DE19859175A1

DE19859175A1 - Verfahren zum Entlüften eines Kraftstoffversorgungssystems

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Publication number: DE19859175A1
Application number: DE19859175A
Authority: DE
Inventors: Christoph Klesse; Hinrich Krueger; Christian Taudt; Martin Werner; Eckbert Zander
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2000-06-29
Also published as: IT1314135B1; ITMI992600A1; ITMI992600A0; FR2787521A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Entlüften eines Kraftstoffversorgungssystems vorgestellt, bei dem während des Startvorgangs einer mit Kraftstoff zu versorgenden Brennkraftmaschine der Betriebszustand des Kraftstoffversorgungssystems und/oder der Brennkraftmaschine überwacht und ausgewertet wird, dahingehend, ob sich Luft im Kraftstoffversorgungssystem befindet oder nicht, und bei Feststellen von Luft ein Entlüftungsvorgang über eine ohnehin vorhandene Einspritzvorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff erfolgt.

Description

Insbesondere bei Common-Rail-Systemen für Dieselmotoren wird durch eine Vorförderpumpe Kraftstoff aus einem Kraftstofftank gefördert und einer Hochdruckpumpe zugeführt. Die üblicher weise als Kolbenpumpe ausgeführte Hochdruckpumpe verdichtet den Kraftstoff und führt ihn einem Druckspeicher (Rail) zu. Injektoren entnehmen aus dem Druckspeicher Kraftstoff und spritzen ihn in den Brennraum des Motors ein. Der Kraftstoff druck wird im Druckspeicher abhängig vom Motorbetriebspunkt über eine Ventileinrichtung wie etwa einem Druckregelventil eingestellt. Die Hochdruckpumpe wird dabei über eine mechani sche Verbindung von dem Motor angetrieben. Die Drehzahl der Hochdruckpumpe ist deshalb von der Motordrehzahl abhängig. Aufgrund dieser Abhängigkeit fördert die Hochdruckpumpe bei niedrigen Motordrehzahlen, wie sie beim Start auftreten, nur einen sehr geringen Volumenstrom in den Druckspeicher. Für einen schnellen Start des Motors ist jedoch ein schneller Druckaufbau im Druckspeicher notwendig. Deshalb ist es erfor derlich, daß das gesamte System komplett mit Kraftstoff ge füllt ist und keine Luft- oder Gasblase enthält. Durch Leer fahren des Kraftstofftanks, durch Wartungsarbeiten am System oder durch Undichtigkeiten kann allerdings Luft in das System gelangen, was das Startverhalten entscheidend verschlechtert. Es ist deshalb eine Entlüftungseinrichtung erforderlich.

Bei manchen Systemen werden Entlüftungsventile oder Drosseln im Niederdruckbereich zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe eingebaut. Damit soll erreicht werden, daß die Luft durch den Rücklauf aus dem kritischen Bereich gefördert wird und nicht in die Verdrängerräume der Hochdruckpumpe ge langen kann. Wegen der beengten Platzverhältnisse kann das Entlüftungsventil nicht immer an der optimalen Stelle pla ziert werden, so daß dem Eindringen von Luft in die Verdrän gereinheiten der Hochdruckpumpe nicht sicher begegnet werden kann. Bei Anwesenheit von Luft in den Zylinderräumen muß die Hochdruckpumpe die Luft soweit verdichten, daß sie gegen den Druck im Druckspeicher gefördert werden kann. Aufgrund der hohen Kompressibilität von Luft im Vergleich zu Kraftstoff ist dies nur ohne Gegendruck im Druckspeicher möglich. Da sich Luft bevorzugt an der höchsten Stelle sammelt, kann es vorkommen, daß die unteren Zylinder der Pumpe Kraftstoff in dem Druckspeicher fördern und dort Druck aufbauen, in den oberen Zylindern sich allerdings Luft festsetzt, so daß die Hochdruckpumpe nicht mehr auf allen Zylindern voll fördern kann. Da die Ventileinrichtung üblicherweise als Sitzventil mit Federvorspannung ausgeführt ist, kann der Druckspeicher nicht drucklos geschaltet werden. Somit kann eingedrungene Luft zumindest nicht vollständig aus dem Kraftstoffsystem entfernt werden.

