Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsvstems als Common-Rail Einspritzsvstem und Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsvstem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystems als Common-Rail Einspritzsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem als Common-Rail Einspritzsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
In einer bekannten Anordnung (US Statutory Invention Registration H1 ,820) ist an einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine ein Kraftstoff-Hochdruckspeicher als Kraftstoff-Rail angebracht. Der Kraftstoff-Hochdruckspeicher ist einerseits mit einer in üblicher Weise motormechanisch gekoppelten Kraftstoff-Hoch- dmckpumpe verbunden und andererseits über Einspritzleitungen mit den Zylindern zugeordneten, steuerbaren Einspritzventilen hydraulisch verbunden. Zudem sind im Kraftstoff-Hochdruckspeicher ein steuerbares elektrisches Heizelement sowie ein Temperatursensor angebracht, welcher an eine Steuereinheit zur Steuerung des Heizelements angeschlossen ist.
Das Heizelement wird hier bei niedrigen Umgebungstemperaturen während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine aktiviert, um durch eine Tem¬ peraturerhöhung des Kraftstoffs dessen Viskosität zu reduzieren. Damit können das Einspritzverhalten und die Verbrennung verbessert werden, was in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine zu höherer Motorleistung und qualitativ verbesserten Abgasen führen kann.
Problematisch ist sowohl bei einer solchen Anordnung als auch bei Common- Rail Einspritzsystemen ohne Heizelement im Kraftstoff-Rail der Start der Brennkraftmaschine insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen: Die Brennkraftmaschine kann ersichtlich nur anspringen, wenn im Kraftstoff-Hoch- druckspeicher, d. h. im Kraftstoff-Rail der Kraftstoff-Hochdruck aufgebaut ist. Dazu muss die motormechanisch gekoppelt angetriebene Kraftstoff- Hochdruckpumpe durch eine Ansteuerung des elektrischen Anlassers und einen Motoranlauf über eine bestimmte Zeit aktiviert werden, bis der erforderliche Hochdruck erreicht ist. Diese Vorlaufzeit vor dem Anspringen der Brennkraft- maschine zum Druckaufbau mit Hilfe der motormechanisch gekoppelten Kraftstoff-Hochdruckpumpe war bisher zwangsläufig erforderlich, wobei das Anspringverhalten bei tiefen Temperaturen durch hohe Kraftstoffviskositäten in bekannter Weise ohnehin problematisch ist.
Bei einer weiter bekannten Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail Einspritzsystem (DE 199 49 812 A1 ) wird ebenfalls während des Motorbetriebs der Kraftstoff im Bereich des Einspritzventils erwärmt dergestalt, dass bei Einspritzen des Kraftstoff in den Zylinder ein großer Teil des Kraftstoffs verdampft wird. Dadurch sollen vorteilhafte Voraussetzungen für die Verbrennung des Kraftstoffs geschaffen werden, wobei der Kraftstoffdruck im Kraftstoff- Hochdruckspeicher der Kraftstoff-Rail reduziert werden kann. Die Aufheizung des Kraftstoffs wird hier beim Betrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und ein Kraftstoff-Hochdruckein- spritzsystem als Common-Rail Einspritzsystem zur Verfügung zu stellen, womit ein vereinfachter und besserer Brennkraftmaschinenstart ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 wird zum Brennkraftmaschinenstart vor dem Brennkraftmaschinenanlauf bei noch nicht angelaufener Brennkraftmaschine und damit
noch nicht laufender Kraftstoff-Hochdruckpumpe der Kraftstoff im hermetisch geschlossenen Raum des Kraftstoff-Hochdruckspeichers mittels des wenigstens einen Heizelements für einen thermischen Druckaufbau im Kraftstoff vorerwärmt und vorgeheizt. Anschließend wird dann der Brennkraftmaschi- nenanlauf aktiviert. Damit werden bereits vor dem Anlauf der Brennkraftmaschine optimale Bedingungen für einen Brennkraftmaschinenstart im Kraftstoff- Hochdruckspeicher hergestellt, in dem eine thermische Druckerhöhung aufgebaut wird. Diese Druckerhöhung muss nicht wie bisher durch einen ungünstigen Brennkraftmaschinenvorlauf und einen Anlauf der motormechanisch ge- koppelten Kraftstoff-Hochdruckpumpe vor dem Anspringen der Brennkraftmaschine herbeigeführt werden. Zudem wird durch die Aufheizung des Kraftstoffs dessen Viskosität schon vor der ersten Einspritzung reduziert, so dass bereits bei der ersten Einspritzung durch hohen Kraftstoffdruck und vorgeheizten Kraftstoff optimierte Verbrennungsverhältnisse vorliegen. Dadurch springt die Brennkraftmaschine beim Start sofort auch bei tiefen Umgebungstemperaturen an mit sofortiger guter Motorleistung und guter Abgasqualität.
