-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern des
Wiederstartens einer Brennkraftmaschine mit Hochdruck-
Speichereinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
-
Für die Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen werden
zunehmend Hochdruck-Speichereinspritzsysteme verwendet.
Solche Einspritzsysteme sind als Common-Rail-Systeme (für
Diesel-Brennkraftmaschinen) und HPDI-Einspritzsysteme (für Otto-
Brennkraftmaschinen) bekannt. Bei diesen Einspritzsystemen
wird der Kraftstoff mittels einer Vorförderpumpe über ein
Filter zu einer Hochdruckpumpe und von dieser in einen
gemeinsamen Druckspeicher gefördert, von dem aus die
Einspritzventile an den einzelnen Zylindern mit Kraftstoff versorgt
werden. Das Öffnen und Schließen der Einspritzventile wird in
der Regel elektrisch oder elektromagnetisch gesteuert.
-
Bei einem Common-Rail-Einspritzsystem wird der Kraftstoff mit
Hilfe der Hochdruckpumpe verdichtet, in dem als Rail
bezeichneten Hochdruckspeicher gespeichert und durch als Injektoren
bezeichnete Einspritzventile in den Brennraum der
Brennkraftmaschine eingespritzt. Neben der Druckspeicherung dient das
Rail auch zur Glättung von Druckpulsationen, wozu ein
ausreichend großes Speichervolumen erforderlich ist.
-
Wird der im Kraftstofftank mitgeführte Kraftstoffvorrat einer
mit Hochdruck-Speicheteinspritzsystem ausgerüsteten
Brennkraftmaschine während des Betriebes der Brennkraftmaschine
vollständig verbraucht, mit anderen Worten der Kraftstofftank
"leergefahren", so müssen beim Wiederstart der
Brennkraftmaschine nach Befüllen des Kraftstofffanks alle
kraftstoffführenden Komponenten (Zulaufleitungen, Kraftstofffilter,
Hochdruckpumpe, Rail, Einspritzleitungen) erst wieder mit
Kraftstoff gefüllt werden, bevor das Einspritzsystem Druck
erzeugen und die Brennkraftmaschine gestartet werden kann.
-
Der Druck muß im gesamten Hochdruckbereich erst auf den
Mindesteinspritzdruck gebracht werden, bevor die erste
Einspritzung erfolgen kann. Wird die elektrisch angesteuerte
Vorförderpumpe eingeschaltet und gleichzeitig die
Brennkraftmaschine mit dem Anlasser durchgedreht, dauert es eine geraume
Zeit, bis das Kraftstoffsystem gefüllt ist und die
Brennkraftmaschine startet.
-
Aus EP 0 643 219 B1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem mit
einer Vorförderpumpe, einer Hochdruckpumpe, einer
Kraftstoffleitung und daran angeschlossenen Injektoren bekannt. Zudem
ist ein Kraftstoffspeicher vorgesehen, der mit der
Kraftstoffleitung in Verbindung steht. Zum Spülen der
Kraftstoffleitung ist ein Ventil vorgesehen, mit dem die
Kraftstoffleitung mit einer Rückleitung zum Tank verbindbar ist. In einer
Startphase wird das Ventil geöffnet und auf diese Weise ein
Spülen der Kraftstoffleitung und zudem eine Einstellung eines
niedrigen Druckes in der Kraftstoffleitung erreicht.
Weiterhin ist eine Bypaßleitung vorgesehen, mit der in der
Startphase der von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoff an der
Hochdruckpumpe vorbei direkt in die Kraftstoffleitung
befördert wird.
-
Aus DE 195 47 877 A1 ist ein
Kraftstoffhochdruckspeichersystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein
Kraftstoffspeicher vorgesehen ist und zudem ein
Kraftstoffzusatzspeicher über ein ansteuerbares Ventil mit dem
Kraftstoffspeicher verbindbar ist. Für eine schnelle Erhöhung des
Kraftstoffdruckes im Kraftstoffspeicher wird das Ventil
geöffnet und der hohe Druck des Kraftstoffzusatzspeichers auf
den Kraftstoffspeicher übertragen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, mit dem das Startverhalten einer Brennkraftmaschine
mit einem Hochdruck-Speichereinspritzsystem der eingangs
genannten Art verbessert wird, insbesondere die Zeitspanne bis
zum Druckaufbau im Hochdruck-Speichereinspritzsystem verkürzt
werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1
gelöst.