Aus der amerikanischen Patentschrift US 5,454,359 ist ein Sy stem zur kontinuierlichen Entlüftung des Öldruckspeichers ei nes hydraulisch bewegten, elektronisch gesteuerten Kraftstoff einspritzsystems beschrieben, bei dem in eine Röhre einge schlossene Luft entfernt und somit ein gleichbleibend hoher Öldruck gewährleistet werden soll. Ein Ende der Röhre befin det sich an einem Öldurchfluß, der von einem Hochdruckspei cher zur vordersten Einspritzvorrichtung jeder Reihe des Mo tors führt. Das andere Ende der Röhre befindet sich innerhalb eines oberen Bereichs des Druckspeichers in Richtung der Ein spritzvorrichtung, wo Luft eingeschlossen sein könnte. In der Röhre entsteht somit ein Ölfluß von dem die Luft einschlie ßenden Bereich des Druckspeichers, wobei die Luft durch die Einspritzvorrichtung schnell ausgeleitet wird.

Nachteilig bei diesem bekannten System ist es, daß zum einen das Entlüften erst einige Zeit nach dem Starten des Motors beginnt und somit der Startvorgang, insbesondere während der wichtigen Anfangsphase, nicht oder nur ungenügend unterstützt wird, da der den Startvorgang erschwerende Lufteinschluß erst mit fortschreitendem Startvorgang in ausreichender Weise ent fernt wird. Zum andern ist das bekannte Verfahren nicht ohne weiteres auf Systeme übertragbar, die anstelle einer hydrau lischen Betätigung mit einem höheren Kraftstoffdruck arbei ten. Bei diesen Systemen ist ein schneller Druckaufbau, der nur ohne Lufteinschluß möglich ist, für einen einwandfreien Start des Motors um so wichtiger. Darüber hinaus sind bei dem bekannten Verfahren zusätzliche konstruktive Maßnahmen am Sy stem und damit zusätzlicher Aufwand erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Entlüf ten eines Kraftstoffversorgungssystems anzugeben, das die ge nannten Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahrens sind im wesentlichen keine konstruktiven Änderungen des Kraftstoffversorgungssy stems notwendig. Insbesondere bei programmgesteuerten Kon trolleinrichtungen ist lediglich eine Änderung des jeweiligen Programms notwendig. Erfindungsgemäß wird dazu zu Beginn des Startvorgangs mindestens ein Betriebszustand des Kraftstoff versorgungssystems durch die Kontrolleinrichtung überwacht und ausgewertet dahingehend, ob sich Luft im Kraftstoffver sorgungssystem befindet. Wird Luft festgestellt, so wird das Schaltventil der Einspritzvorrichtung durch die Kontrollein richtung für eine bestimmte Zeitdauer geöffnet, wobei Druck speicher und Rücklauf miteinander verbunden sind und die Luft zum Rücklauf strömen kann. Das Schaltventil bleibt geschlos sen, wenn keine Luft festgestellt wird. Während des Startvor gangs wird mindestens der Betriebszustand und/oder mindestens eine Kenngröße des Kraftstoffversorgungssystems und/oder der Brennkraftmaschine überwacht und ausgewertet dahingehend, ob sich noch Luft im Kraftstoffversorgungssystem befindet. Wird keine Luft festgestellt, so werden die zum Betrieb des Motors erforderlichen, normalen Einspritzvorgänge eingeleitet, wäh rend bei Auftreten von Luft, erneut das Schaltventil zum Ent lüften betätigt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist also bereits in einer sehr frühen Phase des Startvorgangs voll wirksam und kann bei einer entsprechenden Ausgestaltung auch kurz vor dem Startvorgang aktiv werden.

Ausgenutzt wird dabei, daß bei niedriger Startdrehzahl die Pumpe einen geringen Förderstrom bereitstellt. Dadurch baut sich im Zulauf bei geöffneten Schaltventil nur ein sehr ge ringer Staudruck auf. Dieser Staudruck ist jedoch nicht aus reichend um die Einspritzeinrichtung zu öffnen. Der gesamte Förderstrom der Pumpe und mit ihm die eingeschlossene Luft kann dann über Zulauf und Ablauf der Einspritzvorrichtung zum Kraftstofftank abfließen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei bei Injektoren mit sowohl 2/2-Wegeventil als auch 3/2-Wegeventil angewendet wer den. Das 3/2-Wegeventil muß allerdings während der Entlüf tungsphase ständig geöffnet und geschlossen werden, damit die Luft entweichen kann. Alternativ können Schaltventil und An steuerung so ausgeführt werden, daß ein geregelter Hub mög lich ist. In diesem Fall kann das Schaltventil während der Entlüftungsphase in eine Zwischenposition gebracht werden, so daß eine Verbindung zum Rücklauf geöffnet wird, über die dann die Luft entweichen kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine allgemeine Ausführungsform eines üblichen Kraft stoffversorgungssystems,