Gemäß Anspruch 2 soll nach der Kraftstoff-Vorerwärmung der Brennkraftmaschinenanlauf und -start durch eine Ansteuerung des elektrischen Anlas- sers und einer entsprechenden Einspritzventilansteuerung erfolgen. Da durch die Kraftstoff-Vorerwärmung der Hochdruckaufbau im Kraftstoff erfolgt ist und insbesondere bei tiefen Temperaturen die Viskosität des Kraftstoffs reduziert ist, kann bei guten Startverhalten der elektrische Anlasser vergleichsweise weniger stark dimensioniert werden, was zu Gewichts- und Kostenvorteilen führt.
Gemäß Anspruch 3 ist es in einer besonders bevorzugten Ausführung gegebenenfalls auch möglich auf den elektrischen Anlasser ganz zu verzichten und den Brennkraftmaschinenstart ausschließlich durch Ansteuerung der Einspritz- ventile nach der Kraftstoff-Verwärmung durchzuführen. Durch die mittels der
Kraftstoff-Vorerwärmung optimale Startvorbereitung kann die Brennkraftmaschine ohne zusätzliche Anlasserhilfe sofort anspringen.
Um sicherzustellen, dass während der Kraftstoff-Vorerwärmung der Kraftstoff- Hochdruckspeicher für den Hochdruckaufbau sicher hermetisch geschlossen ist und kein Druckverlust gegebenenfalls über die (noch nicht laufende) Kraftstoff-Hochdruckpumpe erfolgt soll gemäß Anspruch 4 dieser in der Verbindung zur Kraftstoff-Rail ein steuerbares Absperrventil und/oder ein Rückschlagventil zugeordnet werden.
Gemäß Anspruch 5 wird bei einem Startvorgang ein Startbetätigungselement, insbesondere ein Zündschlüssel betätigt, wodurch zuerst während der Kraftstoffvorheizzeit das wenigstens eine Heizelement angesteuert wird. Danach werden der Anlasser und/oder die Einspritzventile über die Steuereinheit selbsttätig angesteuert. Das Ende der Aufheizzeit kann dabei zeitgesteuert oder in Abhängigkeit vorgebbarer Schwellwerte für die Kraftstofftemperatur und/oder den Kraftstoffdruck gesteuert werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird hinsichtlich des Kraftstoffhochdruckein- spritzsystems als Common-Rail Einspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst, wobei die weiteren Unteransprüche zweckmäßige Weiterbildungen beinhalten.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystems, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Einspritzventils mit zugeordnetem Heizelement.
In Fig. 1 ist schematisch ein Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem 1 als Common-Rail Einspritzsystem dargestellt. Dabei ist einer hier nur als schema- tisches Rechteck dargestellten Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine 2 ein Kraftstoff-Hochdruckspeicher als Kraftstoff-Rail 3 zugeordnet. Mit der Kraftstoff-Rail 3 ist eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe 4 über eine Verbindungsleitung 5 verbunden. In der Verbindungsleitung 5 ist ein Rückschlagventil 6 angeordnet, so dass die Kraftstoff-Rail 3 vor einem durch einen elektrischen Anlasser 7 herbeiführbaren Brennkraftmaschinenanlauf ein hermetisch geschlossener Raum ist. Alternativ oder zusätzlich kann in einer Verbindungsleitung 5 bzw. an der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 4 ein entsprechend steuerbares Absperrventil angeordnet sein. Die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 4 wird durch eine motorme- chanische Kopplung 8 durch die Brennkraftmaschine 2 angetrieben, so dass Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 9 zur Kraftstoff-Rail 3 gepumpt werden kann.
