EP2102477A1 - Verfahren zum betreiben eines kraftstoffsystems für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines kraftstoffsystems für eine brennkraftmaschine

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EP2102477A1
EP2102477A1 EP07821672A EP07821672A EP2102477A1 EP 2102477 A1 EP2102477 A1 EP 2102477A1 EP 07821672 A EP07821672 A EP 07821672A EP 07821672 A EP07821672 A EP 07821672A EP 2102477 A1 EP2102477 A1 EP 2102477A1
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EP
European Patent Office
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fuel
pressure
state
fuel system
limit value
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07821672A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Joos
Jens Wolber
Christian Wiedmann
Christian Koehler
Laurent Nack
Andreas Kufferath
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2102477A1 publication Critical patent/EP2102477A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809Common rail control systems
    • F02D41/3836Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3845Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped
    • F02D41/3854Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped with elements in the low pressure part, e.g. low pressure pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0606Fuel temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D2250/02Fuel evaporation in fuel rails, e.g. in common rails
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel system for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a method is known from DE 100 61 856 Al. In the known method, it is checked during a rest state of the internal combustion engine and the fuel system, whether a cooling water temperature is greater than a limit value. If this is the case, an electric
  • Fuel pump of the fuel system is turned on and off again after a certain time interval. At the same time, activation of one of two pressure relief valves increases the limit pressure in the fuel line. Due to this increased pressure in the fuel line already formed vapor bubbles are compressed and the formation of new vapor bubbles reliably prevented.
  • Object of the present invention is to develop a method of the type mentioned so that the formation of vapor bubbles in the fuel line is reliably prevented.
  • vapor bubbles can not only occur due to the vapor pressure exceeding the current pressure due to a temperature increase of the fuel, but that vapor bubbles can occur during cooling of the fuel enclosed in the fuel line mainly because during cooling, the specific volume of the trapped fuel and thus also its pressure decreases and therefore there is a risk that the actual pressure falls below the vapor pressure.
  • the conveyor is switched on in the idle state of the fuel system when a state variable that at least indirectly characterizes a state of the fuel in the fuel line, a threshold value falls below, so if the cooling of the in the fuel line enclosed fuel reaches or exceeds a certain level.
  • the described thermal behavior of the fuel enclosed in the fuel line is caused by the fact that, in particular in those fuel systems which are used for gasoline direct injection, the components of at least part of the fuel system are very well connected to a cylinder head of the internal combustion engine, during operation of the internal combustion engine So warm significantly. After switching off the internal combustion engine then cool the engine and with her the fuel system slowly.
  • the present invention contributes, since the pressure in the fuel system is kept above the vapor pressure and the ambient pressure during the entire idle state.
  • the state variable is a fuel temperature
  • the limit value is a limit temperature, which is determined using a vapor pressure curve and a current fuel pressure or a corresponding size.
  • a fuel temperature can be detected directly by a sensor; but it can also be modeled on the basis of, for example, a cooling water temperature.
  • the temperature of the fuel is a quantity which directly characterizes the cooling, the use of which makes vapor bubbles reliable can be prevented.
  • the state quantity is a fuel pressure
  • the limit value is the higher pressure from ambient pressure and current vapor pressure. This method has the advantage of immediate significance, but requires the presence of a knowledge of the fuel pressure. However, this is known in many cases from a sensor or a modeled value.
  • Modern common rail fuel systems typically include a low pressure region and a high pressure region.
  • a switchable at rest conveyor is usually associated only with the low pressure area, but not the high pressure area. Especially in the latter, however, steam bubbles should be prevented, because in the high pressure region, the high pressure should be available when starting the engine so that the fuel can be optimally introduced from the injectors in the combustion chambers of the engine. It is therefore proposed according to the invention that a low-pressure region and a high-pressure region of the fuel system are connected to one another before or during the switching on of the delivery device. The effect of the conveyor is thus not limited to the low pressure area, but is also transferred into the high pressure area, so that even there the formation of vapor bubbles is prevented.
  • the conveyor be switched off again when the state quantity exceeds a limit value.
  • This should normally be higher than the limit value described above, in the sense of a hysteresis, in order to avoid a permanent switching on and off of the conveyor.
  • the conveyor is simply turned off after a predetermined rigid operating time.
