EP0913575A1

EP0913575A1 - Verfahren zum Betrieb einer selbstzündenden, luftverdichtenden Brennkraftmaschine und Kraftstoffeinspritzsystem dazu

Info

Publication number: EP0913575A1
Application number: EP98111326A
Authority: EP
Inventors: Martin Grosser; Udo Schulz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-11-03
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: DE19748420A1; JPH11210534A; EP0913575B1; US6085728A; DE59813662D1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer selbstzündenden, luftverdichtenden Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem die Brennkraftmaschine von einem Einspritzsystem mit Kraftstoff versorgt wird, das einen Kraftstoffhochdruckspeicher (6) aufweist, der von einer Kraftstoffhochdruckpumpe (3) mit Kraftstoff versorgt wird und der Kraftstoff an elektrisch gesteuerte Einspritzventile (12) abgibt. Dabei ist eine Steuereinrichtung (9) vorgesehen, die das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine erfaßt und bei Auftreten eines Schubbetriebs eine Druckerhöhung des Kraftstoffhochdruckspeichers (6) zuläßt. Bei Wiedereinsetzen des Normalbetriebs wird dann der Antrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe (3) unterbrochen und die Brennkraftmaschine aus dem zuvor zusätzlich unter erhöhtem Druck gespeicherten Kraftstoff versorgt bis ein unterer Grenzwert des Kraftstoffhochdrucks erreicht ist. <IMAGE>

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Verfahren nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Ein solches Verfahren wird beim Gegenstand der DE-A1-195 34 050 angewendet. Dort wird der Tatsache Rechnung getragen, daß Hochdruckspeicher undicht werden können und der austretende Kraftstoff an der undichten Stelle einen hohen Schaden verursachen können. Um die Schäden bei Auftreten der Undichtheit zu begrenzen, sind dort entsprechende Schutzmaßnahmen vorgeschlagen.

Kraftstoffeinspritzsysteme dieser bekannten Art dienen vorteilhaft der Kraftstoffeinspritzung unter hohem Druck, wobei sich der einzuspritzende Kraftstoff sehr exakt bemessen läßt und die Einspritzung aufgrund der verwendeten elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzventile sehr flexibel gestaltet werden kann.

Vorteile der Erfindung

Durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß in Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine, in denen dieser nur eine geringe Leistung abverlangt wird, derart, wie z.B. beim Schubbetrieb eines von dieser Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs, der Speicherdruck im Kraftstoffhochdruckspeicher erhöht werden kann ohne wesentlichen Antriebsleistungsverlust und beim Wiedereinsetzen eines Betriebs mit höherer Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine dieser Druck bis auf einen unteren Grenzwert abgebaut werden kann ohne daß dabei eine Nachförderung von Hochdruckkraftstoff in den Kraftstoff in den Kraftstoffhochdruckspeicher seitens der Kraftstoffhochdruckpumpe erforderlich ist. Somit entfällt bei der Wiederlastaufnahme bei der Brennkraftmaschine die Antriebsleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe, so daß der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines nachgeschalteten Kraftfahrzeugs eine gegenüber dem übrigen Normalbetrieb erhöhte Leistung zum Beschleunigen zur Verfügung steht Diese kurzzeitig bis zum Abbau des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffhochdruckspeicher zu Verfügung stehende Leistungserhöhung verbessert die Fahrleistung der Einheit Brennkraftmaschine und Kraftfahrzeug. In vorteilhafter Weise wird dabei die Kraftstoffhochdruckpumpe durch die Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 3 beim Übergang zwischen Schubbereich und Antriebsbereich der Brennkraftmaschine von dem Antrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe getrennt, wobei gemäß Patentanspruch 4 z.B. eine elektrisch steuerbare Kupplung zum Einsatz kommt. Eine solche elektrisch steuerbare Kupplung ist zwar in dem eingangs genannten Dokument offenbart, doch dient das Schalten dieser Kupplung lediglich dazu, im Gefahrenfalle wie Kraftstoffhochdruckförderung insgesamt zu unterbrechen.

