Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Kraftstoffeinspritzventil zum Einbringen von Kraftstoff in einen

Brennraum der Brennkraftmaschine, das zum Einstellen eines bestimmten

Durchströmungsquerschnitts einer Kraftstoffströmungsverbindung in den Brennraum mit einer bestimmten Stromstärke unter Anwendung einer Pulsweitenmodulation

beaufschlagt wird, wobei die Stromstärke zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert wechselt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.

Die Brennkraftmaschine kann prinzipiell für ein beliebiges Einsatzgebiet ausgelegt sein. Beispielsweise kann sie dem Antrieb eines Kraftfahrzeugs oder eines Nutzfahrzeugs dienen. Insbesondere im Falle von Brennkraftmaschinen mit einem großen Hubraum und einer großen Anzahl an Zylindern, beispielsweise wenigstens acht oder zwölf Zylindern, kann im Speziellen ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antreiben einer

Baumaschine, eines Baugeräts oder dergleichen vorgesehen sein. Alternativ kann die Brennkraftmaschine dem Antreiben eines Wasserfahrzeugs dienen. Die

Brennkraftmaschine ist bevorzugt ein Hubkolbenmotor; selbstverständlich sind jedoch auch andere Bauarten ohne Weiteres realisierbar.

Jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Brennraum zugeordnet, in welchem während des Betriebs der Brennkraftmaschine Kraftstoff und Luft, insbesondere ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, eingebracht wird. Nachfolgend findet eine Verbrennung des Kraftstoffs beziehungsweise des entsprechenden Gemischs statt, wodurch eine Kraft auf einen in dem Zylinder beweglich angeordneten Kolben ausgeübt und mithin ein

Drehmoment an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird. Das Einbringen des Kraftstoffs in den Brennraum erfolgt mithilfe des Kraftstoffeinspritzventils, welches auch als Einspritzdüse bezeichnet werden kann. Beispielsweise verfügt die Brennkraftmaschine über eine Speichereinspritzungsvorrichtung, welche auch als Common-Rail-Einspritzungsvorrichtung bezeichnet werden kann. In diesem Fall ist das Kraftstoffeinspritzventil dieser Speichereinspritzungsvorrichtung zugeordnet, stellt also insoweit ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzventil beziehungsweise einen Common-Rail- Injektor dar.

Zum Freigeben oder Unterbrechen der Kraftstoffströmungsverbindung durch das Kraftstoffeinspritzventil, mithin also zum Einstellen des bestimmten

Durchströmungsquerschnitts der Kraftstoffströmungsverbindung, wird das

Kraftstoffeinspritzventil entsprechend angesteuert, insbesondere mit der bestimmten Stromstärke beaufschlagt. Das Ansteuern kann unter Anwendung einer

Pulsweitenmodulation erfolgen, bei welcher die Stromstärke des durch das

Kraftstoffeinspritzventil fließenden elektrischen Stroms zwischen zwei Werten, beispielsweise zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert, wechselt. Während aufeinanderfolgende Ansteuerzeiträume stets dieselbe zeitliche Dauer aufweisen, wird der Durchströmungsquerschnitt durch die Wahl eines bestimmten Tastgrads beeinflusst. Dieser gibt an, während welchem Anteil des Ansteuerzeitraums das

Kraftstoffeinspritzventil mit dem Maximalwert der Stromstärke beaufschlagt werden soll, wobei während des Rests des Ansteuerzeitraums lediglich der Minimalwert der

Stromstärke an dem Kraftstoffeinspritzventil anliegt. Der Minimalwert ist vorzugsweise Null.

Konstruktionsbedingt weist das Kraftstoffeinspritzventil jedoch in der

Kraftstoffströmungsverbindung des Kraftstoffeinspritzventils wenigstens eine Engstelle, insbesondere in Form eines engen Spalts, auf. In dieser Engstelle können sich

Schmutzpartikel ablagern und Beläge ausbilden. Diese können zu einer Fehlfunktion des Kraftstoffeinspritzventils führen. Der Zylinder, welchem das Kraftstoffeinspritzventil zugeordnet ist, bekommt in diesem Fall keinen Kraftstoff zugeführt beziehungsweise eine geringere Menge Kraftstoff als vorgesehen. Dies führt zu einem Leistungsabfall der Brennkraftmaschine und/oder einem unrunden Motorlauf. Das Kraftstoffeinspritzventil muss in diesem Fall in der Regel ausgetauscht werden.

