WO2016120154A1 - Verfahren zum starten einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Johannes Geiger
Tobias Holzinger
Jochen Merk
Thomas Scheuer
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    • F02D2200/0606—Fuel temperature
    • F02D2200/0608—Estimation of fuel temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for starting an internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1.
  • German Offenlegungsschrift DE 10 201 1 005 662 A1 also discloses an operating method for an electric fuel pump which conveys fuel from a tank of a motor vehicle to a consumer and in particular to the input side of a high-pressure pump, which conveys this fuel under high pressure for injection into the high-pressure pump Provides combustion chambers of an internal combustion engine.
  • the electric fuel pump is measured with regard to its delivery rate on the basis of an operating variable of the internal combustion engine. Pre-controlled machine and at least one further boundary condition considering need map.
  • the maximum possible pressure in the low-pressure region of the fuel system can not be briefly raised in a mechanical pressure regulator with an opening pressure of about 5.8 bar relative to the ambient pressure to counteract in the case of vapor bubble formation in the low pressure region of the fuel system.
  • a mechanical pressure regulator with an opening pressure of about 5.8 bar relative to the ambient pressure to counteract in the case of vapor bubble formation in the low pressure region of the fuel system.
  • this can lead to a non-start.
  • Steam bubble formation is the premature evaporation of volatile fuel components in the fuel system.
  • the high-pressure pump can no longer deliver fuel (compressible fuel vapor is present instead of incompressible fuel) and, under certain circumstances, a hot start of the internal combustion engine is no longer possible.
  • the object of the present invention is to show a measure of how vapor bubble formation can be avoided if the temperatures in the low-pressure region of the fuel system are too high.
  • the measure has two advantages, in contrast to a constant pressure supply with a constant high operating pressure (for example constant 10 bar relative):
  • the pressure load of the components of the fuel system is greatly reduced.
  • the components of the fuel system can instead of fatigue on 10 bar load time-resistant to 10 bar load are designed. This reduces the cost of all affected components.
  • the review according to claim 2 can be made over a time window after switching off the internal combustion engine.
  • the maximum temperatures in reheating occur after a certain shutdown time.
  • the review can be done according to claim 3 on the determination of the coolant temperature and / or the lubricant temperature of the internal combustion engine.
  • a calculation model can be deposited or a map. Via the model the fuel temperature can be calculated or read from the map.
  • the high-pressure level fuel pressure in the high-pressure region, after the high-pressure fuel pump
  • the measured actual high-pressure curve follows the desired high-pressure curve. If the high pressure level breaks down during or shortly after a hot start (actual pressure ⁇ set pressure), steam bubble formation in the low pressure range of the fuel system can be assumed. In this case, the fuel is also raised for a short time, as needed, so that further formation of vapor bubbles is avoided and the high-pressure pump can again convey liquid fuel for high-pressure build-up.
  • a lowering of the pressure level in the low-pressure region of the fuel system to a lower operating pressure, e.g. 5.8 bar compared to the ambient pressure, can then take place when the fuel temperature is again at a lower level and vapor bubble formation is therefore no longer possible. Under certain circumstances, depending on the fuel consumption of the internal combustion engine, this can already take place very quickly, since the fuel volume flow that has passed through generally cools the affected hot subregions of the low-pressure fuel system very well.
  • Fig. 1 shows schematically a generic fuel system for a
  • FIG. 2 shows a diagram of the relationship between vapor bubble formation and fuel system d ck.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of the process logic.
  • Fig. 1 shows schematically a generic fuel system 1 for a gasoline engine, not shown, with the inventive Method for starting the internal combustion engine is feasible.
  • fuel is conveyed through a fuel line 7 to a high pressure pump 3 by means of a low pressure pump.
  • the gas is further promoted through the fuel line 7 in a rail 10.
  • injectors 4 are arranged for injection of the gasoline in combustion chambers of the internal combustion engine.
  • a control unit 6 is connected via electrical connections 11 to the injectors 4, the fuel pressure sensor 5 and the low-pressure pump 2 and the high-pressure pump 3.
  • the fuel system is divided into a low-pressure region 8 and a high-pressure region 9, represented by two arrows.
  • a generic Kraftstoffverso rg u ngssystem for an internal combustion engine can be a method for starting an internal combustion engine with a gasoline tank 1 and a low pressure pump 2, which promotes the gasoline from the gas tank 1 with a low pressure to a high pressure pump 3, the gasoline with a High pressure to injectors 4 of the internal combustion engine promotes, with an electronic control unit 5 is provided for controlling and / or regulating the low-pressure pump 2, the high-pressure pump 3 and the injectors 4, with the following method steps after a start pulse for the internal combustion engine:
  • checking takes place over a time window after switching off the internal combustion engine. It should be noted that the maximum temperatures in reheating occur after a certain shutdown time.
