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WO2017063979A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einem hochdruck-kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einem hochdruck-kraftstoffeinspritzsystem Download PDF

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WO2017063979A1
WO2017063979A1 PCT/EP2016/074149 EP2016074149W WO2017063979A1 WO 2017063979 A1 WO2017063979 A1 WO 2017063979A1 EP 2016074149 W EP2016074149 W EP 2016074149W WO 2017063979 A1 WO2017063979 A1 WO 2017063979A1
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WO
WIPO (PCT)
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pressure
fuel
internal combustion
combustion engine
pdv
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/074149
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erwin Achleitner
Christoph Klesse
Tobias Ritsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
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Priority to CN201680060153.2A priority patent/CN108138676B/zh
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Priority to US15/935,878 priority patent/US10865729B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for operating an internal combustion engine with a high-pressure fuel injection system according to the claims 1 and 7.
  • Modern internal combustion engines for driving motor vehicles are equipped with high-pressure fuel injection systems with which the fuel with a system pressure> 100 bar up to 250 bar is injected directly into the combustion chambers.
  • the problem arises that when switching off the internal combustion engine due to the present system pressure in the Kraftstoffvertei- lerrohr (rail) to which the injectors are connected, the pressure slowly (over several hours) via a small leak (so-called tip leakage) at the injection valve in breaks down the combustion chambers. This results in a restart of the internal combustion engine after a longer shutdown phase, e.g. after 6 hours to 36 hours to increased exhaust emissions due to the additional fuel present in the combustion chambers.
  • the stop - start functionality will become increasingly important, which is also part of the exhaust gas test cycle.
  • the internal combustion engine can be switched off automatically regardless of the intervention of a motor vehicle driver and, without actuating the ignition key or the start button, also automatically restarted, for example by tapping the gas or clutch pedal.
  • the shutdown of the internal combustion engine is done in particular in longer periods of idle, in which the driving force of the internal combustion ⁇ engine is not needed. In this way, especially in city traffic with many traffic light stops, considerable fuel savings can be achieved.
  • Stop - Start functionality will take place at a much higher system pressure in the future in order to reduce the number of particles as well. Due to the hard time requirements for the restart, the required system pressure is not achieved
  • Tip leakage can be avoided if the pressure in the rail at the stop of the internal combustion engine is reduced to ambient pressure. However, this is not possible because today's systems do not have an active pressure reduction capability. That one will try to apply the pressure when stopping the internal combustion engine in such a way that on the one hand it is still possible to ensure the restart for the stop - start functionality and, on the other hand, that the pressure in the system does not increase when the vehicle is switched off leads to excessive tip leakage. However, all this is just a compromise, tip leakage can not be avoided. This condition is exacerbated when, as described above, the maximum values for the system pressures and also the injection release pressures are still increasing. Injection release pressure is the pressure value that is required for the first injection process.
  • variable pressure setpoint can only be displayed if there is an active pressure reduction option on the high-pressure side of the system, since the high-pressure side fuel injection system is leak-tight, except for the micro leak.
  • the invention has for its object to provide an improved method and an improved device that allow a targeted pressure reduction in the fuel supply system of an internal combustion engine.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for operating a combustion with a high-pressure fuel injection system for an internal combustion engine of a motor vehicle, which has a stop-start automatic function, by means of which
  • Internal combustion engine can be switched off independently of an intervention of the motor vehicle driver and then restarted, is promoted in the fuel by means of a high-pressure fuel pump to a high-pressure accumulator to which at least one high-pressure Kraftstoffinj ector is connected for injecting fuel into the at least one cylinder the internal combustion engine and the pressure of the fuel high pressure side by means of an electrically operated pressure reduction valve ⁇ is adjustable.
  • the pressure reduction valve is opened until a predetermined value for an injection release pressure is established, which ensures a restart after a stop phase within a stop-start cycle and then the pressure reduction valve is closed. It is checked whether a restart of the internal combustion ⁇ machine takes place within a predetermined period of time.
  • the injection of the fuel is carried out with the value of the release pressure, if a restart is present within the predetermined period of time. Otherwise, the pressure reduction valve is opened after the predetermined time has elapsed until the pressure of the fuel in the high-pressure accumulator has reduced to a value of the ambient pressure of the motor vehicle.
  • introduction of fuel in the form of a minute leak (tip leakage) into the combustion chamber can be reliably prevented in the event of a long standstill of the internal combustion engine. As a result, no increased emissions occur when the internal combustion engine is restarted.
  • the predetermined period of time corresponds to the control unit tracking, during which an internal combustion engine controls and / or regulates
  • Control device is still in operation after the internal combustion engine has been switched off.
  • the control of the pressure reduction valve on the high pressure side of High-pressure fuel injection system at Brennkraftmaschi ⁇ nenstopp coupled to the control signal for the control unit tracking.
  • the pressure reduction valve is specifically controlled at Be ⁇ termination of the control units lag to the system pressure to reduce injection of releasing pressure level at ambient pressure.