  • At least one activation parameter of the delivery device in particular a duty cycle and / or a variable corresponding to a delivery rate, at least temporarily depend on at least one state variable which depends at least indirectly on the state of the enclosed fuel, or is rigidly predetermined. This reduces the energy consumption required for maintaining the printer. If the comparison of the state quantity with the limit value is carried out at predetermined time intervals, the programming is particularly simple. If, on the other hand, the comparison of the state variable with the limit value is carried out at time intervals which depend on at least one operating variable of the fuel system, the energy input can be reduced again.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a fuel system of an internal combustion engine
  • FIG. 2 is a flowchart of a method for operating the fuel system of FIG. 1.
  • a fuel system carries the reference numeral 10 in FIG. 1. It comprises a fuel tank 12, from which an electric fuel pump 14 representing a delivery device conveys the fuel into a low-pressure line 16. In this, a fuel filter 18 is arranged. Between electric fuel pump 14 and fuel filter 18 branches off from the low pressure line 16 from a return line 20, which returns to the fuel tank 12 and in which a pressure relief valve 22 is arranged.
  • the low-pressure line 16 leads to an inlet 24 of a high-pressure pump unit 26.
  • the latter in turn comprises downstream of the inlet 24 a relatively small-volume pressure damper 28, then a quantity control valve 30, which acts in a position as an inlet check valve 32. In this position, it is brought by an electromagnetic actuator 34, whereas it is acted upon in the other, namely permanently open position 36 by a spring 38.
  • a delivery chamber 40 downstream of the quantity control valve 30 is a delivery chamber 40, which is bounded by a piston 42.
  • the high-pressure pump unit 26 thus comprises a piston pump.
  • a high pressure line 44 via an exhaust valve 46 and a throttle 48 leads to a fuel rail 50.
  • fuel injectors 52 are connected, which inject the fuel directly into them associated combustion chambers 54 of an internal combustion engine, to which the fuel system 10 belongs.
  • From the high pressure line 44 branches off a discharge line 56, which leads back to the delivery chamber 40 and in which a pressure relief valve 58 is arranged.
  • the pressure prevailing in the fuel rail 50 pressure is detected by a pressure sensor 60, the temperature
  • the signal is transmitted to various control and regulating devices, including a control device 64. This is one of those control device, with which the operation of the internal combustion engine is controlled or regulated, separate unit.
  • the quantity control valve 30 and the electric fuel pump 14 are actuated by the control device 64.
  • the fuel is compressed by the electric fuel pump 14 to a prevailing in the low pressure line 16 feed pressure, usually 4 to 6 bar.
  • the thus pre-compressed fuel is further compressed to a very high pressure, usually some 100 bar, and stored at this pressure in the fuel rail 50.
  • the delivery of fuel through the two conveyors namely the electric fuel pump 14 and the high-pressure pump unit 26 is set.
  • the high-pressure pump unit 26 this is done forcibly, since the piston 42 is mechanically driven by the internal combustion engine.
  • the fuel rail 50 and the high-pressure pump unit 26 are thermally relatively well connected to the internal combustion engine.
  • these components which in normal operation can generally be assigned to a so-called "high-pressure region" of the fuel system 10, which is denoted by 66, have a comparatively high temperature, but due to heat conduction, the low-pressure line 16 also heats up, for example , which can be attributed to a so-called "low pressure area" 68.
  • the quantity control valve 30 After switching off internal combustion engine and fuel system 10, the quantity control valve 30 is brought by the spring 38 in the open position 36. In this state belong to the
  • Low-pressure region 68 and thus the delivery chamber 40 and that portion of the high-pressure line 44, which extends from the delivery chamber 40 to the outlet valve 46.
  • This low pressure region 68 is a (initially) sealed system in which the fuel is trapped at relatively low pressure. Accordingly, after switching off the fuel system 10 only that portion of the high-pressure line 44 counts from the outlet valve 46 to the fuel rail 50 and the
  • Fuel rail 50 itself to the high-pressure region 66, which then also forms a (initially) completed system in which the fuel is trapped below a certain pressure which is slightly higher than the pressure in the low pressure region 68th
  • Low-pressure region 68 and high-pressure region 66 and the respective trapped fuel have after switching off the fuel system 10, as stated, an elevated temperature gradually decreases.
  • the decrease in temperature reduces the specific volume of trapped fuel, and thus also the pressure.
  • the pressure in particular in the high-pressure region 66, drops to a pressure below the vapor pressure. This would lead to 66 vapor bubbles arise in the high pressure region, which would have to be compressed at a restart of the engine first, before a renewed pressure build-up can take place.
  • a temperature T of the fuel trapped in the fuel rail 50 has fallen below a limit value Gl.
