DE102008056892A1 - Kraftstoffzuführvorrichtung, Kraftstoffversorgungssystem und Verfahren zum Steuern eines solchen Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffzuführvorrichtung, Kraftstoffversorgungssystem und Verfahren zum Steuern eines solchen Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Es wird ein Kraftstoffversorgungssystem für eine mit Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoffen betreibbare Brennkraftmaschine (1) angegeben, mit einem Vorratsbehälter (2) für den Alkohol- oder den Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff und einer elektrisch angetriebenen Haupt-Kraftstoffpumpe (3), die den Alkohol- oder den Alkohol/Benzinmischkraftstoff mit einem vorgegebenen Druck (p1) in eine Haupt-Einspritzleiste (6) fördert, welche mindestens ein elektrisch ansteuerbares Einspritzventil (7) zum Zumessen von druckbeaufschlagtem Alkohol oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff zu der Verbrennungsluft versorgt. Es ist eine Kraftstoffzuführvorrichtung zum zusätzlichen Zumessen von Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff während eines Kaltstarts der Brennkraftmaschine (1) vorgesehen, die ebenfalls eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (8) umfasst, die den Alkohol- oder den Alkohol/Benzinmischkraftstoff mit einem gegenüber in der Haupt-Einspritzleiste (6) anliegenden Druck (p1) wesentlich höheren Druck (p2) in eine Einspritzleiste (9) fördert, welche eine der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine (1) entsprechende Anzahl von Injektoren (11) versorgt, wobei die Injektoren (11) jeweils eine elektrische Heizeinrichtung (13) zum Aufheizen des Alkohol- oder des Alkohol/Benzin-Mischkraftstoffs aufweisen und als selbsttätig öffnende Überdruckventile ausgebildet sind, die bei Erreichen des Druckes (p2) den Alkohol- oder den Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff zylinderindividuell in ...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffzuführvorrichtung, ein Kraftstoffversorgungssystem und ein Verfahren zum Steuern eines solchen Kraftstoffversorgungssystems für eine mit Alkohol- oder Alkoholmischkraftstoffen betreibbare Brennkraftmaschine.
  • Es sind Fahrzeuge bekannt, welche mit Alkohol- oder Alkoholmischkraftstoffen, d. h. mit Kraftstoffen mit variablen Alkoholgehalten sowie mit Benzin betrieben werden können. Der Alkohol, z. B. Methanol oder Ethanol im Kraftstoff kann dabei in unterschiedlichen Anteilen im Bereich von 0 bis 100% vorhanden sein. Solche Kraftstoffe bezeichnet man auch als ”Flex Fuel” oder ”Flexibel Fuel” (FF) und die damit betreibbaren Kraftfahrzeuge als Flexibel Fuel Vehicle (FFV). Eine gebräuchliche Alkoholmischung in Europa und den USA ist beispielsweise E85, d. h. 85% Ethanol im Kraftstoff, bei welcher der Benzinanteil folglich 15% beträgt. In Brasilien wird als Kraftstoff auch E100, also reines Ethanol zum Betreiben von Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen angeboten.
  • Flex-Fuel Fahrzeuge bieten also die Möglichkeit, sowohl konventionelles Benzin als auch diese Ethanolkraftstoffe zu tanken, da über einen Sensor oder über die elektronische Motorsteuerung die aktuelle Benzin-Ethanol-Konzentration im Kraftstoff erkannt und entsprechende Parameter zur Steuerung der Brennkraftmaschine adaptiert werden.
  • Der Einsatz von solchen Mischkraftstoffen mit hohem Ethanolgehalt hat den Nachteil, dass sich das Fahrzeug bei niedrigen Temperaturen nur schwer starten lässt, da Ethanol einen relativ hohen Siedepunkt (78°C) und geringen Dampfdruck aufweist, also bei niedrigen Temperaturen sehr schlecht verdampft.
  • Durch die Beimischung von Ethanol verringert sich der Gesamtanteil an leicht-flüchtigen Kraftstoffanteilen und beeinträchtigt die Kaltstartfähigkeit. Die minimale Starttemperatur ohne zusätzliche Kaltstartsysteme beträgt bei Verwendung von E85-Kraftstoff etwa –20°C und bei Verwendung von E100-Kraftstoff etwa +15°C.
  • Da somit ohne besondere Vorkehrungen Kaltstartprobleme auftreten, werden bei Fahrzeugen, die einen Betrieb mit bis zu 100% Ethanol als Kraftstoff zulassen, kleine, fest eingebaute Kraftstoffzusatzbehälter im Motorraum mitgeführt, die eine geringe Menge an Startkraftstoff, z. B. Benzin beinhalten. Zum Starten des Fahrzeuges unterhalb bestimmter Außentemperaturen wird dann das Benzin als Startkraftstoff benutzt oder zusätzlich zu dem Ethanol an zentraler Stelle im Saugrohr eingespritzt, damit ein brennbares Gemisch entsteht. Das Problem hierbei besteht allerdings darin, dass das Kaltstartsystem selten benötigt wird, nur geringe Mengen von Kraftstoff dem zusätzlichen, den Startkraftstoff enthaltenden Behälter entnommen werden und im Laufe der Zeit dieser Startkraftstoff immer schlechter wird. Unter ”schlechter” versteht man in diesem Zusammenhang, dass die leicht flüchtigen Kohlenwasserstoffanteile wie Propan und Butan, durch die hohen Temperaturen im Motorraum während des Betriebes der Brennkraftmaschine und damit des Fahrzeugs, sowie durch das starke Schütteln des Fahrzeugs im Betrieb leicht verdampfen und aus dem Zusatzbehälter entweichen. Die für einen Kaltstart notwendigen Bestandteile sind dann verloren oder zumindest erheblich reduziert. Unter Umständen kann dann kein Kaltstart mehr durchgeführt werden.
  • In den Druckschriften US 4,911,116 A und US 4,646,691 A sind Kraftstoffsysteme für Brennkraftmaschinen eines Kraftfahrzeugs beschrieben, die mit Alkohol betrieben werden und separate Kaltstart-Tanks aufweisen, die Benzin enthalten, das für den Start des Motors verwendet wird. Anschließend, wenn der Motor gestartet worden ist und beginnt warm zu werden, wird statt des Kaltstart-Kraftstoffes der Haupttank mit dem Alko hol enthaltenen Kraftstoff zugeschaltet. Nachteilig ist hierbei, dass beide Tanks eine separate Befüllung erfordern, d. h. Zuführleitungen zur Karosserieaußenseite und separate Tankklappen. Auch muss der Fahrer den Kraftstoffstand in beiden Tanks verfolgen, um sie rechtzeitig nachfüllen zu können. Des Weiteren muss er zwischen zwei separaten Tankstutzen unterscheiden, was bei Nichtbeachtung zu einer Fehlbefüllung der beiden Tanks führen kann.