Aus dem Stand der Technik sind die Druckschriften DE 10 2009 029 656 A1 sowie DE 103 05 178 A1 bekannt. Erstere betrifft eine Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens ein erstes Einspritzventil und ein zweites Einspritzventil, wobei jedes der ersten und zweiten Einspritzventile ausgelegt ist, einen Teilhub oder einen Vollhub auszuführen, und eine Steuereinheit, die ausgelegt ist, die Einspritzventile individuell anzusteuern, sodass das erste Einspritzventil vom Teilhub zum Vollhub umschaltbar ist, um zumindest einmal einen Vollhub auszuführen, wobei dabei das zweite Einspritzventil im Teilhub verbleibt. Die zuletzt genannte Druckschrift zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer

Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches diesen Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere durch Schmutzpartikel und Beläge verursachte Fehlfunktionen und/oder Funktionsbeeinträchtigungen des Kraftstoffeinspritzventils verhindert.

Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die bestimmte Stromstärke während eines

Normalbetriebs der Brennkraftmaschine höchstens gleich einer ersten Stromstärke und während eines Freigabebetriebs gleich einer zweiten, größeren Stromstärke gewählt wird, wobei die erste Stromstärke während des Normalbetriebs konstant ist und dem

Maximalwert der Stromstärke entspricht. Die bestimmte Stromstärke entspricht dabei vorzugsweise dem vorstehend beschriebenen Maximalwert der Stromstärke, welcher bei einer Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils mittels Pulsweitenmodulation zum Einsatz kommt. Während des Normalbetriebs der Brennkraftmaschine, welcher insbesondere einen Dauerbetrieb beziehungsweise Nutzbetrieb der Brennkraftmaschine entspricht, wird die bestimmte Stromstärke derart gewählt, dass sie höchstens gleich der ersten

Stromstärke ist. Die erste Stromstärke ist dabei beispielsweise derart gewählt, dass auch während des Dauerbetriebs der Brennkraftmaschine, also einem Betrieb der

Brennkraftmaschine über einen längeren Zeitraum, keine Beschädigung des

Kraftstoffeinspritzventils, beispielsweise durch Überhitzen oder dergleichen, zu erwarten ist.

Der vorstehend erwähnte Nutzbetrieb entspricht einem Betrieb der Brennkraftmaschine, während welchem die Brennkraftmaschine beispielsweise zum Antreiben einer

Arbeitsmaschine oder dergleichen verwendet wird. Um der vorstehend erläuterten

Problematik der Schmutzpartikel beziehungsweise Beläge zu begegnen, ist jedoch neben dem Normalbetrieb der Freigabebetrieb vorgesehen. Während diesem wird die bestimmte Stromstärke gleich der zweiten Stromstärke gewählt, welche größer ist als die erste Stromstärke. Beispielsweise ist die zweite Stromstärke um mindestens 5 %, mindestens 10 %, mindestens 15 %, mindestens 20 %, mindestens 25 %, mindestens 30 %, mindestens 40 % oder mindestens 50 % größer als die erste Stromstärke. In dem

Freigabebetrieb wird das Kraftstoffeinspritzventil wenigstens einmal mit der der zweiten Stromstärke entsprechenden bestimmten Stromstärke beaufschlagt.

Bedingt durch die größere Stromstärke kann ein Freigeben der durch die Schmutzpartikel beziehungsweise Beläge beeinträchtigten Kraftstoffströmungsverbindung realisiert werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine in dem Kraftstoffeinspritzventil vorliegende Ventilnadel, welche mittels einer Magnetkraft zum Einstellen des bestimmten Durchströmungsquerschnitts verlagerbar ist, durch die Schmutzpartikel beziehungsweise Beläge festgesetzt ist. Die Magnetkraft, welche zum Verlagern der Ventilnadel dient, wird dabei durch das Beaufschlagen des Kraftstoffeinspritzventils mit der bestimmten

Stromstärke erzeugt. Durch die Wahl der zweiten, größeren Stromstärke bei dem

Beaufschlagen des Kraftstoffeinspritzventils wird entsprechend eine größere Magnetkraft erzielt als mit der ersten Stromstärke. Mit dieser kann ein Lösen der Ventilnadel erzielt werden, nach welchem ein einwandfreies Verlagern der Ventilnadel auch in dem

Normalbetrieb mit der ersten Stromstärke ohne Weiteres möglich ist.