Beschreibung

Das Verfahren wird bei einem Kraftstoffeinspritzsystem, wie es in der Figur dargestellt ist ausgeführt. Dabei ist ein Kraftstoffvorratsbehälter 1 vorgesehen, aus dem über eine Saugleitung 2 eine Kraftstoffhochdruckpumpe 3 Kraftstoff ansaugt und über eine Druckleitung 4 unter Hochdruck in einen Kraftstoffhochdruckspeicher 6 fördert. Der Kraftstoffdruck in diesem Kraftstoffhochdruckspeicher wird durch einen Drucksensor 7 überwacht und der von ihm abgegebene Wert in einer Steuereinrichtung 9 mit einem Sollwert verglichen. Bei Abweichung wird eine Drucksteuereinrichtung 10 angesteuert, z.B. derart, daß über ein verstellbares Ventil, das in einer Entlastungsleitung 11 des Kraftstoffhochdruckspeichers 6 angeordnet ist überschüssiger Kraftstoff wieder in den Tank zurückgefördert wird. Es kann andererseits aber auch in die Förderleistung der Hochdruckpumpe 3 eingegriffen werden, in dem bei einer Ausführung als Kolbenpumpe der effektive Förderhub dieser Kolbenpumpe verstellt wird oder indem die Kraftstoffzufuhr zu dieser Hochdruckpumpe von der Steuereinrichtung 9 gesteuert wird.

Bestimmungsgemäß werden vom Kraftstoffhochdruckspeicher mehrere Kraftstoffeinspritzventile 12 über Druckleitungen 14 mit Kraftstoff versorgt. Der Einspritzzeitpunkt von Kraftstoff und die Einspritzdauer bei diesen Kraftstoffeinspritzventilen wird dabei von der Steuereinrichtung 9 elektrisch gesteuert. Dazu sind z.B. Steuermagnetventile oder Piezoventile vorgesehen, die entsprechend den Anforderungen, beispielsweise aus Drehzahl und Last angesteuert werden. Die Steuereinrichtung erfaßt dabei Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und die Anforderungen an diese Brennkraftmaschine im Bezug auf das abzugebende Drehmoment. Dies sind beispielsweise die Parameter Drehzahl, ein Winkelstellungsgeber, der den Drehmomentwunsch oder Lastbedarf eines betätigten Steuerorgans erfaßt, der Saugrohrdruck oder Aufladedruck bzw. das Meßergebnis eines Luftmengenmessers, der die den Brennräumen zugeführte Luftmenge erfaßt. Zusätzlich können noch andere Parameter wie Kühlwassertemperatur und Lufttemperatur erfaßt werden und zusätzlich Eingangssignale gemäß der Phasenstellung der Kurbelwellen bzw. der Nockenwelle eingegeben werden, um exakt den Einspritzbeginn und die Einspritzmenge zu steuern.

Der Kraftstoffhochdruckspeicher bei diesem Kraftstoffeinspritzsystem wird im Normalbetrieb auf Druckhöhen > 500 bar gehalten. Aus Sicherheitsgründen liegt jedoch der maximal zulässige Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher wesentlich höher, beispielsweise bei 1600 bar. Wird die Brennkraftmaschine, die z.B. ein Kraftfahrzeug antreibt, im Schub betrieben, so wird dem Kraftstoffhochdruckspeicher keine oder nur eine sehr geringe Kraftstoffmenge mehr zur Einspritzung entnommen, sofern dieser Schubbetrieb so definiert ist, daß aufgrund von von außen auf die Brennkraftmaschine einwirkenden Drehmomenten im Sinne einer Drehzahlerhöhung die auf die Einspritzmenge bezogene Drehzahl überschritten wird. Der spezielle Fall ist gegeben, wenn z.B. ein über ein Gaspedal eingegebener Drehmomentenwunsch auf den Vorgabewert des Leerlaufes zurückgenommen wird und die Brennkraftmaschine aufgrund der von außen einwirkenden Kräften weiterhin auf oberhalb der Leerlaufdrehzahl liegenden Drehzahlen verbleibt. In diesen Bereichen kann die Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine ganz unterbrochen werden. Grundsätzlich aber bleibt innerhalb dieses Betriebsbereiches der Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher auf hohem Niveau, ohne daß Kraftstoff nachgefördert werden müßte. In diesen Bereichen, in denen der Brennkraftmaschine keine wesentliche Antriebsleistung abverlangt wird, kann jedoch der Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher erhöht werden bis zu einem oberen Schubbetriebs-Sollwert, der oberhalb des Normalbetriebs-Sollwert für den Druck liegt und z.B. 1200 bar betragen kann, gegenüber sonstigen 700 bar. Die Druckerhöhung zusammen mit der Kompressibilität des Kraftstoffs im Kraftstoffhochdruckspeicher erhöht das zur Verfügung stehende Kraftstoffvolumen, das für einen wiedereinsetzenden Normalbetrieb außerhalb der Schubphase zunächst einmal einen zusätzlichen Kraftstoffvorrat darstellt. Dieser Vorrat kann durch Einspritzung in der nachfolgenden Lastaufnahmephase verbraucht werden, ohne daß es erforderlich ist Hochdruckkraftstoff nachzufördern. Es ist deshalb vorteilhaft, in dem Zeitraum, in dem Kraftstoff vorgespeichert zur Versorgung der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht, den Antrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe auszuschalten und diesen erst dann wieder zuzuschalten, wenn ein unterer Grenzwert des Druckes im Kraftstoffhochdruckspeicher erreicht ist. Dies stellt der Brennkraftmaschine im Augenblick der Lastaufnahme eine gegenüber dem Normalbetrieb erhöhte Leistung zur Verfügung, was die Beschleunigungsfähigkeit der Brennkraftmaschine steigert. Nach dem Abbau des unter erhöhtem Speicherdruck gespeicherten Kraftstoffs ist dann oft schon die am meisten Energie zehrende erste Phase der Wiederlastaufnahme vollzogen.