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung eines der Injektoren bei einem Kraftstoffversorgungssystem nach Fig. 1,

Fig. 3 das Ablaufdiagramm eines ersten Entlüftungsverfahrens gemäß der Erfindung und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Entlüftungsverfah rens gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein übliches Common-Rail-System für Dieselmo toren dargestellt, bei dem durch eine Vorförderpumpe 5 Kraft stoff aus einem Kraftstofftank 2 gefördert und einer Hoch druckpumpe 1 zugeführt wird. Die Hochdruckpumpe 1, die übli cherweise als Kolbenpumpe ausgeführt ist, verdichtet den Kraftstoff und führt ihn einem Druckspeicher 3 (Rail) zu. Einspritzvorrichtungen in Form von Injektoren 4 entnehmen aus dem Druckspeicher 3 Kraftstoff und spritzen ihn in die Brenn räume eines Motors 8 ein. Der Kraftstoffdruck im Druckspei cher 3 wird abhängig vom Motorbetriebspunkt über eine Ventil einrichtung 6 (beispielsweise ein Druckventil) eingestellt. Die Hochdruckpumpe 1 wird über eine in der Zeichnung nicht dargestellte mechanische Verbindung von dem Motor 8 angetrie ben. Die Steuerung der Injektoren 4 sowie der Ventileinrich tung 6 erfolgt über eine Kontrolleinrichtung 9, die zudem Be triebszustände im Motor 8 sowie im Druckspeicher 3 erfaßt und auswertet. Von den Injektoren 4 führt schließlich eine Kraft stoffrückführung 7 zum Kraftstofftank 2 zurück.

In Fig. 2 ist einer der Injektoren 4 detaillierter darge stellt, wobei nur die prinzipielle Funktionsweise erläutert wird. Es können dabei unterschiedlichste Injektorausführungen in gleicher Weise zum Einsatz kommen. Beispielsweise umfaßt der Injektor 4 aus Fig. 1 ein durch die Kontrolleinrichtung 9 elektrisch betätigbares Schaltventil 10, eine Zulaufdros sel 11 in einem Zulauf 18, eine Ablaufdrossel 12 in einem Ab lauf 17 und eine Schließfeder 13, welche eine Düsennadel 14 im drucklosen Zustand geschlossen hält. Beim Betrieb des Mo tors 8 liegt in dem Raum 15 zwischen Schließfeder 13 und Dü sennadel 14 sowie in dem die Düsennadel 14 umschließenden Raum 16 der im Druckspeicher 3 herrschende Druck an. Aufgrund der Flächendifferenz der druckbeaufschlagten Flächen an der Düsennadel 14 ist die Düse geschlossen. Zum Auslösen einer Einspritzung wird das Schaltventil 10 angesteuert, das dann den Weg zum Kraftstofftank 2 freigibt, wodurch sich Druck in dem Raum 15 über die Ablaufdrossel 12 aufbauen kann. Da die Zulaufdrossel 11 einen sehr kleinen Durchmesser hat, herrscht auf der Düsenunterseite ein größerer Druck als auf der Düsen oberseite. Durch diese Druckdifferenz öffnet die Düse und Kraftstoff wird in dem Brennraum des Motors 8 eingespritzt. Zum Schließen der Düse wird das Schaltventil 10 geschlossen. Nun kann sich Druck im Raum 15 aufbauen, der aufgrund der Flächendifferenz und der Federunterstützung die Düsennadel 14 wieder schließt.