-
Wird ein Wiederstart der Brennkraftmaschine nach dem Befüllen
eines nahezu geleerten Kraftstoffvorratsbehälters erkannt, so
werden erfindungsgemäß für eine vorgegebene Zeitdauer
Maßnahmen ergriffen, die sicherstellen, dass während dieser
Zeitdauer Kraftstoff ausschließlich mittels einer Vorförderpumpe
in die kraftstoffführenden Komponenten des Hochdruck-
Speichereinspritzsystem gefüllt wird.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn während der Zeitdauer eine
optische oder akustische Anzeigevorrichtung aktiviert wird,
die dem Fahrer signalisiert, dass der Startvorgang der
Brennkraftmaschine noch nicht erfolgen kann.
-
Wird als optische Anzeigevorrichtung die ohnehin bereits
vorhandene Glühkontrolllampe einer Glühzeitsteuerung der
Brennkraftmaschine verwendet, so ergibt sich eine besonders
einfache und kostengünstige Möglichkeit, dem Fahrer anzuzeigen,
dass die Brennkraftmaschine noch nicht startklar ist.
-
Zusätzlich kann während der Zeitdauer das Bestromen eines zum
Starten der Brennkraftmaschine dienenden Starters unterbunden
werden.
-
Ein Wiederstart der Brennkraftmaschine nach dem Befüllen
eines nahezu geleerten Kraftstoffvorratsbehälters kann auf
einfache Weise durch Auswerten des Signales eines den Druck im
Hochdruck-Speichereinspritzsystem erfassenden Drucksensors
erkannt werden.
-
Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich die Startzeit
bei einem Wiederstart der Brennkraftmaschine nach dem
erneuten Befüllen eines nahezu geleerten
Kraftstoffvorratsbehälters wesentlich verkürzen und die Belastung der den Anlasser
der Brennkraftmaschine speisenden Bordbatterie verringern.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Einspritzsystems
für eine mit Kraftstoffdirekteinspritzung arbeitende
Brennkraftmaschine und
-
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Starten einer
Brennkraftmaschine
-
Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines
Kraftstoffeinspritzsystems für eine mit Kraftstoffdirekteinspritzung
arbeitende Brennkraftmaschine BKM, wie es unter der Bezeichnung
Common-Rail-System vor allem bei Fahrzeugen mit einer Diesel-
Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Dabei sind nur diejenigen
Komponenten dargestellt, die für das Verständnis der
Erfindung nötig sind.
-
Bei diesem Einspritzsystem wird Kraftstoff aus einem
Kraftstoffvorratsbehälter 10 über eine Kraftstoffleitung 11 durch
eine mittels eines Elektromotors 26 angetriebene
Vorförderpumpe 12 angesaugt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist
diese Vorförderpumpe 12 für den Leitungseinbau vorgesehen,
sie kann jedoch auch so ausgelegt sein, dass sie innerhalb
des Kraftstoffvorratsbehälters 10 eingebaut werden kann. Die
Vorförderpumpe 12 fördert den Kraftstoff über einen
Kraftstofffilter 13 zu einer Hochdruckpumpe 14, die den Kraftstoff
verdichtet und unter hohem Druck in einen Hochdruckspeicher
15, das sogenannte Rail einspeist. Dieser Hochdruckspeicher
15 hat neben der Druckspeicherung auch die wesentliche
Aufgabe, durch ein ausreichend großes Speichervolumen
Druckpulsationen zu glätten.
-
Um den Volumenstrom der Hochdruckpumpe 14 in den
Hochdruckspeicher 15 entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine BKM bedarfsabhängig einstellen zu
können, ist in der Kraftstoffleitung 11 zwischen der
Vorförderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe 14 ein zusätzliches
Saugdrosselventil, im folgenden als Volumenstromregelventil VCV
bezeichnet, angeordnet. Mit dessen Hilfe wird der Förderstrom
der Hochdruckpumpe 14 geregelt. Dieses
Volumenstromregelventil VCV wird von einer nicht dargestellten Steuereinheit
über eine Steuerleitung 17 angesteuert. Diese Steuereinheit
ist vorzugsweise in ein elektronisches Steuergerät 18 der
Brennkraftmaschine integriert, das alle zum Betrieb der
Brennkraftmaschine BKM nötigen Abläufe steuert und/oder
regelt. Hierzu werden dem Steuergerät 18 der Brennkraftmaschine
BKM eine Vielzahl mittels entsprechender Sensorik
aufgenommene Eingangssignale ES zugeführt. Über Ausgangssignale AS
werden die einzelnen Aktoren und Komponenten angesteuert, die
zum Betrieb der Brennkraftmaschine BKM notwendig sind. Das
Steuergerät 18 weist u. a. einen Zeitzähler 16, sowie einen
Speicher 31 auf, in dem u. a. verschiedene Schwellenwerte SW
gespeichert sind.