  • Aus der DE-OS 25 36 432 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die mit Alkohol- und Alkohol-Mischkraftstoffen betreibbar ist und bei welcher in einem eine Hauptgemischbildungseinrichtung umgehenden Nebenansaugkanal eine Kaltstarteinrichtung mit einer elektrisch betriebenen Heizvorrichtung vorgesehen ist. Die nötige Luft für das Kaltstartgemisch wird vom Hauptluftansaugkanal abgezweigt, wobei die Strömungsverbindung durch eine Absperrvorrichtung unterbrochen werden kann. Durch die Aufwärmung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wird die Startfreudigkeit der Brennkraftmaschine bei niedrigen Umgebungstemperaturen verbessert.
  • Aus der JP-A-52 665/1982 ist eine Heizeinrichtung zum Erwärmen einer Einlassleitung bekannt, wobei die Heizeinrichtung nach Maßgabe des Ausgangs eines Alkoholkonzentrationssensors gesteuert wird und bei der die Wärmeerzeugungsmenge der Heizeinrichtung größer wird, wenn die Alkoholkonzentration einen Bezugswert einnimmt oder größer als dieser ist.
  • In der DE 103 51 206 A1 ist ein Einspritzventil, insbesondere zur Kraftstoffeinspritzung in den Ansaugkanal von Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen beschrieben. Es weist ein Ventilgehäuse mit einer Spritzöffnung, einen Kraftstoff-Zulaufkanal und ein auf das Ventilgehäuse auf dessen von der Spritzöffnung abgekehrtem Ende aufgesetztes Heizmodul mit einem am Ventilgehäuse befestigten Modulgehäuse und ein den das Modulgehäuse durchfließenden Kraftstoff aufwärmendes Heizelement auf. Dadurch wird auch bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine der Kraftstoff schnell auf die für eine sehr gute Zer stäubung erforderliche Solltemperatur von z. B. 80°C gebracht. Bei der Einspritzung kann sich unter diesen Bedingungen der sog. Flash-Boiling-Effekt einstellen, bei dem der Kraftstoff spontan verdampft und optimal zerstäubt wird.
  • Des Weiteren ist es bekannt, solche Flex-Fuel Fahrzeuge mit einem Kaltstartsystem in Form einer elektrischen Motorblockheizung auszustatten, welche über Kabel und herkömmliche Steckdosen an das 110 V bzw. 220 V Netz angeschlossen werden. Solche externe, in der Regel als Blockheizer bezeichnete Heizeinrichtungen dienen zur Erwärmung eines Kühlmittels der Brennkraftmaschine bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen und sollen damit das Starten der Brennkraftmaschine erleichtern.
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Kraftstoffzuführvorrichtung, ein Kraftstoffversorgungssystem und ein Verfahren zum Steuern eines solchen Kraftstoffversorgungssystems für eine mit Alkohol- oder Alkoholmischkraftstoffen betreibbare Brennkraftmaschine anzugeben, die bzw. das auch bei sehr hohen Alkoholanteilen im Kraftstoffen einen Start bei niedrigen Temperaturen sicherstellen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Kraftstoffzuführvorrichtung zum Unterstützen eines Kaltstarts einer für den Betrieb mit Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoffen ausgelegten Brennkraftmaschine. Sie umfasst eine Einspritzleiste, in der druckbeaufschlagter Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff für den Kaltstart der Brennkraftmaschine speicherbar ist. Sie umfasst ferner Injektoren, die jeweils eine elektrische Heizeinrichtung zum Beheizen des Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoffs aufweisen und mit der Einspritzleiste in Verbindung stehen, so dass die Injektoren mit dem gespeicherten Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff versorgt werden können. Bevorzugt ist eine der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von Injektoren vorgesehen. Die Injektoren sind als selbsttätig öffnende Überdruckventile ausgebildet, die bei Erreichen eines vorgegebenen Druckes in der Einspritzleiste öffnen und beheizten Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff zylinderindividuell in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zumessen. Diese Kraftstoffzuführvorrichtung kann auch als Teil eines Kaltstartsystems bezeichnet werden.
  • Unter dem Begriff „Kaltstart” ist im Folgenden ein Start der Brennkraftmaschine zu verstehen, bei dem zum sicheren Anspringen der Brennkraftmaschine eine Aktivierung eines Kaltstartsystems nötig ist.
  • Durch eine solche Ausgestaltung der Kraftstoffzuführeinrichtung lassen sich Bedingungen schaffen, die den sogenannten Flash Boiling Effekt verstärken. Unter Flash-Boiling versteht man allgemein die schlagartige Verdampfung einer überhitzten Flüssigkeit bei Druckabsenkung. Gemäß der Erfindung entsteht diese Druckabsenkung bei der Einspritzung in Folge der Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Einspritzleiste und dem Druck im Ansaugtrakt, d. h. dem Druck in den zylinderindividuellen Ansaugrohren. Beim Flash-Boiling verdampft nur ein gewisser Teil des Kraftstoffs, da nur eine gewisse Energie für die Verdampfung zur Verfügung steht. Je höher die Temperatur des Kraftstoffs vor der Einspritzung ist, umso höher ist die darin gespeicherte Energie und somit der verdampfte Anteil.
  • Deshalb soll ein möglichst hoher Anteil an verdampften Kraftstoff vorliegen, da bei Kaltstartbedingungen der Brennkraftmaschine im Wesentlichen nur gasförmiger Kraftstoff im Brennraum gezündet werden kann. Da der Dampfdruck unmittelbar mit dem Siedepunkt zusammenhängt, soll ein möglichst hoher Kraftstoffdruck gewählt werden, um hohe Temperaturen zu erreichen bei gleichzeitiger Verhinderung von Dampfblasenbildung durch verdampfenden Kraftstoff in der Einspritzleiste.
  • Deshalb wird in vorteilhafter Weise der Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff mittels einer elektrischen Kraftstoffpumpe mit einem gegenüber einen herkömmlichen Kanaleinspritzung des Kraftstoffes üblichen Druck wesentlichen höheren Druck in die Einspritzleiste gefördert und dort zusätzlich beheizt.
  • Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, den Kraftstoff bis unmittelbar vor dem Austritt über das Überdruckventil zu beheizen sowie den Verdampfungsanteil des beheizten Kraftstoffes in Folge des hohen Druckes und der hohen Temperatur zu vergrößern.
