WO2002099264A1 - Verfahren, computerprogramm und steuer- und/oder regelgerät zum betreiben einer brennkraftmaschine sowie kraftstoffsystem für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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Thomas Ludwig
Gottlob Haag
Michael HÜBEL
Jürgen Stein
Stefan Elser
Bernd Schröder
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2200/60—Fuel-injection apparatus having means for facilitating the starting of engines, e.g. with valves or fuel passages for keeping residual pressure in common rails

Definitions

  • the invention first relates to a method for operating an internal combustion engine, with a fuel system with a fuel tank, with at least one fuel pump which is driven by the internal combustion engine, with a fuel collecting line which is connected to an outlet of the fuel pump driven by the internal combustion engine, and with at least one fuel injection device which is connected to the fuel manifold.
  • Such a method is known from DE 198 18 421 AI.
  • a fuel system which has fuel elements that inject directly into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a first electric fuel pump is provided which conveys the fuel from a fuel reservoir to a motor-driven high-pressure fuel pump. From there, the fuel reaches the injection valves. From DE 198 18 421 AI the problem is known that.
  • the electric fuel pump deliver an increased delivery rate for starting the internal combustion engine. For example, by increasing the speed of the electric fuel pump, the delivery rate and the delivery pressure can be increased, which causes the condensation of the vapor bubble.
  • the present invention is therefore to further develop the object, a method of the "type mentioned above so that the engine can be securely started with it and at the same time the internal combustion engine even when Start shows good exhaust behavior.
  • This object is achieved in that a starting request of the internal combustion engine is recognized in a method of the type mentioned at the beginning and, in the event of such a starting request, an additional, electrically driven fuel pump is switched on at least for the duration of the starting process, which Conveys manifold and provides an increased delivery pressure.
  • the method according to the invention initially has the advantage that pressure losses are minimized by the direct connection between the additional fuel pump and the fuel manifold.
  • the term "direct” is to be understood to mean that the delivery into the fuel collecting line does not take place via the detour of more or less stationary pumps.
  • the additional fuel pump can be designed specifically for the increased delivery pressure to be provided by it. It therefore works with optimal efficiency for this purpose.
  • the additional fuel pump can be relatively small and inexpensive since it is only switched on for the duration of the starting process, that is to say a few seconds each. Since it only has to deliver the fuel that is required to start the internal combustion engine, the delivery volume to be provided by it is very small.
  • the increase in the flow rate for example, associated with an increase in speed, is deliberately avoided. If necessary, the speed and thereby the delivery rate of the electrically driven fuel pump may even decrease compared to its normal speed and delivery rate, since only a small delivery rate is required to start the internal combustion engine.
  • the fuel lines between the electric and the fuel pump driven by the internal combustion engine must be designed for the correspondingly increased pressures, the method can otherwise be carried out with an unchanged fuel system.
  • the advantages according to the invention can be felt from a delivery pressure of approximately 20 bar.
  • the invention further relates to a computer program which is suitable for carrying out the above method when it is executed on a computer. It is particularly preferred that the computer program is stored on a memory, in particular on a flash memory.
  • Part of the invention is also a fuel system for an internal combustion engine with a fuel tank, with at least one fuel pump, which is driven by the internal combustion engine, with a fuel manifold, which is connected to an outlet of the motor-driven fuel pump, and with at least one fuel -Injection device, which is connected to the fuel rail.
  • an additional, electrically driven fuel pump be present, the outlet of which is connected directly to the fuel collecting line and which provides an increased delivery pressure compared to the electrically driven fuel pump.
  • Fuel systems is referred to the above explanations.
  • An advantageous embodiment of such a fuel system is characterized in that the inlet of the additional fuel pump is connected to the fuel tank.
  • the additional fuel pump delivers directly from the
  • Fuel tank which offers the possibility to accommodate them in the area of the fuel tank.
  • the additional fuel pump does not have to do all the compression work to compress the fuel from the ambient pressure to the required injection pressure, but only that pressure difference between the outlet of the first serial fuel pump and the desired injection pressure.
  • the additional fuel pump can be built somewhat smaller and can be constructed more cheaply.
  • the additional fuel pump has the advantage that the existing first serial fuel pump can remain unchanged and the fuel lines on the output side of this fuel pump do not have to be changed. '
  • the additional fuel pump can be designed for a short service life, since it is only used very briefly for the starting phase of the internal combustion engine. Furthermore, it only needs a small amount of it Fuel quantity can be promoted so that it can be built relatively small and simple.
  • first serial fuel pump and the additional fuel pump are part of a modular tank installation unit. This can reduce the cost of installing the two fuel pumps.
  • the atomization of the fuel by the fuel injection device is already improved from an increased delivery pressure of 20 bar, but achieves essentially optimal quality at an increased delivery pressure between 40 and 60 bar, preferably between 45 and 55 bar.