  • the latter is briefly activated by means of a wake up signal and the pressure reduction valve is opened by means of signals of the control device. This can also be unwanted
  • Figure 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine
  • Figure 2 shows a schematic representation of an internal combustion engine
  • High-pressure fuel injection system according to a second embodiment Elements of the same construction and / or function are provided across the figures with the same reference numerals.
  • FIG. 1 schematically shows the high-pressure fuel injection system HD_SYS of a spark-ignited one
  • the high-pressure fuel injection system HD_SYS has a fuel or elsepumpe 10 (tank pump), which is preferably an electrically operated pump and which is arranged in a fuel tank 15.
  • the output of the fuel or elsepumpe 10 is connected via a first low-pressure supply line 20 and a ⁇ disposed therein the fuel filter 25 is connected to a high-pressure fuel pump unit 30.
  • Fig. This has a high-pressure fuel pump 35, which is a force ⁇ damper 40 and an electrically actuated volume flow control valve 45 upstream.
  • the Volumenstromre ⁇ gelventil 45 is executed in this example as a digital inlet valve.
  • the high-pressure fuel pump 35 carries the high-pressure fuel via an exhaust valve 50 and a
  • High-pressure line 55 to a high-pressure accumulator 60 (common rail, fuel rail).
  • the exhaust valve 50 may be implemented as a spring-loaded check valve or as an electrically operable valve (digital exhaust valve).
  • a pressure sensor 65 is provided on the high-pressure accumulator 60.
  • High-pressure fuel injectors 70 are connected to the high-pressure accumulator 60 in accordance with the number of cylinders of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine has 4 cylinders and thus 4 high-pressure fuel injectors 70.
  • the invention is also applicable to internal combustion engines with any number of cylinders.
  • For targeted reduction of the pressure in the high pressure fuel injection system HD_SYS be it by advantageous, highly dynamic pressure changes in the course of future exhaust emission tests, such as the driving cycle RDC (Real Driving Cycle), or for safety reasons after stopping the engine is in the high pressure
  • Fuel injection system HD_SYS an actuator for the active pressure reduction in the form of a pressure reduction valve PDV (Pressure Decay Valve) provided.
  • PDV Pressure Decay Valve
  • the term "active" in this context means that the pressure reduction valve PDV in the gensatz to spring-loaded pressure relief valves that automatically open when a predetermined pressure value is reached, can be opened and closed by electrical signals.
  • the pressure reduction valve PDV is arranged on the high pressure accumulator 60 in this first embodiment. When the pressure reduction valve PDV is opened, fuel flows back into the first low-pressure supply line 20 via a return line 80 at a location downstream of the fuel filter 25.
  • this active pressure relief valve is designed as a digital ON / OFF valve.
  • the active pressure reduction valve can also be designed as a proportional valve (Pressure Control Valve, PCV).
  • the internal combustion engine is associated with a starting device 85 for electrical starting, which is coupled to the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the starting device 85 may include, for example, a conventional starter or a so-called integrated starter generator.
  • a conventional starter for controlling and regulating the internal combustion engine is a
  • Control device 100 is provided, which can also be referred to as a device for operating the internal combustion engine or simply as an engine control unit. Your sensors are fed ⁇ orders, which detect different measured variables and determine the measured values of the measured variable. Operating variables include not only the measured variables but also derived from these variables.
  • the control device 100 controls depending on at least one of the operating variables by means of actuating signals the actuators, which are assigned to the internal combustion engine, and each of which corresponding actuators are assigned.
  • the pressure sensor 65 on the high-pressure accumulator 60 should be mentioned as a relevant sensor.
  • the actuators are, for example, the flow control valve 45, the pressure reduction valve PDV, the Kraftstoffvorierpumpe 10, the high-pressure Kraftstoffinj injectors 70 and the starting device 85.
  • Further signals for actuators required for the operation of the internal combustion engine and / or their ancillaries, but for the understanding of the invention are not necessary, are generally indicated in Figure 1 by the reference symbol AS.
  • the control device 100 preferably comprises a computer unit (processor) 104, which is coupled to a program memory 105 and a value memory (data memory) 106.
  • the arithmetic unit 104, the program memory 105 and the value memory 106 may each comprise one or more microelectronic components. Alternatively, these components may be partially or fully integrated in a single microelectronic device.
  • programs or values are stored, which are necessary for the operation of the internal combustion engine.
  • multiple, kennfeidbas founded control functions are software-implemented in terms, in particular to a method for loading ⁇ drive of the high-jerk fuel injection system HD_SYS and a so-called stop-start automatic function 90, by means of which the presence of certain conditions and / or requirements of the internal combustion engine regardless of a Driver of the motor vehicle driven by the internal combustion engine is automatically stopped and started in the presence of certain conditions and / or requirements.
