DE102007029808A1

DE102007029808A1 - Verfahren zum Entlüften einer Kraftstoffeinspritzleitung eines direkteinspritzenden Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102007029808A1
Application number: DE102007029808A
Authority: DE
Inventors: Moritz Dr. Martiny; Johann-Georg Ulrich
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-01-08
Also published as: FR2918124B1; FR2918124A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entlüften, insbesondere beim Erststart, einer Kraftstoffeinspritzleitung eines direkteinspritzenden Verbrennungsmotors, bei dem eine Entlüftungsoperation durchgeführt wird. Ein zwischen Kraftstoffeinspritzleitung und einem Zylinder des Verbrennungsmotors angeordnetes Einspritzventil wird länger geöffnet gehalten, als für die Versorgung des Zylinders mit Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzleitung, wenn diese mit Kraftstoff gefüllt ist, erforderlich ist, wobei mindestens teilweise während der Entlüftungsoperation ein Niederdruck in der Kraftstoffeinspritzleitung besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entlüften einer Kraftstoffeinspritzleitung eines direkteinspritzenden Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Motorsteuergerät zum Steuern des Öffnens und Schließen mindestens eines Einspritzventils eines direkteinspritzenden Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.
Um einen Verbrennungsmotor schnell und problemlos starten zu können, muss eine Kraftstoffeinspritzleitung, die Kraftstoff den Zylindern des Verbrennungsmotors zuführt, frei von Luft sein. Dies kann insbesondere dann Probleme aufwerfen, wenn der Motor erstmalig in Betrieb genommen wird oder wenn Wartungs- oder Reparaturarbeiten an dem Kraftstoffversorgungssystem des Motors durchgeführt worden sind, bei denen Luft in die Kraftstoffeinspritzleitung eindringen konnte.
Bei Ottomotoren ältere Bauart war eine Entlüftung der Kraftstoffeinspritzleitung auf einfache Weise dadurch zu realisieren, dass eine zwischen der Kraftstoffeinspritzung und einem Tank angeordnete Pumpe mit einem größeren Durchsatz im Verhältnis zum Kraftstoffverbrauch des Motors betrieben wurde, und so überschüssiger Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzleitung in den Tank zurückströmen konnte. Die Luft, die in der Kraftstoffeinspritzleitung enthalten ist, wurde ebenfalls zusammen mit dem überschüssigen Kraftstoff in den Tank befördert, so dass die Kraftstoffeinspritzleitung nach kurzer Zeit komplett mit Kraftstoff gefüllt war.
Bei einem solchen Kraftstoffsystem mit Rücklauf führt der Rückfluss von Kraftstoff, aus der durch die Nachbarschaft zum Motor erwärmten Kraftstoffeinspritzleitung, in den Tank zu einer Erwärmung des Tankinhaltes und damit zur Entstehung von Kraftstoffdämpfen. Da diese Dämpfe gesundheitsschädlich sind, dürfen sie jedoch nicht in die Umgebung gelangen. Deshalb ist diese Art von Kraftstoffsystem gegenüber einem rücklauffreien Kraftstoffsystem von Nachteil.
Bei einem rücklauffreien Kraftstoffsystem jüngerer Bauart wird der überschüssige Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzleitung nicht in den Tank, sondern unmittelbar an eine Niederdruckseite der Kraftstoffpumpe zurückgeführt. So wird der erwärmte Kraftstoff wieder in die Kraftstoffeinspritzleitung eingespeist und führt nicht zu einer Erwärmung des Tanks. Allerdings kann in der Kraftstoffeinspritzleitung enthaltene Luft nicht mehr ohne weiteres entweichen, da auch sie von der Kraftstoffpumpe erfasst und in die Kraftstoffeinspritzleitung zurückgepumpt wird.
Neu hergestellte Verbrennungsmotoren müssen zu irgendeinem Zeitpunkt auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft und in Betrieb genommen werden. Nach dem Einbau der Motoren in Kraftfahrzeuge sind jedoch die Kraftstoffpumpe, eventuell mehrere Kraftstofffilter, die Leitung innerhalb des Kraftstofftanks, die Kraftstoffleitung zur Kraftstoffverteilerleiste sowie die Einspritzventile noch unbefüllt. In diesem Fall muss innerhalb von kurzer Zeit und an einem gleichen Ort eine Entlüftung der Kraftstoffsysteme einer Vielzahl von Motoren vorgenommen werden. Ein Neufahrzeug muss, wenn der Motorstart nicht innerhalb von wenigen Sekunden gelingt, vom Band geschoben werden, um Störungen der Produktion zu vermeiden.