  • the temperature T is determined on the basis of the signal of the temperature sensor 62 and a corresponding thermal model. If the answer in 72 is yes, the electric fuel pump 14 is turned on at 74. If the answer in 72 is no, it is checked in 76 whether an ambient pressure pu is less than or equal to a current vapor pressure p D of the fuel enclosed in the high-pressure region 66.
  • the ambient pressure pu is either obtained from a corresponding sensor or determined from a sensor signal of the internal combustion engine based on a model.
  • the vapor pressure p D is determined on the basis of the temperature T and a stored vapor pressure curve.
  • the electric fuel pump 14 is then switched on in a quiescent state of the fuel system 10 if either the fuel temperature T falls below a limit value Gi resulting from the vapor pressure curve or the fuel pressure p K falls below the vapor pressure P D or the ambient pressure Pu. If the formation of vapor bubbles is to be prevented with particularly high certainty, the value of the vapor pressure p D and / or the ambient pressure Pu may still contain a safety margin.
  • a pressure increase in the low pressure region 68 is first effected.
  • the outlet valve 46 opens, with the result that the pressure increase effected in the low-pressure region 68 also propagates into the high-pressure region 66. This is possible because with the shutdown of the
  • Fuel system 10 the electroless quantity control valve 30 is brought into its open position 36.
  • the controller 64 In the idle state of the fuel system 10, the controller 64 is in a
  • the control device 64 is in the present case as of the control and regulating device of

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Abstract

Bei einem Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff in einem Betriebszustand mittels mindestens einer Fördereinrichtung in eine Kraftstoffleitung gefördert. In einem Ruhezustand des Kraftstoffsystems wird die Fördereinrichtung abhängig von mindestens einer Zustandsgröße (p<SUB>K</SUB>,T) eingeschaltet. Es wird vorgeschlagen, dass die Fördereinrichtung in dem Ruhezustand des Kraftstoffsystems eingeschaltet wird, wenn eine Zustandsgröße (p<SUB>K</SUB>, T), die wenigstens mittelbar einen Zustand des in der Kraftstoffleitung befindlichen Kraftstoffs charakterisiert, einen Grenzwert (p<SUB>U</SUB>, p<SUB>D</SUB>, G<SUB>1</SUB>) unterschreitet.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 100 61 856 Al bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird während eines Ruhezustands der Brennkraftmaschine und des Kraftstoffsystems geprüft, ob eine Kühlwassertemperatur größer ist als ein Grenzwert. Ist dies der Fall, wird eine elektrische
Kraftstoffpumpe des Kraftstoffsystems eingeschaltet und nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls wieder ausgeschaltet. Gleichzeitig wird durch Aktivierung eines von zwei Druckbegrenzungsventilen der Grenzdruck in der Kraftstoffleitung erhöht. Durch diesen erhöhten Druck in der Kraftstoffleitung werden bereits entstandene Dampfblasen komprimiert und die Entstehung neuer Dampfblasen zuverlässig verhindert.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Bildung von Dampfblasen in der Kraftstoffleitung zuverlässig verhindert wird.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Lösungen sind in den nebengeordneten Patentansprüchen angegeben, die ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung betreffen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich weitere Merkmale, die für die Erfindung wichtig sind, in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung. Diese Merkmale können für die Erfindung in ganz unterschiedlichen Kombinationen wesentlich sein, ohne dass hierauf explizit hingewiesen wird.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass Dampfblasen nicht nur dadurch auftreten können, dass aufgrund einer Temperaturerhöhung des Kraftstoffes der Dampfdruck den aktuellen Druck übersteigt, sondern dass Dampfblasen beim Abkühlen des in der Kraftstoffleitung eingeschlossenen Kraftstoffes vor allem deshalb auftreten können, weil bei der Abkühlung das spezifische Volumen des eingeschlossenen Kraftstoffs und somit auch dessen Druck abnimmt und daher die Gefahr besteht, dass der tatsächliche Druck den Dampfdruck unterschreitet. Dies wird durch die vorliegende Erfindung wirkungsvoll verhindert, da die Fördereinrichtung in dem Ruhezustand des Kraftstoffsystems dann eingeschaltet wird, wenn eine Zustandsgröße, die wenigstens mittelbar einen Zustand des in der Kraftstoffleitung befindlichen Kraftstoffs charakterisiert, einen Grenzwert unterschreitet, wenn also die Abkühlung des in der Kraftstoffleitung eingeschlossenen Kraftstoffes ein gewisses Maß erreicht oder überschreitet.
