DE102015214413B4 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzuführsystems für eine Brennkraftmaschine eines Plug-in-Hybridfahrzeuges und Kraftstoffzuführsystem - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzuführsystems für eine Brennkraftmaschine (6) eines Plug-in-Hybridfahrzeuges mit einer Niederdruckkraftstoffpumpe (2), einer Hochdruckkraftstoffpumpe (3), einem Hochdruckkraftstoffspeicher (5), einer Vielzahl von Injektoren (7) und einer Vielzahl von Ventilen (4, 8) im System mit den folgenden Schritten:
1. Abgeben eines Signals an die Steuereinheit (9) des Hybridfahrzeuges, dass das Fahrzeug alsbald starten wird, während des Aufladens des Akkumulators des Fahrzeuges durch ein externes elektrisches Versorgungssystem;
2. in Abhängigkeit von diesem Signal Beaufschlagen der Spule von mindestens einem Ventil (4, 8) des Kraftstoffzuführsystems mit elektrischer Energie aus dem externen elektrischen Versorgungssystem zur Erzeugung von Wärme;
3. Durchführen einer Aufwärmphase des Kraftstoffzuführsystems mit der erzeugten Wärme vor dem Start des Hybridfahrzeuges, wobei die Niederdruckkraftstoffpumpe (2) aktiviert wird, um die durch die Ventilbeaufschlagung erzeugte Wärme über das Kraftstoffzuführsystem zu verteilen, und der hierdurch geförderte unter niedrigem Druck stehende Kraftstoff über die vorhandene Rückführleitung zum Tank (1) zurückgeführt wird; und
4. Beenden der Aufladephase mit Aufwärmphase und Starten des Fahrzeuges.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzuführsystems für eine Brennkraftmaschine eines Plug-in-Hybridfahrzeuges mit einer Niederdruckkraftstoffpumpe, einer Hochdruckkraftstoffpumpe, einem Hochdruckkraftstoffspeicher, einer Vielzahl von Injektoren und einer Vielzahl von Ventilen im System.
  • Bei den hier erwähnten Plug-in-Hybridfahrzeugen, auf die sich die Erfindung bezieht, handelt es sich um Hybrid-Elektrofahrzeuge, deren Akkumulatoren zusätzlich extern an einer Steckdose (einem externen elektrischen Versorgungssystem) aufgeladen werden können.
  • Derartige Kraftstoffzuführsysteme für die Brennkraftmaschine des Hybridfahrzeuges, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, weisen hauptsächlich eine im Kraftstofftank angeordnete Niederdruckkraftstoffpumpe und eine nachfolgende Hochdruckkraftstoffpumpe auf, mit der ein Hochdruckkraftstoffspeicher mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Der Hochdruckkraftstoffspeicher speist eine Vielzahl von Injektoren, die jeweils einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Ein solches Kraftstoffzuführsystem weist eine Vielzahl von Ventilen auf, bei denen es sich um elektrisch angesteuerte Solenoidventile handelt. Hierzu zählen insbesondere ein Einlassventil der Hochdruckkraftstoffpumpe sowie ein dem Hochdruckkraftstoffspeicher zugeordnetes Druckentlastungsventil bzw. Druckabbauventil.
  • Die Haltbarkeit eines solchen Kraftstoffzuführsystems ist in großem Maße von den Kaltstartbedingungen abhängig. Insbesondere führt eine Betätigung der zugehörigen Ventile im kalten Zustand zu einem erhöhten Verschleiß der entsprechenden mechanischen Teile, so dass sich die Lebensdauer des Kraftstoffzuführsystems verkürzt. Neben der erhöhten Reibung und dem hieraus resultierenden erhöhten Verschleiß weisen die Ventile im kalten Zustand eine verstärkte Geräuschentwicklung auf.
  • Aus der DE 10 2007 053 318 A1 ist es bekannt, einen elektrischen Strom an eine Spule eines elektrisch betreibbaren Ventils zu legen, um dessen Betrieb zu verbessern. Hierbei kann der elektrische Strom der Spule während einer Zeit zugeführt werden, in der ein Motor zum Starten vorbereitet wird.