  • Fuel system is guaranteed when there is one
  • Control and / or regulating device of the above type includes.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a first exemplary embodiment of a fuel system of an internal combustion engine
  • Fig. 2 is a flowchart showing the method by which the fuel system of Fig. 1 is operated;
  • FIG. 3 a representation similar to FIG. 1 of a second exemplary embodiment of a fuel system of an internal combustion engine
  • FIG. 4 shows a representation similar to FIG. 1 of a third exemplary embodiment of a fuel system of an internal combustion engine
  • Fig. 5 is a flow chart showing the method by which the fuel system of Fig. 4 is operated; 6: a representation similar to FIG. 1 of a fourth exemplary embodiment of a fuel system of an internal combustion engine; and
  • Fig. Fig. 7 a flow chart showing the method by which the fuel system of Fig. 6 is operated.
  • a fuel system bears the reference number 10 overall. It comprises a fuel tank 12 which is connected to an inlet 14 of an electric fuel pump 16. An outlet 18 of the electric fuel pump 16 is connected to the inlet 22 of a high-pressure fuel pump 24 via a fuel line 20. This is mechanically driven by an internal combustion engine in a manner not shown.
  • An outlet 26 of the high-pressure fuel pump 24 is connected to a fuel collecting line 30 via a check valve 28. This is commonly referred to as "rail".
  • a total of four fuel injection devices 32 are connected to the fuel collecting line 30.
  • these are high-pressure injection valves or injectors. These are attached to an engine block, not shown in FIG. 1, and inject the fuel directly into a combustion chamber, also not shown.
  • the outlet 18 of the electric fuel pump 16 is connected to the inlet 14 of the electric fuel pump 16 via a fuel line 34.
  • a pressure relief valve 36 is arranged in this. From outlet 26 of the High-pressure fuel pump 24 likewise leads a fuel line 38 back to inlet 22 of high-pressure fuel pump 24.
  • a quantity control valve 40 is arranged in fuel line 38.
  • a fuel line 42 leads back from the fuel collecting line 30 to the inlet 22 of the high-pressure fuel pump 24.
  • a pressure relief valve 43 is arranged in this fuel line 42. This limits the pressure in the fuel rail 30 to 120 bar.
  • An inlet 44 of an additional electric fuel pump 46 is connected to this fuel line 42.
  • the outlet 48 in turn leads directly to the fuel collecting line 30 via a check valve 50
  • the pressure in the fuel rail 30 is detected by a sensor 52.
  • This supplies signals to a control and regulating device 54.
  • the latter also receives signals from a position transmitter 56 of an ignition lock (not shown) and from a speed sensor 58 which taps the speed of the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the control and regulating device 54 controls the two electric fuel pumps 16 and 46 as well as the quantity control valve 40.
  • the electric fuel pump 16, the fuel line 34 and the pressure relief valve 36 are integrated overall into a so-called tank installation unit 60.
  • the high-pressure fuel pump 24, the additional electric fuel pump 46 and the quantity control valve 40 are integrated in an engine compartment unit 62.
  • the fuel is drawn in from the fuel tank 12 by the electric fuel pump 16 and pre-compressed to approximately 4 bar. This pressure is caused by the
  • the sequence of the start sequence is initiated in block 72, i.e. for example, the starter is actuated, the ignition is switched on, etc.
  • the pressure in the fuel collecting line 30 continues to be monitored by the pressure sensor 52. If the pressure in the fuel collecting line 30 exceeds a limit value of 60 bar, this means that the internal combustion engine has started and the high pressure fuel pump 24 driven by it can now provide the required fuel pressure in the fuel collecting line 30. This is recorded in block 74. In this case, the additional electric fuel pump 46 is switched off again in block 76.
  • the program ends in an end block 78.
  • a second exemplary embodiment of a fuel system 10 will now be explained with reference to FIG. 3. Parts, elements and areas which have functions equivalent to the exemplary embodiment described above bear the same reference symbols therein. They are not explained in detail again.
  • the inlet 44 of the additional electric fuel pump 46 is not connected to the outlet of the electric fuel pump 16, but is connected directly to the fuel tank 12.
  • a correspondingly longer line between the additional electric fuel pump 46 and the fuel 'manifold 30 is required, which fuel pump to the electrical of the additional Kraf 46 producible high pressure of up to 50 bar is designed. That in Fig. 3 Fuel system 10 shown is operated according to the method shown in Fig. 2 '.
  • the fuel system 10 shown in FIG. 4 is operated as follows (see FIG. 5, here too only the differences from the method shown in FIG. 2 are explained in detail):
  • the switching valve (which is also referred to as a start valve) becomes block 82 )
  • the drive current which is the electric fuel pump 16 is fed, increased so that their drive motor generates an increased torque. Since the injectors 32 are still closed, the electric fuel pump 16 now delivers to a substantially closed volume.