Das beschriebene thermische Verhalten des in der Kraftstoffleitung eingeschlossenen Kraftstoffes wird dadurch verursacht, dass insbesondere bei solchen Kraftstoffsystemen, welche für Benzin- Direkteinspritzung verwendet werden, die Komponenten mindestens eines Teils des Kraftstoffsystems sehr gut an einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angebunden sind, sich im Betrieb der Brennkraftmaschine also deutlich erwärmen. Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine kühlen dann die Brennkraftmaschine und mit ihr das Kraftstoffsystem langsam ab.
Dadurch, dass die Entstehung von Dampfblasen im Ruhezustand des Kraftstoffsystems vor allem dann, wenn dieser längere Zeit andauert, wirkungsvoll verhindert wird, kann bei Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung ein sogenannter „Hochdruckstart" realisiert werden. Bei diesem wird beim Starten der Brennkraftmaschine von der ersten Einspritzung an im Verdichtungstakt eingespritzt, wodurch deutlich weniger Kraftstoff benötigt wird, was wiederum zu einer Verringerung der Emissionen beim Starten der Brennkraftmaschine führt. Voraussetzung für einen solchen Hochdruckstart ist es, dass der Druckaufbau im Kraftstoffsystem, insbesondere in einem dort vorhandenen Hochdrucksystem, sehr schnell erfolgt, was vor allem dann möglich ist, wenn von der
Fördereinrichtung nicht zunächst Luft- oder Dampfblasen komprimiert werden müssen. Hierzu leistet die vorliegende Erfindung einen Beitrag, da der Druck im Kraftstoffsystem während des gesamten Ruhezustands oberhalb des Dampfdrucks und des Umgebungsdrucks gehalten wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Zustandsgröße eine Kraftstofftemperatur ist, und dass der Grenzwert eine Grenztemperatur ist, die unter Verwendung einer Dampfdruckkurve und eines aktuellen Kraftstoffdrucks oder einer entsprechenden Größe ermittelt wird. Eine solche Kraftstofftemperatur kann unmittelbar von einem Sensor erfasst werden; sie kann aber auch auf der Basis bspw. einer Kühlwassertemperatur modelliert werden. Wie bereits oben ausgeführt worden ist, ist die Temperatur des Kraftstoffes eine die Abkühlung unmittelbar charakterisierende Größe, bei deren Verwendung das Entstehen von Dampfblasen zuverlässig verhindert werden kann.
Möglich ist auch, dass die Zustandsgröße ein Kraftstoffdruck ist, und dass der Grenzwert der höhere Druck ist aus Umgebungsdruck und aktuellem Dampfdruck. Dieses Verfahren hat den Vorteil der unmittelbaren Aussagekraft, setzt jedoch das Vorhandensein einer Kenntnis des Kraftstoffdrucks voraus. Dieser ist jedoch in vielen Fällen anhand eines Sensors oder eines modellierten Werts bekannt.
Möglich ist auch eine Kombination der beiden Vergleiche, dass also die Fördereinrichtung dann eingeschaltet wird, wenn entweder die eine Zustandsgröße oder die andere Zustandsgröße den jeweiligen Grenzwert unterschreitet. Dies bedeutet eine erhöhte Sicherheit gegen das Auftreten von Dampfblasen.
Moderne Common-Rail-Kraftstoffsysteme umfassen üblicherweise einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich. Eine im Ruhezustand einschaltbare Fördereinrichtung ist üblicherweise nur dem Niederdruckbereich zugeordnet, nicht jedoch dem Hochdruckbereich. Gerade in letzterem sollten jedoch Dampfblasen verhindert werden, denn im Hochdruckbereich sollte beim Starten der Brennkraftmaschine der hohe Druck zur Verfügung stehen, damit der Kraftstoff optimal von den Injektoren in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingebracht werden kann. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass vor oder bei dem Einschalten der Fördereinrichtung ein Niederdruckbereich und ein Hochdruckbereich des Kraftstoffsystems miteinander verbunden werden. Die Wirkung der Fördereinrichtung ist damit nicht nur auf den Niederdruckbereich begrenzt, sondern wird auch in den Hochdruckbereich hineinübertragen, so dass auch dort die Bildung von Dampfblasen unterbunden wird.
