DE10320558A1

DE10320558A1 - Einspritzregelung bei bivalenter Kraftstoffdirekteinspritzung

Info

Publication number: DE10320558A1
Application number: DE10320558A
Authority: DE
Inventors: Fuer Umweltfreundliche Technologien Dipl.-Ing. Entwicklungsbuero (Th) Karlheinrich Winkelmann
Original assignee: Entwicklungsbuero fur Umweltfreundliche Technologien Dipl-Ing (th) Karlheinrich Winkelmann
Current assignee: Entwicklungsbuero fur Umweltfreundliche Technologien Dipl-Ing (th) Karlheinrich Winkelmann
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-25

Abstract

Es werden Regelungen beschrieben, die die Betriebssicherheit bei der Verwendung von Mitteldruckkraftstoffen, also Kraftstoffe, deren Dampfdruck höher ist als der Normaldruck, die einen Kraftstoffanteil besitzen, dessen kritische Temperatur sich im Betriebstemperaturbereich der Verbrennungskraftmaschine befindet oder die im Betrieb einen sinnvollen Vordruck zu überschreiten drohen, gewährleisten. DOLLAR A Eine Regelungsstrategie ist, den Rücklauf (19) durch ein Magnetventil (15) schließen zu lassen, wodurch eine Druckerhöhung im Niederdruckteil bewirkt wird. Bei der anderen Regelungsstrategie wird von der Regeleinheit (27) auf den Niederdruckkraftstoff umgeschaltet, falls ein Temperatur- (17, 18) oder Drehzahlsensor einen kritischen Wert ermittelt. DOLLAR A Ein Druckdämpfer (6) in der Rücklaufleitung (16) des Niederdruckkraftstoffes dämpft etwaige Druckstöße.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Einspritzregelung eines Kraftstoffdirekteinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-Direkteinspritzsystem, bei dem Flüssiggas (auch als LPG oder Autogas bezeichnet) oder ein anderer flüssiger Kraftstoff vorzugsweise Ottokraftstoff, wahlweise direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. (Bivalente Kraftstoffdirekteinspritzung)
Aus DE 201 01 475.0 , DE 101 46 051.1 , DE 102 309 58.2 , DE 202 09 413.8 und EP 02 021 233.8 ist bekannt, dass Kraftstoffe die bei Normaldruck und Normaltemperatur flüssig sind (hier deswegen als Niederdruckkraftstoff bezeichnet), wie z.B. Ottokraftstoff und Kraftstoffe, die einen relativ geringen Überdruck benötigen. um bei Normaltemperatur im flüssigen Aggregatzustand zu verbleiben, wie z.B. Autogas (hier deswegen als Mitteldruckkraftstoff bezeichnet), mit Hilfe eines einzigen, gemeinsamen Einspritzsystems direkt in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden können.
Dabei ist es speziell beim Autogas nötig durch Pumpen und Druckregelventile den Kraftstoff an jeder Stelle seines Weges vom Tank bis in die Brennkammer im Zylinderkopf so stark unter Druck zu setzen, dass er an jeder Stelle oberhalb der Dampfdruckkurve seines Bestandteiles Propan und damit flüssig, bleibt.
Eine kritische Betriebssituation stellt bei Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen in diesem Zusammenhang der Motorleerlauf im Stand dar. Weil hier der kühlende Fahrtwind fehlt und die umlaufende Kraftstoffmenge gering ist, kann es, abhängig von der Anordnung der Hochdruckpumpe und der Einspritzrail im Motorraum, durch Temperaturstrahlung und Temperaturleitung vom Zylinderkopf und Motorblock her zu Temperaturspitzen kommen und als Folge davon zu einer lokalen Verdampfung des Autogases mit dadurch ausgelöstem Motorstillstand.