Da bei niedriger Startdrehzahl die Hochdruckpumpe 1 einen ge ringen Förderstrom bereitstellt, baut sich an der Zulaufdros sel 11 bei geöffneten Schaltventil 10 nur ein sehr geringer Staudruck auf. Dieser Staudruck ist nicht ausreichend um die Düse zu öffnen. Der gesamte Förderstrom der Hochdruckpumpe 1 kann über die Zulaufdrossel 11 im Zulauf 18 und die Ablauf drossel 12 im Ablauf 17 durch das Schaltventil 10 und den Kraftstoffrücklauf 7 in den Kraftstofftank 2 abfließen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Verhalten ausge nutzt, um Luft aus dem Verdrängerraum der Hochdruckpumpe 1 oder des Druckspeichers 3 in den Rücklauf zu bringen. Wird durch das Steuergerät 9 ein Lufteinschluß im System entdeckt, so kann das Schaltventil 10 eines oder mehrerer Injektoren 4 für eine bestimmte Zeit geöffnet werden, so daß die einge schlossene Luft in den Kraftstoffrücklauf 17 entweichen kann. Ist danach das System noch nicht völlig von Luft befreit, kann der Vorgang wiederholt werden. Ein Lufteinschluß im Sy stem kann beispielsweise durch Auswertung der Kraftstoff tankanzeige, Vergleich der üblichen/ möglichen Zeit mit der tatsächlich benötigten Zeit für den Druckaufbau beim Start oder durch Auswerten von Druckschwankungen im Druckspeicher 3 erkannt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird ein 2/2- Wegeventil als Schaltventil 10 verwendet. Der Entlüftungsvor gang wird dabei durch die Kontrolleinrichtung 9 entsprechend den nachfolgend aufgezeigten Verfahrensschritten durchge führt.

Als erstes wird beim Starten des Motors 8 (Verfahrensschritt 19) die Systemfunktion überwacht (Verfahrensschritt 20), wo bei beispielsweise Luft im System detektiert wird. Dabei wer den beim Ausführungsbeispiel die Kraftstofftankanzeige über wacht, die übliche Zeit mit der tatsächlich benötigten Zeit zum Druckaufbau beim Start verglichen sowie Druckschwankungen im Druckspeicher ausgewertet. Wird festgestellt (Verfahrens schritt 21), daß keine Luft im System vorhanden ist, dann wird in den normalen Betriebsmodus (Verfahrensschritt 25) übergegangen, d. h. der Motor springt auf die übliche Weise an, wobei Kraftstoff durch die Injektoren 4 bestimmungsgemäß in den Motor 8 eingespritzt wird.

Wird dagegen Luft festgestellt (Verfahrensschritt 21), dann wird das Schaltventil mindestens eines der Injektoren für ei ne vorbestimmte, beispielsweise konstante Zeit geöffnet (Ver fahrensschritt 22). Als nächstes werden erneut die genannten Systemfunktionen und zusätzliche andere Größen wie beispiels weise die das Anspringen des Motors 8 wiederspiegelnde Mo tordrehzahl überwacht und ausgewertet (Verfahrensschritt 23). Deutet die Systemfunktion darauf hin (Verfahrensschritt 24), daß sich keine Luft (mehr) im System befindet, dann wird wie derum in den normalen Betrieb übergegangen (Verfahrensschritt 25). Wird dagegen Luft festgestellt (Verfahrensschritt 24), dann werden die Verfahrensschritte 22 bis 24 erneut durchge führt und zwar so lange, bis keine Luft mehr festgestellt wird und das System in den normalen Betrieb (Verfahrens schritt 25) übergeht.

Das in Fig. 3 beschriebene Verfahren läßt sich in gleicher Weise auch in Verbindung mit einem ein 3/2-Wegeventil aufwei senden Injektor einsetzen. Jedoch muß dabei die Bauart des 3/2-Wegeventils einen geregelten Hub erlauben derart, daß das Schaltventil 10 in eine Zwischenposition gebracht werden kann und so eine Verbindung zum Kraftstoffrücklauf 7 geöffnet wer den kann, über die dann die Luft entweichen kann. Außerdem kann sowohl bei 2/2-Wegeventilen als auch 3/2-Wegeventilen anstelle einer konstanten Zeit, in der die Injektoren 4 "auf Entlüften" geschaltet sind auch eine adaptive Zeit zugrunde gelegt werden, wobei die Zeitspanne beispielsweise durch die festgestellte Luftmenge bestimmt sein kann. In dem Fall wird dann durch die Kontrolleinrichtung nicht nur ein Luftein schluß ansich festgestellt, sondern auch dessen Größe.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist gegenüber dem Aus führungsbeispiel nach Fig. 3 dahingehend abgeändert, daß an stelle des Öffnens des Schaltventils 10 eines oder mehrerer Injektoren 4 für eine konstante Zeit, das jeweilige Schalt ventil 10 abwechselnd geöffnet und geschlossen wird und zwar beispielsweise für eine von den Betriebsgrößen abhängige ad aptive Zeit (Verfahrensschritt 22' anstelle von Verfahrens schritt 22). Darüber hinaus wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 gegenüber Fig. 3 bei einem den Verfahrens schritt 20 ersetzenden Verfahrensschritt 20' zusätzlich auch der Startvorgang des Motors 8 überwacht und ausgewertet. Die erstgenannte Änderung ist dabei insbesondere in Verbindung mit jeglicher Art von 3/2-Wegeventilen vorteilhaft.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also ohne zu sätzlichen Aufwand Luft aus dem Hochdruckbereich beispiels weise eines Common-Rail-Systems, als auch aus den Verdränger einheiten der Hochdruckpumpe oder dem Rail entfernt werden. Dabei werden vorteilhafterweise Entlüftungsventile auch im Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe überflüssig, da beim Öffnen eines Schaltventils im Injektor die Luft aus dem Nie derdruckbereich der Hochdruckpumpe in dem Hochdruckbereich und von dort über das Rail in den Rücklauf gelangt. Darüber hinaus kann trotz verbesserter Funktionalität der konstrukti ve Aufwand, wie beispielsweise durch Wegfall eines Entlüf tungsventils im Hochdruckbereich, verringert werden.