  • Der Vorteil ist, dass diese Kraftstoffzuführeinrichtung in Flex-Fuel Fahrzeugen unabhängig von der Art des Alkohols, z. B. Ethanol oder Methanol und unabhängig von der Konzentration des Alkohols im Kraftstoff eingesetzt werden kann. Sie bietet gegenüber den bekannten Systemen den Vorteil, dass weder eine externe Stromversorgung wie bei einem Einsatz eines Blockheizers (bei E85-Systemen), noch ein zweiter Startkraftstoff in einem separaten Tank mit den bekannten Befüllungsproblemen bei E100-Systemen mitgeführt werden muss
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Beheizung des Kraftstoffes zu geringeren Einspritzmengen führen kann, denn durch den hohen Anteil an dampfförmigen Kraftstoff verringern sich der (auskondensierte) flüssige Kraftstoffteil an den Ansaugkanalwänden und der notwendige Wandfilmmenge im Start. Folglich reduzieren sich die kritischen HC Emissionen während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine.
  • Durch die Verwendung selbstöffnender Überdruckventile (sogenannte Pop-up valves) als Einspritzelemente für den Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff ergibt sich eine sehr kostengünstige Vorrichtung mit hoher Ausfallsicherheit.
  • In konstruktiver Hinsicht ermöglicht dies den Einschub der Heizeinrichtung bis kurz vor die Einspritzöffnung und damit eine Beheizung des Kraftstoffes bis hin zur Spitze des Injektors.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die einzelnen Heizeinrichtungen für die Injektoren in unmittelbarer Nähe der Einspritzöffnungen der Injektoren angeordnet.
  • Besonders einfach lässt sich die Heizeinrichtung anordnen, wenn sie als elektrische Widerstandsheizung ausgeführt ist und beispielsweise als einfache Drahtwendel oder als Plättchen in Form eines PTC-Elementes realisiert ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist am druckseitigen Eingang der Einspritzleiste ein Rückschlagventil angeordnet ist, welches einen Druckabbau in der Einspritzleiste bei abgeschalteter Kraftstoffpumpe verhindert. Das hat den Vorteil, dass schon vor dem eigentlichen Start der Brennkraftmaschine druckbeaufschlagter Kraftstoff in der Einspritzleiste vorliegt und damit die Startzeit verkürzt werden kann.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Kraftstoffversorgungssystem für eine mit Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoffen betreibbare Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffzuführvorrichtung zum Unterstützen eines Kaltstarts, mit einem Vorratsbehälter für den Alkohol- oder den Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff und einer elektrisch angetriebenen Haupt-Kraftstoffpumpe, die den Alkohol- oder den Alkohol/Benzinmischkraftstoff mit einem vorgegebenen Druck in eine Haupt-Einspritzleiste fördert, welche mindestens ein elektrisch ansteuerbares Einspritzventil zum Zumessen von druckbeaufschlagtem Alkohol oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff zu der Verbrennungsluft versorgt. Es ist eine Kraftstoffzuführvorrichtung zum zusätzlichen Zumessen von Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff während eines Kaltstarts der Brennkraftmaschine vorgesehen, die eine elekt risch angetriebene Kraftstoffpumpe umfasst, die den Alkohol- oder den Alkohol/Benzinmischkraftstoff mit einem gegenüber in der Haupt-Einspritzleiste anliegenden Druck wesentlich höheren Druck in eine Einspritzleiste fördert, welche Injektoren versorgt, wobei die Injektoren eine elektrische Heizeinrichtung zum Aufheizen des Alkohol- oder des Alkohol/Benzin-Mischkraftstoffs aufweisen und als selbsttätig öffnende Überdruckventile ausgebildet sind, die bei Erreichen des Druckes den Alkohol- oder den Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zumessen. Diese Überdruckventile können beispielsweise als einfache, federbelastete Rückschlagventile realisiert sein. Bevorzugt ist eine der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von Injektoren vorgesehen, so dass der Kraftstoff zylinderindividuell zugemessen werden kann.
  • Nach weiteren Ausgestaltungen dieses Aspekts ist die Saugseite der Kraftstoffpumpe der Kraftstoffzuführvorrichtung mit der Druckseite der Haupt-Kraftstoffpumpe hydraulisch gekoppelt ist. Dadurch ergeben sich einerseits kurze Verbindungsleitungen und anderseits muss die Kraftstoffpumpe der Kraftstoffzuführvorrichtung nur eine kleinere Druckdifferenz erzeugen, was eine schnellere Befüllung der Einspritzleiste ermöglicht und der für die Verdampfung hohe Druck schnell erzeugt werden kann.
  • Gemäß einem dritten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zum Steuern eines Kraftstoffversorgungssystems gemäß Anspruch 6 wobei gemäß dem Verfahren bei Vorliegen eines Signals, welches einen bevorstehenden Start der Brennkraftmaschine vermuten lässt, die Haupt-Kraftstoffpumpe des Kraftstoffversorgungssystems aktiviert wird, bei Erfülltsein mindestens einer Kaltstartbedingung für die Brennkraftmaschine auf einen Kaltstart geschlossen wird und die Heizeinrichtungen der Kraftstoffzuführeinrichtung aktiviert werden und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer und bei Vorliegen eines weiteren Signals, welches den vermuteten bevor stehenden Start der Brennkraftmaschine bestätigt, die Kraftstoffpumpe der Kraftstoffzuführvorrichtung derart angesteuert wird, dass der Druck in der Einspritzleiste den Öffnungsdruck der Injektoren erreicht.
  • Durch Auswerten der beiden genannten Signale kann eine Vorlaufphase für die Haupt-Kraftstoffpumpe des Kraftstoffversorgungssystems und die Heizeinrichtung der Kraftstoffzuführeinrichtung eingeleitet werden, was dazu beiträgt, dass der Startvorgang der Brennkraftmaschine sehr schnell ablaufen kann und ein sicherer Kaltstart gewährleistet ist.
  • Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Kraftstoffpumpe der Kraftstoffzuführvorrichtung während des Kaltstarts der Brennkraftmaschine getaktet angesteuert und die Taktung mit der Ansteuerung des mindestens einen Einspritzventils der Kraftstoffversorgungssystems synchronisiert.
  • Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Anschlusspin an der Steuerungseinrichtung zur separaten Ansteuerung der Kraftstoffpumpe nötig ist und nur dann Startkraftstoff über die Injektoren zugemessen wird, wenn auch die Einspritzventile Kraftstoff einspritzen.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird nach Ansteuerung der Kraftstoffpumpe der Kraftstoffzuführvorrichtung laufend überwacht, ob der Startvorgang der Brennkraftmaschine erfolgreich war und ein Betrieb ohne Kaltstartsystem möglich ist. Die Kraftstoffpumpe der Kraftstoffzuführvorrichtung und die Heizeinrichtungen werden nach Gewährleistung eines möglichen Betriebes der Brennkraftmaschine ohne Kaltstartsystem abgeschaltet.