Um das Energieversorgungssystem des Kraftstoffsystems nicht unnötig zu belasten, wird vorgeschlagen, dass die Fördereinrichtung wieder ausgeschaltet wird, wenn die Zustandsgröße einen Grenzwert überschreitet. Dieser dürfte im Normalfall höher sein als der oben beschriebene Grenzwert, im Sinne einer Hysterese, um ein dauerndes Ein- und Ausschalten der Fördereinrichtung zu vermeiden. Alternativ hierzu ist aber auch möglich, dass die Fördereinrichtung einfach nach einer vorgegebenen starren Betriebszeit ausgeschaltet wird.
Ferner wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Ansteuerparameter der Fördereinrichtung, insbesondere eine Einschaltdauer und/oder eine einer Förderleistung entsprechende Größe, wenigstens zeitweise von mindestens einer Zustandsgröße abhängt, die wenigstens mittelbar vom Zustand des eingeschlossenen Kraftstoffs abhängt, oder starr vorgegeben ist. Damit wird der für die Druckerhaltung benötigte Energieverbrauch reduziert. Wenn der Vergleich der Zustandsgröße mit dem Grenzwert in vorgegebenen zeitlichen Abständen durchgeführt wird, ist die Programmierung besonders einfach. Wenn dagegen der Vergleich der Zustandsgröße mit dem Grenzwert in zeitlichen Abständen durchgeführt wird, welche von mindestens einer Betriebsgröße des Kraftstoffsystems abhängen, kann der Energieeinsatz nochmals reduziert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein besonderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine; und Figur 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Kraftstoffsystems von Figur 1.
Ausführungsformen der Erfindung
Ein Kraftstoffsystem trägt in Figur 1 das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine eine Fördereinrichtung darstellende elektrische Kraftstoffpumpe 14 den Kraftstoff in eine Niederdruckleitung 16 fördert. In dieser ist ein Kraftstofffilter 18 angeordnet. Zwischen elektrischer Kraftstoffpumpe 14 und Kraftstofffilter 18 zweigt von der Niederdruckleitung 16 eine Rückströmleitung 20 ab, die zum Kraftstoffbehälter 12 zurückführt und in der ein Druckbegrenzungsventil 22 angeordnet ist.
Die Niederdruckleitung 16 führt zu einem Einlass 24 einer Hochdruckpumpeinheit 26. Letztere wiederum umfasst stromabwärts vom Einlass 24 einen relativ kleinvolumigen Druckdämpfer 28, danach ein Mengensteuerventil 30, welches in einer Stellung als Einlass-Rückschlagventil 32 wirkt. In diese Stellung wird es von einem elektromagnetischen Aktor 34 gebracht, wohingegen es in die andere, nämlich dauernd geöffnete Stellung 36 von einer Feder 38 beaufschlagt wird. Nochmals stromabwärts vom Mengensteuerventil 30 ist ein Förderraum 40, der von einem Kolben 42 begrenzt wird. Die Hochdruckpumpeinheit 26 umfasst also eine Kolbenpumpe.
Vom Förderraum 40 führt eine Hochdruckleitung 44 über ein Auslassventil 46 und eine Drossel 48 zu einem Kraftstoffrail 50. An dieses sind mehrere Kraftstoffinjektoren 52 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume 54 einer Brennkraftmaschine, zu der das Kraftstoffsystem 10 gehört, einspritzen. Von der Hochdruckleitung 44 zweigt eine Entlastungsleitung 56 ab, die zum Förderraum 40 zurückführt und in der ein Druckbegrenzungsventil 58 angeordnet ist. Der im Kraftstoffrail 50 herrschende Druck wird von einem Drucksensor 60 erfasst, die Temperatur der Brennkraftmaschine von einem Temperatursensor 62. Deren Signal wird an verschiedene Steuer- und Regeleinrichtungen weitergeleitet, u.a. an eine Steuereinrichtung 64. Bei dieser handelt es sich um eine von jener Steuereinrichtung, mit der der Betrieb der Brennkraftmaschine gesteuert bzw. geregelt wird, separate Einheit. Von der Steuereinrichtung 64 werden u.a. das Mengensteuerventil 30 sowie die elektrische Kraftstoffpumpe 14 angesteuert.
Im Normalbetrieb des Kraftstoffsystems 10 wird der Kraftstoff von der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 auf einen in der Niederdruckleitung 16 herrschenden Vorförderdruck, üblicherweise 4 bis 6 bar, verdichtet. Im Förderraum 40 der Hochdruckpumpeinheit 26 wird der so vorverdichtete Kraftstoff weiter auf einen sehr hohen Druck, üblicherweise einige 100 bar, verdichtet und mit diesem Druck im Kraftstoffrail 50 gespeichert.
Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine wird auch die Förderung von Kraftstoff durch die beiden Fördereinrichtungen, nämlich die elektrische Kraftstoffpumpe 14 und die Hochdruckpumpeinheit 26, eingestellt. Im Falle der Hochdruckpumpeinheit 26 geschieht dies zwangsweise, da der Kolben 42 mechanisch von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Insbesondere das Kraftstoffrail 50 und die Hochdruckpumpeinheit 26 sind thermisch vergleichsweise gut mit der Brennkraftmaschine verbunden. Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine weisen diese Komponenten, die im Normalbetrieb ganz allgemein einem sogenannten „Hochdruckbereich" des Kraftstoffsystems 10, welcher mit 66 bezeichnet ist, zugeordnet werden können, eine vergleichsweise hohe Temperatur auf. Aufgrund von Wärmeleitung erwärmt sich aber auch bspw. die Niederdruckleitung 16, die einem sogenannten „Niederdruckbereich" 68 zugerechnet werden kann.
Nach dem Abstellen von Brennkraftmaschine und Kraftstoffsystem 10 wird das Mengensteuerventil 30 von der Feder 38 in die geöffnete Stellung 36 gebracht. In diesem Zustand gehören zum
Niederdruckbereich 68 also auch der Förderraum 40 und jener Bereich der Hochdruckleitung 44, der sich vom Förderraum 40 bis zum Auslassventil 46 erstreckt. Dieser Niederdruckbereich 68 ist ein (zunächst) abgeschlossenes System, in dem der Kraftstoff bei verhältnismäßig niedrigem Druck eingeschlossen ist. Entsprechend zählt nach dem Abschalten des Kraftstoffsystems 10 nur noch jener Bereich der Hochdruckleitung 44 vom Auslassventil 46 bis zum Kraftstoffrail 50 und das
Kraftstoffrail 50 selbst zum Hochdruckbereich 66, der dann ebenfalls ein (zunächst) abgeschlossenes System bildet, in dem der Kraftstoff unter einem bestimmten Druck eingeschlossen ist, der etwas höher liegt als der Druck im Niederdruckbereich 68.
Niederdruckbereich 68 und Hochdruckbereich 66 und der jeweils eingeschlossene Kraftstoff weisen nach dem Abschalten des Kraftstoffsystems 10, wie gesagt, eine erhöhte Temperatur auf, die allmählich abnimmt. Durch die Temperaturabnahme verringert sich das spezifische Volumen des eingeschlossenen Kraftstoffs, und hierdurch auch der Druck. Ohne die nachfolgend beschriebenen Gegenmaßnahmen könnte es geschehen, dass der Druck insbesondere im Hochdruckbereich 66 auf einen Druck unterhalb des Dampfdruckes absinkt. Dies würde dazu führen, dass im Hochdruckbereich 66 Dampfblasen entstehen, die bei einem erneuten Start der Brennkraftmaschine zunächst komprimiert werden müssten, bevor ein erneuter Druckaufbau stattfinden kann. Aus Emissionsgründen ist es jedoch wünschenswert, bereits ganz zu Anfang eines Neustarts der Brennkraftmaschine einen möglichst hohen Druck im Kraftstoffrail 50 vorliegen zu haben, denn nur dann wird der Kraftstoff von den Kraftstoffinjektoren 52 so ausreichend vernebelt, dass die Einspritzung im Verdichtungstakt erfolgen kann. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil dann eine vergleichsweise geringe Kraftstoffmenge für einen Start der Brennkraftmaschine ausreicht und der Kraftstoff vergleichsweise vollständig verbrannt wird.