-
Ferner ist an der Steuerungseinrichtung 18 eine
Anzeigevorrichtung 33 angeschlossen, deren Bedeutung später anhand der
Beschreibung der Fig. 2 näher erläutert wird.
-
Um den Druck im Hochdruckspeicher 15 entsprechend den
gewünschten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine BKM
einstellen zu können, ist weiterhin nach der Hochdruckpumpe 14
ein Druckregelventil PCV in die Kraftstoffleitung 11
geschaltet. Dieses Druckregelventil PCV steuert oder regelt über
eine gestrichelt dargestellte Kraftstoffrückführleitung 19
überschüssigen Kraftstoff, der nicht zur Aufrechterhaltung
eines im Hochdruckspeicher 15 gewünschten Drucks benötigt wird,
in den Kraftstoffvorratsbehälter 10 ab, wobei der Haltedruck
des Druckregelventils PCV von dem Steuergerät 18 über eine
Steuerleitung 20 eingestellt wird. Zur Druckregelung im
Hochdruckspeicher 15 ist weiter ein Drucksensor 21 vorgesehen.
Dieser Drucksensor 21 dient zum Erfassen des augenblicklich
im Hochdruckspeicher 15 herrschenden Druckes, auf dessen
Grundlage das Steuergerät 18 entsprechend den gewünschten
Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine BKM die
Druckregelung über das Druckregelventil PCV vornimmt.
-
Im Hochdruckspeicher 15 lassen sich mit Hilfe der
dargestellten Anordnung Kraftstoffdrücke von 0 bis 1500 bar erzeugen.
Diese Kraftstoffdrücke stehen über
Kraftstoffeinspritzleitungen 22 an als Injektoren 23 bezeichnete Einspritzventilen an.
Ein solcher Injektor 23 weist im allgemeinen eine
Einspritzdüse auf, die mit einer unter Federkraft stehenden Nadel
verschlossen ist und die in den Brennraum der Brennkraftmaschine
ragt. Der Einspritzvorgang wird in bekannter Weise
bedarfsgerecht durch das Steuergerät 18 ausgelöst, das über
Steuerleitungen 24 mit den Injektoren 23 verbunden ist. Der in den
Injektoren 23 auftretende Leckagestrom wird über gestrichelt
dargestellte Kraftstoffrückführleitungen 25 in den
Kraftstoffvorratsbehälter 10 zurückgeführt. Der Füllstand im
Kraftstoffvorratsbehälter 10 wird mittels eines
Füllstandssensors 32 erfasst, dessen Signal dem Steuergerät 18 zur
weiteren Verarbeitung zugeführt wird.
-
Des weiteren ist der die Vorförderpumpe 12 antreibende
Elektromotor 26 über eine Steuerleitung 17 ebenfalls mit dem
Steuergerät 18 verbunden. Die Vorförderpumpe 12 kann auch in der
Drehzahl regelbar ausgeführt sein.
-
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Hochdruckpumpe
14 direkt von der Brennkraftmaschine angetrieben. Es ist aber
auch möglich, die Hochdruckpumpe 14 unabhängig von der
Drehzahl der Brennkraftmaschine BKM anzutreiben, beispielsweise
mittels eines Elektromotors.
-
Weiterhin ist in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 28 eine
Fahrzeugbatterie bezeichnet, die eine Bordspannung VB abgibt
und deren Pluspol zu einer Klemme KL30 eines Glüh-Start
Schalters 29 geführt ist, während der Minuspol mit der
Karosserie des mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeuges
verbunden ist. Der mit Klemme KL15 bezeichnete Ausgang des
Glüh-Start-Schalters 29 ist über eine nicht näher bezeichnete
Leitung mit dem Steuergerät 18 verbunden. An der Klemme KL15
(geschaltetes Plus nach Fahrzeugbatterie) liegt Spannung,
wenn der Glüh-Start-Schalter 29 in der mit 1 bezeichneten
Stellung ist. Der mit Klemme KL50 bezeichnete Ausgang des
Glüh-Start-Schalters 29 ist über eine nicht näher bezeichnete
Leitung mit einem Anlasser 30 (Starter) der
Brennkraftmaschine BKM verbunden. Ebenso ist der Pluspol der Fahrzeugbatterie
28 an den Anlasser 30 geführt.
