EP1657419B1

EP1657419B1 - Brennkraftmaschine und Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1657419B1
Application number: EP20040105806
Authority: EP
Inventors: Klemens Grieser; Ulrich Kramer; Patrick Joseph Phlips; Bernd Steiner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2024-11-16
Also published as: DE502004006328D1; EP1657419A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine umfassend n Zylinder, eine Kurbelwelle und eine Kraftstoffpumpe, welche von der Brennkraftmaschine angetrieben wird und zu diesem Zweck mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, bei der die Kraftstoffpumpe über einen Einlaß für den Eintritt des Kraftstoffes verfügt und einen Auslaß aufweist, an den sich eine Gesamtkraftstoffleitung anschließt, von der n Kraftstoffleitungen abzweigen, welche zu den n Zylindern führen, wobei Mittel vorgesehen sind, mit denen das Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe beeinflußbar ist, so dass das notwendige Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe mittels dieser vorgesehenen Mittel steuerbar ist.
Brennkraftmaschinen dieser Art werden beispielsweise als Antrieb für Kraftfahrzeuge verwendet.
Aufgrund der begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern, insbesondere aufgrund der begrenzten Vorkommen an Mineralöl als Rohstoff für die Gewinnung von Brennstoffen für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen, ist man bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Dabei steht einerseits die verbesserte d. h. effektivere Verbrennung im Vordergrund der Bemühungen. Andererseits können aber auch bestimmte Strategien im Hinblick auf den grundsätzlichen Betrieb der Brennkraftmaschine zielführend sein.
Ein Konzept zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeuges besteht beispielsweise darin, die Brennkraftmaschine - statt sie im Leelauf weiter zu betreiben - abzuschalten, wenn kein momentaner Leistungsbedarf besteht. In der Praxis bedeutet dies, daß zumindest bei Fahrzeugstillstand die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird. Ein Anwendungsfall ist der Stop-and-Go-Verkehr, wie er sich beispielsweise im Stau auf Autobahnen und Landstraßen einstellt. Im innerstädtischen Verkehr ist der Stop-and-Go-Verkehr infolge der vorhandenen und nicht aufeinander abgestimmten Ampelanlagen nicht mehr die Ausnahme, sondern sogar die Regel. Weitere Anwendungsfälle bieten beschrankte Bahnübergänge und dergleichen.
Problematisch bei den Konzepten, welche zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs die Brennkraftmaschine bei fehlendem Bedarf abschalten, ist die Notwendigkeit die Brennkraftmaschine wieder zu starten. Probleme bereitet das Neustarten, weil bei unkontrolliertem Abstellen der Brennkraftmaschine, die Kurbel- und die Nockenwelle in einer beliebigen und zudem nicht bekannten Stellung zum Stehen kommen. Folglich ist die Position der Kolben in den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine ebenfalls nicht bekannt und dem Zufall überlassen. Diese Informationen sind aber für einen unkomplizierten und möglichst schnellen und damit kraftstoffsparenden Neustart unerläßlich.
Bei einer Brennkraftmaschine, die mit einer elektronisch geregelten Zündung und/oder einer elektronisch geregelten Einspritzung ausgestattet ist, liefern an der Kurbelwelle angeordnete Marker Signale über die Kurbelwinkelstellung an mit der Motorsteuerung verbundene Sensoren zur Steuerung des Zünd- und des Einspritzzeitpunktes. Zur Generierung dieser Signale ist es aber zunächst erforderlich, die Kurbelwelle in Drehung zu versetzen. Direkt zu Beginn des Neustarts und des Starts im allgemeinen besteht Unklarheit über den richtigen Einspritz- und Zündzeitpunkt, so daß eine Einlaufphase zur Synchronisation der Kurbelwinkelstellung einerseits und der Motorbetriebsparameter andererseits erforderlich wird. Zudem müssen Geräte zum Starten bzw. Neustarten der Brennkraftmaschine vorgesehen werden, beispielsweise ein konventioneller Anlasser oder ein ähnliches Gerät, das geeignet ist, die Kurbelwelle zwangsweise in Drehung zu versetzen, wie beispielsweise ein Elektromotor.