  • the stop-start automatic function 90 is for this purpose via an electrical connection with the
  • FIG. 2 shows another embodiment of a high pressure fuel injection system is shown for a Brennkraftma ⁇ machine, which only differs from that shown in Figure 1 embodiment in that the
  • Stop-start phase of the internal combustion engine can be adjusted.
  • the pressure reduction valve PDV on the high pressure side of the motor ⁇ fuel injection system is controlled, at each stop of the internal combustion ⁇ machine so that the system pressure injection release pressure to the optimum for a subsequent start of the internal combustion engine inlet, which is necessary for a stop-start operation of the internal combustion engine, controlled becomes.
  • Control device 10 detected when the period
  • timer a time counter contained in the control device 100 107
  • the driver of the vehicle driven by the internal combustion engine decides to switch off the engine for a longer period of time (period of time> 2 minutes to 6 hours or 36 hours, then this would be the start of the internal combustion engine or restart required system pressure of z. B. about 150 bar up to the above-mentioned 200 bar over this period in the high-pressure accumulator 60 and thus also prevail at the high-pressure fuel injectors 70, and thus cause a tip leakage with thereby correspondingly higher emissions before a subsequent exhaust emission test ,
  • the system pressure in the high-pressure fuel injection system must now be set to the ambient pressure, i.
  • Control unit tracking in the context of the invention is to be understood as meaning the time period during which the control device 100 still remains in operation after the internal combustion engine has been switched off and stands still. This period of time, usually up to 2 minutes, is required to complete various computations after the engine stop and to write values to a non-volatile memory that will be stored at the next initialization, i. H. be used at the next start of the engine.
  • the pressure reduction valve PDV can still be closed even after the control unit has run out remain and the control device after 10 - 60, or 120 minutes for a period of a few seconds as part of a wake up function "waking" and then the pressure reduction valve PDV via signals of the controller 100 are opened, so that the system pressure is reduced and the system is depressurized ,

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechend Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem (HD_SYS) für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, welches eine Stopp-Start-Automatikfunktion (90) aufweist, mittels der die Brennkraftmaschine unabhängig von einem Eingriff des Kraftfahrzeugführers abgeschaltet und anschließend wieder gestartet werden kann, bei dem Kraftstoff mittels einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe (35) zu einem Hochdruckspeicher (60) gefördert wird, an dem mindestens ein Hochdruck-Kraftstoffinj ektor (70) angeschlossen ist zum Einspritzen von Kraftstoff in den mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine und der Druck des Kraftstoffes hochdruckseitig mit Hilfe eines elektrisch betätigten Druckabbauventils (PDV) einstellbar ist. Bei einem Stopp der Brennkraftmaschine wird das Druckabbauventil (PDV) geöffnet, bis sich ein vorgegebener Wert für einen Einspritzfreigabedruck einstellt, der einen Wiederstart nach einer Stopp-Phase innerhalb eines Stopp-Start-Zyklus sicherstellt und anschließend wird das Druckabbauventil (PDV) geschlossen. Es wird überprüft, ob innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein Wiederstart der Brennkraftmaschine erfolgt. Die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt mit dem Wert des Freigabedruckes, falls ein Wiederstart innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne vorliegt. Andernfalls wird nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne das Druckabbauventil (PDV) geöffnet, bis sich der Druck des Kraftstoffes im Hochdruckspeicher (60) auf einen Wert des Umgebungsdruckes des Kraftfahrzeugs abgebaut hat.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Hochdruck-Kraft- stoffeinspritzsystem gemäß den Patentansprüchen 1 und 7. Moderne Brennkraftmaschinen zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, sind mit Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystemen ausgestattet, mit denen der Kraftstoff mit einem Systemdruck >100 bar bis zu 250 bar direkt in die Brennräume eingespritzt wird. Dabei tritt das Problem auf, dass beim Abstellen der Brennkraftmaschine aufgrund des vorliegenden Systemdruckes im Kraftstoffvertei- lerrohr (rail) , an dem die Einspritzventile angeschlossen sind, der Druck sich langsam (über mehrere Stunden) über eine Kleinstleckage (sogenannte Tip Leakage) am Einspritzventil in die Brennräume abbaut. Dies führt bei einem Neustart der Brennkraftmaschine nach einer längeren Abstellphase, z.B. nach 6 Stunden bis 36 Stunden zu erhöhten Abgasemissionen aufgrund des zusätzlich in den Brennräumen vorhandenen Kraftstoffes.