  • Dadurch kann einerseits Kraftstoff eingespart und anderseits die Belastung der die Heizeinrichtung versorgenden Spannungsquelle reduziert werden.
  • Eine recht einfache Möglichkeit zur Überwachung eines erfolgreichen Kaltstarts der Brennkraftmaschine ergibt sich, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine während des Startvorgangs laufend überwacht wird und bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes auf einen erfolgreichen Kaltstart geschlossen wird.
  • Nach weiteren Ausgestaltungen des Verfahrens wird als Kriterium, ob ein Kaltstart vorliegt oder nicht, eine die Temperatur der Brennkraftmaschine repräsentierende Größe und die Alkoholkonzentration im Kraftstoff zum Zeitpunkt des vermuteten bevorstehenden Starts der Brennkraftmaschine herangezogen, wobei insbesondere in einem Kennfeld der Steuerungseinrichtung für die Brennkraftmaschine abhängig von möglichen Konstellationen aus der die Temperatur der Brennkraftmaschine repräsentierende Größe und der Alkoholkonzentration des Kraftstoffes ein Indikator abgelegt ist, der angibt, ob ein ob ein Kaltstart vorliegt oder nicht.
  • Da die Eingangsgrößen dieses Kennfeldes auf einfache Weise mit herkömmlichen Sensoren gemessen oder mittels Modelle aus anderen bekannten Größen berechnet werden können, kann sehr leicht festgestellt werden, ob eine Anforderung eines Kaltstarts mit Zusatzsystem vorliegt und weitere Maßnahmen eingeleitet werden müssen oder ob ein herkömmlicher Start der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann.
  • Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Beschreibung des Ausführungsbeispiels, das im Folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert wird. Es zeigen:
  • 1 in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit zugehöriger Steuerungseinrichtung und
  • 2 ein Verfahren zur Steuerung der Brennkraftmaschine in Form eines Ablaufdiagrammes.
  • In der 1 ist in schematischer Darstellung eine für sowohl mit Benzin oder mit Ethanol, als auch mit beliebigen Mischungsverhältnis dieser Kraftstoffe (Flex Fuel) bezeichnet, betreibbare Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeuges gezeigt. Solche Fahrzeuge werden als Flexible Fuel Vehicle (FFV) oder als Variable Fuel Vehicles (VFV) bezeichnet. In dieser Figur sind nur die für das Verständnis der Erfindung nötigen Komponenten dargestellt. Insbesondere sind der Ansaugtrakt, der Abgastrakt mit der Abgasnachbehandlungsanlage und die für die Zündung des Kraftstoff-/Luftgemisches nötige Zündeinrichtung, sowie die Starteinrichtung zum Anlassen der Brennkraftmaschine 1 weggelassen. Die Erfindung wird anhand einer Brennkraftmaschine mit 4 Zylindern erläutert, sie ist aber auch für Brennkraftmaschinen mit anderer Zylinderanzahl anwendbar und zwar unabhängig von der Art des Motorenkonzeptes, z. B. Viertakt-Ottomotor, Zweitaktmotor oder Drehkolbenmotor.
  • Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über ein Kraftstoffversorgungssystem, welches einen Kraftstoff-Vorratsbehälter 2 und eine elektrisch angetriebene Haupt-Kraftstoffpumpe 3 aufweist. Die Haupt-Kraftstoffpumpe 3 ist saugseitig über eine Versorgungsleitung 4 mit dem Kraftstoff-Vorratsbehälter 2 und druckseitig über eine Druckleitung 5 mit einer Haupt-Einspritzleiste (Verteilerleiste) 6 verbunden, so dass bei Bedarf Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Vorratsbehälter 2 in die Haupt-Einspritzleiste 6 gefördert wird.
  • Wenn im Folgenden der Ausdruck Kraftstoff verwendet wird, so ist damit ein Kraftstoff gemeint, der entweder aus reinem Benzin, aus einem Gemisch beliebiger Anteile aus Benzin und Ethanol oder aus reinem Ethanol besteht.
  • Die Haupt-Einspritzleiste 6 dient als gemeinsamer Kraftstoffspeicher für Einspritzventile 7. Bei einer sogenannten Kanaleinspritzung sind entsprechend der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine 1 individuelle Ansaugkanäle, auch als Einzelsaugrohre bezeichnet, vorgesehen, denen jeweils ein eigenes Einspritzventil 7 zum mengen- und zeitgesteuerten Zumessen des Kraftstoffes zugeordnet ist. Als Einspritzventile 7 können dabei aus dem Stand der Technik bekannte Einspritzventile beliebiger Art herangezogen werden, wie sie beispielsweise aus der Einspritztechnik für Benzinbetrieb im Einsatz sind. Insbesondere sind hierfür sowohl elektromagnetisch angetriebene als auch mit einem Piezoaktor versehene Einspritzventile geeignet.
  • Zur Einstellung eines konstanten Druckes p1 in der Haupt-Einspritzleiste 6 – bei einer Kanaleinspritzung des Kraftstoffes beispielsweise 4 bar –, ist der Haupt-Kraftstoffpumpe 3 auf seiner Druckseite ein nicht dargestellter Druckregler zugeordnet, der im Bedarfsfall überschüssigen Kraftstoff über eine ebenfalls nicht gezeigte Rückführleitung in den Kraftstoff-Vorratsbehälter 2 zurückführt.
  • Ferner kann die Haupt-Kraftstoffpumpe 3 auch als sogenannte intank-Pumpe innerhalb des Kraftstoff-Vorratsbehälters 2 angeordnet sein. Ebenso können ein Grobfilter stromaufwärts und ein Feinfilter stromabwärts der Kraftstoffpumpe 3 abgeordnet sein.
  • Zum Ermitteln der Ethanolkonzentration im Kraftstoff ist ein Alkoholkonzentrationssensor 12 vorgesehen, der in diesem Ausführungsbeispiel in der Druckleitung 5 der Haupt-Kraftstoffpumpe 3 angeordnet ist. Dieser Alkoholkonzentrationssensor 12 kann aber auch an einer beliebigen Stelle innerhalb des Kraftstoffkreislaufes der Brennkraftmaschine 1 angeordnet sein.
  • Alternativ kann die Ethanolkonzentration auch mittels Modellbildung aus Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 1, also aus bereits vorliegenden Messgrößen, beispielsweise durch Heranziehen des Signals einer im Abgastrakt der Brennkraftmaschine 1 angeordneten Lambdasonde, ermittelt werden.
  • Um einen Start der Brennkraftmaschine 1 bei Betrieb mit einem Kraftstoff mit hohem Ethanolgehalt auch bei niedrigen Temperaturen sicher zu gewährleisten, weist das Kraftstoffversorgungssystem eine Kraftstoffzuführeinrichtung, auch als Kaltstartsystem bezeichnet, auf. Sie umfasst ebenfalls eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe 8 und eine Einspritzleiste (Verteilerleiste) 9 mit zugeordneten Injektoren 11.