  • FIG. 6 Another exemplary embodiment of a fuel system 10 is shown in FIG. 6. The same applies here with regard to functionally equivalent parts, areas and elements.
  • the high-pressure fuel pump 24 is connected to a switchable clutch 86.
  • This has two inputs, one of which is connected to a crankshaft 88 of the internal combustion engine and the other to the drive shaft of an electric motor 46.
  • the switching valve in the fuel line 34 between the electric fuel pump 16 and the pressure limiting valve 36 is also missing.

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Abstract

Ein Kraftstoffsystem (10) einer Brennkraftmaschine umfasst einen Kraftstoffbehälter (12). Ferner ist mindestens eine Kraftstoffpumpe (24) vorgesehen. Mit dem Auslass (26) der Kraftstoffpumpe (24) ist eine Kraftstoff-Sammelleitung (30) verbunden, und an diese ist wiederum mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (32) angeschlossen. Um das Anlassverhalten der Brennkraftmaschine zur verbessern, wird vorgeschlagen, dass eine zusätzliche, elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (46) vorhanden ist, Auslass (48) direkt mit der kraftstoff-Sammelleitung (30) deren verbunden ist und welche einen erhöhten Förderdruck bereitstellt.

Description

Verfahren, Computerprogramm und Steuer- und/oder Recrelcrerät zum Betreiben einer Brenn raftmaschine sowie Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstoffsystem mit einem Kraftstoffbehälter, mit mindestens einer Kraftstoffpumpe, welche von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, mit einer Kraftstoff-Sammelleitung, welche mit einem Auslass der von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftstoffpumpe verbunden ist, und mit mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, welche an die Kraftstoff-Sammelleitung angeschlossen ist.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 198 18 421 AI bekannt. In dieser wird ein Kraftstoffsystem beschrieben, welches Kraftstoff entile aufweist, die direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzen. Um den für die Kraftstoffversorgung solcher direkt-einspritzenden Kraftstoffventile erforderlichen Druck erzeugen zu können, ist eine erste elektrische Kraftstoffpumpe vorgesehen, welche den Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter zu einer motorgetriebenen Hochdruck-Kraftstoffpumpe fördert . Von dieser gelangt der Kraftstoff zu den Einspritzventilen . Aus der DE 198 18 421 AI ist das Problem bekannt, dass. es beim Abstellen der heißen Brennkraftmaschine und dem aus Sicherheitsgründen erforderlichen Absenken des Drucks zwischen Hochdruck-Kraftstoff umpe und Einspritzventilen zur Bildung von Dampfblasen im Kraftstoffsystem kommt, die das Wiederanlassen der heißen Brennkraftmaschine erschweren. Hierzu wird vorgeschlagen, dass für das Starten der Brennkraftmaschine die elektrische Kraftstoffpumpe mit erhöhter Förderleistung fördert. Beispielsweise durch eine Erhöhung der Drehzahl der elektrischen Kraftstoffpumpe kann so einerseits die Fördermenge und andererseits der Förderdruck erhöht werden, was die Kondensation der Dampfblase bewirkt .
Es wurde jedoch festgestellt, dass es mitunter auch, bfeim Anlassen der kalten Brennkraftmaschine zu Anlassproblemen kommt. Diese rühren daher, dass die von der Brennkraftmaschine angetriebene Hochdruck-Kraftsto fpumpe bei ausgeschalteter Brennkraf maschine zunächst nicht im Betrieb ist und daher der Druck vor den Einspritzventilen nur von der elektrischen Kraftstoffpumpe aufgebracht wird. Der Druck liegt dabei im Allgemeinen bei 3 - 5 bar. Bei einem derart niedrigen Druck wird der Kraftstoff von den Einspritzventilen jedoch nur relativ schlecht zerstäubt, so dass von den Einspritzventilen teilweise mehr als die zehnfache Menge der Volllast-Einspritzmenge eingespritz-t werden muss, um ein zündfähiges Gemisch erzeugen zu können. Eine derartig hohe Einspritzmenge hat jedoch den Nachteil eines schlechten Abgasverhaltens des Motors und kann dazu führen, dass der Schmierölfilm an der Zylinderinnenwand von der übermäßigen Kraftstoffmenge abgewaschen wird.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs" genannten Art so weiterzubilden, dass mit ihm die Brennkraftmaschine sicher gestartet werden kann und gleichzeitig die Brennkraftmaschine auch beim Start ein gutes Abgasverhalten zeigt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art eine Anlass-Anforderung der Brennkraftmaschine erkannt und bei Vorliegen einer solchen Anlass -Anforderung eine zusätzliche, elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe mindestens für die Dauer des Anlassvorgangs eingeschaltet wird, welche direkt zur Kraftsto f-Sammelleitung hin fördert und einen erhöhten Förderdruck bereitstellt .