  • Aus der DE 10 2009 044 742 A1 ist es bekannt, eine spezielle Heizvorrichtung zu verwenden, die eine außerhalb des zugehörigen Fahrzeuges vorgesehene Energiequelle benutzt, um einen Motor und eine Batterie aufzuheizen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zur Verfügung zu stellen, das besonders gute Kaltstarteigenschaften des zugehörigen Plug-in-Hybridfahrzeuges ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, die aus dem externen elektrischen Versorgungssystem zur Verfügung stehende elektrische Energie vor dem Starten des Hybridfahrzeuges zu nutzen, um mindestens ein Ventil des Kraftstoffzuführsystems des Hybridfahrzeuges vor dem Starten der Verbrennungsmaschine durch Beaufschlagung mit elektrischer Energie zu erwärmen und hierdurch eine Betätigung des Ventils im kalten Zustand zu vermeiden. Dabei wird die Spule des Ventils mit elektrischer Energie beaufschlagt, die zu einem Erwärmen des Ventils und ggf. weiterer Bestandteile des Kraftstoffzuführsystems führt. Insbesondere kann hierdurch die gesamte Hochdruckkraftstoffpumpe vor dem Starten des Verbrennungsmotors erwärmt werden, wodurch Beschädigungen aufgrund einer Kaltstartbetätigung vermieden werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit der Abgabe eines Signals an die Steuereinheit des Hybridfahrzeuges, das einen alsbaldigen Start des Fahrzeuges ankündigt. Durch dieses Signal wird die Beaufschlagung der Spule des mindestens einen Ventils mit elektrischer Energie aus dem externen Versorgungssystems initiiert. Durch das externe elektrische Versorgungssystem steht ausreichend elektrische Energie zur Verfügung, um den gewünschten Erwärmungseffekt zu erreichen.
  • Die entsprechende Signalabgabe kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch den Fahrer des Fahrzeuges, der vor dem eigentlichen Start ein Signal eingibt, beispielsweise über ein Smartphone, oder das Antriebssystem des Fahrzeuges signalisiert, dass das Fahrzeug in Kürze starten wird. Jedenfalls wird durch die Abgabe eines derartigen Signals der entsprechende Erwärmungsvorgang des mindestens einen Ventils initiiert.
  • Die vorstehend beschriebene Aufwärmphase des Kraftstoffzuführsystems wird vor dem Start des Hybridfahrzeuges bis zum Ende der Aufladephase des Akkumulators desselben durchgeführt. Beim nachfolgenden Starten des Fahrzeuges (Beginn der Tätigkeit der Brennkraftmaschine) steht dann ein vorgewärmtes Kraftstoffzuführsystem, insbesondere eine vorgewärmte Hochdruckkraftstoffpumpe, zur Verfügung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Niederdruckkraftstoffpumpe aktiviert, um die durch die Ventilbeaufschlagung erzeugte Wärme über das System zu verteilen. Hierbei kann der geförderte, unter niedrigem Druck stehende Kraftstoff, der nicht verbraucht wird, über die vorhandene Rückführleitung zum Tank zurückgeführt werden, so dass keine Kraftstoffverluste entstehen.
  • Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das mindestens eine Ventil durch das Beaufschlagen mit elektrischer Energie so angesteuert wird, dass sich die zugehörigen mechanischen Teile nicht bewegen. Hierbei findet ein Vorwärmen der entsprechenden mechanischen Teile statt, so dass sich die Toleranzen der mechanischen Teile an die im warmen Zustand annähern und hierdurch der Verschleiß beim nachfolgenden Start der Brennkraftmaschine verringert wird.
  • Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mindestens eine Ventil durch das Beaufschlagen mit elektrischer Energie so angesteuert, dass die zugehörigen mechanischen Teile bei geringer hydraulischer Last mit geringer Reibung bewegt werden. Hierbei wird daher gezielt eine Bewegung der zugehörigen mechanischen Teile erzeugt, die allerdings nahezu verschleißfrei abläuft, da nur eine geringe hydraulische Last vorhanden ist. Durch die erzeugte Bewegung wird Reibung und damit Wärme generiert, die weiter dazu beiträgt, dass beim Starten des Fahrzeuges in Bezug auf das Kraftstoffzuführsystem keine Kaltstartbedingungen mehr vorliegen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden insbesondere die Spulen eines Einlassventils der Hochdruckkraftstoffpumpe und eines Druckentlastungsventils (Druckabbauventils) des Systems mit elektrischer Energie beaufschlagt.
