DE102012218632A1

DE102012218632A1 - Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE102012218632A1
Application number: DE201210218632
Authority: DE
Inventors: Georg Louven; Oliver Berkemeier; Klemens Grieser; Helmut Ruhland; Klaus Moritz Springer; Thomas Lorenz
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-10-13
Also published as: DE102012218632B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, sowie auch einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung wird mittels einer Kraftstoffpumpe (20), welche einen Kraftstoffzulauf (20a) und einen Kraftstoffablauf (20b) aufweist, Kraftstoff einer Mehrzahl von Zylindern des Verbrennungsmotors über eine an den Kraftstoffablauf (20b) der Kraftstoffpumpe (20) angeschlossene Kraftstoffverteilerleiste (30) zugeführt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise Kraftstoff von der Kraftstoffverteilerleiste (30) aus zu dem Kraftstoffzulauf (20a) der Kraftstoffpumpe (20) zurückgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, sowie einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung.
Im Betrieb von Kraftfahrzeugen, welche einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung aufweisen, tritt das Problem auf, dass insbesondere unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotor eine unzureichende Kraftstoffverdampfung sowie das Kondensieren des Kraftstoffs an den auf vergleichsweise niedriger Temperatur befindlichen Zylinderwänden zu einem signifikanten Anstieg der Abgasemissionen während des Motorstarts führen können. Dabei haben Messungen gezeigt, dass insbesondere der Partikelanteil im Abgas unter vergleichsweise kalten Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors erheblich zunimmt.
Aus der US 2011/0162619 A1 ist es u. a. bekannt, während des Kaltstarts eines Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung eine elektrische Kraftstoffaufheizung durchzuführen, um eine raschere Verdampfung des Kraftstoffs bei Eintritt in die Brennkammer herbeizuführen und dort den Anteil an flüssigem Kraftstoff zu verringern oder vollständig zu eliminieren. Derartige Ansätze führen jedoch infolge der elektrischen Aufheizung zum einen zu einem erhöhten Strombedarf und zum anderen auch zu einer erhöhten Störungsanfälligkeit.
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, sowie auch einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, bereitzustellen, welche eine Reduzierung der Abgasemissionen mit vergleichsweise geringem Energieaufwand sowie in robuster und zuverlässiger Weise ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 9 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung wird mittels einer Kraftstoffpumpe, welche einen Kraftstoffzulauf und einen Kraftstoffablauf aufweist, Kraftstoff einer Mehrzahl von Zylindern des Verbrennungsmotors über eine an den Kraftstoffablauf der Kraftstoffpumpe angeschlossene Kraftstoffverteilerleiste zugeführt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise Kraftstoff von der Kraftstoffverteilerleiste aus zu dem Kraftstoffzulauf der Kraftstoffpumpe zurückgeführt wird.
Der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzstrategie liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine gezielte Aufwärmung des den Zylindern bzw. den Einspritzdüsen des Verbrennungsmotors zugeführten Kraftstoffs dadurch zu erreichen, dass ein Teil des von der Kraftstoffpumpe zur Kraftstoffverteilerleiste gelangenden Kraftstoffs wieder an den Kraftstoffzulauf der Kraftstoffpumpe zurückgeführt wird, was – insbesondere infolge der z. B. in der Hochdruckpumpe auftretenden Reibungswärme – zu einer Erhöhung der Temperatur des letztlich über die Einspritzdüsen in die Zylinder gelangenden Kraftstoffs führt. Infolge des hierbei möglichen mechanischen Antriebs der Kraftstoffpumpe werden die mit einer elektrischen Kraftstoffaufheizung verbundenen Probleme sowie der damit einhergehende Stromverbrauch vermieden und insgesamt ein robustes und nicht störungsanfälliges System realisiert, welches in vergleichsweise kurzer Zeit eine effektive Kraftstoffaufheizung und damit eine wirksame Verringerung der Abgasemissionen ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Zurückführen von Kraftstoff von der Kraftstoffverteilerleiste zu dem Kraftstoffzulauf der Kraftstoffpumpe unmittelbar nach einem Startvorgang des Verbrennungsmotors.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Zurückführen von Kraftstoff von der Kraftstoffverteilerleiste zu dem Kraftstoffzulauf der Kraftstoffpumpe auf eine vorbestimmte Zeitdauer begrenzt. Dabei beträgt diese Zeitdauer gemäß einer Ausführungsform nicht mehr als 40 s und liegt vorzugsweise im Bereich von 15 s bis 30 s.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Zurückführen von Kraftstoff zu dem Kraftstoffzulauf der Kraftstoffpumpe über ein Druckregelventil.
Gemäß einer Ausführungsform umfaßt das Verfahren folgende Schritte:

– Einstellen des Fördervolumens der Kraftstoffpumpe auf einen konstanten Wert; und
– Einstellen eines gewünschten Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffverteilerleiste mittels Regelung des Durchflusses des Druckregelventils.

Gemäß einer Ausführungsform wird bei dem Einstellen des Fördervolumens der Kraftstoffpumpe auf einen konstanten Wert des maximalen Fördervolumens der Kraftstoffpumpe eingestellt. Dies ist insofern vorteilhaft, als sich bei maximalem Fördervolumen der Kraftstoffpumpe typischerweise die größtmögliche Aufheizung des Kraftstoffs erreichen läßt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfaßt das Verfahren folgende Schritte:

– Einstellen des Druckregelventils auf einen konstanten Durchfluß; und
– Einstellen eines gewünschten Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffverteilerleiste mittels Regelung des Fördervolumens der Kraftstoffpumpe.

Die Erfindung betrifft ferner einen Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, welcher dazu ausgelegt ist, ein Verfahren gemäß der Erfindung auszuführen. Zu bevorzugten Ausgestaltungen und Vorteilen der Vorrichtung wird auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Weitere Ausgestaltungen sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Abbildung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit Direkteinspritzung sowie zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzstrategie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung zur Zuführung von Kraftstoff an die einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors über Einspritzdüsen 31–34 in für sich bekannter Weise eine als Hochdruckpumpe ausgeführte Kraftstoffpumpe 20 auf, über welche der Kraftstoff vom (mit einer Niederdruckpumpe 15 ausgestatteten) Kraftstofftank 10 einer Kraftstoffverteilerleiste 30 in einer Kraftstoffleitung 25 zugeführt wird. Der in der Kraftstoffverteilerleiste 30 vorliegende Kraftstoffdruck kann mittels eines Drucksensors 25 gemessen bzw. überwacht werden.
Die als Hochdruckpumpe ausgeführte Kraftstoffpumpe 20 wird typischerweise mechanisch angetrieben und elektrisch gesteuert. Die im Kraftstofftank 10 vorgesehene Niederdruckpumpe 15 wird typischerweise elektrisch angetrieben und elektrisch gesteuert.
Wie ebenfalls aus 1 ersichtlich ist zusätzlich zu der vom Kraftstofftank 10 zur Kraftstoffverteilerleiste 30 über die Kraftstoffpumpe 20 führenden primären Kraftstoffleitung 25 eine sekundäre Kraftstoffleitung 35 vorgesehen, über welche Kraftstoff von der Kraftstoffverteilerleiste 30 zurück an den Kraftstoffzulauf 20a der Kraftstoffpumpe 20 geführt werden kann und innerhalb derer sich ein Druckregelventil 40 befindet.
Der von der Kraftstoffverteilerleiste 30 über diese sekundäre Kraftstoffleitung 35 und insbesondere über das Druckregelventil 40 geförderte Kraftstoff, welcher die Kraftstoffpumpe 20 erneut durchläuft, erwärmt sich zusätzlich insbesondere infolge der in der Hochdruckpumpe 20 sowie gegebenenfalls auch innerhalb des Druckregelventils 40 auftretenden Reibungswärme und weist somit (infolge des vorstehend beschriebenen "Blindpumpens"; engl.: "blind pumping") bei Eintritt in die Einspritzdüsen 31, 32, 33 und 34 eine höhere Temperatur auf, wodurch eine signifikante Verringerung von Abgasemissionen insbesondere nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors erreicht werden kann. Die vorstehend beschriebene Rückführung von Kraftstoff über die sekundäre Kraftstoffleitung 35 an den Kraftstoffzulauf 20a der Kraftstoffpumpe 20 erfolgt insbesondere unmittelbar nach einem Motorstart und für eine vorbestimmte Zeitdauer, welche (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) typischerweise bei etwa 20 Sekunden liegen kann.