Um den Neustart zu vereinfachen, werden nach dem Stand der Technik verschiedene Konzepte vorgeschlagen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 42 30 616 schlägt beispielsweise vor, die Winkellage der Kurbelwelle, welche beim Abschalten registriert wird, zu speichern und für den Neustart zu verwenden, so daß die geeigneten Zündzeitpunkte und Einspritzzeitpunkte unmittelbar zur Verfügung stehen. Diese Vorgehensweise hat sich aber in der Praxis nicht bewährt, da die gespeicherten Informationen über die Stellung der Kurbelwelle zu ungenau sind.
Andere Lösungsansätze präferieren - wie die vorliegende Erfindung auch - Verfahren zum kontrollierten Abstellen der Brennkraftmaschine. Das kontrollierte Abstellen besteht dabei darin, ganz bestimmte Kurbelwinkelpositionen - sogenannte Vorzugspositionen - bewußt beim Abschalten der Brennkraftmaschine anzufahren. Die Endstellung der Kurbelwelle wird dabei nicht mehr dem Zufall überlassen und mehr oder weniger genau registriert, sondern es werden gezielt für den Neustart vorteilhafte Kurbelwinkelstellungen herbeigeführt.
Bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung ist es bei geeigneter Kurbelwinkelstellung sogar ohne Starter möglich, aus dem Stillstand direkt zu starten bzw. neu zu starten. Dabei wird Kraftstoff direkt in die Brennräume der stillstehenden Brennkraftmaschine eingespritzt und mittels einer Zündkerze gezündet, so daß die Explosion des Luft-Kraftstoffgemisches die Kolben in Bewegung bringt, wodurch die Kurbelwelle in Drehung versetzt wird.
Diese Art des Startens bzw. Neustartens erfordert aber die Einhaltung bestimmter Randbedingungen. Insbesondere muß die Kurbelwelle - wie bereits erwähnt - in einer bestimmten Position bzw. in einem bestimmten Kurbelwinkelbereich stehen. Insofern sind gerade bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung Verfahren zum kontrollierten Abstellen zielführend.
Ein Verfahren zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine wird beispielsweise in der WO 01/48373 offenbart. Die WO 01/48373 lehrt die Anwendung eines Verfahrens, bei dem nach dem Abschalten d.h. nach Beendigung des regulären Betriebes der Brennkraftmaschine eine Verstellvorrichtung aktiviert und angesteuert wird, mit der die Kurbelwelle und/oder die Nockenwelle in eine vorgebbare vorteilhafte Winkelstellung bewegt wird. Dabei können sowohl aktive wie passive Verstellvorrichtungen zum Einsatz kommen.
Als aktive Verstellvorrichtung kann ein Elektromotor dienen, der ein Drehmoment auf die Kurbelwelle überträgt und diese nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine in die gewünschte Position dreht, welche dann bis zum Neustarten der Brennkraftmaschine beibehalten wird. In der WO 01/48373 werden auch aktive Verstellvorrichtungen beschrieben, welche Mittel zur Aktivierung der Einspritzung und Zündung der Brennkraftmaschine nach Beendigung ihres regulären Betriebes aufweisen. Diese Mittel werden eingesetzt, um gezielt Verbrennungsvorgänge in den Zylindern zu initiieren, mit denen ein bestimmtes Drehmoment auf die Kurbelwelle übertragen wird, so daß eine vorgebbare vorteilhafte Kurbelwinkelstellung angefahren werden kann.
Passive Verstellvorrichtungen können aber gemäß der WO 01/48373 ebenfalls eingesetzt werden, wobei diese passiven Verstellvorrichtungen nach Beendigung des regulären Betriebs der Brennkraftmaschine die im Nachlauf der Kurbelwelle noch vorhandene Drehbewegung ausnutzen und in der Art beeinflussen, daß die Kurbelwelle in der vorgegebenen vorteilhaften Kurbelwellenstellung zum Stillstand kommt. Als passive Verstellvorrichtung werden Mittel vorgeschlagen, die beispielsweise eine Gaswechselventilsteuerung umfassen, welche bei geeigneter Ansteuerung ein Bremsmoment auf die Brennkraftmaschine bzw. Kurbelwelle überträgt, so daß die Verzögerung der Welle und damit ihre Endstellung steuerbar wird.