Aus der DE 10 2004 024 518 A1 ist ein Verfahren zum Starten, vorzugsweise Erststart, eines Verbrennungsmotors mit Saugrohreinspritzung bekannt, wobei eine Entlüftungsoperation durchgeführt wird, indem beim Einschalten der Zündung die Kraftstoffpumpe und mindestens ein Einspritzventil zur Entlüftung eventuell sequentiell aktiviert werden, und mindestens ein Einspritzventil während des Anlassvorgangs des Motors so gesteuert wird, dass sich bei einem entlüfteten Einspritzsystem ein fettes, sicher zündfähiges Gemisch einstellt.
Aus der DE 103 42 116 B4 ist ebenfalls ein Verfahren zum Entlüften einer Kraftstoffeinspritzleitung eines direkteinspritzenden Verbrennungsmotors bekannt, bei dem eine Entlüftungsoperation durchgeführt wird, indem während wenigstens eines Arbeitszyklus des Verbrennungsmotors ein zwischen der Kraftstoffeinspritzleitung und einem Zylinder des Verbrennungsmotors angeordnetes Einspritzventil länger geöffnet gehalten wird als für die Versorgung des Zylinders mit Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzleitung, wenn diese mit Kraftstoff gefüllt ist, erforderlich ist, wobei das Einspritzventil über ein Kurbelwellenwinkelintervall von wenigstens 180° geöffnet gehalten wird.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass ein Anlasser von Beginn an betätigt wird und ein Hochdruckstart versucht wird, was die Öffnungszeiten der Injektoren begrenzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Entlüften einer Kraftstoffeinspritzleitung eines direkteinspritzenden Verbrennungsmotors vorzusehen, wobei die Entlüftung über eine kürzere Zeit durchgeführt wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Motorsteuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß besteht mindestens teilweise während der Entlüftungsoperation ein Niederdruck in der Kraftstoffeinspritzleitung. Durch den Niederdruckbetrieb werden deutlich längere Öffnungszeiten der Injektoren erreicht, was zu einer effizienten Entlüftung des Systems führt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird, während eine Elektrokraftstoffpumpe läuft, aber ein Anlasser nicht betätigt wird, mindestens ein Einspritzventil für eine vorherbestimmte Zeit dauerhaft geöffnet. Ein Anlasser wird erst nach Ablauf einer vorherbestimmten Zeit zugeschaltet und die Ansteuerung des Einspritzventils wird auf normalen Niederdruckstartbetrieb geschaltet, wodurch ebenfalls längere Öffnungszeiten der Injektoren erreicht werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors, an der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird,
2 zeigt eine graphische Darstellung, die einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrensentspricht,
3 zeigt eine graphische Darstellung, die einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrensentspricht,
4 zeigt eine graphische Darstellung, die einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens Entspricht.
In 1 wird ein Blockdiagramm einer rücklauflosen Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors dargestellt, an der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Eine Anzahl von Einspritzventilen 1 ist an eine Kraftstoffverteilerleiste 2 angeschlossen. Die Einspritzventile 1 dienen dazu, unter der Steuerung eines Motorsteuergeräts 3 eine ausreichende Kraftstoffmenge in die Zylinder eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) direkt einzuspritzen. Die 1 zeigt vier Einspritzventile 1 für einen Motor mit vier Zylindern, doch liegt auf der Hand, dass jede beliebige andere Zylinderzahl ebenfalls möglich ist.
Eine Elektrokraftstoffpumpe 12 in der Nähe eines Tanks 7 fördert durch eine Zuleitung 6 in eine sich anschließende Kraftstoffeinspritzleitung 4 Kraftstoff aus dem Tank 7.