Um zu verhindern, dass sich beim Abkühlen des Kraftstoffsystems 10 insbesondere im Hochdruckbereich 66, aber auch im Niederdruckbereich 68 Dampfblasen bilden, ist bei dem in Figur 1 dargestellten Kraftstoffsystem während des Ruhezustands des Kraftstoffsystems 10 ein Einschalten der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 vorgesehen, und zwar abhängig von den Signalen des Drucksensors 60 und des Temperatursensors 62. Das entsprechende Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf Figur 2 erläutert:
Nach einem Startblock 70 wird in 72 geprüft, ob eine Temperatur T des im Kraftstoffrail 50 eingeschlossenen Kraftstoffes einen Grenzwert Gl unterschritten hat. Die Temperatur T wird dabei auf der Basis des Signals des Temperatursensors 62 und eines entsprechenden thermischen Modells ermittelt. Ist die Antwort in 72 ja, wird in 74 die elektrische Kraftstoffpumpe 14 eingeschaltet. Ist die Antwort in 72 dagegen nein, wird in 76 geprüft, ob ein Umgebungsdruck pu kleiner oder gleich einem aktuellen Dampfdruck pD des im Hochdruckbereich 66 eingeschlossenen Kraftstoffes ist. Der Umgebungsdruck pu wird entweder von einem entsprechenden Sensor erhalten oder aus einem Sensorsignal der Brennkraftmaschine anhand eines Modells ermittelt. Der Dampfdruck pD wird anhand der Temperatur T und einer abgespeicherten Dampfdruckkurve ermittelt. Ist die Antwort im Block 76 nein, ist also der Umgebungsdruck pu größer als der Dampfdruck pD, wird in 78 abgefragt, ob der Druck pκ des im Kraftstoffrail 50 eingeschlossenen Kraftstoffes größer ist als der Umgebungsdruck Pu. Ist die Antwort in 78 nein, hat also der Kraftstoffdruck pκ den Umgebungsdruck pu unterschritten, wird in 74 die elektrische Kraftstoffpumpe 14 eingeschaltet.
Ist die Antwort in 76 ja, ist also der Umgebungsdruck pu kleiner oder gleich dem Dampfdruck pD, wird in 80 abgefragt, ob der Dampfdruck pD kleiner ist als der Kraftstoffdruck pκ. Ist die Antwort in 80 nein, hat also der Kraftstoffdruck pκ den Dampfdruck pD unterschritten, wird wider in 74 die elektrische Kraftstoffpumpe eingeschaltet. Andernfalls endet das Programm in 82. Das gleiche gilt für jenen Fall, in dem in 78 festgestellt wird, dass der Kraftstoffdruck pκ größer ist als der Umgebungsdruck pu.
Nach dem Einschalten der elektrischen Kraftstoffpumpe 74 wird in 84 geprüft, ob die Temperatur T größer ist als ein Grenzwert G2 und ob der Kraftstoffdruck pκ größer ist als ein Grenzwert G3. Ist die Antwort in 84 nein, erfolgt ein Rücksprung vor den Eingang von 84. Andernfalls wird in 86 die elektrische Kraftstoffpumpe 14 ausgeschaltet. Danach endet auch hier das Programm in 82.
Bei Durchführung des in Figur 2 dargestellten Verfahrens wird also in einem Ruhezustand des Kraftstoffsystems 10 die elektrische Kraftstoffpumpe 14 eingeschaltet, wenn entweder die Kraftstofftemperatur T einen sich aus der Dampfdruckkurve ergebenden Grenzwert Gi oder der Kraftstoffdruck pκ den Dampfdruck PD oder den Umgebungsdruck Pu unterschreiten. Soll die Entstehung von Dampfblasen mit besonders hoher Sicherheit verhindert werden, kann der Wert des Dampfdrucks pD und/oder der Umgebungsdrucks Pu noch einen Sicherheitszuschlag enthalten. Durch das Einschalten der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 wird zunächst eine Druckerhöhung im Niederdruckbereich 68 bewirkt. Sobald die für ein Öffnen des Auslassventils 46 erforderliche Druckdifferenz zwischen Niederdruckbereich 68 und Hochdruckbereich 66 erreicht ist, öffnet das Auslassventil 46, so dass die im Niederdruckbereich 68 bewirkte Druckerhöhung sich auch in den Hochdruckbereich 66 hinein fortpflanzt. Dies wird ermöglicht, da mit dem Abschalten des
Kraftstoffsystems 10 das stromlose Mengensteuerventil 30 in seine geöffnete Stellung 36 gebracht wird.
Ein unnötig langer Betrieb der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 mit einer entsprechenden Belastung des elektrischen Systems wird vermieden, in dem die elektrische Kraftstoffpumpe 14 in 86 ausgeschaltet wird, wenn die Temperatur T und der Kraftstoffdruck pκ entsprechende Grenzwerte wieder überschreiten. Alternativ ist es auch möglich, die elektrische Kraftstoffpumpe 14 einfach nach einer vorgegebenen Betriebszeit auszuschalten. Diese Betriebszeit wiederum kann starr vorgegeben sein, sie kann aber auch abhängig von einer Zustandsgröße ermittelt werden, die wenigstens mittelbar vom Zustand des eingeschlossenen Kraftstoffs abhängt. Bspw. kann bei einer vergleichsweise hohen Temperatur T eine längere Einschaltzeit gewählt werden als bei einer niedrigen Temperatur T. Entsprechendes gilt auch für die Förderleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe 14, die entweder starr vorgegeben sein kann, oder die von einer Zustandsgröße abhängen kann.