  • Die Saugseite dieser Kraftstoffpumpe 8 ist an die Druckleitung 5 angeschlossen, also mit dem Ausgang der Haupt-Kraftstoffpumpe 3 hydraulisch verbunden, während die Druckseite dieser Kraftstoffpumpe 8 über eine weitere Druckleitung 10 mit der Einspritzleiste 9 in Verbindung steht, so dass bei Bedarf, insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 Kraftstoff in die Einspritzleiste 9 gefördert wird.
  • Die Kraftstoffpumpe 8 erzeugt einen, gegenüber der Haupt-Kraftstoffpumpe 3 deutlich höheren Druck p2. Falls die Haupt-Kraftstoffpumpe 3, wie oben abgegeben beispielsweise ca. 4 bar Druck erzeugt, so erzeugt die Kraftstoffpumpe 8 beispielsweise einen Druck von 8 bar.
  • Die Einspritzleiste 9 dient als gemeinsamer Kraftstoffspeicher für daran angeschlossene Injektoren 11. Die Anzahl der Injektoren 11 entspricht dabei in bevorzugter Weise der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine 1, wobei jedem individuellen Ansaugkanal, auch als Einzelsaugrohr der Brennkraftmaschine bezeichnet, je ein Injektor 11 zugeordnet ist. Die Injektoren 11 sind als selbstöffnende Überdruckventile ausgebildet. Vorzugsweise kommen als Überdruckventile 11 federbelastete Rückschlagventile zum Einsatz, bei denen das Schließelement in einer Richtung durch eine Feder geschlossen, in der anderen Richtung dagegen vom strömenden Kraftstoff freigegeben wird. Wird in Durchlassrichtung ein Druck p2 erreicht, der die Kraft der Rückstellfeder überwinden kann, in dem Ausführungsbeispiel also 8 bar, so wird das Schließelement (Kugel, Kegel, Klappe etc.) vom Sitz abgehoben und der Durchfluss des Kraftstoffes wird freigegeben.
  • Die Injektoren 11 weisen elektrische Heizelemente 13 auf, die vorzugsweise in der Nähe der Einspritzöffnung der Injektoren 11 angeordnet sind, so dass eine Beheizung des Kraftstoffes bis nahe an den Austrittsbereich erfolgen kann. Besonders geeignete Heizelemente 13 hierfür bestehen aus Materialien, deren elektrischer Widerstand mit steigender Temperatur größer wird (PCT-Widerstände), also der selbstregelnde Effekt dieser Elemente bei der Beheizung genutzt werden kann.
  • Die elektrischen Heizelemente 13 sind über nicht näher bezeichnete Leitungen, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Leistungsschalters 20 mit einer Spannungsquelle 21 verbunden, in der Regel mit dem im Fahrzeug ohnehin vorhandenen Akkumulator zur Speisung des Bordnetzes.
  • Um einen Druckabbau in der Einspritzleiste 9 bei abgeschalteter Kraftstoffpumpe 8 zu verhindern, ist am Eingang der Einspritzleiste 9, an dem die Druckleitung 10 angeschlossen ist, ein Rückschlagventil 14 vorgesehen.
  • Da die Einspritzleiste 9 ein nur die zum Starten der Brennkraftmaschine bei tiefen Temperaturen und einem hohen Ethanolanteil im Kraftstoff benötigte Menge an Kraftstoff speichern muss, kann deren Volumen deutlich kleiner gewählt werden, als das Volumen für die Haupt-Einspritzleiste 6.
  • Zum Steuern und Regeln der Brennkraftmaschine 1 ist eine Steuereinrichtung (ECU, Electronic Control Unit) 15 vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 15 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
  • Die Sensoren sind beispielsweise ein Lastsensor 16 (Luftmassenmesser oder Saugrohrdrucksensor), der die Last L der Brennkraftmaschine erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 17, der einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet wird, ein Temperatursensor 18, der eine Temperatur des Kühlmittels TCO der Brennkraftmaschine 1 erfasst, ein Temperatursensor 19, der die Ansauglufttemperatur oder die Umgebungstemperatur TIA erfasst und der Alkoholkonzentrationssensor 12. Alternativ oder zusätzlich zu dem Kühlmitteltemperatursensor 18 kann ein Temperatursensor vorgesehen sein, der direkt an dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist und der ein der Temperatur des Zylinderkopfes entsprechendes Signal abgibt.
  • Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein, deren Signale in der Figur allgemein mit dem Bezugszeichen ES abgedeutet sind.
  • Insbesondere ermittelt die Steuerungseinrichtung 15 in Abhängigkeit des Lastsignals L und der Drehzahl N unter Berücksichtigung der Zusammensetzung des Kraftstoffes den passenden Zündzeitpunkt und die Einspritzzeitdauer.
  • Zum Einleiten einer Vorlaufphase für die Haupt-Kraftstoffpumpe 3 und der elektrischen Heizeinrichtung 13 ist eine Auslösevorrichtung 22 vorgesehen, bei deren Aktivierung ein Signal S1 an die Steuerungseinrichtung 15 abgegeben wird und zwar noch vor dem Betätigen eines Zünd-/Anlassschalters 26 oder Startknopfes der Brennkraftmaschine 1 und dadurch schon ein Druckaufbau durch die Haupt-Kraftstoffpumpe 3 erfolgt und bei Erfülltsein einer oder mehrerer Kaltstartbedingungen eine Beheizung der Injektoren 11 initiiert wird. Des Weiteren wird mit dem Signal S1 dieser Auslösevorrichtung 22 die Steuerungseinrichtung 15 aktiviert, so dass bereits zu diesem Zeitpunkt die Informationen über die genannten Temperaturen und die Ethanolkonzentration vorliegen, anhand derer dann entschieden wird, ob der bevorstehende Start der Brennkraftmaschine 1 ein Kaltstart ist.
  • Die Auslösevorrichtung 22 ist bevorzugt als elektrischer Schalter ausgebildet, bei dessen Schließen die Kraftstoffpumpe 3 und bei Bedarf die elektrische Heizeinrichtung 13 mit Strom versorgt wird. Der Schaltvorgang kann hierbei beispielsweise durch Betätigen eines Türkontaktes durch Öffnen der Fahrzeugtüre, einer Fernbedienung, einer Zentralverriegelung der Brennkraftmaschine 1 oder durch Erkennen einer Sitzbelegung des Fahrersitzes oder dergleichen erkannt werden.