Vorteile der Erfindung
Das .erfindungsgemäße Verfahren hat zunächst den Vorteil, dass -durch die direkte Verbindung zwischen der zusätzlichen Kraftstoffpumpe und der Kraftstoff-Sammelleitung Druckverluste minimiert werden. Unter dem Begriff "direkt" ist vorliegend zu verstehen, dass die Förderung in die Kraftstoff-Sammelleitung nicht über den Umweg von mehr oder weniger still stehenden Pumpen erfolg . Ferner kann die zusätzliche Kraftstoffpumpe speziell für den von ihr bereitzustellenden erhöhten Förderdruck ausgelegt werden. Sie arbeitet daher für diesen Zweck mit optimalem Wirkungsgrad. Dabei kann die zusätzliche Kraftstoffpumpe relativ klein und preiswert sein, da sie nur für die Dauer des Anlassvorgangs, also jeweils wenige Sekunden, eingeschaltet wird. Da von ihr nur jener Kraftstoff gefördert werden muss, welcher zum Anlassen der Brennkraftmaschine benötigt wird, ist die von ihr zu erbringende Fördermenge sehr gering.
Durch die direkte Förderung des Kraftstoffes von der zusätzlichen elektrischen Kraftstoffpumpe zur Kraftstoff- Sammelleitung können darüber hinaus die anderen Kraftstoff erbindungen unverändert bleiben, da in diesen eine Druckerhöhung nicht stattfindet. Somit wird der
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ordnungsgemäße Zerstäubung erforderlichen Druck aufbauen zu können, wird ganz bewusst auf die beispielsweise mit einer Drehzahlerhöhung einhergehende Erhöhung der Fördermenge verzichtet. Gegebenenfalls kann die Drehzahl und hierdurch auch die Fördermenge der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe gegenüber ihrer normalen Drehzahl und Fördermenge sogar absinken, da zum Anlassen der Brennkraftmaschine ja nur eine geringe Fördermenge erforderlich ist. Zwar müssen die Kraftstoffleitungen zwischen der elektrisch und der von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftstoffpumpe auf die entsprechend erhöhten Drücke ausgelegt werden, ansonsten ist das Verfahren jedoch bei einem unveränderten Kraftstoffsystem durchführbar.
Wird auf eine zusätzliche Kraftstoffpumpe verzichtet, besteht eine einfache Möglichkeit, den Förderdruck zu erhöhen, darin, dass eine Druckbegrenzungseinrichtung, welche den Förderdruck der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe normalerweise begrenzt, fluidisch von der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe getrennt wird und die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zunächst geschlossen bleibt. Die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe arbeitet somit gegen ein geschlossenes System, was bereits bei sehr geringen Fördermengen zu einer deutlichen Druckerhöhung führt .
Die erfindungsgemäßen Vorteile sind bereits ab einem Förderdruck von ungefähr 20 bar spürbar. Um eine optimale Zerstäubung des Kraftstoffs herbeiführen zu können, wird jedoch bevorzugt, dass der erhöhte Förderdruck ungefähr 40 - 60 bar, vorzugsweise ungefähr 45 -'55 bar, beträgt.
Die Möglichkeit, entweder durch Erhöhen des Förderdrucks der elektrisch angetriebenen" Kraftstoffpumpe oder durch das Einschalten einer zusätzlichen Kraftstoffpumpe den Förderdruck zu erhöhen, kann auch für jenen Fall benutzt werden, in dem durch einen Ausfall der von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftstoffpumpe der normale Betrieb der Brennkraftmaschine beeinträchtigt ist. Daher wird auch vorgeschlagen, dass ein Ausfall der motorgetriebenen Kraftstoffpumpe erfasst und auch in diesem Fall der erhöhte Kraftstoffdruck bereitgestellt wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, welches zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei wird besonders bevorzugt, dass das Computerprogramm auf einem Speicher, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist .
Weiterhin ..betrifft die Erfindung auch ein Steuer- und/oder Regelgerät "'zum- Betreiben einer Brennkraftmaschine, welches einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm der obigen Art abgespeicherrt ist.
Teil der Erfindung ist auch ein Kraf stoffsystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffbehälter, mit mindestens .einer Kraftstoffpumpe, welche von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, mit einer Kraftstoff- Sammelleitung, welche mit einem Auslass der- motorgetriebenen Kraftstoffpumpe verbunden ist, und mit mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, welche an die Kraftstoff-Sammelleitung angeschlossen ist.
Um das Anlassverhalten einer mit diesem Kraftstoffsystem ausgestatteten Brennkraftmaschine insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine verbessern zu können, ohne Veränderungen am üblichen Kraftstoffsystem vornehmen zu müssen, wird vorgeschlagen, dass eine zusätzliche, elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe vorhanden ist, ' deren Auslass direkt mit der Kraftstoff-Sammelleitung .verbunden ist und welche einen gegenüber der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe erhöhten Förderdruck bereitstellt. Im Hinblick auf die Vorteile eines solchen
KraftstoffSystems wird auf die obigen Ausführungen verwiesen .