Die Kraftstoffeinspritzleitung 4 wird bei normalem Betrieb durch eine Hochdruckkraftstoffpumpe 5 gespeist, die den Kraftstoff in die Einspritzleitung 4 presst. Bei normalem Betrieb herrscht folglich ein Hochdruck in der Kraftstoffeinspritzleitung 4. Eine Überströmleitung 8 erstreckt sich von der Einspritzleitung 4 über eine Drossel oder ein Druckbegrenzungsventil 9 bis zu einer Stelle 8 auf der Niederdruckseite der Pumpe 5, wo sie auf die Zuleitung 6 trifft.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe 5 ist mechanisch an den Motor 10 gekoppelt, im hier betrachteten Fall an eine Nockenwelle (nicht gezeigt), die auch das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile jedes Zylinders steuert, und daher beim normalen Betrieb immer dann pumpt, wenn sich auch der Motor bewegt.
An der Kraftstoffeinspritzleitung 4 ist ein Drucksensor 11 angeordnet, der Messwerte des Druckes p in der Einspritzleitung 4 an das Steuergerät 3 liefert. An das Steuergerät 3 wird ferner die Drehzahl n des Motors weitergegeben.
Bei normalem Betrieb des Motors, legt das Steuergerät 3 anhand der von einem Drehgeber gelieferten Winkel-Messwerte einer Kurbelwelle und einer externen Leistungsanforderung Zeitpunkte fest, an denen die Einspritzventile 1 geöffnet bzw. geschlossen werden, um den einzelnen Zylindern Kraftstoff zuzuteilen. Die Zeitspannen, in denen die Einspritzventile 1 offen sind, machen nur einen geringen Prozentsatz eines Betriebszyklus des Verbrennungsmotors aus. Deswegen wäre eine Vielzahl von Betriebszyklen erforderlich, um bei der ersten Inbetriebnahme eines Motors die zunächst in der Kraftstoffeinspritzleitung 4 und Zuleitung 6 vorhandene Luft zu verdrängen und durch Kraftstoff zu ersetzen. Dieser Vorgang dauert mitunter sehr lange (30 s bis 1 Minute). Das Steuergerät 3 ist daher durch einen von außen zugeführten Befehl in einen speziellen Entlüftungs-Betriebsmodus versetzbar, in welchem die Zeitspannen bzw. Kurbelwellenintervalle, während derer die Einspritzventile 1 offengehalten werden, im Vergleich zum Normalbetriebsmodus verlängert sind. Die Einspritzventile 1 können sogar während mehrere Betriebszyklen offengehalten werden. Wenn mehrere Einspritzventile 1 vorgesehen sind, kann eine selektive und/oder sequentielle Ansteuerung der Einspritzventile vorgesehen werden.
2 zeigt eine graphische Darstellung, die einem ersten Entlüftungs-Betriebsmodus des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht. Hierbei sind der Druck p in der Kraftstoffeinspritzleitung 4, eine Motordrehzahl n und ein Einspritzventilsignal l im Verlauf der Zeit t gezeigt.
In einem ersten Schritt des ersten Entlüftungs-Betriebsmodus läuft die Elektrokraftstoffpumpe mit eingeschalteter Zündung 12, aber ein Anlasser des Motors wird nicht betätigt. Mindestens ein Einspritzventil 1 wird in diesem ersten Schritt, während die Elektrokraftstoffpumpe 12 läuft, für eine applizierbare Zeit t-_Entlüftung (Δt) dauerhaft geöffnet, wobei die Luft aus der Kraftstoffeinspritzleitung 4 und Zuleitung 6 hinaus gepresst wird. In einem zweiten Schritt, nach Ablauf der Zeit t-_Entlüftung (Δt), wird der Anlasser zugeschaltet und die Ansteuerung der Einspritzventile 1 werden auf normalen Niederdruckstartbetrieb geschaltet, wobei ebenfalls längere Öffnungszeiten der Einspritzventile 1 erreicht werden.
Beim ersten Entlüftungs-Betriebsmodus wird deshalb ein Niederdruckstart mit anschließendem Motorbetrieb ebenfalls mit Niederdruck durchgeführt. Niederdruck herrscht in der Kraftstoffeinspritzleitung 4 und der Zuleitung 6, während die Elektrokraftstoffpumpe 12 läuft d. h. der Druck p ist niedriger als beim normalen Hochdruckbetreib. Niederdruck herrscht ebenfalls in dem Zeitraum, kurz nachdem der Anlasser zugeschaltet wird. Danach erfolgt normaler Hochdruckbetrieb, weil der Druck p durch die Hochdruckkraftstoffpumpe 5 erhöht wird.