  • the check can be carried out by determining the coolant temperature and / or a lubricant temperature of the internal combustion engine by means of a temperature sensor.
  • a calculation model or a map for determining the gasoline temperature is provided in the control unit 6, a calculation model or a map for determining the gasoline temperature is provided.
  • verification can be calculated using the calculation model.
  • second case by reading stored data from a map.
  • Another possibility is to check via an actual high-pressure measurement with the fuel pressure sensor 5. If the high pressure breaks down during or shortly after a hot start (actual pressure ⁇ set pressure), steam bubble formation in the fuel low pressure region 8 upstream of the high pressure pump 3 can be assumed. In this case, the low pressure fuel is also raised as needed for a short time, so that a further formation of vapor bubbles is avoided and the high pressure pump 3 can promote the liquid fuel to the high pressure build-up.
  • Fig. 2 shows in a diagram based on a vapor pressure curve 12, the relationship between vapor bubble formation and a fuel system - pressure of a fuel.
  • the fuel pressure [bar] is plotted over the Y axis and the fuel temperature [° C] is plotted over the X axis.
  • 13 is a defined fuel temperature in the low pressure region 8 of the fuel system numbered.
  • a triangle represents an operating point (pressure-temperature combination) below the vapor pressure curve 12. At this temperature in conjunction with the prevailing pressure, vapor bubble formation is possible. Thus, no safe hot start is guaranteed.
  • the operating point is shifted via the vapor pressure curve 12. ben.
  • no vapor bubble formation is possible and a safe hot start is ensured according to the invention.
  • FIG. 3 shows a diagram of the method logic for the method according to the invention for starting an internal combustion engine. After a start of the internal combustion engine, it is checked whether, in the case of a hot start, vapor-bubble formation of the gasoline is possible on the low-pressure side:

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Abstract

Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, mit einem Benzintank und einer Niederdruckpumpe, die das Benzin aus dem Benzintank mit einem Niederdruck zu einer Hochdruckpumpe fördert, die das Benzin mit einem Hochdruck zu Injektoren der Brennkraftmaschine fördert, wobei ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung der Niederdruckpumpe, der Hochdruckpumpe und der Injektoren vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte nach einem Startimpuls für die Brennkraftmaschine: Überprüfen, ob bei einem Heißstart eine Dampfblasenbildung des Benzins niederdruckseitig möglich ist, Wenn nein, dann Einstellen des normalen Niederdrucks, Wenn ja, dann Einstellen eines Niederdrucks, der so hoch ist, dass eine Dampfblasenbildung niederdruckseitig nicht möglich ist, Nach einer Zeitdauer Einstellen des normalen Niederdrucks. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird das Problem der Dampfblasenbildung kostengünstig oder kostenneutral verhindert.

Description

Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Aktuell wird ein konstanter Niederdruck für die Kraftstoffversorgung einer Otto-Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, der anschließend mit einer Hochdruckpumpe für die Injektoren wesentlich erhöht wird. Dieser Niederdruck wird häufig über einen mechanischen Druckregler eingeregelt, der einen Öffnungsdruck von typischerweise ca. 5,8 bar relativ (d. h. gegenüber dem Umgebungsdruck) hat. Mit Hilfe des in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 201 1 005 662 A1 beschriebenen Betriebsverfahrens für eine Elektrokraftstoffpumpe kann der Niederdruck für die Kraftstoffversorgung der Otto-Brennkraftmaschine nach Bedarf reduziert werden, da der Spitzendruck von ca. 5,8 bar nur in wenigen Betriebszuständen notwendig ist.
Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 201 1 005 662 A1 ist weiter ein Betriebsverfahren für eine Elektrokraftstoffpumpe bekannt, die Kraftstoff aus einem Tank eines Kraftfahrzeuges zu einem Verbraucher und insbesondere zur Eingangsseite einer Hochdruckpumpe fördert, welche diesen beförderten Kraftstoff unter hohem Druck für die Einspritzung in die Brennräume einer Brennkraftmaschine bereit stellt. Die Elektrokraftstoffpumpe wird hinsichtlich ihrer Förderleistung anhand eines einer Betriebsgröße der Brennkraftma- schine und zumindest eine weitere Randbedingung berücksichtigenden Bedarfskennfeldes vorgesteuert.