Die in der WO 01/48373 aufgezeigten Verstellvorrichtungen sind aber nicht geeignet, die Endstellung der Kurbelwelle mit der nötigen Genauigkeit anzusteuern. Zudem machen die aktiven Verstellvorrichtungen entweder zusätzliche Bauteile - wie unter Umständen noch nicht vorhandene Elektromotoren - zur Aufbringung eines Verstelldrehmomentes erforderlich, oder sie arbeiten wie bei der Initiierung gezielter Verbrennungsvorgänge zum Anfahren der vorgegebenen Kurbelwinkelstellung mittels einer zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung und -zündung. Gerade das letztgenannte Verfahren, welches die Verwendung von Kraftstoff erfordert, steht in krassem Gegensatz zu dem grundsätzlichen Ziel der Abschaltung der Brennkraftmaschine, nämlich durch das Abstellen der Brennkraftmaschine Kraftstoff zu sparen und damit den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges zu optimieren.
Ein Verfahren zur Auslaufsteuerung einer Brennkraftmaschine, bei dem gezielt die Gasaustauschventile der Brennkraftmaschine zur Ansteuerung der Vorzugspositionen verwendet werden, ist in der WO 01/44636 A2 beschrieben. Durch geeignete Ansteuerung d.h. durch geeignetes Öffnen und Schließen der Gasaustauschventile wird dabei Einfluß genommen auf den Brennraumdruck und damit auf das von den Gaskräften über den Kolben und die Pleuelstange auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehmoment. Dieses Verfahren setzt aber eine Brennkraftmaschine voraus, die über eine zumindest teilweise variable Ventilsteuerung verfügt. Zudem ist eine komplexe und daher aufwendige Steuerung erforderlich.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine der gattungsbildenden Art bereitzustellen, mit der gezielt - nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine - eine für den Neustart der Brennkraftmaschine vorteilhafte, vorgebbare Endstellung der Kurbelwelle angefahren werden kann und mit der die nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden, wobei die Endstellung insbesondere über die notwenige Genauigkeit verfügt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine umfassend n Zylinder, eine Kurbelwelle und eine Kraftstoffpumpe, welche von der Brennkraftmaschine angetrieben wird und zu diesem Zweck mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist, bei der die Kraftstoffpumpe über einen Einlaß für den Eintritt des Kraftstoffes verfügt und einen Auslaß aufweist, an den sich eine Gesamtkraftstoffleitung anschließt, von der n Kraftstoffleitungen abzweigen, welche zu den n Zylindern führen, wobei Mittel vorgesehen sind, mit denen das Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe beeinflußbar ist, so dass das notwendige Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe mittels dieser vorgesehenen Mittel steuerbar ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass als Mittel zur Beeinflussung des Drucks in den Kraftstoffleitungen eine Kraftstoffrückführleitung vorgesehen ist, in der ein erstes Absperrelement angeordnet ist, so dass das notwendige Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe mittels dieser vorgesehenen Mittel steuerbar ist, wobei stromaufwärts der n abzweigenden Kraftstoffleitungen ein zweites Absperrelement in der Gesamtkraftstoffleitung angeordnet ist und die Kraftstoffrückführleitung stromaufwärts dieses zweiten Absperrelements von der Gesamtkraftstoffleitung abzweigt. Eine ähnliche Konfiguration ist aus DE 4313852 bekannt, jedoch mit dem zweiten Absperrelement stromabwärts der n abzweigenden Kratfleitungen.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird das Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe genutzt, um nach Abschalten der Brennkraftmaschine die gewünschte Endstellung der Kurbelwelle anzufahren.
Hierzu wird das Antriebsmoment in der Art beeinflußt, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des steuerbaren Antriebsmoments der Kraftstoffpumpe kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Brennkraftmaschine d. h. die Kurbel- bzw. Nockenwelle in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
Zur Beeinflussung des Antriebsmomentes der Kraftstoffpumpe werden Mittel vorgesehen, mit denen die von der Kraftstoffpumpe von der Kurbelwelle abgegriffene Leistung variiert werden kann. Mit anderen Worten gesagt, die als Verbraucher anzusehende Kraftstoffpumpe wird in der Art betrieben, daß der Energieverbrauch der Kraftstoffpumpe im Rahmen des Auslaufvorganges der Kurbelwelle einen Verlauf aufweist, bei dem die Rotation der Kurbelwelle genau dann zum Erliegen kommt, wenn die Kurbelwelle sich in der gewünschten Vorzugsposition befindet.