Claims

1. Verfahren zum Entlüften eines Kraftstoffversorgungssystems beim Starten einer Brennkraftmaschine (8), wobei das Kraft stoffversorgungssystem eine Druckpumpe (1), einen dieser nachfolgenden Druckspeicher (3), eine daran angeschlossene Einspritzvorrichtung (4) mit Schaltventil (10), einen von der Einspritzvorrichtung (4) wegführenden Rücklauf (19) und einen Betriebszustand des Kraftstoffversorgungssystems überwachen de, die Einspritzvorrichtung (4) steuernde Kontrolleinrich tung (9) aufweist, mit den Verfahrensschritten:

a) Zu Beginn des Startvorgangs wird durch die Kontrollein richtung (9) mindestens der Betriebszustand und/oder min destens eine Kenngröße des Kraftstoffversorgungssystems (1, 3) und/oder der Brennkraftmaschine (8) überwacht und ausgewertet dahingehend, ob sich Luft in dem Kraftstoff versorgungssystem (1, 3) befindet;
b) Das Schaltventil (10) der Einspritzvorrichtung (4) wird durch die Kontrolleinrichtung (9) für eine bestimmte Zeit dauer Druckspeicher (3) und Rücklauf (19) verbindend ge öffnet, wenn Luft festgestellt wird, und das Schaltventil (10) bleibt geschlossen, wenn keine Luft festgestellt wird;
c) Während des Startvorgangs wird durch die Kontrolleinrich tung (9) mindestens der Betriebszustand und/oder minde stens eine Kenngröße des Kraftstoffversorgungssystems (1, 3) und/oder der Brennkraftmaschine (8) überwacht und aus gewertet dahingehend, ob sich Luft im Kraftstoffversor gungssystem (1, 3) befindet;
d) Die Einspritzvorrichtung (4) wird zum Einspritzen von Kraftstoff durch die Kontrolleinrichtung (9) angesteuert, wenn keine Luft festgestellt wird oder es werden erneut die Verfahrensschritt b bis d durchlaufen, wenn Luft fest gestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die bestimmte Zeitdauer konstant ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die bestimmte Zeitdauer adaptiv ist.

4. Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zum Zwecke des Entlüftens das Schaltventil (10) während des Ent lüftens für die bestimmte Zeitdauer ständig abwechselnd ge öffnet und geschlossen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Hub des Schaltventils (10) regelbar ist und das Schaltventil (10) durch die Kontrolleinrichtung (9) in eine Zwischenposi tion gebracht wird derart, daß die Luft über den Rücklauf entweichen kann.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zur Überwachung des Betriebszustandes die Kraftstofftankanzeige ausgewertet wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zur Überwachung des Betriebszustandes des Kraftstoffversorgungs systems (1, 3) und/oder der Brennkraftmaschine (8) die Zeit zum Druckaufbau beim Start der Brennkraftmaschine (8) mit ei ner Vergleichszeit ausgewertet wird.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zur Überwachung des Betriebszustandes des Kraftstoffversorgungs systems (1, 3) Druckschwankungen im Druckspeicher (3) ausge wertet werden.