Verschärfen wird sich dieses Problem, wenn für zukünftige Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsysteme der Maximalwert für den Systemdruck nochmals signifikant erhöht werden sollte. Um die gestiegenen Anforderungen zur Einhaltungen der Abgasemissionen und der zulässigen Anzahl der Partikel für zukünftige Gesetzgebungen (z.B. EU6c) zu erfüllen, sind Systemdruckanforde- rungen im Bereich von 350 bis zu 500 bar denkbar. Gleichzeitig ist zu erwarten, dass für den Fall eines sehr hohen Maximalwertes für den Systemdruck der Drucksetpoint über dem Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine eine deutlich höhere Variabilität (vergleichbar mit Dieselanwendungen) aufweisen wird. Dies ist notwendig, da zum einen weiterhin der derzeit gültige NEDC (New European Driving Cycle) als auch zukünftige, in Diskussion stehende Testzyklen wie RDC (Real Driving Cycle) oder WLTC (Worldwide harmonized Light Vehicles Test Cycle) zur Anwendung kommen werden. Der Real Driving Cycle (RDE) beinhaltet Arbeitspunkte der Brennkraftmaschine auch an der Volllast, wo zur Reduzierung der Partikelanzahl hohe Systemdrücke notwendig sind. Beim New European Driving Cycle (NEDC) , dagegen werden weiterhin die Systemdrücke wie heute appliziert werden.
Weiterhin wird auch die Stopp - Start Funktionalität immer mehr an Bedeutung gewinnen, die ebenfalls Bestandteil des Abgas- testzyklus ist. Mit einer solchen Start-Stopp-Automatikfunktion, kann die Brennkraftmaschine unabhängig von dem Eingriff eines Kraftfahrzeugführers automatisch abgeschaltet und, ohne den Zündschlüssel oder den Startknopf zu betätigen, auch wieder automatisch gestartet werden, beispielsweise durch Antippen des Gas- oder Kupplungspedals. Die Abschaltung der Brennkraftmaschine geschieht dabei insbesondere in längeren Leerlaufphasen, in denen die Antriebskraft der Brennkraftma¬ schine nicht benötigt wird. Auf diese Weise können, besonders im innerstädtischen Verkehr mit vielen Ampelstopps, beachtliche Kraftstoffverbrauchseinsparungen erzielt werden.
Speziell der Wiederstart bei Anwendung der Stopp - Start Funktionalität wird zukünftig bei deutlich höherem Systemdruck stattfinden, um ebenfalls die Anzahl der Partikel zu redu- zieren. Aufgrund der harten zeitlichen Anforderungen für den Wiederstart wird der benötigte Systemdruck nicht durch
Druckaufbau durch die Hochdruckpumpe, sondern durch den Systemdruck im Rail, der beim Brennkraftmaschinenstopp jeweils im Hochdrucksystem vorliegt, erfolgen.
Diese Lösung ist hinsichtlich der Tip Leakage aber kritisch, da nicht unterschieden werden kann, ob nun ein Wiederstart nach Stopp - Start oder ein Neustart nach längere Abstellzeit der Brennkraftmaschine erfolgt und sich entsprechend der vorhandene Raildruck durch eine Kleinstleckage an den Einspritzventilen in die Brennräume abbaut.
Tip Leakage kann vermieden werden, wenn der Druck im Rail beim Stopp der Brennkraftmaschine auf Umgebungsdruck reduziert wird. Dies ist jedoch nicht möglich, da heutige Systeme keine aktive Möglichkeit zum Druckabbau besitzen. D.h. man wird versuchen, beim Stopp der Brennkraftmaschine den Druck so zu applizieren, dass zum einen noch die Möglichkeit besteht, den Wiederstart für die Stopp - Start-Funktionalität zu gewährleisten und zum anderen dass, wenn das Fahrzeug abgestellt wird, der Druck im System nicht zu einer zu hohen Tip-Leakage führt. Jedoch ist dies alles nur ein Kompromiss, vermeiden lässt sich Tip Leakage nicht. Verschärft wird dieser Zustand, wenn wie oben beschrieben, die Maximalwerte für die Systemdrücke und auch die Einspritzfreigabedrücke noch steigen. Unter Einspritzfreigabedruck ist der Druckwert zu verstehen, der für den ersten Einspritzvorgang gefordert wird . Sollte für zukünftige Benzineinspritzsysteme der Systemdruck, wie oben beschrieben, signifikant steigen, so wird für diesen Fall auch ein variabler Drucksetpoint notwendig sein. Ein variabler Drucksetpoint ist nur darstellbar, wenn auf der Hochdruckseite des Systems eine aktive Druckabbaumöglichkeit vorhanden ist, da das hochdruckseitige Kraftstoffeinspritz- system, bis auf die Kleinstleckage dicht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren bzw. eine verbesserte Vorrichtung anzugeben, die einen gezielten Druckabbbau im KraftstoffVersorgungssystem einer Brennkraftmaschine erlauben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brenn- kraftmaschine mit einem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, welches eine Stopp-Start-Automatikfunktion aufweist, mittels der die