Mit der Kraftstoffpumpe wird ein grundsätzlich schon vorhandenes Bauteil der Brennkraftmaschine verwendet, um ein kontrolliertes Abstellen zu bewerkstelligen. Das Vorsehen zusätzlicher Verstellvorrichtungen ist nicht erforderlich. Insbesondere muß keine aktive Verstellvorrichtung, beispielsweise ein Elektromotor, wie dies die WO 01/48373 vorschlägt, vorgesehen werden, um nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine die Kurbelwelle in die gewünschte Position zu drehen.
In diesem Zusammenhang kann die Kraftstoffpumpe als passive Verstellvorrichtung bezeichnet werden, die ein Drehmoment auf die Kurbelwelle ausübt bis die Kurbelwelle - vorzugsweise in der gewünschten Vorzugsposition - zum Stillstand kommt. Im Vergleich zu einer aktiven Verstellvorrichtung bietet eine passive Verstellvorrichtung den Vorteil, daß ihr Energieverbrauch niedriger ist, da sie eine Drehbewegung der Kurbelwelle nicht initiiert, sondern lediglich eine vorhandene Drehbewegung der Kurbelwelle in geeigneter Weise verzögert.
Als Mittel zur Beeinflussung des Drucks in den Kraftstoffleitungen ist eine Kraftstoffrückführleitung vorgesehen, in der ein erstes Absperrelement angeordnet ist, so dass das notwendige Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe mittels dieser vorgesehenen Mittel steuerbar ist.
Infolge der auch nach Abstellen der Brennkraftmaschine noch vorhandenen Drehbewegung der Kurbelwelle fördert die mittels der Kurbelwelle angetriebene Kraftstoffpumpe weiter Kraftstoff in die Kraftstoffleitungen, obwohl kein Kraftstoff mehr zur Aufrechterhaltung des Betriebes der Brennkraftmaschine benötigt wird und gegebenenfalls die Kraftstoffzufuhr gezielt unterbunden wird, so daß keine Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder mehr stattfindet.
Dadurch erhöht sich der Druck in den Kraftstoffleitungen, weshalb die Kraftstoffpumpe zunehmend gegen einen ansteigenden Kraftstoffdruck fördern muß, was zwangsläufig zu einer Zunahme des notwendigen Antriebsmomentes der Kraftstoffpumpe führt.
Um den Kraftstoffdruck in den Kraftstoffleitungen und damit das notwendige Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe beeinflussen zu können, wird eine Kraftstoffrückführleitung vorgesehen, mit der in die Kraftstoffleitungen geförderter Kraftstoff aus den Kraftstoffleitungen entnommen werden kann. Die Kraftstoffrückführleitung mündet vorzugsweise in einen Tankbehälter, aus dem die Kraftstoffpumpe über den Einlaß gespeist wird, so daß ein geschlossener Kreislauf vorliegt.
Die über die Kraftstoffrückführleitung entnommene Kraftstoffmenge kann mittels eines in dieser Kraftstoffrückführleitung angeordneten Absperrelementes variiert bzw. eingestellt werden, wodurch der Druck in den Kraftstoffleitungen und damit schließlich indirekt das Antriebmoment der Kraftstoffpumpe beeinflußbar ist.
Durch Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Strömungsquerschnittes des Absperrelementes und dem damit veränderten Strömungswiderstand kann der Druck in den Kraftstoffleitungen vergrößert bzw. verringert werden. Das für den Antrieb der Kraftstoffpumpe erforderliche Antriebsmoment ist aber gerade von diesem Druck abhängig, so daß durch Öffnen und Schließen des Absperrelementes Einfluß auf das Antriebsmoment genommen werden kann.
Ein Schließen des Absperrelementes führt zu einem erhöhten Kraftstoffdruck, wodurch ein größeres Antriebsmoment erforderlich wird. Umgekehrt führt ein Öffnen des Absperrelementes zu einem niedrigeren Druck in den Kraftstoffleitungen, so daß das für den Betrieb der Kraftstoffpumpe erforderliche Antriebsmoment abnimmt.
Durch Variation des Antriebsmomentes wird die Last, welche von der Kraftstoffpumpe - als Verbraucher - von der Kurbelwelle abgegriffen wird, variiert. Die nach Abstellen der Brennkraftmaschine im Nachlauf der Kurbelwelle noch vorhandene Drehbewegung wird durch Steuerung des Antriebsmomentes der Kraftstoffpumpe in der Art beeinflußt, daß die Kurbelwelle in der vorgegebenen vorteilhaften Kurbelwellenstellung zum Stillstand kommt.
