DE102009001062A1 - Internal-combustion engine i.e. petrol engine, operating method for motor vehicle, involves heating part of suction air as valve air when starting engine, where part of air is supplied to injected fuel by air channels - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine in einer Kaltstartphase, wobei die Kraftstoffzusammensetzung eines Kraftstoffs zum Betreiben der Brennkraftmaschine einen hohen Anteil von Ethanol aufweisen kann und dieser mittels Einspritzventilen zur Luft-Kraftstoff-Gemischbildung zugeführt wird, wobei die Brennkraftmaschine mindestens ein Saugrohr mit einer Drosselvorrichtung für eine Ansaugluft aufweist.The The invention relates to a method for operating an internal combustion engine in a cold start phase, wherein the fuel composition of a fuel to operate the internal combustion engine, a high proportion of ethanol and this can by means of injectors for air-fuel mixture formation supplied is, wherein the internal combustion engine at least one suction pipe with a Throttle device for having an intake air.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention further relates to a corresponding device for execution of the procedure.
Brennkraftmaschinen auf der Basis von Otto-Motoren werden allgemein mit Kraftstoff aus Kohlenwasserstoffen aus fossilen Brennstoffen auf Basis von raffiniertem Erdöl betrieben. Zu diesem Kraftstoff wird vermehrt aus nachwachsenden Rohstoffen (Pflanzen) erzeugtes Ethanol oder ein anderer Alkohol in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen beigemengt. In den USA und Europa wird oft eine Mischung aus 70–85% Ethanol und 15–30% Benzin mit der Bezeichnung E85 eingesetzt. Im Brasilien wird sogar reines Ethanol (E100) als Brennkraftstoff eingesetzt. Die Brennkraftmaschinen sind so ausgelegt, dass sie sowohl mit reinem Benzin als auch mit Mischungen bis hin zu E100 betrieben werden können; dies wird mit „Flex-Fuel-Betrieb” bezeichnet. Für einen sparsamen Betrieb mit einem geringen Schadstoffausstoß bei gleichzeitig hoher Motorleistung und gutem Startverhalten müssen die Betriebsparameter im Flex-Fuel-Betrieb an die jeweilig vorliegende Kraftstoff-Mischung angepasst werden. Beispielhaft liegt ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis bei 14,7 Gewichtsanteilen Luft pro Anteil Benzin vor, bei Verwendung von reinem Ethanol muss jedoch ein Luftanteil von 9 Gewichtsanteilen eingestellt werden. Des weiteren ist für eine optimale Verbrennung der Zündwinkel der Brennkraftmaschine an das Mischungsverhältnis anzupassen. Aufgrund der unterschiedlichen Verdampfungseigenschaften von Ethanol und Benzin müssen beim Start der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem Mischungsverhältnis unterschiedliche Anreicherungsfaktoren vorgegeben werden.Internal combustion engines On the basis of gasoline engines are generally fueled Hydrocarbons derived from fossil fuels based on refined Operated oil. This fuel is increasingly made from renewable raw materials (plants) produced ethanol or another alcohol in different mixing ratios added. In the US and Europe is often a mixture of 70-85% ethanol and 15-30% Used gasoline with the designation E85. In Brazil, even pure ethanol (E100) used as fuel. The internal combustion engines are designed to work with both pure gasoline and gasoline Mixtures up to E100 can be operated; this is called "flex-fuel operation". For one economical operation with a low pollutant emission at the same time high engine power and good starting behavior must be the operating parameters in the Flex-fuel operation be adapted to the respective present fuel mixture. By way of example, a stoichiometric Fuel-air ratio at 14.7 parts by weight of air per share of gasoline before use of pure ethanol, however, must have an air content of 9 parts by weight be set. Furthermore, for optimal combustion the ignition angle the internal combustion engine to adapt to the mixing ratio. by virtue of the different evaporation properties of ethanol and Need gasoline at the start of the internal combustion engine depending on the mixing ratio different Enrichment factors are given.
Zum Starten von Brennkraftmaschinen mittels eines Anlassers ist es notwendig, eine bestimmte Masse an eingespritztem Kraftstoff zu verdampfen, um ein zündfähiges Gemisch zu erhalten. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen verdampfen ethanolhaltige Kraftstoffe nur unzureichend und erschweren somit die Gemischbildung. Beim Motorstart mit reinem Ethanol (E100) wird der Start besonders erschwert, da Ethanol einen sehr niedrigen Dampfdruck im Vergleich zu Benzin aufweist. Benzin weist beispielsweise bei Temperaturen unter 0°C einen mehr als 4fach höheren Dampfdruck gegenüber dem von Ethanol auf. Aufgrund dieses niedrigen Dampfdrucks von Ethanol ist die Masse von Kraftstoffdampf im Brennraum so gering, dass der Motorstart erschwert bzw. nicht sichergestellt ist.To the Starting of internal combustion engines by means of a starter it is necessary to vaporize a certain mass of injected fuel an ignitable mixture to obtain. At low ambient temperatures ethanol-containing evaporate Fuels insufficient and thus complicate the mixture formation. When starting the engine with pure ethanol (E100), the start becomes special hampered because ethanol has a very low vapor pressure in comparison to gasoline. For example, gasoline indicates temperatures below 0 ° C a more than 4 times higher Vapor pressure opposite that of ethanol. Because of this low vapor pressure of ethanol is the mass of fuel vapor in the combustion chamber so low that the Engine start difficult or not ensured.
