Titel

Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckpumpe, Steuergerät

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffsystem eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Über das Kraftstoffsystem wird der Verbrennungsmotor mit Kraftstoff ver sorgt. Bevor der Kraftstoff einem Brennraum des Verbrennungsmotors zugeführt wird, wird er mit Hilfe der Hochdruckpumpe komprimiert.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Ausführung des erfindungs gemäßen Verfahrens.

Stand der Technik

Verbrennungsmotoren können mit unterschiedlichen Kraftstoffen betrieben werden, beispielsweise mit Benzin oder Dieselkraftstoff. Welcher Kraftstoff einsetzbar ist, hängt von der Art des Verbrennungsmotors ab. Eine Falschbetankung gilt es zum Schutz des Verbrennungsmotors zu vermeiden. Darüber hinaus kann es innerhalb einer Kraft stoffsorte unterschiedliche Kraftstoffqualitäten geben. Da die Qualität des Kraftstoffs ebenfalls Einfluss auf den Betrieb des Verbrennungsmotors sowie des zugehörigen Kraftstoffsystems hat, kann es von Vorteil sein, zusätzlich die Qualität des Kraftstoffs zu kennen.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2015 214 600 Al ist daher bereits ein Verfahren zum Bestimmen von Kraftstoffeigenschaften in einer Hochdruckpumpe bekannt. Bei dem Verfahren wird ein elektrisches Säugventil eingesetzt, das der Befüllung eines Pumpenelementraums der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff dient. Zum Bestimmen der Kraftstoffeigenschaften wird das Schaltverhalten des Säugventils erfasst und ausge- wertet. Die Auswertung erlaubt Rückschlüsse auf die Kraftstoffeigenschaften, insbe sondere auf die Viskosität des jeweiligen Kraftstoffs. Da sich die Schaltelemente des Säugventils im Kraftstoff befinden, hängt die Zeit, die das Säugventil zum Schließen und Öffnen benötigt, von der Viskosität des Kraftstoffs ab. Dieser Zusammenhang wird zur Bestimmung der Kraftstoffqualität genutzt.

Die Viskosität des Kraftstoffs bestimmt zugleich die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs.

Die Schmierfähigkeit eines Kraftstoffs ist für Kraftstoffsysteme relevant, in denen der Kraftstoff zugleich als Schmier- und/oder Kühlmedium, insbesondere zum Schmieren und/oder Kühlen des Triebwerks der Hochdruckpumpe, eingesetzt wird. Der Zulauf von Kraftstoff erfolgt dann in der Regel über den Triebwerksraum der Hochdruckpumpe. Während des Betriebs der Hochdruckpumpe ist somit durch den zulaufenden Kraftstoff eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung sichergestellt. Anders kann es sich bei einem Start des Verbrennungsmotors verhalten, da in diesem Fall in der Regel erst Druck aufgebaut werden muss, der die Ausbildung eines ausreichenden Schmierfilms ermöglicht. Um eine Schädigung des Triebwerks der Hochdruckpumpe zu vermeiden, kann der Start verzögert oder der Betrieb mit Einschränkungen hinsichtlich der maximal zulässigen Drehzahl, des maximal zulässigen Drehmoments oder des maximal zuläs sigen Drucks aufgenommen werden. Die Maßnahmen können jedoch unzureichend sein, wenn die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs gering ist. Ein verzögerter Start steht zudem im Widerspruch zum allgemeinen Kundenwunsch.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Zielkonflikt zwischen Kundenwunsch und notwendigen Komponentenschutz zu lösen. Auf diese Weise soll zugleich eine Steigerung der Lebensdauer einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoff System erreicht werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor geschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens angegeben. Offenbarung der Erfindung

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffsystem eines Verbrennungsmotors wird zur Befüllung eines Pumpenelemen traums der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff ein ansteuerbares elektrisches Säugventil verwendet, über welches der Pumpenelementraum mit einem Zulaufbereich der Hoch druckpumpe verbindbar ist, an den auch ein Triebwerksraum der Hochdruckpumpe an geschlossen ist. Erfindungsgemäß wird bei einem Start des Verbrennungsmotors, ins besondere nach einem Betankungsvorgang, das elektrische Säugventil in Abhängigkeit von der Kraftstoffqualität angesteuert und bei Detektion eines als Schlechtkraftstoff bewerteten Kraftstoffs geschlossen und/oder zumindest temporär geschlossen gehal ten.

Dadurch, dass bei Detektion eines Schlechtkraftstoffs das Säugventil geschlossen und/oder zumindest temporär geschlossen gehalten wird, kann die bis zur Inbetrieb nahme der Hochdruckpumpe verbleibende Zeit zum Aufbau eines ausreichenden Schmierfilms genutzt werden. Auf diese Weise kann eine Schädigung des Triebwerks der Hochdruckpumpe verhindert werden. Wird kein Schlechtkraftstoff detektiert, kann das Säugventil geöffnet und die Hochdruckpumpe - ggf. mit Einschränkungen hinsicht lich Drehzahl, Drehmoment oder Druck - in Betrieb genommen werden. Einem schnel len Start steht dies nicht im Wege. Dieser wird nur bei Detektion eines Schlechtkraft stoffs unterbunden.

Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens kann demnach die Robustheit der Hoch druckpumpe gesteigert werden, insbesondere im Hinblick auf kraftstoffkritische Märkte. Ferner wird dem Kundenwunsch insoweit entsprochen, als ein verzögerter Start die Ausnahme darstellt, nämlich nur dann, wenn die Kraftstoffqualität dies erfordert. Bei ei nem Verbrennungsmotor mit Start- Stopp- Funktion kann ferner die Anzahl von Start- Stopp-Vorgängen erhöht werden, ohne dass Änderungen am Design der Hochdruck pumpe vorgenommen werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass auch gegen einen erhöhten anstehenden Druck in einem Rail des Kraftstoffsystems Start- Stopp-Vorgänge vorgenommen werden können. Des Weiteren kann mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens eine Falschbetankung festgestellt und ggf. der Startvorgang abgebrochen werden. Das Säugventil wird hierzu nicht nur temporär geschlossen gehalten, sondern dauerhaft. Somit wird ein zusätzli cher Schutz gegen eine Falschbetankung geschaffen. Der falsche Kraftstoff ist in die sem Fall - unabhängig von seinen übrigen Kraftstoffeigenschaften - ebenfalls als ein „Schlechtkraftstoff“ für den jeweiligen Verbrennungsmotor anzusehen. Soweit vorlie gend von „Schlechtkraftstoff“ die Rede ist, kann es sich demnach auch um einen Kraft stoff der falschen Sorte handeln.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoffqualität erfasst und ausgewertet wird, wobei mindestens eine Kraftstoffeigen schaft bewertet wird. Auf der Grundlage der Auswertung kann dann die Ansteuerung des elektrischen Säugventils vorgenommen werden. Wird der Kraftstoff als Schlecht kraftstoff bewertet, wird das Säugventil geschlossen bzw. geschlossen gehalten. In al len anderen Fällen öffnet das Säugventil, so dass einem schnellen Start nichts im We ge steht.

Da es das vorrangige Ziel des vorgeschlagenen Verfahrens ist, eine Schädigung der Hochdruckpumpe bei Verwendung eines Schlechtkraftstoffs zu verhindern, stehen bei der Bewertung der Kraftstoffeigenschaften insbesondere solche im Vordergrund, wel che die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs beeinflussen. Vorzugsweise wird daher beim Erfassen und Auswerten der Kraftstoffqualität die Viskosität des Kraftstoffs als Kraft stoffeigenschaft bewertet. Da die Viskosität eines Kraftstoffs temperaturabhängig ist, kann sie - abhängig von den jeweilige Umgebungsbedingungen - variieren. Die Kraft stoffqualität wird daher bevorzugt in regelmäßigen zeitlichen Abständen erfasst und ausgewertet. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoffqualität event-getriggert, beispielsweise nach jedem Tankvorgang, erfasst und ausgewertet wird, um eine mögliche Änderung der Kraftstoffqualität zu erfassen.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zum Erfassen der Kraftstoffqualität das Schalt verhalten des elektrischen Säugventils analysiert wird. Das heißt, dass - analog dem eingangs genannten Stand der Technik - vom Schaltverhalten des Säugventils Rück schlüsse auf die Qualität des Kraftstoffs gezogen werden. Insbesondere kann das Öff- nungs- und/oder Schließverhalten des Säugventils analysiert werden, um hierüber auf die Kraftstoffqualität zu schließen. Denn je niedrigviskoser ein Kraftstoff ist, desto schneller vermag das Säugventil zu öffnen und/oder zu schließen.

Vorteilhafterweise wird das elektrische Säugventil mit Hilfe eines Elektromagneten be tätigt, der zum Schließen und/oder geschlossen Halten des Säugventils bestromt wird. Das heißt, dass das Säugventil bevorzugt als stromlos offenes Ventil ausgeführt ist. Dies ermöglicht eine Notlauffunktion (,,Limp-Home“-Funktion) der Hochdruckpumpe.

Um bei Detektion eines Schlechtkraftstoffs eine Startverzögerung zum Schutz der Hochdruckpumpe zu bewirken, muss demnach der Elektromagnet bestromt bzw. die Bestromung des Elektromagneten aufrechterhalten werden.

Alternativ wird vorgeschlagen, dass bei Detektion eines Schlechtkraftstoffs der Start vorgang abgebrochen wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Qualität des Kraftstoffs als besonders kritisch bewertet wird oder festgestellt wird, dass ein fal scher Kraftstoff getankt wurde. Wie bereits weiter vorne erwähnt, wird unter dem Be griff „Schlechtkraftstoff“ vorliegend auch ein Kraftstoff der falschen Sorte gefasst, da dieser zumindest in Bezug auf den jeweiligen Verbrennungsmotor als Schlechtkraftstoff anzusehen ist.