Stromaufwärts der n abzweigenden Kraftstoffleitungen ist ein zweites Absperrelement in der Gesamtkraftstoffleitung angeordnet. Dieses zweite Absperrelement gestattet eine Einflußnahme auf den für die Beeinflussung des Antriebsmoments der Kraftstoffpumpe maßgeblichen Druck, ohne daß der Druck des Kraftstoffes in den n Kraftstoffleitungen, welche zu den n Zylindern führen, nachteilig beeinflußt wird.
Auf diese Weise kann mittels des zweiten Absperrelementes der für die Steuerung des Antriebsmomentes relevante Druck am Auslaß der Kraftstoffpumpe verändert werden, wobei gleichzeitig der in den n Kraftstoffleitungen an den Einspritzdüsen vorliegende Druck unbeeinflußt bleibt, wodurch Einspritzungen frei von störenden Einflüssen, insbesondere unabhängig von der Steuerung der Kraftstoffpumpe, vorgenommen werden können. Günstig im Hinblick auf die Einspritzung von Kraftstoff ist diese Ausführung, weil der Einspritzvorgang maßgeblich vom Einspritzdruck mitbestimmt wird, der sich aus der Differenz von Kraftstoffdruck und Brennraumdruck ergibt.
Die Kraftstoffrückführleitung zweigt stromaufwärts des zweiten Absperrelements von der Gesamtkraftstoffleitung ab. Auf diese Weise kann der für das Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe maßgebliche Druck am Auslaß der Kraftstoffpumpe einerseits durch Entnahme von Kraftstoff aus der Gesamtkraftstoffleitung mittels der Kraftstoffrückführleitung und andererseits durch Öffnen und Schließen des zweiten Absperrelementes beeinflußt werden.
Durch die Verwendung einer Kraftstoffpumpe zum kontrollierten Abstellen der Brennkraftmaschine wird somit die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit der gezielt eine für den Neustart der Brennkraftmaschine vorteilhafte, vorgebbare Endstellung der Kurbelwelle angefahren werden kann und mit der die nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden, wobei die Endstellung insbesondere über die notwenige Genauigkeit verfügt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das erste Absperrelement ein Ventil ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen in einer der Kraftstoffleitungen ein erster Drucksensor vorgesehen ist. Der Drucksensor liefert Informationen über den momentanen Druck in den Kraftstoffleitungen. Ein eventuell vorhandener Drucksensor wird vorteilhafterweise stromaufwärts des zweiten Absperrelementes in der Gesamtkraftstoffleitung angeordnet.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen stromaufwärts des zweiten Absperrelementes ein zweiter Drucksensor angeordnet ist. Wie bereits im Zusammenhang mit dem ersten Drucksensor beschrieben, liefert der zweite Drucksensor Informationen über den momentanen Wert des für das Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe maßgeblichen Drucks, wobei der zweite Drucksensor zwischen Auslaß und dem zweiten Absperrelement in der Gesamtkraftstoffleitung angeordnet ist. Vorzugsweise wird dieser zweite Drucksensor mit der Motorsteuerung verbunden, die das zweite Absperrelement unter Berücksichtigung des momentan vorliegenden vom zweiten Drucksensor erfaßten Kraftstoffdrucks ansteuert.
An dieser Stelle sei angemerkt, daß erfindungsgemäß das Vorsehen eines zweiten Drucksensors nicht zwingend die Anordnung eines ersten Drucksensors erfordert. Vielmehr wird die Nummerierung der Drucksensoren zum Zwecke der Unterscheidung der einzelnen Sensoren vorgenommen.
So kann eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine einen zweiten aber keinen ersten Drucksensor aufweisen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Kraftstoffpumpe als Mittel zur Beeinflussung ihres Antriebsmomentes über eine variable Fördercharakteristik, insbesondere über einen steuerbaren variablen Durchsatz, verfügt, so daß das notwendige Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe mittels dieser vorgesehenen Mittel steuerbar ist.
Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine verwendet eine Kraftstoffpumpe, deren Fördercharakteristik bzw. Durchsatz durch Verstellen verändert werden kann, so daß grundsätzlich eine Variation des Antriebsmomentes ermöglicht wird, ohne daß zwingend ein Absperrelement im Kraftstoffsystem vorgesehen zu werden braucht.
Beispielsweise kann die Verwendung einer verstellbaren Axialkolbenpumpe dabei zielführend sein, wobei ein variabler Kolbenhub eine Möglichkeit darstellt, eine variable Fördercharakteristik bzw. einen variablen Durchsatz zu verwirklichen.