Jeden Zylinder der Brennkraftmaschine 2, die hier beispielhaft als Vier-Zylin- der-Brennkraftmaschine ausgeführt ist, ist ein Einspritzventil 10 zugeordnet, die jeweils mittels einer Einspritzleitung 11 mit der Kraftstoff-Rail 3 hydraulisch verbunden sind. Die Einspritzleitungen 11 sind dabei im Hochdruckspeicherbereich zugehörig. Jedem Einspritzventil 10 ist ein Heizelement 12, das als elektrische Heizspirale ausgebildet ist, zugeordnet, wobei das Heizelement 12 unmittelbar vor dem Einspritzventil 10 innerhalb der Einspritzleitung 11 angeordnet ist.
Des weiteren sind an der Kraftstoff-Rail 3 ein Temperatursensor 13 und ein Drucksensor 14 angeordnet, mittels denen der aktuellen Temperatur bzw. der aktuelle Druck des Kraftstoffes innerhalb der Kraftstoff-Rail 3 ermittelt werden kann. Diese Messsignale werden in einer Steuereinheit 15 verarbeitet, mittels
der die Einspritzventile 10 die Heizelemente 12 und der Anlasser 7 gesteuert werden können. Zur Veranschaulichung der entsprechenden Steuerung und/ oder Regelung durch die Steuereinheit 15 sind von dieser ausgehend in Fig. 1 entsprechende Leitungen schematisch zu den jeweiligen Bauteil eingezeich- net.
In Fig. 2 ist schematisch ein Einspritzventil 10 mit einer entsprechend angebundenen Einspritzleitung 11 dargestellt. Aufgrund der Schnittdarstellung der Einspritzleitung 11 ist das als Heizspirale ausgebildete Heizelement 12 in- nerhalb der Einspritzleitung 11 zu erkennen. Die Heizspirale 12 ist dabei koaxial zur Achsrichtung der Einspritzleitung 11 ausgerichtet. Der Durchmesser der Heizspirale 12 ist dabei kleiner als der Innendurchmesser der Einspritzleitung 11 , so dass die Heizspirale 12 vom Kraftstoff umspült wird. Die elektrischen Zuführleitungen 16 zur Heizspirale 12 sind dabei dicht, sowie elektrisch isoliert und wärmegedämmt durch die Wand der Einspritzleitung 11 geführt. Die Zuführleitungen 16 sind mit der Steuereinheit 15 gekoppelt, wobei in Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigten angeschlossenen Leitungen an der Steuereinheit 15 aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zum Brennkraftmaschinenstart vor dem Brennkraftmaschinenanlauf der Kraftstoff im hermetisch geschlossenen Raum des Kraftstoff-Hochdruckspeichers 3 mittels der Heizelemente 12 für einen termischen Druckaufbau im Kraftstoff vorerwärmt und vorgeheizt. Dabei ist die Brennkraftmaschine 2 noch nicht angelaufen und somit ist auch die Kraftstoff-Hochdruckpumpe 4 aufgrund der motormechanischen Kopplung 8 noch nicht angelaufen. Die Kraftstoffvorheizzeit kann dabei zeitgesteuert oder in Abhängigkeit vorgegebener Schwellwerte für die Kraftstofftemperatur und/oder den Kraftstoffdruck begrenzt werden. Die Kraftstofftemperatur und/ oder der Kraftstoffdruck werden dabei durch den Temperatursensor 13 und/ oder den Drucksensor 14 ermittelt. Nach Beendigung der Kraftstoffvorheizzeit wird der Brennkraftmaschinenanlauf aktiviert, d. h. dass beispielsweise der
elektrische Anlasser 7 und/oder die Einspritzventile 10 über die Steuereinheit 15 angesteuert und entsprechend aktiviert werden. Somit werden bereits vor dem Anlauf der Brennkraftmaschine 2 optimale Bedingungen für einen Brennkraftmaschinenstart in der Kraftstoff-Rail 3 hergestellt. Zudem wird durch die Kraftstoffaufheizung die Viskosität des Kraftstoffes schon vor der ersten Einspritzung reduziert, so dass bereits vor der ersten Einspritzung durch hohen Kraftstoffdruck und entsprechend vorgeheizten Kraftstoff optimierte Verbrennungsverhältnisse vorbereitet werden. Das Verfahren kann dabei mit den im Fig. 1 beschriebenen Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem 1 als Common-Rail Einspritzsystem durchgeführt werden.