Die Zeit t-_Entlüftung (Δt), wobei das mindestens eine Einspritzventil 1 dauerhaft geöffnet wird, kann experimentell ermittelt und in dem Steuergerät 3 hinterlegt werden. Die Zeit wird so ermittelt, dass der Kraftstoff bis in die Kraftstoffverteilerleiste 2 vordringt, aber noch nicht aus den Injektoren 1 austritt. Die Zeit t-_Entlüftung (Δt) kann mehrere Betriebszyklus dauern. Anschließend wird auf Normalbetrieb umgeschaltet und der Motor wird gestartet.
3 zeigt eine graphische Darstellung, die einem zweiten Entlüftungs-Betriebsmodus des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht. Der Druck p in der Kraftstoffeinspritzleitung 4, eine Motordrehzahl n und ein Einspritzventilsignal l sind wieder im Verlauf der Zeit t gezeigt.
In dem zweiten Entlüftungs-Betriebsmodus wird mit eingeschalteter Zündung die Elektrokraftstoffpumpe 12 angesteuert. Es stellt sich im gesamten System der Vorförderdruck ein, der auch am Drucksensor 11 der Kraftstoffeinspritzleitung 4 gemessen wird. Die Elektrokraftstoffpumpe 12 wird nun ausgeschaltet und mindestens ein Einspritzventil 1 wird für eine definierte Zeit lang t2 geöffnet, wobei sich der Druck p im Gesamtsystem abbaut 1, was aus der Figur ersichtlich ist. Der Druck p wird durch die Entweichung der Luft durch das mindestens eine Einspritzventil 1 abgebaut. Der Druck p in der Kraftstoffeinspritzleitung 4 und der Zuleitung 6 wird von dem Drucksensor 11 erfasst und die Öffnung des mindestens einen Einspritzventils kann nun beendet werden, wenn eine bestimmte Druckschwelle unterschritten wird. Die Elektrokraftstoffpumpe 12 wird danach wieder eingeschaltet, wobei sich der Vorförderdruck im System wieder aufbaut und die Grenzmarke zwischen Kraftstoff und Luft Richtung Motor wandert. Dieser Vorgang kann automatisiert für eine Zeit t-_Entlüftung (Δt) solange widerholt werden, bis ausreichend Luft aus dem System entwichen ist. Die Anzahl der Zyklen und die Druckschwelle zum Schließen der Ventile kann experimentell oder rechnerisch ermittelt und in dem Steuergerät 3 hinterlegt werden. Anschließend wird wieder auf Normalbetrieb umgeschaltet und der Motor gestartet.
4 zeigt eine graphische Darstellung, die einem dritten Entlüftungs-Betriebsmodus des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht. Der Druck p in der Kraftstoffeinspritzleitung 4, eine Motordrehzahl n und ein Einspritzventilsignal l sind wieder im Verlauf der Zeit t gezeigt.
In dieser Ausführungsform läuft mit eingeschalteter Zündung die Elektrokraftstoffpumpe 12 und der Anlasser wird betätigt. Mindestens ein Einspritzventil 1, vorzugsweise soviele Einspritzventile 1 wie möglich, wird in diesem ersten Schritt, während die Elektrokraftstoffpumpe 12 läuft, für eine Zeit t-_Entlüftung (Δt) dauerhaft geöffnet, wobei die Luft aus der Kraftstoffeinspritzleitung 4 und der Zuleitung 6 hinaus gepresst wird. Die Zeit t-_Entlüftung (Δt) endet, wenn eine vorherbestimmte Drehzahlschwelle erreicht ist. Eine Drehzahlschwelle kann experimentell ermittelt werden, die auf eine erfolgreiche Zündung des Luft/Kraftstoffgemisch hinweist. Die Drehzahlschwelle kann in dem Steuergerät 3 hinterlegt werden, das diesen Betriebsmodus durchführt.
Nach der Zeit t-_Entlüftung (Δt) wird sofort auf normalen Injektorbetrieb umgestellt.