Die zweite Stromstärke ist daher vorzugsweise derart gewählt, dass ein Freigeben der Kraftstoffströmungsverbindung beziehungsweise ein Lösen der Ventilnadel erfolgt.

Gleichzeitig ist die zweite Stromstärke jedoch derart gewählt, dass keine Beschädigung des Kraftstoffeinspritzventils während des Freigabebetriebs auftritt. Mit einer derartigen Vorgehensweise kann das durch die Schmutzpartikel beziehungsweise Beläge

beeinträchtigte Kraftstoffeinspritzventil reaktiviert werden. Es weist mithin eine höhere Nutzungsdauer beziehungsweise Lebensdauer auf als Kraftstoffeinspritzventile, die mit bekannten Verfahren angesteuert werden, bei welchen lediglich die erste Stromstärke zum Einsatz kommt. Die erste Stromstärke und die zweite Stromstärke bezeichnen dabei bevorzugt jeweils die größte während einem der Ansteuerzeiträume an dem

Kraftstoffeinspritzventil anliegende Stromstärke.

Dabei ist vorgesehen, dass die erste Stromstärke während des Normalbetriebs konstant gewählt wird. Es ist also nicht vorgesehen, die erste Stromstärke während des

Normalbetriebs zu variieren. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das

Kraftstoffeinspritzventil mittels Pulsweitenmodulation angesprochen wird, wobei der Maximalwert der Stromstärke für diese Pulsweitenmodulation im Normalbetrieb der ersten Stromstärke und in Freigabebetrieb der zweiten Stromstärke entspricht.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Freigabebetrieb vor dem Normalbetrieb, insbesondere bei deaktivierter Brennkraftmaschine, durchgeführt wird. In dem Normalbetrieb wird die erste Stromstärke als bestimmte Stromstärke herangezogen. Entsprechend kann es unter Umständen vorkommen, dass das Kraftstoffeinspritzventil, welches durch die Schmutzpartikel beziehungsweise Beläge beeinträchtigt ist, den bestimmten Durchströmungsquerschnitt nicht einstellen kann, wenn es mit der bestimmten Stromstärke beaufschlagt wird. Aus diesem Grund soll vor dem

Normalbetrieb der Freigabebetrieb durchgeführt werden. In diesem erfolgt ein„Losrütteln" des Kraftstoffeinspritzventils, insbesondere der Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils. Ist dieses Losrütteln erst einmal erfolgt, so kann die Brennkraftmaschine nachfolgend ohne Weiteres und ohne Beeinträchtigungen des Betriebs in dem Normalbetrieb betrieben werden.

Besonders bevorzugt erfolgt der Freigabebetrieb bei deaktivierter Brennkraftmaschine, also in einem Zustand der Brennkraftmaschine, während welchem keine Verbrennung in dem Brennraum vorgenommen wird und/oder der Kraftstoff nicht bei Betriebsdruck vorliegt. Während des Normalbetriebs dagegen wird die Verbrennung von Kraftstoff in dem Brennraum vorgenommen. Ebenso liegt dieser bei seinem Betriebsdruck vor. Der Vorteil an der Durchführung des Freigabebetriebs bei deaktivierter Brennkraftmaschine liegt insbesondere darin, dass das Beaufschlagen des Kraftstoffeinspritzventils mit der bestimmten Stromstärke, hier also der zweiten Stromstärke, beliebig, insbesondere zu beliebigen Zeitpunkten und/oder mit einer beliebigen Dauer, vorgenommen werden kann, ohne auf den Betriebszyklus der Brennkraftmaschine Rücksicht nehmen zu müssen beziehungsweise den Betrieb der Brennkraftmaschine negativ zu beeinflussen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Beaufschlagen des

Kraftstoffeinspritzventils mit der zweiten Stromstärke derart vorgenommen wird, dass eine Ventilnadel aus ihrer Schließstellung zum wenigstens teilweisen Freigeben der

Kraftstoffströmungsverbindung herausverlagert wird. Befindet sich die Ventilnadel in ihrer Schließstellung, so ist mithin die Kraftstoffströmungsverbindung durch das

Kraftstoffeinspritzventil unterbrochen, der Durchströmungsquerschnitt beträgt also gleich Null. Je weiter die Ventilnadel aus der Schließstellung heraus in Richtung einer

Offenstellung verlagert wird, umso größer wird der Durchströmungsquerschnitt, die Kraftstoffströmungsverbindung ist in diesem Fall wenigstens teilweise freigegeben.

