerät ablauffähigen Computerprogramms, wobei der Programmcode das Computerprogramm nach Anspruch 9 ergibt, wenn sie gemäß der Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt werden.