DE102015201414A1

DE102015201414A1 - Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015201414A1
Application number: DE102015201414.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Detterbeck; Johannes GEIGER; Tobias Holzinger; Jochen Merk; Thomas Scheuer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2016-07-28
Also published as: US10233860B2; US20170218877A1; CN106715875A; WO2016120154A1

Abstract

Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, mit einem Benzintank und einer Niederdruckpumpe, die das Benzin aus dem Benzintank mit einem Niederdruck zu einer Hochdruckpumpe fördert, die das Benzin mit einem Hochdruck zu Injektoren der Brennkraftmaschine fördert, wobei ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung der Niederdruckpumpe, der Hochdruckpumpe und der Injektoren vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte nach einem Startimpuls für die Brennkraftmaschine: – Überprüfen, ob bei einem Heißstart eine Dampfblasenbildung des Benzins niederdruckseitig möglich ist, – Wenn nein, dann Einstellen des normalen Niederdrucks, – Wenn ja, dann Einstellen eines Niederdrucks, der so hoch ist, dass eine Dampfblasenbildung niederdruckseitig nicht möglich ist, – Nach einer Zeitdauer Einstellen des normalen Niederdrucks. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird das Problem der Dampfblasenbildung kostengünstig oder kostenneutral verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aktuell wird ein konstanter Niederdruck für die Kraftstoffversorgung einer Otto-Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, der anschließend mit einer Hochdruckpumpe für die Injektoren wesentlich erhöht wird. Dieser Niederdruck wird häufig über einen mechanischen Druckregler eingeregelt, der einen Öffnungsdruck von typischerweise ca. 5,8 bar relativ (d. h. gegenüber dem Umgebungsdruck) hat. Mit Hilfe des in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 005 662 A1 beschriebenen Betriebsverfahrens für eine Elektrokraftstoffpumpe kann der Niederdruck für die Kraftstoffversorgung der Otto-Brennkraftmaschine nach Bedarf reduziert werden, da der Spitzendruck von ca. 5,8 bar nur in wenigen Betriebszuständen notwendig ist.
Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 005 662 A1 ist weiter ein Betriebsverfahren für eine Elektrokraftstoffpumpe bekannt, die Kraftstoff aus einem Tank eines Kraftfahrzeuges zu einem Verbraucher und insbesondere zur Eingangsseite einer Hochdruckpumpe fördert, welche diesen beförderten Kraftstoff unter hohem Druck für die Einspritzung in die Brennräume einer Brennkraftmaschine bereit stellt. Die Elektrokraftstoffpumpe wird hinsichtlich ihrer Förderleistung anhand eines einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine und zumindest eine weitere Randbedingung berücksichtigenden Bedarfskennfeldes vorgesteuert.
Der maximal mögliche Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems kann bei einem mechanischen Druckregler mit einem Öffnungsdruck von ca. 5,8 bar gegenüber dem Umgebungsdruck auch nicht kurzzeitig angehoben werden, um im Fall einer Dampfblasenbildung im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems entgegen zu wirken. Das kann im Startfall der Brennkraftmaschine, wenn zu hohe Temperaturen an den Niederdruckkomponenten des Kraftstoffsystems anliegen, zu einem Nichtstart führen. Unter Dampfblasenbildungen versteht man die vorzeitige Verdampfung leicht flüchtiger Kraftstoffbestandteile im Kraftstoffsystem. Dadurch kann die Hochdruckpumpe keinen Kraftstoff mehr fördern (kompressibler Kraftstoffdampf liegt statt inkompressiblem Kraftstoff vor) und ein Heißstart der Brennkraftmaschine ist unter Umständen nicht mehr möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie die Dampfblasenbildung bei zu hohen Temperauren im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das maximal mögliche Druckniveau im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems anzuheben. Dies kann bspw. durch den Einbau eines mechanischen Druckreglers mit einem auf z. B. ca. 10 bar gegenüber der Umgebung erhöhtem Öffnungsdruck erfolgen (anstelle des 5,8 bar Druckreglers). Über geeignete Kombinationen charakteristischer Daten aus der Elektronik der Brennkraftmaschine wird erkannt, dass ein kritischer Startfall, wie oben beschrieben, vorliegen könnte (hohe Temperaturen im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems mit dem Risiko einer Dampfblasenbildung). Um einen sicheren Heißstart zu ermöglichen wird beim Start der Brennkraftmaschine kurzfristig der Druck auf der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems auf ein Niveau angehoben (z. B. ca. 10 bar relativ), so dass eine Dampfblasenbildung im Kraftstoff unmöglich ist.
Da das erfindungsgemäße Verfahren nur einen geringen Anteil aller Starts der Brennkraftmaschine betrifft, hat die Maßnahme im Gegensatz zu einer Konstantdruckversorgung mit konstant hohem Betriebsdruck (z. B. konstant 10 bar relativ) zwei Vorteile:

1. Die Druckbelastung der Bauteile des Kraftstoffsystems ist stark reduziert. Die Bauteile des Kraftstoffsystems können statt dauerfest auf 10 bar Belastung zeitfest auf 10 bar Belastung ausgelegt werden. Dies reduziert die Kosten für alle betroffenen Bauteile.
2. Eine kurzfristige Anhebung des Betriebsdrucks führt nur im Bedarfsfall zu einem etwas erhöhten Energieverbrauch der Kraftstoffpumpe, die den Vorförderdruck erzeugt (Niederdruckteil). Eine ständige Anhebung des Druckniveaus im Niederdruckbereich des Kraftsystems führt dagegen zu einem gegenüber heute deutlich erhöhten Energieverbrauch.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Überprüfung und Entscheidung, ob ein kritischer Heißstart vorliegt, erfolgt anhand der in den Unteransprüchen genannten Kriterien.
So kann die Überprüfung gemäß Patentanspruch 2 über ein Zeitfenster nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgen. Die maximalen Temperaturen im Nachheizen treten erst nach einer gewissen Abstellzeit auf.
Weiter kann die Überprüfung gemäß Patentanspruch 3 über die Ermittlung der Kühlmitteltemperatur und/oder der Schmiermitteltemperatur der Brennkraftmaschine erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit der Überprüfung ist gemäß Patentanspruch 4 über ein Steuergerät. In diesem kann ein Berechnungsmodell hinterlegt sein oder ein Kennfeld. Über das Modell kann die Benzintemperatur berechnet oder aus dem Kennfeld ausgelesen werden.
Alternativ oder ergänzend kann anhand der Überwachung des Hochdruckniveaus (Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich, nach der Kraftstoffhochdruckpumpe) festgestellt werden, ob der gemessene Ist-Hochdruckverlauf dem Soll-Hochdruckverlauf folgt. Bricht das Hochdruckniveau beim oder kurz nach einem Heißstart ein (Ist-Druck < Soll-Druck), kann von einer Dampfblasenbildung im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems ausgegangen werden. In diesem Fall wird der Kraftstoffniederdruck ebenfalls bedarfsgerecht kurzzeitig angehoben, so dass eine weitere Bildung von Dampfblasen vermieden wird und die Hochdruckpumpe wieder flüssigen Kraftstoff zum Hochdruckaufbau fördern kann.
Eine Absenkung des Druckniveaus im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems auf einen geringeren Betriebsdruck, z. B. 5,8 bar gegenüber dem Umgebungsdruck, kann dann erfolgen, wenn die Kraftstofftemperatur wieder auf einem niedrigeren Niveau und eine Dampfblasenbildung somit nicht mehr möglich ist. Abhängig vom Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine kann dies unter Umständen bereits sehr schnell erfolgen, da der durchgesetzte Kraftstoffvolumenstrom die betroffenen heißen Teilbereiche des Niederdruckraftstoffsystems im Allgemeinen sehr gut kühlt.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch ein gattungsgemäßes Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine.
2 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen Dampfblasenbildung und Kraftstoffsystemdruck.
3 zeigt in einem Schaubild die Verfahrenslogik.
1 zeigt schematisch ein gattungsgemäßes Kraftstoffsystem 1 für eine nicht dargestellte Otto-Brennkraftmaschine mit der das erfindungsgemäße Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine durchführbar ist. Aus einem Benzintank 1 wird mit Hilfe einer Niederdruckpumpe 2 Kraftstoff durch eine Kraftstoffleitung 7 zu einer Hochdruckpumpe 3 befördert. Von der Hochdruckpumpe 3 wird das Benzin weiter durch die Kraftstoffleitung 7 in ein Rail 10 gefördert. An dem Rail 10 sind vier Injektoren 4 zur Einspritzung des Benzins in Brennräume der Brennkraftmaschine angeordnet. Zur Überwachung des Hochdrucks des Kraftstoffs ist im Rail 10 ein Benzindrucksensor 5 vorgesehen. Ein Steuergerät 6 ist über elektrische Verbindungen 11 mit den Injektoren 4, dem Benzindrucksensor 5 sowie der Niederdruckpumpe 2 und der Hochdruckpumpe 3 verbunden. Das Kraftstoffsystem ist in einen Niederdruckbereich 8 und einen Hochdruckbereich 9 aufgeteilt, dargestellt durch zwei Pfeile.
Mit einem solchen gattungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine lässt sich ein Verfahren darstellen zum Starten einer Brennkraftmaschine mit einem Benzintank 1 und einer Niederdruckpumpe 2, die das Benzin aus dem Benzintank 1 mit einem Niederdruck zu einer Hochdruckpumpe 3 fördert, die das Benzin mit einem Hochdruck zu Injektoren 4 der Brennkraftmaschine fördert, wobei ein elektronisches Steuergerät 5 zur Steuerung und/oder Regelung der Niederdruckpumpe 2, der Hochdruckpumpe 3 und der Injektoren 4 vorgesehen ist, mit folgenden Verfahrensschritten nach einem Startimpuls für die Brennkraftmaschine:

– Überprüfen, ob bei einem Heißstart eine Dampfblasenbildung des Benzins niederdruckseitig möglich ist,
– wenn nein, dann Einstellen des normalen Niederdrucks,
– wenn ja, dann Einstellen eines Niederdrucks, der so hoch ist, dass eine Dampfblasenbildung niederdruckseitig nicht möglich ist,
– nach einer Zeitdauer Einstellen des normalen Niederdrucks.

In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt Überprüfung über ein Zeitfenster nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine. Hierbei ist zu beachten, dass die maximalen Temperaturen im Nachheizen erst nach einer gewissen Abstellzeit auftreten.
Weiter kann die Überprüfung über die Ermittlung der Kühlmitteltemperatur und/oder einer Schmiermitteltemperatur der Brennkraftmaschine mittels eines Temperatursensors erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit der Überprüfung besteht darin, dass im Steuergerät 6 ein Berechnungsmodell oder ein Kennfeld zur Ermittlung der Benzintemperatur vorgesehen ist. Im ersten Fall kann Überprüfung über das Berechnungsmodell berechnet werden. Im zweiten Fall durch das Auslesen von abgespeicherten Daten aus einem Kennfeld.
Eine weitere Möglichkeit ist die Überprüfung über eine Ist-Hochdruckmessung mit dem Benzindrucksensor 5. Bricht der Hochdruck beim oder kurz nach einem Heißstart ein (Ist-Druck < Solldruck) kann von einer Dampfblasenbildung im Kraftstoffniederdruckbereich 8 vor der Hochdruckpumpe 3 ausgegangen werden. In diesem Fall wird der Kraftstoffniederdruck ebenfalls bedarfsgerecht kurzzeitig angehoben, so dass eine weitere Bildung von Dampfblasen vermieden wird und die Hochdruckpumpe 3 den flüssigen Kraftstoff zum Hochdruckaufbau fördern kann.
2 zeigt in einem Diagramm anhand einer Dampfdruckkurve 12 den Zusammenhang zwischen Dampfblasenbildung und einem Kraftstoffsystemdruck eines Kraftstoffs. Über die Y-Achse ist der Kraftstoffdruck [bar] aufgetragen, über die X-Achse ist die Kraftstofftemperatur [°C] aufgetragen. Mit 13 ist eine definierte Kraftstofftemperatur im Niederdruckbereich 8 des Kraftstoffsystems beziffert. Durch ein Dreieck ist ein Betriebspunkt dargestellt (Druck-Temperatur-Kombination) unterhalb der Dampfdruckkurve 12. Bei dieser Temperatur in Verbindung mit dem vorherrschenden Druck ist eine Dampfblasenbildung möglich. Somit ist kein sicherer Heißstart gewährleistet. Durch Anheben des Betriebsdruckes in einem Bereich, der durch einen Kreis dargestellt ist, wird der Betriebspunkt über die Dampfdruckkurve 12 verschoben. Somit ist keine Dampfblasenbildung mehr möglich und ein sicherer Heißstart ist erfindungsgemäß gewährleistet.