  • Vorteilhafterweise wird das mindestens eine Ventil langsam mit elektrischer Energie beaufschlagt, um das Risiko einer Beschädigung während dieser Aufwärmphase zu vermindern. Das mindestens eine Ventil kann jedoch auch auf hochfrequente Weise mit elektrischer Energie beaufschlagt werden, und zwar derart, dass sich das Ventil effektiv nicht bewegt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftstoffzuführsystem für eine Brennkraftmaschine eines Plug-in-Hybridfahrzeuges mit einer Niederdruckkraftstoffpumpe, einer Hochdruckkraftstoffpumpe, einem Hochdruckkraftstoffspeicher, einer Vielzahl von Injektoren und einer Vielzahl von Ventilen im System. Das Kraftstoffzuführsystem ist dabei erfindungsgemäß so ausgebildet, dass die Spule von mindestens einem Ventil des Systems mit externer elektrischer Energie zur Durchführung einer Aufwärmphase des Systems vor dem Start der Brennkraftmaschine beaufschlagt und die Niederdruckkraftstoffpumpe aktiviert wird, um die durch die Ventilbeaufschlagung erzeugte Wärme über das Kraftstoffzuführsystem zu verteilen, und der hierdurch geförderte unter niedrigem Druck stehende Kraftstoff über die vorhandene Rückführleitung zum Tank zurückgeführt wird. Hierbei sind erfindungsgemäß entsprechende steuerungs- bzw. regelungstechnische Maßnahmen vorgesehen, die das Verfahren ermöglichen. Insbesondere ist die Steuereinheit des Fahrzeuges so ausgebildet, dass sie auf ein den bevorstehenden Start des Fahrzeuges ankündigendes Signal die Aufwärmphase des mindestens einen Ventils durch Beaufschlagung von dessen Spule mit externer elektrischer Energie einleitet und die Niederdruckkraftstoffpumpe entsprechend aktiviert
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine vereinfachte schematische Blockdarstellung eines Kraftstoffzuführsystems einer Brennkraftmaschine; und
    • 2 ein Ablaufdiagramm der Hauptschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt schematisch ein Kraftstoffzuführsystem für die Brennkraftmaschine eines entsprechenden Plug-in-Hybridfahrzeuges. In einem Kraftstofftank 1 ist eine Niederdruckkraftstoffpumpe 2 angeordnet, die einer Hochdruckkraftstoffpumpe 3 über ein Einlassventil 4 Kraftstoff zuführt, der von der Hochdruckkraftstoffpumpe 3 unter hohem Druck einem Hochdruckkraftstoffspeicher 5 zugeführt wird. Vom Hochdruckkraftstoffspeicher (Rail) 5 werden entsprechende Injektoren 7 einer Brennkraftmaschine 6 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff gespeist.
  • Der Hochdruckkraftstoffspeicher 5 weist eine Rückführleitung für überschüssigen Kraftstoff in den Kraftstofftank 1 auf, in der ein Druckentlastungsventil 8 angeordnet ist. Eine Steuereinheit 9 des Fahrzeuges steuert die beiden Spulen der als Solenoid-Ventile ausgebildeten Ventile 4 und 8 an, um die Ventile zu öffnen und zu schließen.
  • Über einen Sender 20, beispielsweise ein Smartphone des Fahrzeuglenkers, wird der Steuereinheit 9 signalisiert, dass alsbald ein Start des Fahrzeuges erfolgen soll. Das Fahrzeug befindet sich im Ruhezustand, wobei sein Akkumulator über die Steckdose eines externen elektrischen Versorgungssystems aufgeladen wird. Wenn die Steuereinheit 9 das Signal für den bevorstehenden Start der Verbrennungsmaschine 6 des Fahrzeuges erhält, steuert sie die beiden Ventile 4 und 8 derart an, dass diese vom externen elektrischen Versorgungssystem mit elektrischer Energie beaufschlagt werden, und zwar derart, dass den Spulen der Ventile elektrische Energie zugeführt wird, so dass eine Erwärmung der zugehörigen mechanischen Teile eintritt. Dabei wird eine Bewegung dieser mechanischen Teile mit einer gewissen Reibung erzeugt, wodurch weitere Wärme generiert wird. Diese Bewegung ist nahezu verschleißfrei, da nur eine geringe hydraulische Belastung vorhanden ist.