  • Die Stellglieder sind beispielsweise eine Drosselklappe im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 1, eine Zündkerze zum Zünden des Kraftstoff-Luftgemisches, die beiden Kraftstoffpumpen 3, 8, die Einspritzventile 7, der Leistungsschalter 20 und die elektrische Heizeinrichtung 13. Signale für weitere Stellglieder, die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nötig, aber nicht explizit dargestellt sind, sind in der Figur allgemein mit dem Bezugszeichen AS gekennzeichnet.
  • In der Steuerungseinrichtung 15 sind mehrere, kennfeldbasierte Motorsteuerungsfunktionen softwaremäßig in einem Programmspeicher 24 implementiert. Insbesondere ist in der Steuerungseinrichtung 15 ein Steuerverfahren implementiert, mit dem die Brennkraftmaschine 1 auch bei sehr hohen Ethanolanteilen im Kraftstoff und niedrigen Temperaturen sicher gestartet werden kann. Des Weiteren ist der Steuerungseinrichtung 15 ein Datenspeicher 23 zugeordnet, in dem mehrere Kennfelder KF1, KF2 und mehrere Schwellenwerte SW1 bis SW3 gespeichert sind, deren Bedeutung anhand der Beschreibung der 2 noch näher erläutert wird. Ferner ist in der Steuerungseinrichtung 15 ein Timer 25 implementiert, dessen Funktion ebenfalls anhand der Beschreibung der 2 noch näher erläutert wird.
  • Ein Programm zum Steuern einer mit Ethanol oder Ethanolmischkraftstoffen betreibbaren Brennkraftmaschine ist im Folgenden anhand der 2 in Form eines Ablaufdiagramms näher erläutert.
  • Das Verfahren wird in einem Schritt S1 gestartet. In einem Schritt S2 wird überprüft, ob ein Signal erkannt wird, welches einen bevorstehenden Start der Brennkraftmaschine 1 (Startanforderung) vermuten lässt. Hierzu wird das Signal S1 der Auslösevorrichtung 22 (1) herangezogen. Die Auslösevorrichtung 22 ist bevorzugt als elektrischer Schalter ausgebildet, bei dessen Schließen das Signal S1 an die Steuerungseinrichtung 15 abgegeben wird. Als Anzeichen oder Indiz für einen bevorstehenden Start der Brennkraftmaschine kann das Betätigen eines Türkontaktes durch Öffnen der Fahrzeugtüre, das Betätigen einer Fernbedienung, einer Zentralverriegelung der Brennkraftmaschine 1, das Signal eines Innenraumsensors oder das Erkennen einer Sitzbelegung des Fahrersitzes oder dergleichen herangezogen werden.
  • Wird kein Signal S1 für einen bevorstehenden vermuteten Start der Brennkraftmaschine 1 erkannt, so wird die Abfrage in Schritt S2 solange wiederholt bis sie ein positives Ergebnis liefert.
  • Ergibt die Abfrage in Schritt S2, dass ein Signal S1 für einen bevorstehenden vermuteten Start der Brennkraftmaschine 1 vorliegt, so wird in Schritt S3 die Steuerungseinrichtung 15 aktiviert, d. h. von einem Ruhemodus in den Betriebsmodus versetzt und die Haupt-Kraftstoffpumpe 3 aktiviert, so dass bereits zu diesem Zeitpunkt in der Einspritzleiste 6 Druck aufgebaut wird. Außerdem wird der in der Steuerungseinrichtung 15 implementierte Timer 25 gestartet.
  • In einem Schritt S4 wird überprüft, ob ein sogenannter Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 vorliegt, welcher das Aktivieren eines zusätzlichen Kaltstartsystems erfordert. Da wie eingangs bereits erwähnt, die Kaltstartfähigkeit der Brenn kraftmaschine 1 von der zum Startzeitpunkt herrschenden Temperatur der Brennkraftmaschine 1 und vom Ethanolanteil im Kraftstoff abhängt, wird die Kühlmitteltemperatur TCO mittels des Temperatursensors 18 und die Ethanolkonzentration ALK im Kraftstoff mittels des Alkoholkonzentrationssensors 12 erfasst. Diese beiden Werte sind Eingangsgrößen für das in dem Datenspeicher 23 hinterlegte Kennfeld KF1. In dem Kennfeld KF1 sind für alle möglichen Konstellationen aus Kühlmitteltemperatur TCO und Ethanolkonzentration ALK je eine digitale Information, z. B. in Form eines Flags oder Indikators abgelegt, der angibt, ob ein Kaltstart vorliegt und zusätzliche Maßnahmen zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens eingeleitet werden müssen oder nicht. Beispielsweise müssen bei einer Kühlmitteltemperatur TCO von –5°C und einer Ethanolkonzentration ALK von 85% keine zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, d. h. die Brennkraftmaschine kann in der herkömmlichen Weise gestartet werden, während bei einer Kühlmitteltemperatur TCO von –5°C und einer Ethanolkonzentration ALK von 100% die Brennkraftmaschine ohne zusätzliche Kaltstartmaßnahmen nicht mehr gestartet werden kann.
  • Die Bedatung des Kennfeldes KF1 erfolgt mittels Versuche auf dem Prüfstand durch Variation der Temperaturen und der Ethanolkonzentration im Kraftstoff und anschließend durchgeführter Startvorgänge.
  • Ein die Temperatur der Brennkraftmaschine 1 zum Zeitpunkt des Starts repräsentierende Größe kann auch von einem Sensor erhalten werden, der nicht die Kühlmitteltemperatur TCO erfasst, sondern direkt am oder im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 angebracht ist oder mittels eines Sensors, welcher die Ansauglufttemperatur oder die Umgebungslufttemperatur erfasst, wobei in den beiden zu letzt genannten Fällen die Abstellzeit zwischen dem letzten Betrieb der Brennkraftmaschine 1 und dem Start noch berücksichtigt werden muss.
  • Des Weiteren ist es möglich, die Ethanolkonzentration ALK nicht mittels eines Sensors zu ermitteln, sondern diesen Wert über einen sogenannten virtuellen Sensor anhand bereits vorliegender Messgrößen durch einen Software-Algorithmus zu modellieren.
  • Ergibt die Abfrage in Schritt S4, dass kein Kaltstart vorliegt, so wird in einem Schritt S5 überprüft, ob eine vorgegebene maximale Zeitdauer SW1 seit dem Erkennen des einen bevorstehenden vermuteten Start der Brennkraftmaschine 1 anzeigenden Signals S1 (Schritt S2) abgelaufen ist. Ist diese Zeit noch nicht abgelaufen, d. h. ist der aktuelle Wert des Timers 25 noch kleiner als der Wert der maximalen Zeitdauer SW1, so wird die Abfrage wiederholt. Wird jedoch festgestellt, dass die maximale Zeitdauer SW1 abgelaufen ist, so wird das Verfahren mit dem Schritt S6 fortgesetzt.