-
Für einen guten Kaltstart und eine Verbesserung der
abgasrelevanten Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 10 ist eine an
sich bekannte Glühzeitsteuerung vorgesehen. Sie besteht im
wesentlichen aus einem Glühzeitsteuergerät 35 zur Ansteuerung
von einer der Zylinder der Brennkraftmaschine 10
entsprechenden Anzahl von Glühstiftkerzen 34 (in der Fig. 1 ist nur
eine dargestellt), einem Leistungsrelais, sowie einer
Glühkontrolllampe 36. Das Glühzeitsteuergerät 35 kann auch in dem
Steuergerät 18 integriert sein. Der Vorglüh- und Startablauf
ist mit dem Glüh-Start-Schalter 29 wie bei einem Otto-Motor
angelegt. Bei der Schlüsselstellung "Zündung ein",
entsprechend Schalterstellung 1, beginnt der Vorglühvorgang. Nach
Erlöschen der Glühkontrolllampe 36 sind die Glühstiftkerzen
34 heiß genug, so dass der Startvorgang eingeleitet werden
kann (Schlüssel des Glüh-Start-Schalter 29 in Stellung 2). In
der folgenden Startphase verdampfen mittels der Injektoren
eingespritzte Kraftstofftröpfchen, entzünden sich an der
komprimierten, heißen Luft und die frei werdende Wärme führt
zur Einleitung des Verbrennungsprozesses. Die Vorglühzeit ist
dabei abhängig von der Kühlmitteltemperatur. Die weiteren
Glühphasen bei startender oder laufender Brennkraftmaschine
werden von einer Vielzahl von Parametern bestimmt, u. a. von
der Einspritzmenge und der Drehzahl.
-
Während des Normalbetriebes der Brennkraftmaschine BKM wird
betriebspunktabhängig im Hochdruck-Speichereinspritzsystem
ein bestimmter Druck und eine bestimmte Förderleistung durch
entsprechende Ansteuerung der Hydraulikstellglieder
Volumenstromregelventil VCV und Druckregelventil PCV mittels einer
sogenannten Closed-Loop-Regelung eingestellt.
-
Beim Abstellen der Brennkraftmaschine BKM wird das
Druckregelventil PCV geöffnet, um den Kraftstoff vom
Hochdruckspeicher abzulassen. Das Volumenstromregelventil VCV bleibt nach
dem Abstellen der Brennkraftmaschine BKM während des
Nachlaufs des Steuergerätes 18 noch kurz geöffnet, um den
Pumpraum der Hochdruckpumpe 14 wieder zu befüllen. Damit entfällt
beim nächsten Start der Brennkraftmaschine BKM die Füllung
dieses Totraumes, was zu einem schnelleren
Betriebsbereitschaft des Hochdruck-Speichereinspritzsystems führt.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Druckregelventil
PCV stromlos offen, d. h. beim Abschalten der
Brennkraftmaschine BKM wird es stromlos geschaltet. Das
Volumenstromregelventil VCV ist stromlos geschlossen, so daß nach Ablauf
der Nachlaufzeit durch Abschalten der Stromversorgung die
Kraftstoffzuleitung 11 zu der Hochdruckpumpe 14 unterbrochen
ist. Bei Ausfall der Spannungsversorgung nehmen also beide
Ventile einen sicheren Zustand ein.
-
Anhand des Ablaufdiagrammes nach Fig. 2 wird gezeigt, wie
das Startverhalten einer solchen Brennkraftmaschine
verbessert werden kann.
-
Zum Starten der Brennkraftmaschine wird in einem ersten
Verfahrensschritt S1 durch Drehung eines Schlüssels für den
Glüh-Start-Schalter 29 in die Stellung 1 die Bordspannung VB
an die Klemme KL15 angelegt. Damit wird u. a. auch der
Zeitzähler 16 in dem Steuergerät 18 auf den Wert Null
zurückgesetzt.