Zudem wird bei Brennkraftmaschinen, die mit einem hohen Anteil an Ethanol im Kraftstoff betrieben werden, bei Umgebungstemperaturen unterhalb von –10°C das hydraulische System stark belastet.moreover is used in internal combustion engines that are high in ethanol be operated in the fuel, at ambient temperatures below from -10 ° C the hydraulic System heavily loaded.
Bei herkömmlichen Motorsteuerungs-Systemen wird während der Startphase Benzin in das Saugrohr der Brennkraftmaschine eingespritzt und erst nach den ersten Verbrennungen die Einspritzung von Benzin auf Ethanol umgestellt. Das Benzin für den Kaltstart wird in einem Zusatztank im Motorraum befüllt, wobei eine separate elektrische Kraftstoffpumpe vorgesehen ist. Die Ansteuerung dieser Kraftstoffpumpe sowie die Ansteuerung eines Absperrventils für die Abschaltung der Benzinzufuhr zum Saugrohr wird dabei temperaturabhängig von einem Motorsteuergerät angesteuert. Ein dazu erforderlicher als Sub-Tank ausgelegter separater Benzintank verfügt über einen Füllstandsschalter und muss regelmäßig vom Fahrer gewartet werden. Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus dem Umstand, dass durch die ständige Temperaturwechselbelastung im Motorraum der Kraftstoff altert und damit die Verdampfungseigenschaften nicht konstant sind. Zudem kann bei einem Aufprallunfall des Kraftfahrzeugs ein Brand nicht ausgeschlossen werden.at usual Engine control systems will during the starting phase gasoline injected into the intake manifold of the internal combustion engine and only after the first burns injection of gas converted to ethanol. The gas for the cold start will be in one Additional tank filled in the engine compartment, wherein a separate electric fuel pump is provided. The activation of this fuel pump and the activation of a Shut-off valve for the shutdown of the gasoline supply to the intake manifold is dependent on temperature of an engine control unit driven. A required as a sub-tank designed separate Fuel tank has one level switch and must be regularly from Driver to be serviced. Another disadvantage arises from the Circumstance that by the constant Thermal cycling in the engine compartment of the fuel age and so that the evaporation properties are not constant. In addition, at a collision accident of the motor vehicle, a fire is not excluded become.
In anderen Kaltstartsystemen für Flex-Fuel-Motoren wird beispielsweise der Kraftstoff direkt vor der Einspritzung erwärmt. Nachteilig ist dabei, dass sowohl Ethanol als auch Temperatur beständige Materialien in den betroffenen Komponenten eingesetzt werden müssen. Zusätzlich stellt die Abdichtung der Komponentenanschlüsse, die mit beheiztem Kraftstoff durchströmt werden ein zusätzliches Risiko dar.In other cold start systems for Flex fuel engines, for example, the fuel directly before the injection is heated. The disadvantage here is that both ethanol and temperature resistant materials must be used in the affected components. Additionally poses the sealing of the component connections with heated fuel flows through become an additional one Risk.