Wird der Durchsatz der Kraftstoffpumpe erhöht, fördert die Pumpe größere Mengen an Kraftstoff in die Kraftstoffleitungen, wobei der Druck in den Kraftstoffleitungen infolge des geringen bzw. vollständig fehlenden Verbrauchs von Kraftstoff ansteigt. Die Kraftstoffpumpe muß dann gegen einen erhöhten Druck auf der Auslaßseite fördern, was ein erhöhtes Antriebsmoment erfordert. Umgekehrt kann das notwendige Antriebsmoment durch Verringerung des Durchsatzes verkleinert werden.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Kraftstoffpumpe als Mittel zur Beeinflussung ihres Antriebsmomentes über einen variabel verstellbaren Auslaß verfügt, mit dem der Strömungswiderstand des Auslasses veränderbar ist.
Durch Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Austrittsquerschnittes des Auslasses und dem damit veränderten Strömungswiderstand kann der Druck in der Kraftstoffpumpe vergrößert bzw. verringert werden. Das für den Antrieb der Kraftstoffpumpe erforderliche Antriebsmoment ist aber gerade vom Druck abhängig, so daß durch Variation des Auslaßquerschnitts indirekt Einfluß auf das Antriebsmoment genommen werden kann. Ein Verstellen in Richtung Schließen und damit eine Verkleinerung des Austrittsquerschnittes des Auslasses führt zu einem erhöhten Druck in der Kraftstoffpumpe, wodurch ein größeres Antriebsmoment erforderlich wird. Umgekehrt führt ein Verstellen in Richtung Öffnen und damit eine Vergrößerung des Austrittsquerschnittes des Auslasses zu einem niedrigeren Druck in der Kraftstoffpumpe, so daß das für den Betrieb der Pumpe erforderliche Antriebsmoment abnimmt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles gemäß Figur 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:

Fig. 1: schematisch eine Ausführungsform einer Brennkraftmaschine.

Die Brennkraftmaschine 1 weist vier (n = 4) Zylinder 2a, 2b, 2c, 2d auf und verfügt über eine Kraftstoffpumpe 4, die von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird und zu diesem Zweck mit der Kurbelwelle 3 gekoppelt ist. Die Kraftstoffpumpe 4 wird aus einem Tankbehälter 7, der der Bevorratung des Kraftstoffes dient, über den Einlaß 5 mit Kraftstoff gespeist. Der Kraftstoff wird von der Kraftstoffpumpe 4 über den Auslaß 6 bzw. die Auslaßöffnung 6 in eine Gesamtkraftstoffleitung 8, die sich an den Auslaß anschließt, gefördert.
Von der Gesamtkraftstoffleitung 8 zweigen vier (n = 4) Kraftstoffleitungen 9a, 9b, 9c, 9d ab, von denen jeweils eine zu einem der vier Zylinder 2a, 2b, 2c, 2d führt, um die Zylinder 2a, 2b, 2c, 2d mit Kraftstoff zu versorgen.
Um das Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe 4 beeinflussen zu können, ist eine Kraftstoffrückführleitung 11 vorgesehen, die von der Gesamtkraftstoffleitung 8 abzweigt und in der ein erstes Absperrelement 12 angeordnet ist. Die Kraftstoffrückführleitung 11 und das Absperrelement 12 dienen zur Beeinflussung des Drucks in den Kraftstoffleitungen 8, 9a, 9b, 9c, 9d und damit als Mittel 10 zur Steuerung des notwendigen Antriebsmoments der Kraftstoffpumpe 4. Als Absperrelement 12 wird ein Ventil verwendet.
Auch nach Abstellen der Brennkraftmaschine 1 fördert die Kraftstoffpumpe 4 infolge des Auslaufens der rotierenden Kurbelwelle 3 weiter Kraftstoff in die Kraftstoffleitungen 8, 9a, 9b, 9c, 9d, obwohl kein Kraftstoff mehr zur Aufrechterhaltung des Betriebes der Brennkraftmaschine 1 benötigt wird, weshalb sich der Druck in den Kraftstoffleitungen 8, 9a, 9b, 9c, 9d zunehmend erhöht. Die Kraftstoffpumpe 4 fördert dabei gegen einen ansteigenden Kraftstoffdruck, was zu einer Zunahme des notwendigen Antriebsmomentes der Kraftstoffpumpe 4 führt.