Ferner wird ein Steuergerät, insbesondere Motorsteuergerät, vorgeschlagen, das dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Das Verfahren kann somit weitgehend automatisiert werden. Insbesondere kann mit Hilfe des Steuergeräts eine Analyse des Schaltverhaltens des Säugventils durchgeführt werden, um hierüber auf die Qualität des Kraftstoffs zu schließen. Im Steuergerät können hierzu Vergleichs werte abgelegt sein, die durch Abgleich die gewünschte Auswertung ermöglichen. Ergibt die Auswertung, dass ein Schlechtkraftstoff, beispielsweise ein sehr niedrigvis koser Kraftstoff, im System vorhanden ist, kann mit Hilfe des Steuergeräts die Ansteue rung des elektrischen Säugventils dahingehend angepasst werden, dass ein Start ver zögert oder sogar abgebrochen wird, um die Hochdruckpumpe zu schützen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hoch druckpumpe mit integriertem elektrischen Säugventil, wobei die Darstellung der Hoch druckpumpe sich im Wesentlichen auf den Bereich des Säugventils beschränkt. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Die in der Figur dargestellte Hochdruckpumpe 1 zur Komprimierung von Kraftstoff weist ein Gehäuseteil 10 mit einer Zylinderbohrung 11 auf, in der ein Pumpenelemen traum 2 ausgebildet ist. Der Pumpenelementraum 2 ist mittels eines ansteuerbaren elektrischen Säugventils 3 mit Kraftstoff aus eine Zulaufbereich 4 befüllbar, der vorlie gend eine ringförmige Zulaufkammer 4.1 und Zulaufbohrungen 4.2 umfasst. Die ring förmige Zulaufkammer 4.1 ist über mindestens eine weitere Bohrung (nicht dargestellt) im Gehäuseteil (10) an einen Triebwerksraum (nicht dargestellt) der Hochdruckpum pe 1 angeschlossen. Der Zulauf von Kraftstoff führt somit über den Triebwerksraum.

Das Säugventil 3 der dargestellten Hochdruckpumpe 1 weist einen hubbeweglichen Ventilstößel 6 auf, der in Richtung eines Ventilsitzes 7, der durch das Gehäuseteil 1 ausgebildet wird, von der Schließkraft einer Schließfeder 8 beaufschlagt ist. Die Schließfeder 8 ist in der Weise angeordnet, dass sie den Ventilstößel 6 in den Ventil sitz 7 zieht. Zur Betätigung des Säugventils 3 ist ein Elektromagnet 5 vorgesehen, mit tels dessen auf einen mit dem Ventilstößel 6 koppelbaren Anker 9 eingewirkt werden kann. Der Anker 9 ist in axialer Richtung über eine Ankerfeder 12 in Richtung des Ven tilstößels 6 vorgespannt. Da die Federkraft der Ankerfeder 12 größer als die Federkraft der Schließfeder 8 ist, hält die starke Ankerfeder 12 das Säugventil 3 bei unbestrom- tem Elektromagnet 5 geöffnet. Wird der Elektromagnet 5 bestromt, baut sich ein Mag netfeld auf, dessen Magnetkraft den Anker 9 nach oben bewegt, so dass die Kopplung des Ankers 9 mit dem Ventilstößel 6 aufgehoben wird und die Schließfeder 8 den Ven tilstößel 6 in den Ventilsitz 7 zieht. Das Säugventil 3 schließt. Wird die Bestromung des Elektromagneten 5 beendet, drückt die starke Ankerfeder 12 den Anker 9 wieder nach unten, so dass der Anker 9 am Ventilstößel 6 anschlägt und diesen aus dem Ventil sitz 7 hebt. Das Säugventil 3 öffnet.

Der mit Hilfe der Hochdruckpumpe 1 komprimierte Kraftstoff wird vorzugsweise einem Hochdruckspeicher, insbesondere Rail, (nicht dargestellt) zugeführt und mit Hilfe min destens eines an den Hochdruckspeicher angeschlossenen Injektors in einen Brenn raum eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) eingespritzt. Bei einem Start des Verbrennungsmotors wird gemäß dem erfindungsgemäßen Ver fahren das Säugventil 3 der Hochdruckpumpe 1 in Abhängigkeit von der jeweiligen Kraftstoffqualität angesteuert. Wird ein Schlechtkraftstoff detektiert, wird das Säugven til 3 in der Weise angesteuert, dass es schließt oder geschlossen gehalten wird, um den Start zu verzögern. Diese Maßnahme dient dem Schutz der Hochdruckpumpe 1.

Denn durch den verzögerten Start kann sich ein ausreichender Schmierfilm aufbauen, so dass eine Schädigung des Triebwerks verhindert wird. Bei Detektion eines Schlechtkraftstoffs wird der Elektromagnet 5 bestromt, so dass die Magnetkraft des Magnetfeldes den Anker 9 nach oben zieht oder oben hält. Nachdem sich ein ausrei- ehender Schmierfilm aufgebaut hat, kann die Bestromung des Elektromagneten 5 be endet werden, um das Säugventil 3 zu öffnen und die Befüllung des Pumpenelemen traums 2 mit Kraftstoff sicherzustellen.