In der DE 102 30 958.2 werden für dieses Problem zwei Lösungswege beschrieben. Bei dem einen wird durch eine Kombination von mehreren hintereinandergeschalteten Kraftstoffpumpen in Verbindung mit einem Druckregelventil mit entsprechend hohem Auslösedruck konstant ein so hoher Druck im Kraftstoffvorfördersystem erzeugt, dass es auch bei Temperaturspitzen nicht zu einer Verdampfung des Propananteils im Autogas kommt. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, energetisch und konstruktiv ein hohes Druckniveau ständig erzeugen und aufrechterhalten zu müssen, obwohl es konkret nur in kurzen Phasen des Betriebes benötigt wird.
Die zweite Lösung sieht vor, die Federkammer des Druckregelventils; das den Vordruck am Eingang zur Hochdruckpumpe regelt, durch eine eigene, durch die Temperaturdifferenz des Autogases zwischen Tankausgang und Hochdruckpumpeneingang leistungsgeregelte, Pumpe mit zusätzlichem Druck zu beaufschlagen. Dadurch stiege der Kraftstoffdruck im Vorfördersystem parallel mit der Temperaturdifferenz.
In einer Variante der zweiten Lösung könnte der zusätzliche Druck für die Federkammer des Druckregelventils aus der Leitung der vorletzten Pumpe einer Kraftstoffpumpenkaskade im Kraftstoffvorfördersystem des Mitteldruckkraftstoffes abgezweigt werden. Bei beiden Varianten liegt der Nachteil bei dem hohen technischen Aufwand der für die Druckregelung zu betreiben ist, der die Gestehungskosten des Gesamtsystem in die Höhe treibt.
Ein zusätzliches, ebenfalls nicht zu vernachlässigendes Problem ist die kritische Temperatur (96,8°C) des Autogasbestandteils Propan, deren Erreichung an irgendeiner Stelle im Motorraum, sei es in der Hochdruckpumpe oder in der Rail, den Stillstand des Motors zur Folge hätte.
Die Vorteile der Erfindung liegen in der Betriebssicherheit bei kostengünstigem Bauaufwand.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die 1 zeigt ein bivalentes Direkteinspritzsystem mit einer Hochdruckpumpe (5), einer Einspritzrail (7) und einem Hochdruckdruckregler (8). Aus einem nicht dargestellten Tank für den Niederdruckkraftstoff wird über die Kraftstoffleitung (26) durch eine erste, ebenfalls nicht dargestellte, Kraftstoffpumpe Niederdruckkraftstoff bis an den Eingang der Hochdruckpumpe (5) geführt. An der gleichen Stelle mündet die Zuführungsleitung (12) des Mitteldruckkraftstoffes. Ein Temperaturmessfühler (17) misst an dieser Stelle die Kraftstofftemperatur. Der Messwert wird an die Regeleinheit (27) geleitet, welche bei Überschreiten einer, aus der Dampfdruckkurve von Propan abgeleiteten, Temperatur beispielsweise die Magnetventile (3) in der Zuleitung des Mitteldruckkraftstoffes schließt, die Pumpen (1) und (4) abschaltet, die Niederdruckkraftstoffpumpen einschaltet und das Magnetventil (30) in der Niederdruckrückleitung (16) öffnet.
Genauso reagiert die Regeleinheit (27) wenn der Temperaturfühler (18) signalisiert, dass die kritische Temperatur von Propan fast erreicht ist.
Eine schaltungstechnisch einfachere Alternative ist die Schließung des Magnetventils (15) in der Rücklaufleitung (19) des Mitteldruckkraftstoffes, die allerdings mit höheren Spitzendrücken und fehlender Sicherung gegen extreme Temperaturwerte verbunden ist.