Zur Verbesserung der Kaltstart-Eigenschaften ist in einer noch nicht veröffentlichten Parallel-Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen R.325441 zwar vorgesehen, dass während des Starts der Brennkraftmaschine die Drosselklappe in einem Ansaugkanal geschlossen wird und die Kraftstoffzuführung zumindest teilweise während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine erfolgt. Durch den derart erzeugten Unterdruck kann der zugeführte Kraftstoff leichter verdampfen, was zwar grundsätzlich zu einer verbesserten Kaltstartfähigkeit beiträgt. Bei extrem niedrigen Umgebungstemperaturen kann aber immer noch keine ausreichend sichere Kaltstartfähigkeit, insbesondere beim Einsatz von stark mit Ethanol angereicherten Kraftstoffen, gewährleistet werden.In order to improve the cold-start properties, it is provided in an unpublished parallel application of the applicant with the file reference R.325441 that during the start of the internal combustion engine, the throttle valve is closed in an intake passage and the fuel supply takes place at least partially during the intake phase of the internal combustion engine , Due to the negative pressure thus generated, the supplied fuel can evaporate more easily, which basically contributes to an improved cold start capability. At extremely low ambient temperatures, however, it is still not possible to have sufficiently reliable cold-start capability, especially when using strong ethanol-enriched fuels.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein wartungsfreies Kaltstartsystem für Brennkraftmaschinen bereitzustellen, welches für den sicheren Startbetrieb mit ethanolhaltigem Kraftstoff ausgelegt ist.It is therefore an object of the invention, a maintenance-free cold start system to provide for internal combustion engines, which for designed for safe starting operation with ethanol-containing fuel is.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für den Kaltstart derartiger Brennkraftmaschinen bereitzustellen.It Another object of the invention is a method for the cold start to provide such internal combustion engines.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass beim Start ein Teil der Ansaugluft als Ventilluft aufgeheizt und über ein oder mehrere Luftkanäle im Einspritzventil dem injizierten Kraftstoff zugeführt wird.The The object relating to the method is achieved in that when starting a part of the intake air heated as valve air and over a or more air channels is supplied to the injected fuel in the injection valve.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Einspritzventil mindestens einen Luftkanal aufweist, über welchen während der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine aufgeheizte Ventilluft als Teil der Ansaugluft dem Kraftstoff zuführbar ist.The the object relating to the device is achieved in that the injection valve has at least one air passage over which while the cold start phase of the engine heated valve air as part of the intake air to the fuel can be fed.
Die mit der erwärmten Luft zugeführte Wärmeenergie sorgt dafür, dass der eingespritzte Kraftstoff besser verdampfen und somit ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch entstehen kann. Die ständige Beströmung der eingespritzten Kraftstofftröpfchen mit dieser erwärmten Ventilluft führt dabei zu einer optimalen Verdampfung von Kraftstoff auch bei niedriger Umgebungstemperatur. Der Dampfdruck des Kraftstoffs kann mit dieser Maßnahme gesteigert werden. Die zuvor beschriebenen Nachteile hinsichtlich eines aufgeheizten Kraftstoffs können mit diesem Verfahren vermieden werden.The with the heated Air supplied Thermal energy makes sure that the injected fuel evaporates better and thus a ignitable fuel-air mixture can arise. The constant flow of the injected fuel droplets with this heated Valve air leads doing so to an optimal evaporation of fuel even at low Ambient temperature. The vapor pressure of the fuel can with this measure be increased. The disadvantages described above regarding of a heated fuel can avoided with this method.
Dabei ist in einer bevorzugten Ausgestaltung des Einspritzventils der Luftkanal im Wesentlichen ringförmig um einen Ventilsitz des Einspritzventils ausgebildet. Mit diesem so genannten Luft umfassenden Einspritzventil kann eine optimale Umströmung der injizierten Kraftstoff-Tröpfchen gewährleistet werden, so dass eine homogene Verdampfung des Kraftstoffs ermöglicht wird.there is in a preferred embodiment of the injection valve of Air duct substantially annular formed around a valve seat of the injection valve. With this so-called air comprehensive injection valve can be optimal flow around the injected fuel droplets guaranteed be so that a homogeneous evaporation of the fuel is made possible.
Im Bereich der Gemischaufbereitung der Brennkraftmaschine ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Vorrichtung vorgesehen, dass am Saugrohr für das Einspritzventil in Strömungsrichtung der Ansaugluft vor dem Einspritzventil und der Drosselvorrichtung ein Abzweig für einen Luftkanal für die Ventilluft ausgebildet ist, welcher ein Luft-Absperrventil und ein Luft-Heizelement aufweist, über den die Ventilluft den Luftkanälen des Einspritzventils zuführbar ist, wobei die Aufheizung der Ventilluft mittels des Luft-Heizelements erfolgt. Die Aufheizung der Ventilluft wird mittels mindestens eines Luft-Heizelementes durchgeführt, welches elektrisch, beispielsweise beim Einschalten der Zündung, betrieben wird.in the Area of the mixture preparation of the internal combustion engine is in an advantageous Design of the device provided that on the intake manifold for the injection valve in the flow direction the intake air in front of the injection valve and the throttle device a branch for an air duct for the valve air is formed, which is an air shut-off valve and an air heating element has, over the valve air to the air channels the injection valve fed is, wherein the heating of the valve air by means of the air heating element he follows. The heating of the valve air is by means of at least one Air heating element performed, which operated electrically, for example when switching on the ignition becomes.