Die Einstellung des gewünschten (und mittels des Drucksensors 20 überwachten) Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffverteilerleiste 30 kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in solcher Weise erfolgen, dass zunächst das Fördervolumen der Kraftstoffpumpe 20 auf einen konstanten (z. B. den maximalen) Wert eingestellt wird und anschließend der Durchfluß des Druckregelventils 40 in geeigneter Weise geregelt wird, so dass sich der gewünschte Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste 30 ergibt. Diese Strategie hat den Vorteil, dass sich bei maximalem. Fördervolumen der Kraftstoffpumpe 20 typischerweise die größtmögliche Aufheizung des Kraftstoffs erreichen läßt. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Einstellung des gewünschten Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffverteilerleiste 30 auch in solcher Weise erfolgen, dass zunächst das Druckregelventil 40 auf einen konstanten Durchfluß eingestellt und anschließend der gewünschte Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste 30 mittels Regelung des Fördervolumens der Kraftstoffpumpe 20 eingestellt wird.
Nach der vorstehend beschriebenen, vorbestimmten Zeitdauer (d.h. dem "Blindpumpen" von Kraftstoff über die sekundäre Kraftstoffleitung 35) wird das Druckregelventil 40 geschlossen, und die Kraftstoffpumpe 20 wird in herkömmlicher Weise so betrieben, dass sich der gewünschte Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste 30 einstellt.
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 2011/0162619 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einem Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, wobei mittels einer Kraftstoffpumpe (20), welche einen Kraftstoffzulauf (20a) und einen Kraftstoffablauf (20b) aufweist, Kraftstoff einer Mehrzahl von Zylindern des Verbrennungsmotors über eine an den Kraftstoffablauf (20b) der Kraftstoffpumpe (20) angeschlossene Kraftstoffverteilerleiste (30) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise Kraftstoff von der Kraftstoffverteilerleiste (30) aus zu dem Kraftstoffzulauf (20a) der Kraftstoffpumpe (20) zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Zurückführen von Kraftstoff von der Kraftstoffverteilerleiste (30) zu dem Kraftstoffzulauf (20a) der Kraftstoffpumpe (20) unmittelbar nach einem Startvorgang des Verbrennungsmotors erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Zurückführen von Kraftstoff von der Kraftstoffverteilerleiste (30) zu dem Kraftstoffzulauf (20a) der Kraftstoffpumpe (20) auf eine vorbestimmte Zeitdauer begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Zeitdauer nicht mehr als 40 s beträgt und vorzugsweise im Bereich von 15 s bis 30 s liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zurückführen von Kraftstoff zu dem Kraftstoffzulauf (20a) der Kraftstoffpumpe (20) über ein Druckregelventil (40) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses folgende Schritte umfaßt: Einstellen des Fördervolumens der Kraftstoffpumpe (20) auf einen konstanten Wert; und Einstellen eines gewünschten Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffverteilerleiste (30) mittels Regelung des Durchflusses des Druckregelventils (40).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Einstellen des Fördervolumens der Kraftstoffpumpe (20) auf einen konstanten Wert das maximale Fördervolumen der Kraftstoffpumpe (20) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses folgende Schritte umfaßt: Einstellen des Druckregelventils (40) auf einen konstanten Durchfluß; und Einstellen eines gewünschten Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffverteilerleiste (30) mittels Regelung des Fördervolumens der Kraftstoffpumpe (20).
Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, dadurch gekennzeichnet, dass dieser dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.