  • In dem Schritt S6 wird überprüft, ob ein weiteres Signal S2 erkannt wird, welches den im Schritt S2 vermuteten bevorstehenden Start der Brennkraftmaschine 1 bestätigt. Hierzu kann beispielsweise ein Signal dienen, das beim Drehen des Zünd-/Anlassschalters 26 oder beim Drücken des Starterknopfes zum Aktivieren des Anlassers der Brennkraftmaschine 1 erzeugt wird. Wird kein solches Signal S2 innerhalb der maximalen Zeitdauer SW1 erkannt, so wird davon ausgegangen, dass die Brennkraftmaschine 1 nicht gestartet werden soll und deshalb wird in dem Schritt S7 die Haupt-Kraftstoffpumpe 3 wieder ausgeschaltet und der Wert des Timers 25 zurückgesetzt. Anschließend beginnt das Verfahren wieder mit Schritt S2 von neuem.
  • Wird dagegen ein solches Signal S2 innerhalb der maximalen Zeitdauer SW1 erkannt, so wird in dem Schritt S8 ein „herkömmlicher Start” der Brennkraftmaschine 1 eingeleitet. Unter „herkömmlichen Start” ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass Bedingungen vorliegen, die einen Start der Brennkraftmaschine 1 erlauben, ohne dass zusätzliche Kaltstartmaßnahmen ergriffen werden müssen. Der zur Verbrennung nötige Kraftstoff wird durch die Haupt-Kraftstoffpumpe 3 in die Haupt-Einspritzleiste 6 gefördert und allein durch die daran abgeschlossenen Einspritzventile 7 (1) zugemessen. Mit dem Schritt S16 wird das Verfahren beendet.
  • Ergibt die Abfrage in Schritt S4, dass ein Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 vorliegt, so wird in dem Schritt S9 die elektrische Heizeinrichtung 13 der Injektoren 11 aktiviert und in einem Schritt S10 überprüft, ob eine vorgegebene maximale Zeitdauer SW2 seit dem Erkennen des einen bevorstehenden vermuteten Start der Brennkraftmaschine 1 anzeigenden Signals (Schritt S2) abgelaufen ist. Ist diese Zeit noch nicht abgelaufen, d. h. ist der aktuelle Wert des Timers 25 noch kleiner als der Wert der maximalen Zeitdauer SW2, so wird die Abfrage wiederholt. Die Zeitdauer SW2 kann der Leistungsfähigkeit der Heizeinrichtung 13 angepasst sein, so dass sichergestellt ist, dass genügend Zeit vorhanden ist, in der eine genügend hohe Temperatur in den Injektoren 11 zum Beheizen des Kraftstoffes erreicht werden kann. Insbesondere kann die Zeitdauer SW2 gleich oder größer der Zeitdauer SW1 gewählt werden.
  • Wird in Schritt S10 festgestellt, dass die maximale Zeitdauer SW2 abgelaufen ist, so wird das Verfahren mit dem Schritt S11 fortgesetzt. In dem Schritt S11 wird analog wie in Schritt S6 überprüft, ob ein weiteres Signal S2 erkannt wird, welches den im Schritt S2 vermuteten bevorstehenden Start der Brennkraftmaschine 1 bestätigt. Hierzu kann beispielsweise ein Signal S2 dienen, das beim Drehen des Zünd-/Anlassschalters oder beim Drücken des Starterknopfes zum Aktivieren des Anlassers der Brennkraftmaschine 1 erzeugt wird. Wird kein solches Signal S2 innerhalb der maximalen Zeitdauer SW2 erkannt, so wird davon ausgegangen, dass die Brennkraftmaschine 1 nicht gestartet werden soll und deshalb wird in dem Schritt S12 die Haupt-Kraftstoffpumpe 3 und die Heizeinrichtung 13 wieder ausgeschaltet und der Wert des Timers 25 zurückgesetzt. Anschließend beginnt das Verfahren wieder mit Schritt S2 von neuem.
  • Wird dagegen ein solches weiteres Signal S2 innerhalb der maximalen Zeitdauer SW2 erkannt, so wird in dem Schritt S13 auch die Kraftstoffpumpe 8 über elektrische Signale der Steuerungseinrichtung 15 aktiviert. Damit wird Kraftstoff auch in die Einspritzleiste 9 gefördert und es steht zusätzlicher, aufgrund der bereits vorher aktivierten Heizeinrichtung 13 auch beheizter Kraftstoff für einen Kaltstart zur Verfügung. Die Steuerung dieser Kraftstoffmenge für den Kaltstart kann über die Pumpenfördermenge der Kraftstoffpumpe 8 oder über ein getaktetes Ansteuersignal erfolgen, wobei bevorzugt die Taktung so erfolgt, dass immer dann, wenn die Einspritzventile 7 angesteuert werden, auch die Kraftstoffpumpe 8 angesteuert wird. Da die Kraftstoffpumpe 8 Kraftstoff mit einem gegenüber dem Druck in der Haupt-Einspritzleiste 6 wesentlich höheren Druck fördert, steht in sehr kurzer Zeit an den Einspritzventilen 11 des Kaltstartsystems Kraftstoff mit hohem Druck zur Verfügung. Überschreitet der Druck den durch die Federkraft der Überdruckventile konstruktiv vorgegebenen Wert, so öffnen diese und erwärmter Kraftstoff wird zusätzlich zu dem mittels der Einspritzventile 7 eingebrachten Kraftstoff, im folgenden als Haupteinspritzung bezeichnet, in die Einzelsaugrohre der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt.
  • Bei der Berechnung der mittels der Haupteinspritzung über die Einspritzventile 7 zuzumessenden Kraftstoffmenge muss diese zusätzlich mittels der Injektoren 11 eingespritzte Kraftstoffmenge berücksichtigt werden, damit diese zusätzliche Einspritzmenge nicht zu einer insgesamt zu hohen Kraftstoffmenge führt, was wiederum zu Startproblemen oder zumindest verschlechtertem Abgas führen kann. Die gesamte einzuspritzende Kraftstoffmenge wird in bekannter Weise aus einem Kennfeld KF2 in Abhängigkeit von der Drehzahl N und der Kühlmitteltemperatur TCO ausgelesen und vorzugsweise mit der Anzahl der Startzyklen gewichtet, damit nicht bei längerem Startvorgang zuviel Kraftstoff zugemessen wird.