  • Zusätzlich wird durch die Steuereinheit 9 die Niederdruckkraftstoffpumpe 2 aktiviert, um Kraftstoff unter niedrigem Druck umzupumpen und hierdurch die erzeugte Wärme im System zu verteilen.
  • Die entsprechende Aufwärmphase wird beendet, wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm der Hauptschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 10 wird ein Signal an die Steuereinheit 9 abgegeben, dass ein Start der Brennkraftmaschine alsbald erfolgt, wobei sich das Fahrzeug in der Aufladephase durch ein externes elektrisches Versorgungssystem befindet.
  • Im nachfolgenden Schritt 11 bewirkt die Steuereinheit 9 eine Beaufschlagung der beiden Ventile 4 und 8 mit elektrischer Energie zum Erwärmen der zugehörigen mechanischen Teile der Ventile und damit des Kraftstoffzuführsystems. Die entsprechende Aufwärmphase des Kraftstoffzuführsystems ist in Schritt 12 dargestellt. In Schritt 13 wird die Aufwärmphase beendet und die Brennkraftmaschine gestartet.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzuführsystems für eine Brennkraftmaschine (6) eines Plug-in-Hybridfahrzeuges mit einer Niederdruckkraftstoffpumpe (2), einer Hochdruckkraftstoffpumpe (3), einem Hochdruckkraftstoffspeicher (5), einer Vielzahl von Injektoren (7) und einer Vielzahl von Ventilen (4, 8) im System mit den folgenden Schritten: 1. Abgeben eines Signals an die Steuereinheit (9) des Hybridfahrzeuges, dass das Fahrzeug alsbald starten wird, während des Aufladens des Akkumulators des Fahrzeuges durch ein externes elektrisches Versorgungssystem; 2. in Abhängigkeit von diesem Signal Beaufschlagen der Spule von mindestens einem Ventil (4, 8) des Kraftstoffzuführsystems mit elektrischer Energie aus dem externen elektrischen Versorgungssystem zur Erzeugung von Wärme; 3. Durchführen einer Aufwärmphase des Kraftstoffzuführsystems mit der erzeugten Wärme vor dem Start des Hybridfahrzeuges, wobei die Niederdruckkraftstoffpumpe (2) aktiviert wird, um die durch die Ventilbeaufschlagung erzeugte Wärme über das Kraftstoffzuführsystem zu verteilen, und der hierdurch geförderte unter niedrigem Druck stehende Kraftstoff über die vorhandene Rückführleitung zum Tank (1) zurückgeführt wird; und 4. Beenden der Aufladephase mit Aufwärmphase und Starten des Fahrzeuges.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ventil (4, 8) durch das Beaufschlagen mit elektrischer Energie so angesteuert wird, dass sich die zugehörigen mechanischen Teile nicht bewegen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ventil (4, 8) durch das Beaufschlagen mit elektrischer Energie so angesteuert wird, dass die zugehörigen mechanischen Teile bei geringer hydraulischer Last mit geringer Reibung bewegt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen eines Einlassventils (4) der Hochdruckkraftstoffpumpe (3) und eines Druckentlastungsventils (8) des Systems mit elektrischer Energie beaufschlagt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ventil (4, 8) langsam mit elektrischer Energie beaufschlagt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ventil (4, 8) auf hochfrequente Weise mit elektrischer Energie beaufschlagt wird.
  7. Kraftstoffzuführsystem für eine Brennkraftmaschine (6) eines Plug-in-Hybridfahrzeuges mit einer Niederdruckkraftstoffpumpe (2), einer Hochdruckkraftstoffpumpe (3), einem Hochdruckkraftstoffspeicher (5), einer Vielzahl von Injektoren (7) und einer Vielzahl von Ventilen (4, 8) im System, das so ausgebildet ist, dass die Spule von mindestens einem Ventil (4, 8) des Systems mit externer elektrischer Energie zur Durchführung einer Aufwärmphase des Systems vor dem Start beaufschlagt werden kann und die Niederdruckkraftstoffpumpe (2) aktiviert wird, um die durch die Ventilbeaufschlagung erzeugte Wärme über das Kraftstoffzuführsystem zu verteilen, sowie der hierdurch geförderte unter niedrigem Druck stehende Kraftstoff über die vorhandene Rückführleitung zum Tank (1) zurückgeführt wird.
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