Als Antrieb kann z.B. die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine dienen oder ein vom Bordhetz der Brennkraftmaschine gespeister Motor 26 der über eine elektrisch schaltbare Kupplung 27 mit der Kraftstoffhochdruckpumpe gekoppelt ist.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer selbstzündenden, luftverdichtenden, Brennkraftmaschine, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, die von einem Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzkraftstoff versorgt wird, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem einen Kraftstoffhochdruckspeicher aufweist, der von einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit Hochdruckkraftstoff versorgt wird, dessen Druck gemessen und von einer Steuereinrichtung auf einen Normalwert gehalten wird, durch die Steuereinrichtung ferner Kraftstoffeinspritzventile elektrisch gesteuerten werden, die Kraftstoff aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher entnehmen und in die Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe die Steuereinrichtung der Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfaßt wird und bei Erreichen einer Schubphase der Brennkraftmaschine der von der Steuereinrichtung geregelte Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher auf einen oberen Schubbetrieb-Sollwert eingestellt wird, der höher als der von der Steuereinrichtung bei Antriebsbetrieb der Brennkraftmaschine eingestellte obere Normalbetrieb-Sollwert ist und bei Wiedereinsetzen des Antriebsbetrieb der Brennkraftmaschine und Überschreiten eines unteren Grenzwertes des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffhochdruckspeicher die Kraftstoffhochdruckpumpe von ihrem Antrieb antriebswirksam getrennt wird, und erst bei Erreichen des unteren Grenzwertes des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffhochdruckspeicher wieder mit dem Antrieb antriebswirksam verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubbetrieb-Sollwert 1200 bar beträgt und der Normalbetrieb-Sollwert 500 bis 900 bar beträgt.
Kraftstoffeinspritzsystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, das einen Kraftstoffhochdruckspeicher aufweist, der mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe verbunden ist, die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter ansaugt und unter Hochdruck dem Kraftstoffhochdruckspeicher zuführt zur Erreichung eines hohen Einspritzdruck, der den mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher verbundenen, von einer Steuereinrichtung elektrisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzventilen zur Verfügung steht, daß der Kraftstoffhochdruckspeicher mit einem Druckfühler versehen ist, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist und den momentanen Kraftstoffdruck mißt, daß der Kraftstoffhochdruckpumpe oder dem Kraftstoffhochdruckspeicher ein Steuerorgan zugeordnet ist, durch das gesteuert durch die Steuereinrichtung ein gewünschter Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher durch eine Begrenzung des Abflusses von Hochdruckkraftstoff vom oder des Zuflusses zum Kraftstoffhochdruckspeicher einstellbar ist und daß die Kraftstoffhochdruckpumpe einen Antrieb aufweist, der durch die Steuereinrichtung steuerbar ist und durch diese von der Kraftstoffhochdruckpumpe trennbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Schubbetriebserkennungseinrichtung vorgesehen ist, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist und ein Sollwertgeber für den im Schubbetrieb im Kraftstoffhochdruckspeicher einzuhaltenden Kraftstoffdruck.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung des Antriebs von der Kraftstoffhochdruckpumpe eine elektrisch steuerbare Kupplung vorgesehen ist, die zur Unterbrechung des Antriebs geöffnet und zum Wiederherstellen des Antriebs geschlossen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zusätzlich als Sicherheits-Abstellorgan dient, wenn von der Steuereinrichtung erfaßte Fehlfunktionen bei dem Einspritzsystem oder der Brennkraftmaschine auftreten.