Wird gleichzeitig bei Einbringung der aufgeheizten Ventilluft die Drosselvorrichtung im Saugrohr geschlossen oder die Luftzufuhr für die Brennkraftmaschine mittels der Drosselvorrichtung erheblich gedrosselt, kann beim Starten der Brennkraftmaschine ein Unterdruck im Saugrohr im Bereich des Einspritzventils erzeugt werden, was einerseits bewirkt, dass die erwärmte Ventilluft verstärkt durch die Luftkanäle im Einspritzventil angesaugt und andererseits die Verdampfung des injizierten Kraftstoffgemischs zusätzlich begünstigt wird.Becomes at the same time when introducing the heated valve air, the throttle device closed in the intake manifold or the air supply for the internal combustion engine by means throttled the throttling device considerably, can when starting the Internal combustion engine, a negative pressure in the intake manifold in the region of the injection valve be generated, which on the one hand causes the heated valve air reinforced through the air channels sucked in the injection valve and on the other hand, the evaporation of the injected fuel mixture is additionally favored.
Nach Erreichen einer bestimmten für die Kraftstoffverdampfung optimalen Betriebstemperatur ist vorgesehen, dass nach Durchlaufen der Kaltstartphase die Luftzufuhr für die Ventilluft mittels des Luft-Absperrventils unterbrochen wird.To Achieve a specific for the fuel evaporation optimum operating temperature is provided that after passing through the cold start phase, the air supply for the valve air is interrupted by means of the air shut-off valve.
Zur Kompensation der gesperrten Luftmasse der Ventilluft kann die Stellung der Drosselvorrichtung angepasst werden.to Compensation of the blocked air mass of the valve air can the position be adapted to the throttle device.
Das Luft-Absperrventil, das Luft-Heizelement sowie die im Saugrohr angeordnete Drosselvorrichtung sind in bevorzugter Ausgestaltung der Vorrichtung mittels eines Motorsteuergerätes ansteuerbar. Dabei ist die Funktionalität des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere der Ablauf der Kaltstartsequenz mit der Ansteuerung des Luft-Absperrventils, des Luft-Heizelements und der Stellung der Drosselvorrichtung im Motorsteuergerät implementiert. Dies kann besonders vorteilhaft als Programm im μ-Controller des Motorsteuergeräts realisiert werden.The Air shut-off valve, the air heating element and the suction pipe arranged in the Throttle device are in a preferred embodiment of the device by means of an engine control unit controllable. The functionality of the method according to the invention, in particular the sequence of the cold start sequence with the control the air shut-off valve, the air heating element and the position of the throttle device in Engine control unit implemented. This can be particularly beneficial as a program in the μ controller of the engine control unit will be realized.
Eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens sieht den Einsatz bei Ottomotoren mit einer Saugrohreinspritzung vor, die mit hohem Ethanolanteil im Kraftstoff betrieben werden. Insbesondere in Ländern mit einer Kraftstoffversorgung mit hohem Ethanolanteil, beispielsweise Brasilien, wo ein E100-Kraftstoff weit verbreitet ist, kann mit diesem Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein robustes Kaltstartsystem bereitgestellt werden.A preferred application of the method provides the use in gasoline engines with a port injection before that with high ethanol content be operated in the fuel. Especially in countries with a fuel supply with a high ethanol content, for example Brazil, where an E100 fuel is widely used, can be used This method and the device according to the invention a robust Cold start system can be provided.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to one shown in the figures embodiment explained in more detail. It demonstrate:
Dargestellt
ist ein Saugrohr
Um
eine ausreichend große
Verdampfungsrate des Kraftstoffs
Das
Einspritzventil
Das
Luft-Absperrventil
Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht vor, dass beim Einschalten der Zündung das Luft-Heizelement
Nach
Durchlaufen der Kaltstartphase wird die Luftzufuhr für die Ventilluft
Die Funktionalität der zuvor beschrieben Kaltstartsequenz ist dabei in vorteilhafter Weise als Programm im Motorsteuergerät implementiert, wobei Sensoren, beispielsweise Temperatursensoren den Programmablauf der Kaltstartsequenz beeinflussen können.The functionality The cold start sequence described above is thereby more advantageous Implemented as a program in the engine control unit, with sensors, For example, temperature sensors the program flow of the cold start sequence can influence.
Mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung und dem vorgeschlagenen Verfahren kann ein robustes Kaltstartsystem für Brennkraftmaschinen bereitgestellt werden, die mit hohem Ethanolanteil im Kraftstoff oder mit reinem Ethanol (E100 Kraftstoff) betrieben werden. Das vorgeschlagene Kaltstartsystem ist wartungsfrei und bei einem Aufprallunfall sicher. Weiterhin kann eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs sowie eine Reduzierung des Eintrags von unverbranntem Kraftstoff im Motoröl ermöglicht werden.With the device described above and the proposed method can provide a robust cold start system for internal combustion engines be those with high ethanol content in the fuel or with pure Ethanol (E100 fuel) are operated. The proposed cold start system is maintenance-free and safe in a collision accident. Farther can be a reduction in fuel consumption as well as a reduction the entry of unburned fuel in the engine oil.
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