  • Nach erfolgter erster Einspritzung wird in einem Schritt S14 wiederholt abgefragt, ob der Startvorgang erfolgreich war. Als Kriterium hierfür wird die Drehzahl N der Brennkraftmaschine 1 herangezogen, die sich während des Startvorganges einstellt. Ist ein vorgegebener Schwellenwert SW3 erreicht, so ist der Startvorgang abgeschlossen und in einem Schritt S15 werden die Kraftstoffpumpe 8 und die Heizeinrichtung 13 abgeschaltet und der Wert des Timers 25 zurückgesetzt und das Verfahren ist in einem Schritt S16 zu Ende. Die Zeitdauer, während die Kraftstoffpumpe 8 und die Heizeinrichtung 13 aktiviert bleiben, kann auch alleine oder zusätzlich von der Temperatur der Brennkraftmaschine abhängig gewählt werden.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird als Alkoholkraftstoff Ethanol genannt, das erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem mit der Kraftstoffzuführvorrichtung und das Verfahren sind aber auch für andere Alkoholkraftstoffe, wie beispielsweise Methanol, geeignet.
  • Des Weiteren ist es möglich, dass die Haupt-Einspritzleiste 6 als gemeinsamer Kraftstoffspeicher für Einspritzventile 7 dient, welche Kraftstoff direkt in die Brennräume der Zylinder der Brennkraftmaschine einspritzen (Direkteinspritzung). In diesem Fall ist die Saugseite der Kraftstoffpumpe 8 nicht mit der Druckseite der Haupt-Kraftstoffpumpe 3 hydraulisch verbunden, sondern stromab einer Vorförderpumpe angeordnet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 4911116 A [0007]
    • - US 4646691 A [0007]
    • - DE 2536432 A [0008]
    • - JP 52665/1982 A [0009]
    • - DE 10351206 A1 [0010]

Claims (15)

  1. Kraftstoffzuführvorrichtung zum Unterstützen eines Kaltstarts einer für den Betrieb mit Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoffen ausgelegten Brennkraftmaschine (1), – mit einer Einspritzleiste (9), in der druckbeaufschlagter Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff für den Kaltstart der Brennkraftmaschine (1) speicherbar ist, – mit Injektoren (11), die jeweils eine elektrische Heizeinrichtung (13) zum Beheizen des Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoffs aufweisen und mit der Einspritzleiste (9) in Verbindung stehen, so dass die Injektoren (11) mit dem gespeicherten Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff versorgt werden können, – die Injektoren (11) als selbsttätig öffnende Überdruckventile ausgebildet sind, die bei Erreichen eines vorgegebenen Druckes (p2) in der Einspritzleiste (9) öffnen und Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff zylinderindividuell in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zumessen.
  2. Kraftstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine (1) entsprechende Anzahl von Injektoren (11) vorgesehen sind, so dass der Kraftstoff zylinderindividuell zugemessen werden kann.
  3. Kraftstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (8), die den Alkohol- oder den Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff aus einem Vorratsbehälter (2) in die Einspritzleiste (9) mit dem Druck (p2) fördert.
  4. Kraftstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtungen (13) jeweils in unmittelbarer Nähe der Einspritzöffnungen der Injektoren (11) angeordnet sind.
  5. Kraftstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtungen (13) als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet sind.
  6. Kraftstoffzuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass am druckseitigen Eingang der Einspritzleiste (9) ein Rückschlagventil (14) angeordnet ist, das einen Druckabbau in der Einspritzleiste (9) bei abgeschalteter Kraftstoffpumpe (8) verhindert.
  7. Kraftstoffversorgungssystem für eine mit Alkohol- oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoffen betreibbare Brennkraftmaschine (1), – mit einer Kraftstoffzuführvorrichtung zum Unterstützen eines Kaltstarts nach einem der Ansprüche 1–6, – mit einem Vorratsbehälter (2) für den Alkohol- oder den Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff und einer elektrisch angetriebenen Haupt-Kraftstoffpumpe (3), die den Kraftstoff in eine Haupt-Einspritzleiste (6) fördert, welche mindestens ein elektrisch ansteuerbares Einspritzventil (7) zum Zumessen von druckbeaufschlagtem Alkohol oder Alkohol/Benzin-Mischkraftstoff zu der Verbrennungsluft versorgt.
  8. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite der Kraftstoffpumpe (8) der Kraftstoffzuführvorrichtung mit der Druckseite der Haupt-Kraftstoffpumpe (3) hydraulisch gekoppelt ist.
  9. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (8) der Kraftstoffzuführvorrichtung einen gegenüber der Haupt-Kraftstoffpumpe (3) deutlich höheren Druck erzeugt.
  10. Verfahren zum Steuern eines Kraftstoffversorgungssystems gemäß Anspruch 7 wobei gemäß dem Verfahren – bei Vorliegen eines Signals (S1), welches einen bevorstehenden Start der Brennkraftmaschine (1) vermuten lässt, die Haupt-Kraftstoffpumpe (3) aktiviert wird, – bei Erfülltsein mindestens einer Kaltstartbedingung für die Brennkraftmaschine (1) auf einen Kaltstart geschlossen wird und die Heizeinrichtungen (13) aktiviert werden, – nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer (SW1) und bei Vorliegen eines weiteren Signals (S2), welches den vermuteten bevorstehenden Start der Brennkraftmaschine bestätigt, die Kraftstoffpumpe (8) der Kraftstoffzuführvorrichtung derart angesteuert wird, dass der Druck in der Einspritzleiste (9) den Öffnungsdruck (p2) der Injektoren (11) erreicht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (8) der Kraftstoffzuführvorrichtung während des Kaltstarts der Brennkraftmaschine (1) getaktet angesteuert wird und die Taktung mit der Ansteuerung des mindestens einen Einspritzventils (7) synchronisiert ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ansteuerung der Kraftstoffpumpe (8) der Kraftstoffzuführvorrichtung laufend überwacht wird, ob der Startvorgang der Brennkraftmaschine (1) erfolgreich war und bei erfolgreichem Start der Brennkraftmaschine (1) die Kraftstoffpumpe (8) der Kraftstoffzuführvorrichtung und die Heizeinrichtungen (13) abgeschaltet werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kriterium, ob ein Kaltstart vorliegt oder nicht, eine die Temperatur der Brennkraftmaschine (1) repräsentierende Größe (TCO) und die Alkoholkonzentration (ALK) des Kraftstoffes zum Zeitpunkt des vermuteten bevorstehenden Starts der Brennkraftmaschine (1) herangezogen werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kennfeld (KF1) einer die Brennkraftmaschine steuernden und regelenden Steuerungseinrichtung (15) abhängig von möglichen Konstellationen aus der die Temperatur der Brennkraftmaschine (1) repräsentierende Größe (TCO) und der Alkoholkonzentration (ALK) des Kraftstoffes ein Indikator abgelegt ist, der angibt, ob ein ob ein Kaltstart vorliegt oder nicht.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen erfolgreichen Start der Brennkraftmaschine (1) geschlossen wird, wenn die Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine (1) einen vorgegebenen Grenzwert überschritten hat.
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