Selbstverständlich besteht nun die Möglichkeit, das Beaufschlagen des

Kraftstoffeinspritzventils mit der zweiten Stromstärke mit einer derart kurzen Dauer vorzunehmen, dass die Ventilnadel, insbesondere aufgrund ihrer Massenträgheit, in der Schließstellung verharrt. Dies führt jedoch üblicherweise nicht zu dem gewünschten „Losrütteln". Insoweit wird das Beaufschlagen derart vorgenommen, insbesondere der Zeitraum der Beaufschlagung derart gewählt, dass die Ventilnadel aus der

Schließstellung in Richtung der Offenstellung, bevorzugt bis in diese Offenstellung verlagert wird. Die Offenstellung beschreibt dabei eine Stellung der Ventilnadel, in welcher die Kraftstoffströmungsverbindung vollständig freigegeben ist, der

Durchströmungsquerschnitt also maximal ist.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass während des

Freigabebetriebs das Kraftstoffeinspritzventil wenigstens einmalig, insbesondere mehrfach, über einen bestimmten Zeitraum mit der zweiten Stromstärke beaufschlagt wird. Durch das Beaufschlagen wird insbesondere eine Verlagerung der Ventilnadel bewirkt, welche zu dem gewünschten„Losrütteln" führt. Besonders bevorzugt ist ein mehrfaches Beaufschlagen, wobei die Zeiträume, in welchen das Beaufschlagen erfolgt, zeitlich voneinander beabstandet sind. Diese Beabstandung ist dabei vorzugsweise derart gewählt, dass nach einem Beaufschlagen mit der bestimmten Stromstärke ein

Rückstellen des Kraftstoffeinspritzventils stattfindet, die Ventilnadel also wieder vollständig, beispielsweise aufgrund eines Federkrafteinflusses, in ihre Schließstellung gelangt, bevor das nächste Beaufschlagen des Kraftstoffeinspritzventils über den nächsten bestimmten Zeitraum vorgenommen wird.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Freigabebetrieb bei Auftreten eines auf ein Aktivieren der Brennkraftmaschine gerichteten Aktivierungssignals durchgeführt wird. Nach dem Aktivierungssignal wird das Aktivieren der

Brennkraftmaschine vorgenommen, insbesondere also der Kraftstoff auf den

Kraftstoffbetriebsdruck gebracht und die Verbrennung in dem Brennraum eingeleitet beziehungsweise durchgeführt. Es ist nun vorgesehen, dass vor diesen Maßnahmen der Freigabebetrieb über einen bestimmten Freigabebetriebszeitraum durchgeführt wird. Dies entspricht im Wesentlichen der bereits vorstehend beschriebenen Ausführungsform, gemäß welcher der Freigabebetrieb vor dem Normalbetrieb vorgenommen werden soll, wobei die Brennkraftmaschine während des Freigabebetriebs noch deaktiviert ist.

Beispielsweise werden der Freigabebetrieb unmittelbar nach dem Auftreten des

Aktivierungssignals und das Aktivieren der Brennkraftmaschine unmittelbar nach dem Freigabebetrieb durchgeführt.

Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass der Freigabebetrieb vor dem

Aufbauen eines Kraftstoffbetriebsdrucks durchgeführt wird. Hierauf wurde bereits vorstehend eingegangen. In einer alternativen Ausgestaltung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das Kraftstoffeinspritzventil in dem Freigabebetrieb mit einem Kraftstoffdruck beaufschlagt wird, der dem Kraftstoff betriebsd ruck entspricht. Bei einer derartigen Ausführungsform wird der Freigabebetrieb also durchgeführt, während die Brennkraftmaschine bereits aktiviert ist, insbesondere also der Kraftstoff bei dem

Kraftstoff betriebsd ruck vorliegt. Zusätzlich kann zudem bereits eine Verbrennung in dem Brennraum der Brennkraftmaschine eingeleitet sein beziehungsweise durchgeführt werden.