Der maximal mögliche Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems kann bei einem mechanischen Druckregler mit einem Öffnungsdruck von ca. 5,8 bar gegenüber dem Umgebungsdruck auch nicht kurzzeitig angehoben werden, um im Fall einer Dampfblasenbildung im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems entgegen zu wirken. Das kann im Startfall der Brennkraftmaschine, wenn zu hohe Temperaturen an den Niederdruckkomponenten des Kraftstoffsystems anliegen, zu einem Nichtstart führen. Unter Dampfblasenbildungen versteht man die vorzeitige Verdampfung leicht flüchtiger Kraftstoffbestandteile im Kraftstoffsystem. Dadurch kann die Hochdruckpumpe keinen Kraftstoff mehr fördern (kompressibler Kraftstoffdampf liegt statt inkompressiblem Kraftstoff vor) und ein Heißstart der Brennkraftmaschine ist unter Umständen nicht mehr möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie die Dampfblasenbildung bei zu hohen Temperauren im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das maximal mögliche Druckniveau im Niederdruckbereich des Kraftstoff Systems anzuheben. Dies kann bspw. durch den Einbau eines mechanischen Druckreglers mit einem auf z.B. ca. 10 bar gegenüber der Umgebung erhöhtem Öffnungsdruck erfolgen (anstelle des 5,8 bar Druckreglers). Über geeignete Kombinationen charakteristischer Daten aus der Elektronik der Brennkraftmaschine wird erkannt, dass ein kritischer Startfall, wie oben beschrieben, vorliegen könnte (hohe Temperaturen im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems mit dem Risiko einer Dampfblasenbildung). Um einen sicheren Heißstart zu ermöglichen wird beim Start der Bren n kraftmasch ine kurzfristig der Druck auf der Nieder- druckseite des Kraftstoff Systems auf ein Niveau angehoben (z.B. ca. 10 bar relativ), so dass eine Dampfblasenbildung im Kraftstoff unmöglich ist.
Da das erfindungsgemäße Verfahren nur einen geringen Anteil aller Starts der Brennkraftmaschine betrifft, hat die Maßnahme im Gegensatz zu einer Konstantdruckversorgung mit konstant hohem Betriebsdruck (z.B. konstant 10 bar relativ) zwei Vorteile:
1 . Die Druckbelastung der Bauteile des Kraftstoff Systems ist stark reduziert. Die Bauteile des Kraftstoffsystems können statt dauerfest auf 10 bar Belastung zeitfest auf 10 bar Belastung ausgelegt werden. Dies reduziert die Kosten für alle betroffenen Bauteile.
2. Eine kurzfristige Anhebung des Betriebsdrucks führt nur im Bedarfsfall zu einem etwas erhöhten Energieverbrauch der Kraftstoffpumpe, die den Vorförderdruck erzeugt (Niederdruckteil). Eine ständige Anhebung des Druckniveaus im Niederdruckbereich des Kraftsystems führt dagegen zu einem gegenüber heute deutlich erhöhten Energieverbrauch.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Überprüfung und Entscheidung, ob ein kritischer Heißstart vorliegt, erfolgt anhand der in den Unteransprüchen genannten Kriterien.
So kann die Überprüfung gemäß Patentanspruch 2 über ein Zeitfenster nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgen. Die maximalen Temperaturen im Nachheizen treten erst nach einer gewissen Abstellzeit auf.
Weiter kann die Überprüfung gemäß Patentanspruch 3 über die Ermittlung der Kühlmitteltemperatur und/oder der Schmiermitteltemperatur der Brennkraftmaschine erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit der Überprüfung ist gemäß Patentanspruch 4 über ein Steuergerät. In diesem kann ein Berechnungsmodell hinterlegt sein oder ein Kennfeld. Über das Modell kann die Benzintemperatur berechnet oder aus dem Kennfeld ausgelesen werden.
Alternativ oder ergänzend kann anhand der Überwachung des Hochdruckniveaus (Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich, nach der Kraftstoffhochdruck- pumpe) festgestellt werden, ob der gemessene Ist-Hochdruckverlauf dem Soll-Hochdruckverlauf folgt. Bricht das Hochdruckniveau beim oder kurz nach einem Heißstart ein (Ist-Druck < Soll-Druck), kann von einer Dampfblasenbildung im Niederdruckbereich des Kraftstoff Systems ausgegangen werden. In diesem Fall wird der Kraftstoff n ied erd ru ck ebenfalls bedarfsgerecht kurzzeitig angehoben, so dass eine weitere Bildung von Dampfblasen vermieden wird und die Hochdruckpumpe wieder flüssigen Kraftstoff zum Hochdruckaufbau fördern kann.