-
Anschließend wird in einem Verfahrensschritt S2 überprüft, ob
ein Wiederstart der Brennkraftmaschine BKM nach dem Befüllen
des leergefahrenen Kraftstoffvorratsbehälters 10 vorliegt.
Hierzu kann beispielsweise das Signal des Drucksensors 21
ausgewertet werden. Wird die Brennkraftmaschine 10 solange
betrieben, bis kein Kraftstoff mehr im
Kraftstoffvorratsbehälter 10 vorhanden ist, so wird anschließend nur noch Luft
angesaugt und der Druck im Einspritzsystem fällt stark ab.
Liegt also der Druck im Einspritzsystem beim Starten der
Brennkraftmaschine 10 unterhalb eines vorgegebenen
Schwellenwertes SW1, so wird davon ausgegangen, dass es sich um einen
Wiederstart der Brennkraftmaschine BKM nach dem Befüllen des
leergefahrenen Kraftstoffvorratsbehälters 10 handelt.
-
Ist der Druck im Einspritzsystem gleich oder größer dem
vorgegebenen Schwellenwert SW1, liegt ein sogenannter
Normalstart vor, wie er bereits anhand der Erläuterung der Fig. 1
beschrieben wurde (Verfahrensschritt S3).
-
Liefert die Abfrage im Verfahrensschritt S2, dass ein
Wiederstart der Brennkraftmaschine BKM nach dem Befüllen des
leergefahrenen Kraftstoffvorratsbehälters 10 vorliegt, so wird
die Vorförderpumpe 12 über Signale der Steuerungseinrichtung
18 angesteuert und gleichzeitig der Zeitzähler 16 gestartet.
Außerdem wird eine Anzeigevorrichtung 33 aktiviert, die dem
Fahrer des mit der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen
Fahrzeuges signalisieren soll, dass zwar das
Kraftstoffeinspritzsystem schon arbeitet, die Brennkraftmaschine 10 aber noch
nicht startbereit ist.
-
Als Anzeigevorrichtung 33 kann jede herkömmliche optische
oder akustische Einrichtung verwendet werden, wie
beispielsweise Kontrolllampe, entsprechende Anzeige in einem
Multifunktionsdisplay oder Summer. Insbesondere kann als optische
Anzeigevorrichtung die ohnehin vorhandene Glühkontrolllampe
36 der Glühzeitsteuerung herangezogen werden. Die
Glühkontrolllampe wird im Normalfall bekanntlich dazu benutzt, beim
Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 dem Fahrer anzuzeigen,
dass die Brennkraftmaschine 10 noch nicht startbereit ist, da
noch vorgeglüht werden muss. Erst nach Erlöschen der
Glühkontrolllampe soll der Fahrer den Schlüssel des Glüh-Start-
Schalters 29 in die Stellung 2 bringen, um den Anlasser 30 zu
bestromen und die Brennkraftmaschine 10 zu starten.
-
Neben dem Vorteil, dass hierbei keine zusätzliche Komponente
nötig ist, ist ein solches Vorgehen dem Fahrer wohl vertraut.
-
In einem Verfahrensschritt S5 wird überprüft, ob eine
vorgegegebene Zeitspanne TWAIT nach dem Zeitpunkt des Einleitens
der in Verfahrensschritt S4 angegebenen Maßnahmen abgelaufen
ist. Diese Abfrage vollzieht sich in einer Warteschleife. Die
Zeitspanne TWAIT wird experimentell durch Versuche ermittelt
und ist in dem Speicher 31 abgelegt.
-
Nach Ablauf der Zeitspanne TWAIT wird die Anzeigevorrichtung
33 deaktiviert und der Startvorgang der Brennkraftmaschine 10
kann eingeleitet werden (Verfahrensschritt S6).
-
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es vorgesehen, während der Wartezeit TWAIT, also in der
Vorförderphase das Bestromen des Anlassers gänzlich zu
unterbinden. Dabei bleibt beispielsweise mittels einer von der
Steuerungseinrichtung 18 gesteuerten Schalteinrichtung die
Stromzuführung zum Anlasser 30 unterbrochen, so dass der
Fahrer gezwungen wird, die Wartezeit TWAIT verstreichen zu
lassen, bevor er die Brennkraftmaschine 10 starten kann.