Um den Kraftstoffdruck in den Kraftstoffleitungen 8, 9a, 9b, 9c, 9d und damit das notwendige Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe 4 beeinflussen zu können, wird bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform eine Kraftstoffrückführleitung 11 vorgesehen, mit der in die Kraftstoffleitungen 8, 9a, 9b, 9c, 9d geförderter Kraftstoff wieder aus den Kraftstoffleitungen 8, 9a, 9b, 9c, 9d entnommen werden kann. Die Kraftstoffrückführleitung 11 mündet in den bereits erwähnten Tankbehälter 7, so daß ein geschlossener Kraftstoffkreislauf ausgebildet wird.
Die Menge an entnommenen bzw. rückgeführten Kraftstoff wird mittels des in der Kraftstoffrückführleitung 11 angeordneten Ventils 12 eingestellt, wodurch der Druck in den Kraftstoffleitungen 8, 9a, 9b, 9c, 9d beeinflußt wird. Das für den Antrieb der Kraftstoffpumpe 4 erforderliche Antriebsmoment ist aber gerade von diesem Druck abhängig, so daß durch Öffnen und Schließen des Ventils 12 Einfluß auf das Antriebsmoment genommen wird.
Ein Schließen des Ventils 12 führt zu einem erhöhten Kraftstoffdruck, wodurch ein größeres Antriebsmoment erforderlich wird. Umgekehrt führt ein Öffnen des Ventils 12 zu einem niedrigeren Druck in den Kraftstoffleitungen 8, 9a, 9b, 9c, 9d, so daß das für den Betrieb der Kraftstoffpumpe 4 erforderliche Antriebsmoment abnimmt.
Das Ventil 12 wird in der Art gesteuert, daß die nach Abschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffzufuhr von der Brennkraftmaschine 1 bis zu ihrem Stillstand abgegebene Energie mittels des Antriebsmoments der Kraftstoffpumpe 4 kontrolliert in der Weise verbraucht wird, daß die Brennkraftmaschine 1 d.h. die Kurbelwelle 3 in einer vorbestimmbaren Position angehalten wird.
Stromaufwärts der n Kraftstoffleitungen 9a, 9b, 9c, 9d ist ein zweites Absperrelement 14 in der Gesamtkraftstoffleitung 8 angeordnet, wobei die Kraftstoffrückführleitung 11 stromaufwärts dieses zweiten Absperrelements 14 von der Gesamtkraftstoffleitung 8 abzweigt. Dieses zweite Absperrelement 14 gestattet eine Einflußnahme auf den für das Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe 4 maßgeblichen Druck, ohne daß der Druck in den vier Kraftstoffleitungen 9a, 9b, 9c, 9d, die die Zylinder 9a, 9b, 9c, 9d versorgen, nachteilig beeinflußt wird.
Mit Hilfe des zweiten Ventils 14 wird der für die Steuerung des Antriebsmomentes der Kraftstoffpumpe 4 relevante Druck am Auslaß 6 der Kraftstoffpumpe 4 verändert, wobei gleichzeitig der in den vier Kraftstoffleitungen 9a, 9b, 9c, 9d vorliegende Druck unbeeinflußt bleibt, insbesondere unabhängig von der Steuerung der Kraftstoffpumpe 4 und der Veränderung des Drucks in dem Teilstück der Gesamtkraftstoffleitung 8, der zwischen Auslaß 6 und zweitem Ventil 14 liegt.
In der Gesamtkraftstoffleitung 8 ist ein erster Drucksensor 13 vorgesehen, der den momentanen Druck in den Kraftstoffleitungen 8, 9a, 9b, 9c, 9d erfaßt und an eine Motorsteuerung (nicht dargestellt) weiterleitet. In der Kraftstoffrückführleitung 11 ist ein zweiter Drucksensor 15 vorgesehen, der stromaufwärts des ersten Absperrelementes 12 angeordnet ist. Der zweite Drucksensor 15 liefert Informationen über den momentanen Wert des für das Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe 4 maßgeblichen Drucks, nämlich des Drucks am Auslaß der Pumpe 4 in der Gesamtkraftstoffleitung 8. Alternativ könnte der zweite Drucksensor 15 auch in der Gesamtkraftstoffleitung 8 stromaufwärts des zweiten Absperrelementes 14 angeordnet werden.