Eine Absenkung des Druckniveaus im Niederdruckbereich des Kraftstoffsys- tems auf einen geringeren Betriebsdruck, z.B. 5,8 bar gegenüber dem Umgebungsdruck, kann dann erfolgen, wenn die Kraftstofftemperatur wieder auf einem niedrigeren Niveau und eine Dampfblasenbildung somit nicht mehr möglich ist. Abhängig vom Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine kann dies unter Umständen bereits sehr schnell erfolgen, da der durchgesetzte Kraftstoffvolumenstrom die betroffenen heißen Teilbereiche des Niederdruck- raftstoffsystems im Allgemeinen sehr gut kühlt.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch ein gattungsgemäßes Kraftstoffsystem für eine
Brennkraftmaschine.
Fig. 2 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen Dampfblasenbildung und Kraftstoff syste m d ru ck .
Fig. 3 zeigt in einem Schaubild die Verfahrenslogik.
Fig. 1 zeigt schematisch ein gattungsgemäßes Kraftstoffsystem 1 für eine nicht dargestellte Otto-Brennkraftmaschine mit der das erfindungsgemäße Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine durchführbar ist. Aus einem Benzintank 1 wird mit Hilfe einer Niederdruckpumpe 2 Kraftstoff durch eine Kraftstoffleitung 7 zu einer Hochdruckpumpe 3 befördert. Von der Hochdruckpumpe 3 wird das Benzin weiter durch die Kraftstoffleitung 7 in ein Rail 10 gefördert. An dem Rail 10 sind vier Injektoren 4 zur Einspritzung des Benzins in Brennräume der Brennkraftmaschine angeordnet. Zur Überwachung des Hochdrucks des Kraftstoffs ist im Rail 10 ein Benzindrucksensor 5 vorgesehen. Ein Steuergerät 6 ist über elektrische Verbindungen 11 mit den Injektoren 4, dem Benzindrucksensor 5 sowie der Niederdruckpumpe 2 und der Hochdruckpumpe 3 verbunden. Das Kraftstoff System ist in einen Niederdruckbereich 8 und einen Hochdruckbereich 9 aufgeteilt, dargestellt durch zwei Pfeile.
Mit einem solchen gattungsgemäßen Kraftstoffverso rg u ngssystem für eine Brennkraftmaschine lässt sich ein Verfahren darstellen zum Starten einer Brennkraftmaschine mit einem Benzintank 1 und einer Niederdruckpumpe 2, die das Benzin aus dem Benzintank 1 mit einem Niederdruck zu einer Hochdruckpumpe 3 fördert, die das Benzin mit einem Hochdruck zu Injektoren 4 der Brennkraftmaschine fördert, wobei ein elektronisches Steuergerät 5 zur Steuerung und/oder Regelung der Niederdruckpumpe 2, der Hochdruckpumpe 3 und der Injektoren 4 vorgesehen ist, mit folgenden Verfahrensschritten nach einem Startimpuls für die Brenn kraftmasch ine:
- Überprüfen, ob bei einem Heißstart eine Dampfblasenbildung des Benzins niederd rückseitig möglich ist,
- wenn nein, dann Einstellen des normalen Niederdrucks,
- wenn ja, dann Einstellen eines Niederdrucks, der so hoch ist, dass eine Dampfblasenbildung niederd rückseitig nicht möglich ist,
- nach einer Zeitdauer Einstellen des normalen Niederdrucks.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt Überprüfung über ein Zeitfenster nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine. Hierbei ist zu beachten, dass die maximalen Temperaturen im Nachheizen erst nach einer gewissen Abstellzeit auftreten.
Weiter kann die Überprüfung über die Ermittlung der Kühlmitteltemperatur und/oder einer Schmiermitteltemperatur der Brennkraftmaschine mittels eines Temperatursensors erfolgen.
Eine weitere Möglichkeit der Überprüfung besteht darin, dass im Steuergerät 6 ein Berechnungsmodell oder ein Kennfeld zur Ermittlung der Benzintemperatur vorgesehen ist. Im ersten Fall kann Überprüfung über das Berechnungsmodell berechnet werden. Im zweiten Fall durch das Auslesen von abgespeicherten Daten aus einem Kennfeld.