Brennkraftmaschine unabhängig von einem Eingriff des Kraft- fahrzeugführers abgeschaltet und anschließend wieder gestartet werden kann, bei dem Kraftstoff mittels einer Hochdruck- Kraftstoffpumpe zu einem Hochdruckspeicher gefördert wird, an dem mindestens ein Hochdruck-Kraftstoffinj ektor angeschlossen ist zum Einspritzen von Kraftstoff in den mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine und der Druck des Kraftstoffes hochdruckseitig mit Hilfe eines elektrisch betätigten Druck¬ abbauventils einstellbar ist. Bei einem Stopp der Brennkraft¬ maschine wird das Druckabbauventil geöffnet, bis sich ein vorgegebener Wert für einen Einspritzfreigabedruck einstellt, der einen Wiederstart nach einer Stopp-Phase innerhalb eines Stopp-Start-Zyklus sicherstellt und anschließend wird das Druckabbauventil geschlossen. Es wird überprüft, ob innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein Wiederstart der Brennkraft¬ maschine erfolgt. Die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt mit dem Wert des Freigabedruckes , falls ein Wiederstart innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne vorliegt. Andernfalls wird nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne das Druckabbauventil geöffnet, bis sich der Druck des Kraftstoffes im Hochdruckspeicher auf einen Wert des Umgebungsdruckes des Kraftfahrzeugs abgebaut hat.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung kann auf einfache Weise ein Einbringen von Kraftstoff in Form einer Kleinstleckage (Tip Leakage) in den Brennraum bei längerem Stillstand der Brennkraftmaschine sicher verhindert werden. Dadurch treten beim Wiederstart der Brennkraftmaschine keine erhöhten Emissionen auf.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung entspricht die vorgegebene Zeitspanne dem Steuergerätenachlauf, während dem sich eine die Brennkraftmaschine steuernde und oder regelnde
Steuerungseinrichtung noch in Betrieb befindet, nachdem die Brennkraftmaschine abgeschaltet wurde. Mit anderen Worten wird die Ansteuerung des Druckabbauventils auf der Hochdruckseite des Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystems bei Brennkraftmaschi¬ nenstopp mit dem Ansteuersignal für den Steuergerätenachlauf gekoppelt. Dadurch wird gezielt das Druckabbauventil bei Be¬ endigung des Steuergerätenachlaufs angesteuert um den Sys- temdruck von Einspritzfreigabedruckniveau auf Umgebungsdruck abzubauen .
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne und bei abgeschalteter, eine die Brenn- kraftmaschine steuernden und oder regelnden Steuerungseinrichtung diese kurzzeitig mittels eines wake up Signals aktiviert und mittels Signalen der Steuerungseinrichtung das Druckabbauventil geöffnet. Dadurch können ebenfalls ungewollte
Kraftstoffeinträge in die Brennräume der Brennkraftmaschine aufgrund Leckage der Hochdruck-Kraftstoffinj ektoren sicher verhindert werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Figuren der Ausfüh- rungsbeispiele . Es zeigen:
Figur 1 in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit
Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
Figur 2 in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit
Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel Elemente gleicher Konstruktion und/oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In der Figur 1 ist in schematischer Weise das Hochdruck- Kraftstoffeinspritzsystem HD_SYS einer fremdgezündeten
Brennkraftmaschine zur Einspritzung von Kraftstoff in die
Brennräume der Zylinder der Brennkraftmaschine dargestellt. Das Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem HD_SYS weist eine Kraftstoff orförderpumpe 10 (Tankpumpe) auf, bei der es sich bevorzugt um eine elektrisch betriebene Pumpe handelt und die in einem Kraftstoffvorratsbehälter 15 angeordnet ist. Der Ausgang der Kraftstoff orförderpumpe 10 ist über eine erste Nieder¬ druckzuleitung 20 und ein darin angeordnetes Kraftstofffilter 25 mit einer Kraftstoff-Hochdruckpumpeneinheit 30 verbunden. Diese weist eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 35 auf, der ein Kraft¬ stoffdämpfer 40 und ein elektrisch betätigbares Volumen- stromregelventil 45 vorgeschaltet sind. Das Volumenstromre¬ gelventil 45 ist in diesem Beispiel als digitales Einlassventil ausgeführt .
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 35 führt den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff über ein Auslassventil 50 und eine
Hochdruckleitung 55 einem Hochdruckspeicher 60 (common rail, fuel rail) zu. Das Auslassventil 50 kann als federbelastetes Rückschlagventil oder als elektrisch betätigbares Ventil (digitales Auslassventil) ausgeführt sein. Zum Ermitteln des Kraftstoffdruckes ist am Hochdruckspeicher 60 ein Drucksensor 65 vorgesehen.