3 zeigt in einem Schaubild die Verfahrenslogik für das erfindungsgemäße Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine. Nach einem Start der Brennkraftmaschine wird überprüft, ob bei einem Heißstart eine Dampfblasenbildung des Benzins niederdruckseitig möglich ist:

– Wenn nein, dann Einstellen des normalen Niederdrucks,
– wenn ja, dann Einstellen eines Niederdrucks, der so hoch ist, dass eine Dampfblasenbildung niederdruckseitig nicht möglich ist,
– nach einer Zeitdauer Einstellung des normalen Niederdrucks.

Bezugszeichenliste

1: Benzintank
2: Niederdruckpumpe
3: Hochdruckpumpe
4: Injektor
5: Benzindrucksensor
6: Steuergerät
7: Kraftstoffleitung
8: Niederdruckbereich
9: Hochdruckbereich
10: Rail
11: elektrische Verbindung
12: Dampfdruckkurve
13: Betriebstemperatur

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

DE 102011005662 A1 [0002, 0003]

Claims

Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, mit einem Benzintank (1) und einer Niederdruckpumpe (2), die das Benzin aus dem Benzintank (1) mit einem Niederdruck zu einer Hochdruckpumpe (3) fördert, die das Benzin mit einem Hochdruck zu Injektoren (4) der Brennkraftmaschine fördert, wobei ein elektronisches Steuergerät (5) zur Steuerung und/oder Regelung der Niederdruckpumpe (2), der Hochdruckpumpe (3) und der Injektoren (4) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte nach einem Startimpuls für die Brennkraftmaschine: – Überprüfen, ob bei einem Heißstart eine Dampfblasenbildung des Benzins niederdruckseitig möglich ist, – Wenn nein, dann Einstellen des normalen Niederdrucks, – Wenn ja, dann Einstellen eines Niederdrucks, der so hoch ist, dass eine Dampfblasenbildung niederdruckseitig nicht möglich ist, – Nach einer Zeitdauer Einstellen des normalen Niederdrucks.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung über ein Zeitfenster nach Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei ein Temperatursensor für eine Kühlmitteltemperatur und/oder eine Schmiermitteltemperatur der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung über eine Ermittlung einer Kühlmitteltemperatur und/oder einer Schmiermitteltemperatur der Brennkraftmaschine erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei im Steuergerät ein Modell oder ein Kennfeld zur Ermittlung einer Benzintemperatur vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung über das Modell ermittelt oder durch Auslesen aus dem Kennfeld erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei hochdruckseitig ein Benzindrucksensor vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung über eine Ist-Hochdruckmessung mit dem Benzindrucksensor (5) erfolgt.