Alle Ausführungsformen gemeinsam ist die Tatsache, dass im wesentlichen ein Niederdruckstart mit anschließendem Motorbetrieb ebenfalls mit Niederdruck durchgeführt wird. Dadurch werden deutlich längere Öffnungszeiten der Einspritzventile 1 erreicht. Die Umschaltung auf Hochdruckbetrieb erfolgt nach einer applizierbaren Zeit oder nachdem ein vorherbestimmter Kraftstoffverbrauch oder eine vorherbestimmte Drehzahlschwelle erreicht wird, so dass mögliche Luftblasen in der noch nicht vollständig entlüfteten Hochdruckpumpe 5 möglichst schnell ohne starke Betriebsstörungen durchlaufen.
Weiterhin kann für eine definierte Zeit nach Erststart mit einem fetteren Gemisch gefahren werden, um eine Steigerung der Einspritzzeiten zu erreichen. Zur weiteren Steigerung der Einspritzzeiten kann alternativ oder zusätzlich für eine definierte Zeit nach Erststart mit einer Wirkungsgradverschlechterung der Verbrennung gefahren werden.
Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Insbesondere im Hinblick auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiele entnimmt ihr der Fachmann, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen in Gestalt und Einzelheiten gemacht werden können, ohne von dem Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung nicht einschränkend sein. Stattdessen soll die Offenbarung der vorliegenden Erfindung den Umfang der Erfindung veranschaulichen, der in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004024518 A1 [0007]
- DE 10342116 B4 [0008]

Claims

Verfahren zum Entlüften, insbesondere beim Erststart, einer Kraftstoffeinspritzleitung (4) eines direkteinspritzenden Verbrennungsmotors, bei dem eine Entlüftungsoperation durchgeführt wird, indem mindestens ein zwischen der Kraftstoffeinspritzleitung (4) und einem Zylinder des Verbrennungsmotors angeordnetes Einspritzventil (1) länger geöffnet gehalten wird, als für die Versorgung des Zylinders mit Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzleitung (4), wenn diese mit Kraftstoff gefüllt ist, erforderlich ist, wobei mindestens teilweise während der Entlüftungsoperation ein Niederdruck in der Kraftstoffeinspritzleitung (4) besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Einspritzventil (1), während eine Elektrokraftstoffpumpe (12) läuft, aber ein Anlasser nicht betätigt wird, für eine vorherbestimmte Zeit (Δt) dauerhaft geöffnet wird, wobei mit anschließender Zuschaltung des Anlassers ebenfalls ein Niederdruck vorherrscht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser erst nach Ablauf der vorherbestimmten Zeit (Δt) zugeschaltet wird und die Ansteuerung des mindestens einen Einspritzventils (1) auf normalen Niederdruckstartbetrieb geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt bei Zündung des Verbrennungsmotors eine Elektrokraftstoffpumpe (12) angesteuert wird, wobei sich der Vorförderdruck in der Kraftstoffeinspritzleitung einstellt, wonach die Elektrokraftstoffpumpe (12) ausgeschaltet wird und das mindestens eine Einspritzventil (1) für eine bestimmte Zeit (t2) geöffnet wird, wobei sich der Druck (p) in der Kraftstoffeinspritzleitung (4) abbaut.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt das mindestens eine Einspritzventil (1) geschlossen wird, wenn eine vorherbestimmte Druckschwelle unterschritten wird, wonach die Elektrokraftstoffpumpe (12) wieder eingeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Schritt automatisiert solange wiederholt werden, bis ausreichend Luft aus dem System entwichen ist, wonach anschließend auf Normalbetrieb umgeschaltet und der Motor gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Betätigung eines Anlassers das mindestens eine Einspritzventil (1) dauerhaft von einem Steuergerät (3) solange geöffnet wird, bis eine Drehzahlschwelle überschritten wird, die auf eine erfolgreiche Zündung eines Luft/Kraftstoffgemisch hinweist, wonach sofort auf normalen Einspritzventilbetrieb umgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine definierte Zeit nach Erststart mit einem fetteren Gemisch gefahren wird, um eine Steigerung der Einspritzzeiten zu erreichen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einspritzventile (1) vorgesehen sind, wobei eine selektive und/oder sequentielle Ansteuerung der Einspritzventile (1) vorgesehen ist.
Motorsteuergerät zum Steuern des Öffnens und Schließen mindestens eines Einspritzventils (1) eines direkteinspritzenden Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass es derart eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.