Im Ruhezustand des Kraftstoffsystems 10 befindet sich die Steuereinrichtung 64 in einem
„Schlafzustand". Aus diesem kann sie in bestimmten zeitlichen Abständen aufgeweckt werden, um das Verfahren entsprechend Figur 2 ablaufen zu lassen. Der Vergleich der Zustandsgrößen T und pκ mit den entsprechenden Grenzwerten erfolgt also in diesem Falle in starren zeitlichen Abständen. Möglich ist aber auch, dass diese zeitlichen Abstände variabel sind, abhängig von einem beim Abstellen des Kraftstoffsystems 10 festgestellten Betriebszustand, oder abhängig von dem bei der letzten Durchführung des Verfahrens gemäß Figur 2 festgestellten Betriebszustand des Kraftstoffsystems 10. Dieser Betriebszustand des Kraftstoffsystems 10 wird durch mindestens eine Betriebsgröße des Kraftstoffsystems 10 zum Ausdruck gebracht, bspw. durch den Kraftstoffdruck pκ oder die Temperatur T.
Die Steuereinrichtung 64 ist im vorliegenden Fall als von der Steuer- und Regeleinrichtung der
Brennkraftmaschine separate Einheit ausgebildet, welche zur zyklischen Prüfung der Zustandsgrößen den Grenzwerten und zum Ein- und Ausschalten der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 aus einem Schlafmodus geweckt wird und anschließend wieder in den Schlafmodus versetzt wird. Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass die Steuereinrichtung 64 in die Steuer- und Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine integriert ist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems (10) für eine Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff in einem Betriebszustand mittels mindestens einer Fördereinrichtung (14, 26) in eine Kraftstoffleitung (16, 50) gefördert wird, und bei dem in einem Ruhezustand des Kraftstoffsystems (10) die Fördereinrichtung (14) abhängig von mindestens einer Zustandsgröße (pκ, T) eingeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (14) in dem Ruhezustand des Kraftstoffsystems (10) eingeschaltet wird, wenn eine Zustandsgröße (pκ, T), die wenigstens mittelbar einen Zustand des in der Kraftstoffleitung (50) befindlichen Kraftstoffs charakterisiert, einen Grenzwert (pu, PD, GI) unterschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße eine Kraftstofftemperatur (T) ist, und dass der Grenzwert eine Grenztemperatur (Gi) ist, die unter Verwendung einer Dampfdruckkurve und eines aktuellen Kraftstoffdrucks (pκ) oder einer entsprechenden Größe ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgröße ein Kraftstoffdruck (pκ) ist, und dass der Grenzwert der höhere Druck ist aus Umgebungsdruck (pu) und aktuellem Dampfdruck (pκ), ggf. zuzüglich eines Sicherheitszuschlags.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung
(14) eingeschaltet wird, wenn entweder die eine Zustandsgröße (T) oder die andere Zustandsgröße (pκ) den jeweiligen Grenzwert (Gi, pu, PD) unterschreitet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder bei dem Einschalten der Fördereinrichtung (14) ein Niederdruckbereich (68) und ein Hochdruckbereich (66) des Kraftstoffsystems (10) verbunden werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (14) wieder ausgeschaltet wird, wenn die Zustandsgröße (T, pκ) einen Grenzwert (G2, G3) überschreitet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (14) nach einer vorgegebenen Betriebszeit ausgeschaltet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ansteuerparameter der Fördereinrichtung, insbesondere eine Einschaltdauer und/oder eine einer Förderleistung entsprechende Größe, wenigstens zeitweise von mindestens einer Zustandsgröße abhängt, die wenigstens mittelbar vom Zustand des eingeschlossenen Kraftstoffs abhängt, oder starr vorgegeben ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich der Zustandsgröße (T, pκ) mit dem Grenzwert (Gi, PK, PD) in vorgegebenen zeitlichen Abständen durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich der Zustandsgröße mit dem Grenzwert in zeitlichen Abständen durchgeführt wird, welche von mindestens einer Betriebsgröße des Kraftstoffsystems abhängen.
11. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.
12. Elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (64) eines Kraftstoffsystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm zur Anwendung in einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 abgespeichert ist.
13. Steuer- und/oder Regeleinrichtung (64) für ein Kraftstoffsystem (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 programmiert ist.
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