Eine weitere Möglichkeit ist die Überprüfung über eine Ist- Hochdruckmessung mit dem Benzindrucksensor 5. Bricht der Hochdruck beim oder kurz nach einem Heißstart ein (Ist-Druck < Solldruck) kann von einer Dampfblasenbildung im Kraftstoffniederdruckbereich 8 vor der Hochdruckpumpe 3 ausgegangen werden. In diesem Fall wird der Kraftstoff nie- derdruck ebenfalls bedarfsgerecht kurzzeitig angehoben, so dass eine weitere Bildung von Dampfblasen vermieden wird und die Hochdruckpumpe 3 den flüssigen Kraftstoff zum Hochdruckaufbau fördern kann.
Fig. 2 zeigt in einem Diagramm anhand einer Dampfdruckkurve 12 den Zusammenhang zwischen Dampfblasenbildung und einem Kraftstoff System - druck eines Kraftstoffs. Über die Y-Achse ist der Kraftstoff druck [bar] aufgetragen, über die X-Achse ist die Kraftstofftemperatur [°C] aufgetragen. Mit 13 ist eine definierte Kraftstofftemperatur im Niederdruckbereich 8 des Kraftstoffsystems beziffert. Durch ein Dreieck ist ein Betriebspunkt dargestellt (Druck-Temperatur-Kombination) unterhalb der Dampfdruckkurve 12. Bei dieser Temperatur in Verbindung mit dem vorherrschenden Druck ist eine Dampfblasenbildung möglich. Somit ist kein sicherer Heißstart gewährleistet. Durch Anheben des Betriebsdruckes in einem Bereich, der durch einen Kreis dargestellt ist, wird der Betriebspunkt über die Dampfdruckkurve 12 verscho- ben. Somit ist keine Dampfblasenbildung mehr möglich und ein sicherer Heißstart ist erfindungsgemäß gewährleistet.
Fig. 3 zeigt in einem Schaubild die Verfahrenslogik für das erfindungsgemäße Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine. Nach einem Start der Brennkraftmaschine wird überprüft, ob bei einem Heißstart eine Dampfblasenbildung des Benzins niederdruckseitig möglich ist:
- Wenn nein, dann Einstellen des normalen Niederdrucks,
- wenn ja, dann Einstellen eines Niederdrucks, der so hoch ist, dass eine Dampfblasenbildung niederdruckseitig nicht möglich ist,
- nach einer Zeitdauer Einstellung des normalen Niederdrucks.
Bezugszeichenliste:
1 . Benzintank
2. Niederdruckpumpe
3. Hochdruckpumpe
4. Injektor
5. Benzindrucksensor
6. Steuergerät
7. Kraftstoffleitung
8. Niederdruckbereich
9. Hochdruckbereich
10. Rail
1 1. elektrische Verbindung
12. Dampfdruckkurve
13. Betriebstemperatur

Claims

Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine Patentansprüche
1. Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine, mit einem Benzintank (1 ) und einer Niederdruckpumpe (2), die das Benzin aus dem Benzintank (1 ) mit einem Niederdruck zu einer Hochdruckpumpe (3) fördert, die das Benzin mit einem Hochdruck zu Injektoren (4) der Brennkraftmaschine fördert, wobei ein elektronisches Steuergerät (5) zur Steuerung und/oder Regelung der Niederdruckpumpe (2), der Hochdruckpumpe (3) und der Injektoren (4) vorgesehen ist,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte nach einem Startimpuls für die Brennkraftmaschine:
- Überprüfen, ob bei einem Heißstart eine Dampfblasenbildung des Benzins niederdruckseitig möglich ist,
- Wenn nein, dann Einstellen des normalen Niederdrucks,
- Wenn ja, dann Einstellen eines Niederdrucks, der so hoch ist, dass eine
Dampfblasenbildung niederdruckseitig nicht möglich ist,
- Nach einer Zeitdauer Einstellen des normalen Niederdrucks.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung über ein Zeitfenster nach Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgt.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei ein Temperatursensor für eine Kühlmitteltemperatur und/oder eine Schmiermitteltemperatur der Brennkraftmaschine vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung über eine Ermittlung einer Kühlmitteltemperatur und/oder einer Schmiermitteltemperatur der Brennkraftmaschine erfolgt.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei im Steuergerät ein Modell oder ein Kennfeld zur Ermittlung einer Benzintemperatur vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung über das Modell ermittelt oder durch Auslesen aus dem Kennfeld erfolgt.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei hochdruckseitig ein Benzindrucksensor vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung über eine Ist- Hochdruckmessung mit dem Benzindrucksensor (5) erfolgt.
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