1: In-Tank-Kraftstoffpumpe des Mitteldruckkraftstoffes
2: Rückschlagventil
3: Magnetventile in der Zuleitung des Mitteldruckkraftstoffes
4: Kraftstoffpumpe
5: Hochdruckkraftstoffpumpe
6: Niederdruckdruckregler/Druckdämpfer
7: Einspritzrail
8: Hochdruckregler
9: Kraftstoffpumpe
10: Mitteldruckkraftstofftank
11: Füllleitung für den Mitteldruckkraftstoff
12: Zuleitung für den Mitteldruckkraftstoff
13: Zuleitung zur Federkammer des Mitteldruckdruckregelventils
14: Mitteldruckdruckregelventil
15: Magnetventil
16: Rückleitung für den Niederdruckkraftstoff
17: Temperaturfühler
18: Temperaturfühler
19: Rückleitung für den Mitteldruckkraftstoff
26: Zuleitung für den Niederdruckkraftstoff
27: Regeleinheit
30: Magnetventil

Claims

Einspritzregelung bei bivalenter Kraftstoffdirekteinspritzung eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruckeinspritzpumpe (5) zum Einspritzen von flüssigem Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine, einem Tank (10) zur Speicherung eines Kraftstoffes, dessen Dampfdruck höher ist als der Atmosphärendruck, welcher Tank (10) mit einem Druck beaufschlagt ist, der höher ist als der Dampfdruck des Mitteldruckkraftstoffes, einer innerhalb des Tanks (10) angeordneten ersten Kraftstoffpumpe (1) zum Fördern von Kraftstoff durch eine Zuleitung (12) zur Hochdruckeinspritzpumpe (5) und mindestens einer zweiten Kraftstoffpumpe (4) stromabwärts der ersten (1) zur zusätzlichen Druckbeaufschlagung des Mitteldruckkraftstoffes, einem zweiten Tank für den Niederdruckkraftstoff mit dem notwendigen Kraftstoffversorgungssystem, einer weiteren Kraftstoffpumpe (9) für den Niederdruckkraftstoff und mindestens einem Kraftstoffdruckregelventil (14) dadurch gekennzeichnet, dass die Membran des Kraftstoffdruckregelventils (14) von der Federseite her durch einen zusätzlichen Druck beaufschlagt wird, der vorzugsweise durch eine Verbindungsleitung (13) der Rückleitung (19) des Mitteldruckkraftstoffes entnommen wird, wodurch die Membran des Kraftstoffdruckregelventils (14) mit dem Verdampfungsdruck des Mitteldruckkraftstoffes beaufschlagt wird.
Einspritzregelung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler (17) am Eingang der Kraftstoffleitung zur Kraftstoffhochdruckpumpe (5) beim Überschreiten einer definierten Temperatur über eine Regeleinheit (27) ein Schaltsignal generiert, das einen Aktuator veranlasst ein Ventil (15) in der Mitteldruckkraftstoffrücklaufleitung (19) zu schließen, bis diese Temperatur wieder unterschritten wird.
Einspritzregelung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler (17) am Eingang der Kraftstoffleitung zur Kraftstoffhochdruckpumpe (5) beim Überschreiten einer definierten Temperatur, die sinnvollerweise zwischen 30 °C und 70 °C liegt, über eine Regeleinheit (27) ein Schaltsignal generiert, das einen Aktuator veranlasst auf den Niederdruckkraftstoff umzuschalten, unabhängig davon, welche Kraftstoffsorte am Kraftstoffwahlschalter vorgewählt ist.
Einspritzregelung nach Anspruch 1–3 dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Temperaturfühler (18) im Hochdruckeinspritzsystem beim Überschreiten einer Temperatur die nahe unterhalb der kritischen Temperatur von Propan von 96,8 °C liegt, ebenfalls ein Schaltsignal generiert, das den gleichen Aktuator veranlasst auf den Niederdruckkraftstoff umzuschalten, unabhängig davon, welche Kraftstoffsorte am Kraftstoffwahlschalter vorgewählt ist.
Einspritzregelung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass, bei einer Motordrehzahl von weniger als 1000 Umdrehungen in einer Minute über einen definierten Zeitraum, von einer Regeleinheit (27) ein Schaltsignal generiert wird, das einen Aktuator veranlasst auf den Niederdruckkraftstoff umzuschalten, unabhängig davon, welche Kraftstoffsorte am Kraftstoffwahlschalter vorgewählt ist.
Einspritzregelung nach Anspruch 1–5 dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (16) des Niederdruckkraftstoffes ein Druckdämpfer (6) eingebaut ist, der beim Umschalten vom Mitteldruckkraftstoff zum Niederdruckkraftstoff die aus der Druckdifferenz entstehende Druckwelle dämpft.