An den Hochdruckspeicher 60 sind entsprechend der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine Hochdruck-Kraftstoffinj ektoren 70 an- geschlossen. In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 weist die Brennkraftmaschine 4 Zylinder und damit 4 Hochdruck-Kraftstoff- injektoren 70 auf. Die Erfindung ist aber auch bei Brennkraftmaschinen mit beliebiger Zylinderzahl anwendbar. Zum gezielten Abbau des Druckes im Hochdruck-Kraftstoffein- spritzsystem HD_SYS, sei es durch vorteilhafte, hochdynamische Druckänderungen im Zuge von zukünftigen Abgasemissionstests, wie beispielsweise dem Fahrzyklus RDC (Real Driving Cycle) , oder aus Sicherheitsgründen nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine ist in dem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem HD_SYS ein Aktuator für den aktiven Druckabbau in Form eines Druckabbauventils PDV (Pressure Decay Valve) vorgesehen. Der Ausdruck "aktiv" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Druckabbauventil PDV im Ge- gensatz zu federbelasteten Überdruckventilen, die bei Erreichen eines vorgegebenen Druckwertes automatisch öffnen, über elektrische Signale geöffnet und geschlossen werden kann. Das Druckabbauventil PDV ist in diesem ersten Ausführungsbeispiel an dem Hochdruckspeicher 60 angeordnet. Wird das Druckabbauventil PDV geöffnet, so fließt Kraftstoff über eine Rückführleitung 80 an einer Stelle stromabwärts des Kraftstofffilters 25 in die erste Niederdruckzuleitung 20 zurück. Vorteilhafter Weise ist dieses aktive Druckabbauventil als digitales ON/OFF - Ventil ausgeführt. Das aktive Druckabbauventil kann aber auch als Proportionalventil (Pressure Control Valve, PCV) ausgeführt sein .
Ferner ist der Brennkraftmaschine eine Starteinrichtung 85 zum elektrischen Starten zugeordnet, welche mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Die Starteinrichtung 85 kann dabei beispielsweise einen herkömmlichen Anlasser oder einen sogenannten integrierten Starter-Generator umfassen. Zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine ist eine
Steuerungseinrichtung 100 vorgesehen, die auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine oder einfach als Motorsteuergerät bezeichnet werden kann. Ihr sind Sensoren zuge¬ ordnet, die verschiedene Messgrößen erfassen und die Messwerte der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuerungseinrichtung 100 steuert abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen mittels Stellsignale die Stellglieder, die der Brennkraftmaschine zugeordnet sind, und denen jeweils ent- sprechende Stellantriebe zugeordnet sind.
Als relevanter Sensor ist im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere der Drucksensor 65 am Hochdruckspeicher 60 zu nennen. Signale von weiteren Sensoren die zur Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine und/oder deren Nebenaggregate nötig, aber für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig sind, sind in der Figur 1 allgemein mit dem Bezugszeichen ES gekennzeichnet . Die Stellglieder sind beispielsweise das Volumenstromregelventil 45, das Druckabbauventil PDV, die Kraftstoffvorförderpumpe 10, die Hochdruck-Kraftstoffinj ektoren 70 und die Starteinrichtung 85. Weitere Signale für Stellglieder, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine und/oder deren Nebenaggregate nötig, aber für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig sind, sind in der Figur 1 allgemein mit dem Bezugszeichen AS gekennzeichnet.
Die Steuerungseinrichtung 100 umfasst bevorzugt eine Rechen- einheit (Prozessor) 104, die mit einem Programmspeicher 105 und einem Wertespeicher (Datenspeicher) 106 gekoppelt ist. Die Recheneinheit 104, der Programmspeicher 105 und der Wertespeicher 106 können jeweils ein oder mehrere mikroelektronische Bauelemente umfassen. Alternativ können diese Komponenten teilweise oder vollständig in einem einzigen mikroelektronischen Bauteil integriert sein. In dem Programmspeicher 105 und dem Wertespeicher 106 sind Programme bzw. Werte abgespeichert, die für den Betrieb der Brennkraftmaschine nötig sind. Unter anderem sind mehrere, kennfeidbasierte Steuerungsfunktionen soft- waremäßig implementiert, insbesondere ein Verfahren zum Be¬ treiben des Hochruck-Kraftstoffeinspritzsystem HD_SYS und eine sogenannte Stopp-Start-Automatikfunktion 90, mit deren Hilfe bei Vorhandensein bestimmter Bedingungen und/oder Anforderungen die Brennkraftmaschine unabhängig von einem Fahrer des mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges automatisch gestoppt und bei Vorhandensein bestimmter Bedingungen und/oder Anforderungen gestartet wird. Die Stopp-Start-Automatikfunktion 90 ist hierzu über eine elektrische Verbindung mit der
Starteinrichtung 85 verbunden
In der Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftma¬ schine dargestellt, das sich von dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass das
Druckabbauventil PDV nicht an dem Hochdruckspeicher 60 ange- _
y
ordnet ist, sondern in die Hochdruckpumpeneinheit 30 integriert ist. Wird das Druckabbauventil PDV geöffnet, so fließt Kraftstoff über eine Rückführleitung 80' an einer Stelle stromabwärts des Kraftstofffilters 25 in die Niederdruckzuleitung 20 zurück. Die restlichen Komponenten und deren Funktion in diesem Ausführungsbeispiel sind identisch mit den Komponenten und deren Funktion des anhand der Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiels und werden daher nicht nochmal beschrieben. Im Folgenden wird erläutert, wie das Druckabbauventil PDV in sehr effektiver Weise zusätzlich zur Vermeidung der Tip Leakage genutzt werden kann. Weiterhin kann mittels des Druckabbau¬ ventils PDV aber auch der optimale und reproduzierbare
Einspritzfreigabedruck für den Wiederstart nach einer
Stopp-Start-Phase der Brennkraftmaschine eingestellt werden.