Eine vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen KraftstoffSystems zeichnet sich dadurch aus, dass der Einlass der zusätzlichen Kraftstoffpumpe mit dem Kraftstoffbehälter verbunden ist. Die zusätzliche Kraftstoffpumpe fördert also direkt aus dem
Kraftstoffbehälter, was die Möglichkeit bietet, diese auch im Bereich des Kraftstoffbehälters unterzubringen.
Bei einem Kraftstoffsystem mit zwei seriell geschalteten Kraftstoffpumpen ist es möglich, den,. Einlass der zusätzlichen Kraftstoffpumpe mit einem Auslass der ersten seriellen Kraftstoffpumpe zu verbinden, sofern die erste serielle Kraftstoffpumpe elektrisch angetrieben wird.
In diesem Fall muss die zusätzliche Kraftstoffpumpe nicht die ganze Kompressionsarbeit zur Kompression des Kraftstoffes vom Umgebungsdruck auf den geforderten Einspritzdruck erbringen, sondern nur jene Druckdifferenz zwischen dem Auslass der ersten seriellen Kraftstoffpumpe und dem gewünschten Einspritzdruck. Die zusätzliche Kraftstoffpumpe kann in diesem Fall etwas kleiner bauen und preiswerter aufgebaut sein. In jedem Falle bietet die zusätzliche Kraftstoffpumpe jedoch den Vorteil, dass die bestehende erste serielle Kraftstoffpumpe unverändert bleiben kann und auch die Kraftstoffleitungen ausgangsseitig dieser Kraftstoffpumpe nicht geändert werden müssen. '
Darüber hinaus kann die zusätzliche Kraftstoffpumpe für eine geringe Lebensdauer ausgelegt sein, da sie jeweils nur sehr kurz für die Anlassphase der Brennkraftmaschine verwendet wird. Ferner muss von ihr nur eine geringe Kraftstoffmenge gefördert werden können, so dass sie relativ klein und einfach bauen kann.
Besonders bevorzugt ist jene Weiterbildung, bei der die erste serielle Kraftstoffpumpe und die zusätzliche Kraftstoffpumpe Teil einer modularen Tankeinbaueinheit sind. Hierdurch können die Kosten bei der Installation der beiden Kraftstoffpumpen reduziert werden.
Anstelle einer zusätzlichen Kraftstoffpumpe ist es bei einem Kraftstoffsystem der obigen Art mit zwei seriellen Kraftstoffpumpen aber auch möglich, einen elektrischen Antrieb und eine schaltbare Kupplung vorzusehen, welche den elektrischen Antrieb mit der motorgetriebenen Kraftstoffpumpe verbinden und die motorgetriebene Kraftstoffpumpe von dem mechanischen Antrieb trennen kann. Bei diesem Kraftstoffsystem ist also keine zusätzliche Kraftstoffpumpe vorgesehen. Stattdesen wird zum Anlassen der Brennkraftmaschine die zweite Kraftstoffpumpe, welche ja ohnehin als Hochdruck-Kraftstoffpumpe ausgelegt ist, elektrisch angetrieben.
Hierzu wird die normalerweise vorhandene Verbindung zwischen der Brennkra tmaschine und der zweiten Kraftstoffpumpe von der Kupplung unterbrochen und stattdessen ein Elektromotor mit ihr verbunden. Das Vorsehen einer schaltbaren Kupplung bedeutet zwar einen gewissen zusätzlichen Aufwand, andererseits kann das übrige Kraftstoffsystem gegenüber einem üblichen Kraftstoffsystem unverändert bleiben. Dennoch wird auch bei diesem Kraftstoffsystem ein sicheres Anlassen der Brennkraftmaschine bei gleichzeitig gutem Emissionsverhalten gewährleistet .
Eine andere Alternative bei einem Kraftstoffsystem mit zwei seriellen Kraftstoffpumpen, von denen eine elektrisch und ü Pf bj
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Die Zerstäubung des Kraftstoffes durch die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung ist bereits ab einem erhöhten Förderdruck von 20 bar verbessert, erreicht jedoch bei einem erhöhten Förderdruck zwischen 40 und 60 bar, vorzugweise zwischen 45 und 55 bar, eine im Wesentlichen optimale Qualität.
Der optimale Betrieb des erfindungsgemäßen
KraftstoffSystems wird dann gewährleistet, wenn es ein
Steuer- und/oder Regelgerät der obigen Art umfasst.
Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der. "Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im "Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: ein schematisches Blöckschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines KraftstoffSystems einer Brennkraftmaschine;
Fig. 2: ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zeigt, nach dem das Kraftstoffsystem von Fig. 1 betrieben wird;
Fig. 3: eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines KraftstoffSystems einer Brennkraftmaschine;
Fig. 4: eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines' dritten Ausführungsbeispiels eines Kraftstoff-Systems einer Brennkraftmaschine;
Fig. 5: ein -Flussdiagramm, in dem das Verfahren gezeigt ist, nach dem das Kraftstoffsystem von Fig. 4 betrieben wird; Fig. 6: eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines vierten Ausführungsbeispiels eines KraftstoffSystems einer Brennkraftmaschine; und
.Fig. 7: ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zeigt, nach dem das Kraftstoffsystem von Fig. 6 betrieben wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 trägt ein Kraftstoffsystem insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, welcher mit einem Einlass 14 einer elektrischen Kraftstoffpumpe 16 verbunden ist. Ein Auslass 18 der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 ist über eine Kraftstoffleitung 20 mit dem Einlass 22 einer Hochdruck- Kraftstoffpumpe 24 verbunden. Diese wird auf nicht näher dargestellte Art und Weise mechanisch von einer Brennkraftmaschine angetrieben .
Ein Auslass 26 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 24 ist über- ein Rückschlagventil 28 mit einer Kraftstoff-Sammelleitung 30 verbunden. Diese wird gemeinhin auch als "Rail" bezeichnet. An die Kraftstoff-Sammelleitung 30 sind in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt vier Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 32 angeschlossen. Bei diesen handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um Hochdruck-Einspritzventile bzw. Injektoren. Diese sind an einem in der Figur 1 nicht dargestellten Motorblock 'befestigt und spritzen den Kraftstoff direkt in einen ebenfalls nicht dargestellten Brennraum ein.
Der Auslass 18 der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 ist mit dem Einlass 14 der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 über eine Kraftstoffleitung 34 verbunden. In dieser ist ein Druckbegrenzungsventil 36 angeordnet. Vom Auslass 26 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 24 führt ebenfalls eine Kraftstoffleitung 38 zurück zum Einlass 22 der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 24. In der Kraftstoffleitung 38 ist ein Mengensteuerventil 40 angeordnet.
Von der Kraftstoff-Sammelleitung 30 führt eine Kraftstoffleitung 42 zum Einlass 22 der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 24 zurück. In dieser Kraftstoffleitung 42 ist ein Druckbegrenzungsventil 43 angeordnet. Durch dieses wird der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 30 auf 120 bar begrenzt. An diese Kraftstoffleitung 42 ist ein Einlass 44 einer zusätzlichen elektrischen Kraftstoffpumpe 46 angeschlossen. Deren Auslass 48 führt wiederum über ein Rückschlagventil 50 direkt zur Kraftstoff-Sammelleitung 30
Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 30 wird von einem Sensor 52 erfasst. Dieser liefert Signale an ein Steuer- und Regelgerät 54. Letzteres erhält auch Signale von einem Stellungsgeber 56 eines Zündschlosses (nicht dargestellt) und von einem Drehzahlsensor 58, der die Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgreift. Ausgangsseitig steuert das Steuer- und Regelgerät 54 die beiden elektrischen Kraftstoffpumpen 16 und 46 sowie das Mengensteuerventil 40 an.
Die elektrische Kraftstoffpumpe 16, die Kraftstoffleitung 34 und das Druckbegrenzungsventil 36 sind insgesamt in eine sogenannte Tankeinbaueinheit 60 integriert. Die Hochdruck- Kraftstoffpumpe 24, die zusätzliche elektrische Kraftstoffpumpe 46 sowie das Mengensteuerventil 40 sind dagegen in einer Motorraumeinheit 62 integriert.
Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff von der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 aus dem Krafttoffbehälter 12 angesaugt und auf ca. 4 bar vorverdichtet. Dieser Druck wird durch das
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bei relativ geringer Fördermenge von ungefähr 5 - 10 1/h auf ca. 50 bar komprimieren kann. Außerdem wird im Block 72 der Ablauf der Startsequenz initiiert, d.h. es wird beispielsweise der Anlasser betätigt, die Zündung eingeschaltet usw. Vom Drucksensor 52 wird weiterhin der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 30 überwacht. Übersteigt der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 30 einen Grenzwert von 60 bar, bedeutet dies, dass die Brennkraftmaschine angesprungen ist und die von dieser angetriebene Hochdruck-Kraftstoffpumpe 24 nun den erforderlichen Kraftstoffdruck in der Kraftstoff- Sammelleitung 30 bereitstellen kann. Dies wird im Block 74 erfasst. In diesem Fall wird im Block 76 die zusätzliche elektrische Kraftstoffpumpe 46 wieder ausgeschaltet. Das Programm endet in einem Endblσck 78.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines KraftstoffSystems 10 erläutert. In diesem tragen Teile, Elemente und Bereiche, die äquivalente Funktionen zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel aufweisen,, die gleichen Bezugszeichen. Sie -sind nicht nochmals im Detail erläutert.
Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffsystem 10 ist der Einlass 44 der zusätzlichen elektrischen Kraftstoffpumpe 46 nicht mit dem Auslass der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 verbunden, sondern direkt an den Kraftstoffbehälter 12 angeschlossen. Dies hat den Vorteil, dass auch die zusätzliche elektrische Kraftstoffpumpe 46 in der Tankeinbaueinheit 60 Untergebracht sein kann. Allerdings ist auch eine entsprechend längere Leitung zwischen der zusätzlichen elektrischen Kraftstoffpumpe 46 und der Kraftstoff- 'Sammelleitung 30 erforderlich, welche auf den von der zusätzlichen elektrischen Kraf stoffpumpe 46 erzeugbaren hohen Druck von bis zu 50 bar ausgelegt ist. Das in Fig. 3 dargestellte Kraftstoffsystem 10 wird gemäß dem in Fig. '2 dargestellten Verfahren betrieben.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines KraftstoffSystems 10 dargestellt. Die im Hinblick auf funktionsäquivalente Bauteile, Elemente und Bereiche gemachten obigen Ausführungen gelten hier analog.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist keine zusätzliche elektrische Kraftstoffpumpe vorhanden .' Stattdessen ist die ohnehin vorhandene elektrische Kraftstoffpumpe 16 so ausgelegt, dass sie den zum Anlassen der Brennkraftmaschine gewünschten Druck von ungefähr 50 bar bereitstellen kann. Hierzu ist in der Kraftstoffleitung 34 zwischen dem Auslass 18 der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 und dem Druckbegrenzungsventil 36 ein Schaltventil 80. angeordnet, welches vom Steuer- und Regelgerät 54 angesteuert wird. Mit dem Schaltventil 80 kann die Verbindung zwischen dem Auslass 18 der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 und dem Druckbegrenzungsventil 36 unterbrochen werden. Ferner ist zwischen der Kraftstoffverbindung 20 und dem Druckbegrenzungsventil 43 ein Rückschlagventil 81 vorhanden.
Das in Fig. 4 dargestellte Kraftstoffsystem 10 wird folgendermaßen betrieben (vgl. Fig. 5, auch hier sind nur die Unterschiede zu dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren im Detail erläutert) :
Wenn in den Blöcken 66 und 68 festgestellt worden ist, dass. eine Startsequenz angefordert wurde und der Druck in der" Kraftstoff-Sammelleitung 30 unterhalb des gewünschten minimalen Druckniveaus von 40 bar liegt, wird im Block 82 das Schaltventil (welches auch als Startventil bezeichnet wird) geschlossen. Im Block 70 wird ferner der Antriebsstrom, welcher der elektrischen Kra tstoffpumpe 16 zugeführt wird, erhöht, so dass deren Antriebsmotor ein erhöhtes Drehmoment erzeugt. Da die Injektoren 32 noch geschlossen sind, fördert die elektrische Kraftstoffpumpe 16 nun in ein im Wesentlichen geschlossenes Volumen.
Hierdurch erhöht sich der Druck in der Kraftstoff- Sammelleitung 30 bei gleichzeitig sehr geringer Fördermenge. Dies kann auch bedeuten, dass die Drehzahl der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 abfällt. Sobald der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 30 oberhalb von ungefähr 60 bar liegt, wird im Block 76 die elektrische Kraftstoffpumpe 16 wieder normal angesteuert und im Block 84 das Startventil 80 geöffnet. Somit stellt sich am Auslass 18 der elektrischen Kraftstoffpumpe 16 wieder der normale Kraftstoffdruck von ungefähr 4 bar ein.
In Fig. 6 ist nochmals ein anderes Ausführungsbeispiel eines KraftstoffSystems 10 dargestellt. Auch hier gilt im Hinblick auf funktionsäquivalente Teile, Bereiche und Elemente das oben Gesagte .
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ebenfalls keine zusätzliche elektrische Kraftstoffpumpe vorgesehen. Stattdessen ist die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 24 mit einer schaltbaren Kupplung 86 verbunden. Diese weist zwei Eingänge auf, von denen einer mit einer Kurbelwelle 88 der Brennkraftmaschine und der andere mit der Antriebswelle eines Elektromotors 46 verbunden ist. Im Gegensatz zu dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel fehlt ferner das Schaltventil in der Kraftstoffleitung 34 zwischen elektrischer Kraftstoffpumpe 16 und Druckbegrenzungsventil 36.