Bei einer derartigen Ausführungsform muss das Beaufschlagen des

Kraftstoffeinspritzventils mit der zweiten Stromstärke entsprechend eines Betriebszyklus der Brennkraftmaschine vorgenommen werden, um ihren Betrieb nicht zu

beeinträchtigen. Insbesondere muss trotz der größeren, zweiten Stromstärke anstelle der ersten Stromstärke die zur Realisierung des gewünschten Betriebspunkts benötigte Kraftstoffmenge in den Brennraum eingebracht werden. Zu diesem Zweck kann es unter Umständen notwendig sein, den Zeitraum der Beaufschlagung im Vergleich zu dem während des Normalbetriebs verwendeten Zeitraums anzupassen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Stromstärke während des Freigabebetriebs konstant gewählt wird. Es ist also nicht vorgesehen, die zweite

Stromstärke während des Freigabebetriebs zu variieren. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Kraftstoffeinspritzventil mittels Pulsweitenmodulation angesprochen wird, wobei der Maximalwert der Stromstärke für diese Pulsweitenmodulation im Normalbetrieb der ersten Stromstärke und im Freigabebetrieb der zweiten Stromstärke entspricht. Schließlich kann vorgesehen sein, dass als Kraftstoffeinspritzventil ein Common-Rail- Injektor verwendet wird. Derartige Injektoren weisen besonders häufig die eingangs erwähnte Engstelle, beispielsweise in Form eines Spalts oder dergleichen, auf. Daher kommt das Verfahren hier besonders bevorzugt zum Einsatz.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, mit wenigstens einem Kraftstoffeinspritzventil zur Einbringung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, das zum

Einstellen eines bestimmten Durchströmungsquerschnitts einer

Kraftstoffströmungsverbindung in den Brennraum mit einer bestimmten Stromstärke beaufschlagbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass ein Steuergerät der Brennkraftmaschine dazu ausgebildet ist, die bestimmte Stromstärke während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine höchstens gleich einer ersten Stromstärke und während eines Freigabebetriebs gleich einer zweiten, größeren Stromstärke zu wählen. Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits eingegangen. Die Brennkraftmaschine sowie das entsprechende Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten

Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt die einzige

Figur ein Diagramm, in welchem die an einem Kraftstoffeinspritzventil einer

Brennkraftmaschine anliegende Stromstärke über der Zeit aufgetragen ist.

Der einzige in dem Diagramm der Figur dargestellte Verlauf zeigt den Verlauf einer Stromstärke des durch ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine fließenden elektrischen Stroms. Das Kraftstoffeinspritzventil dient dem Einbringen von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine. Es weist dazu eine

Kraftstoffströmungsverbindung in den Brennraum auf, deren Durchströmungsquerschnitt durch Beaufschlagen des Kraftstoffeinspritzventils mit einer bestimmten Stromstärke über eine bestimmte Dauer eingestellt wird. Dabei kann die Brennkraftmaschine in wenigstens zwei verschiedenen Betriebsarten betrieben werden, nämlich einem Normalbetrieb und einem Freigabebetrieb. Während des Normalbetriebs wird die bestimmte Stromstärke, mit welcher das Kraftstoffeinspritzventil beaufschlagt wird, höchstens gleich einer ersten Stromstärke gewählt. In dem Freigabebetrieb dagegen soll für die bestimmte Stromstärke eine zweite Stromstärke verwendet werden, welche größer ist als die erste Stromstärke.

In dem Freigabebetrieb wird das Kraftstoffeinspritzventil wenigstens einmal, bevorzugt jedoch mehrfach, jeweils über einen bestimmten Zeitraum mit der zweiten Stromstärke beaufschlagt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Freigabebetrieb über einen Freigabebetriebszeitraum At _F vorgenommen. Während diesem wird das Kraftstoffeinspritzventil während vier Zeiträumen At _F , At _F2 , At _F3 und At _F4 mit der zweiten Stromstärke l ₂ beaufschlagt. Die während jedes Zeitraums At _F i , At _F2 , At _F3 und At _F verwendete zweite Stromstärke entspricht beispielsweise der jeweils größten in diesen Zeiträumen At _F i , At _F2 , At _F3 und At _F4 auftretenden Stromstärke. Der

Freigabebetriebszeitraum At _F liegt dabei vor einem Zeitpunkt to, in welchem die

Brennkraftmaschine aktiviert wird. Ab diesem Zeitpunkt to wird der Normalbetrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt. Dies ist insbesondere daran zu erkennen, dass das nach dem Freigabebetriebszeitraum At _F folgende Beaufschlagen des

Kraftstoffeinspritzventils mit der ersten Stromstärke \ erfolgt, welche kleiner ist als die zweite Stromstärke l ₂ .