Das Druckabbauventil PDV auf der Hochdruckseite des Kraft¬ stoffeinspritzsystems wird bei jedem Stopp der Brennkraftma¬ schine so angesteuert, dass der Systemdruck auf den für einen nachfolgenden Start der Brennkraftmaschine optimalen Ein- spritzfreigabedruck, der für einen Stopp-Start Betrieb der Brennkraftmaschine nötig ist, eingeregelt wird.
Liegt nun ein Wiederstart der Brennkraftmaschine nach einer Stopp-Start Phase vor, dann kann der Wiederstart mit dem optimalen Druck erfolgen und somit liegen auch
optimale Vorausaussetzungen für die Verbrennung vor. Ein solcher Wiederstart der Brennkraftmaschine wird von der
Steuerungseinrichtung 10 erkannt, wenn der Zeitraum,
innerhalb dessen die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist, höchstens 2 Minuten beträgt. Diese Zeitspanne kann
beispielsweise mittels eines in der Steuerungseinrichtung 100 enthaltenen Zeitzählers 107 (timer) ermittelt werden. Entscheidet sich der Fahrer des mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs aber den Motor für einen längeren Zeitraum abzustellen (Zeitraum >2 Minuten bis 6 Stunden oder 36 Stunden, so würde nun der für den Start der Brennkraftmaschine bzw. Wiederstart erforderliche Systemdruck von z. B. ca. 150 bar bis zu den eingangs erwähnten 200 bar über diesen Zeitraum im Hochdruckspeicher 60 und damit auch an den Hochdruck-Kraftstoff- injektoren 70 herrschen, und somit auch vor einem darauf- folgenden Abgasemissionstest eine Tip Leakage mit dadurch entsprechend höheren Emissionen verursachen.
In diesem Fall (Stopp der Brennkraftmaschine länger als 2 Minuten) muss nun der Systemdruck im Hochdruck- Kraft- Stoffeinspritzsystems auf den Umgebungsdruck aktiv, d.h.
durch einen gezielten, äußeren Eingriff abgebaut werden, um eine Leckage in den Brennraum zu vermeiden. Dieses Absenken auf Umgebungsdruck kann folgendermaßen realisiert werden. Die elektrische Ansteuerung des Druckabbauventils PDV wird über die gleiche Spannungsversorgung realisiert, wie für den Steuergerätenachlauf realisiert wird. Unter dem Begriff
Steuergerätenachlauf ist im Rahmen der Erfindung die Zeitspanne zu verstehen, während der die Steuerungseinrichtung 100 noch in Betrieb bleibt, nachdem die Brennkraftmaschine abgeschaltet wurde und stillsteht. Dieser Zeitraum, üblicherweise bis zu 2 Minuten, wird benötigt, um verschiedene Rechenoperationen nach dem Brennkraftmaschinenstopp abzuschließen und Werte in einen nichtflüchtigen Speicher zu schreiben, die bei der nächsten Initialisierung, d. h. beim nächsten Start der Brennkraftmaschine gebraucht werden.
Erfolgt in diesem Zeitraum des Steuergerätenachlaufs kein Wiederstart der Brennkraftmaschine, wird mit Beendigung des Steuergerätenachlaufs ein Ansteuersignal an das Druckab¬ bauventil PDV angelegt, um dieses zu öffnen und damit das Hochdruck-Kraftststoffeinspritzsystem hydraulisch drucklos zu schalten und den Druck im Hochdruckspeicher abzubauen. Die sogenannte Tip-Leakage in den Brennraum der Brennkraftmaschine wird somit vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Druckabbauventil PDV auch nach Ablauf des Steuergerätenachlaufs noch geschlossen bleiben und die Steuerungseinrichtung nach 10 - 60, oder 120 Minuten für einen Zeitraum von wenigen Sekunden im Rahmen einer wake up Funktion "aufgeweckt" werden und anschließend das Druckabbauventil PDV über Signale der Steuerungseinrichtung 100 geöffnet werden, damit der Systemdruck abgebaut und das System drucklos wird.