Das Verfahren zum Betreiben des in Fig.. 6 dargestellten KraftstoffSystems 10 ergibt sich aus Fig. 7, wobei auch hier nur auf die Unterschiede zu den oben beschriebenen Di
CD μ td μ φ p p
X μ
P
Hi rt
3
P cα
Ω tr
P-
P
Φ Q
Φ
=S
P= tr μ
Φ
P-
CQ rt φ rt
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Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstoffsystem (10) mit einem Kraftstoffbehälter (12) , mit mindestens einer Kraftstoffpumpe (24) , welche von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, mit einer Kraftstoff-Sammelleitung (30) , welche mit einem Auslass (26) der von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftstoffpumpe (24) verbunden ist, und mit mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (32) , welche an die Kraftstoff-Sammelleitung (30) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anlass -Anforderung für die Brennkraftmaschine erkannt (68) und bei Vorliegen einer solchen Anlass-Anforderung eine zusätzliche, elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (46) mindestens für die Dauer des Anlassvorgangs eingeschaltet wird (70), welche direkt zur Kraftstoff-Sammelleitung (30) hin fördert und einen erhöhten Förderdruck bereitstellt.
2. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstoffsystem (10) , mit einem Kraftstoffbehälter (12) , mit mindestens einer elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (16), die aus dem Kraftstoffbehälter (12) fördert, mit mindestens einer Kraftstoffpumpe (24), welche von der Brennkraftmaschine angetrieben wird und deren Einlass (22) mit dem Auslass (18) der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (16) verbunden ist, mit einer Kraftstoff-Sammelleitung (30) , welche mit dem Auslass (26) der von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftstoffpumpe (24) verbunden ist, und mit mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (32), welche an die Kraftstoff-Sammelleitung (30) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anlass-Anforderung für die Brennkraftmaschine erkannt (68) und bei Vorliegen einer solchen Anlass-Anforderung der Förderdruck der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (16) mindestens für die Dauer des Anlassvorgangs der Brennkraftmaschine erhöht wird (70) , ohne dass die Fördermenge erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderdruck dadurch erhöht wird, dass eine Druckbegrenzungseinrichtung (36) , welche den Förderdruck der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (16) normalerweise begrenzt, fluidisch von der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (16) getrennt wird (82) und die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (32) zunächst geschlossen bleibt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Förderdruck ungefähr 40 bis 60 bar, vorzugsweise ungefähr 45 bis 55 bar, beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausfall der von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftstoff umpe (24) erfasst und auch in diesem Fall der erhöhte Kraftstoffdruck bereitgestellt wird.
6. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.
7. Computerprogramm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speicner, insbesondere auf einem Flash-Memory, abgespeichert ist.
8. Steuer- und/oder Regelgerät (54) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach einem der Ansprüche 6 oder 7 abgespeichert ist .
9. Kraftstoffsystem (10) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstoffbehälter (12), mit mindestens einer Kraftstoffpumpe (24) , welche von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, mit einer Kraftstoff-Sammelleitung (30), welche mit einem Auslass (26) der Kraftstoffpumpe (24) verbunden ist, und mit mindestens einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (32) , welche an die 'Kraftstoff- Sammelleitung (30) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (46) vorhanden ist, deren Auslass (48) direkt mit der Kraftstoff-Sammelleitung (30) verbunden ist und welche einen erhöhten Förderdruck bereitstellt .
10. Kraftstoffsystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (44) der zusätzlichen Kraftstoffpumpe (46) mit dem Kraf stoffbehälter (12) verbunden ist .
11. Kraftstoffsystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei seriell geschaltete Kraftstoffpumpen (16, 24) vorhanden sind, wobei die erste serielle Kraftstoffpumpe elektrisch angetrieben wird und der Einlass (44) der zusätzlichen Kraftstoffpumpe (46) mit einem Auslass (18) der ersten seriellen Kraftstoffpumpe (16) verbunden ist.
12. Kraftstoffsystem (10) nach einem der Ansprüche 9 bis
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gekennzeichnet, dass die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (16) mindestens für einen bestimmten Zeitraum einen erhöhten Förderdruck bereitstellen kann, ohne dass die Fördermenge erhöht wird.
15. Kraftstoffsystem (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (36) vorgesehen ist, welche den Förderdruck der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (16) im Normalbetrieb begrenzt, und eine Einrichtung (80) vorhanden ist, welche bei einer erfassten Anlass-Anforderung (68) mindestens für einen bestimmten Zeitraum die Druckbegrenzungseinrichtung (36) fluidisch von der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (16) trennt.
16. Kraftstoffsystem ' (10) .nach einem der Ansprüche 14 oder
15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (16) einen Antriebsmotor aufweist,- welcher bei einer erfassten Anlass-Anforderung (68) ein erhöhtes Drehmoment erzeugt (70) .
17. Kraftstoffsystem (10) nach einem der Ansprüche 9 bis
16, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Förderdruck zwischen 40 und 60 bar, vorzugsweise zwischen 45 und 55 bar, liegt.
18. Kraftstoffsystem (10) nach einem der Ansprüche 9 bis
17, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Steuer- und/oder Regelgerät (54) nach Anspruch 8 umfasst.
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