Die Kraftstoffrückführleitung 11 und das Absperrelement 12 dienen zur Beeinflussung des Drucks in den Kraftstoffleitungen 8, 9a, 9b, 9c, 9d und damit als Mittel 10 zur Steuerung des notwendigen Antriebsmoments der Kraftstoffpumpe 4. Die Ausführungsform gemäß Figur 1 verfügt über eine Kraftstoffpumpe 4, deren Fördercharakteristik bzw. Durchsatz veränderbar ist, so daß die Kraftstoffpumpe 4 ebenfalls als Mittel 10 zur Beeinflussung des Antriebsmoments der Kraftstoffpumpe verwendet werden kann. Zusammen mit dem zweiten Ventil 14 und der im Hinblick auf den Kraftstoffdurchsatz variablen Kraftstoffpumpe 4, mit denen das notwendige Antriebsmoment ebenfalls beeinflußt werden kann, ermöglichst diese Ausführungsform ein Höchstmaß an Flexibilität und Genauigkeit beim kontrollierten Abstellen der Brennkraftmaschine 1 und Anfahren der Vorzugspositionen.

Bezugszeichen

1: Brennkraftmaschine
2a: Zylinder
2b: Zylinder
2c: Zylinder
2d: Zylinder
3: Kurbelwelle
4: Kraftstoffpumpe
5: Einlaß
6: Auslaß, Auslaßöffnung
7: Tankbehälter
8: Gesamtkraftstoffleitung
9a: Kraftstoffleitung
9b: Kraftstoffleitung
9c: Kraftstoffleitung
9d: Kraftstoffleitung
10: Mittel zur Beeinflussung des Antriebsmoments der Kraftstoffpumpe
11: Kraftstoffrückführleitung
12: erstes Absperrelement
13: erster Drucksensor
14: zweites Absperrelement
15: zweiter Drucksensor

n: Anzahl der Zylinder

Claims

Brennkraftmaschine (1) umfassend n Zylinder (2a,2b,2c,2d), eine Kurbelwelle (3) und eine Kraftstoffpumpe (4), welche von der Brennkraftmaschine (1) angetrieben wird und zu diesem Zweck mit der Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine (1) gekoppelt ist, bei der die Kraftstoffpumpe (4) über einen Einlaß (5) für den Eintritt des Kraftstoffes verfügt und einen Auslaß (6) aufweist, an den sich eine Gesamtkraftstoffleitung (8) anschließt, von der n Kraftstoffleitungen (9a,9b,9c,9d) abzweigen, welche zu den n Zylindern (2a,2b,2b,2d) führen, wobei Mittel (10) vorgesehen sind, mit denen das Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe (4) beeinflußbar ist, so daß das notwendige Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe (4) mittels dieser vorgesehenen Mittel (10) steuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Mittel (10) zur Beeinflussung des Drucks in den Kraftstoffleitungen (8, 9a,9b,9c,9d) eine Kraftstoffrückführleitung (11) vorgesehen ist, in der ein erstes Absperrelement (12) angeordnet ist, so daß das notwendige Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe (4) mittels dieser vorgesehenen Mittel (10) steuerbar ist, wobei stromaufwärts der n abzweigenden Kraftstoffleitungen (9a,9b,9c,9d) ein zweites Absperrelement (14) in der Gesamtkraftstoffleitung (8) angeordnet ist und die Kraftstoffrückführleitung (11) stromaufwärts dieses zweiten Absperrelements (14) von der Gesamtkraftstoffleitung (8) abzweigt.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Absperrelement (12) ein Ventil ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
in einer der Kraftstoffleitungen (8, 9a,9b,9c,9d) ein erster Drucksensor (13) vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
stromaufwärts des zweiten Absperrelementes (14) ein zweiter Drucksensor (15) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kraftstoffpumpe (4) als Mittel (10) zur Beeinflussung ihres Antriebsmomentes über eine variable Fördercharakteristik, insbesondere über einen steuerbaren variablen Durchsatz, verfügt, so daß das notwendige Antriebsmoment der Kraftstoffpumpe (4) mittels dieser vorgesehenen Mittel (10) steuerbar ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kraftstoffpumpe (4) als Mittel (10) zur Beeinflussung ihres Antriebsmomentes über einen variabel verstellbaren Auslaß (6) verfügt, mit dem der Strömungswiderstand des Auslasses (6) veränderbar ist.