Bezugs zeichen- /Begriffsliste
10 KraftStoff orförderpumpe
15 Kraftstoff orratsbehälter
20 Niederdruckzuleitung
25 Kraftstofffilter
30 Kraftstoff-Hochdruckpumpeneinheit
35 Hochdruck-Kraftstoffpumpe
40 Kraftstoffdämpfer
45 Volumenstromregelventil, digitales Einlassventil
50 Auslassventil
55 Hochdruckleitung
60 Hochdruckspeicher (common rail, fuel rail)
65 Drucksensor
70 Hochdruck-Kraftstoffinj ektor
80, 80' Rückführleitung
85 Starteinrichtung
90 Stopp-Start-Automatikfunktion
100 Steuerungseinrichtung
104 Recheneinheit (Prozessor)
105 Programmspeicher
106 Wertespeicher (Datenspeicher)
107 Zeitzähler, timer HD_SYS Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem
PDV Druckabbauventil, Pressure Decay Valve
ES Eingangssignale
AS Ausgangssignale
PDV Druckabbauventil

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem (HD_SYS) für eine Brenn- kraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, welches eine
Stopp-Start-Automatikfunktion (90) aufweist, mittels der die Brennkraftmaschine unabhängig von einem Eingriff des
Kraftfahrzeugführers abgeschaltet und anschließend wieder gestartet werden kann, bei dem Kraftstoff mittels einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe (35) zu einem Hochdruckspeicher
(60) gefördert wird, an dem mindestens ein Hocdruck-Kraft- stoffinj ektor (70) angeschlossen ist zum Einspritzen von Kraftstoff in den mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine und der Druck des Kraftstoffes hochdruckseitig mit Hilfe eines elektrisch betätigten Druckabbauventils (PDV) einstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- bei einem Stopp der Brennkraftmaschine das Druckabbauventil (PDV) geöffnet wird, bis sich ein vorgegebener Wert für einen Einspritzfreigabedruck einstellt, der einen Wiederstart nach einer Stopp-Phase innerhalb eines Stopp-Start-Zyklus si¬ cherstellt und anschließend das Druckabbauventil (PDV) ge¬ schlossen wird,
- überprüft wird, ob innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein Wiederstart der Brennkraftmaschine erfolgt,
- die Einspritzung des Kraftstoffes mit dem Wert des Freiga¬ bedruckes erfolgt, falls ein Wiederstart innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne vorliegt,
- andernfalls nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne das
Druckabbauventil (PDV) geöffnet wird, bis sich der Druck des
Kraftstoffes im Hochdruckspeicher (60) auf einen Wert des Umgebungsdruckes des Kraftfahrzeugs abgebaut hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeitspanne dem Steuergerätenachlauf entspricht, während dem sich eine die Brennkraftmaschine steuernde und oder regelnde Steuerungseinrichtung (100) noch in Betrieb befindet, nachdem die Brennkraftmaschine abgeschaltet wurde. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne und bei abgeschalteter, eine die Brennkraftmaschine steuernden und oder regelnden Steuerungseinrichtung (100) diese kurzzeitig mittels eines wake up Signals aktiviert wird und mittels Signalen der Steuerungseinrichtung (100) Druckabbauventil (PDV) geöffnet wird .
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne zwischen 1 und 3 Minuten beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne zwischen 10 und 120 Minuten beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Hochdruckspeicher (60) mittels eines Drucksensors (65) erfasst wird.
Vorrichtung zum Betreiben eines Kraftstoff-Hochdruck- speichereinspritzsystems (HD_SYS) für eine Brennkraftma¬ schine eines Kraftfahrzeuges, welches eine Stopp-Start-Auto¬ matikfunktion ( 90 ) aufweist, mittels der die Brennkraftma¬ schine unabhängig von einem Eingriff des Kraftfahrzeugführers abgeschaltet und anschließend wieder gestartet werden kann, bei dem Kraftstoff mittels einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe
(35) zu einem Hochdruckspeicher ( 60 ) gefördert wird, an dem mindestens ein Hochdruck-Kraftstoffinj ektor (70) angeschlossen ist zum Einspritzen von Kraftstoff in mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine und der Druck des Kraftstoffes hochdruckseitig mit Hilfe eines elektrisch betätigten Druckabbauventil (PDV) eingestellt wird, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist,
bei einem Stopp der Brennkraftmaschine das Druckabbauventil
(PDV) zu öffnen, bis sich ein vorgegebener Wert für einen Einspritzfreigabedruck einstellt, der einen Wiederstart nach einer Stopp-Phase innerhalb eines Stopp-Start-Zyklus si¬ cherstellt und anschließend das Druckabbauventil (PDV) zu schließen, - zu überprüfen, ob innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein Wiederstart der Brennkraftmaschine erfolgt,
- eine Einspritzung des Kraftstoffes mit dem Wert des Frei¬ gabedruckes durchzuführen, falls ein Wiederstart innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne vorliegt,
- andernfalls nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne das
Druckabbauventil (PDV) zu öffnen, bis sich der Druck des Kraftstoffes im Hochdruckspeicher (60) auf einen Wert des Umgebungsdruckes des Kraftfahrzeugs abgebaut hat.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckabbauventil (PDV) an dem Hochdruckspeicher (60) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckabbauventil (PDV) an dem Ausgang der Hochdruck-Kraft¬ stoffpumpe (35) angeordnet ist.
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