DE10058057A1 - Verfahren zum schnelleren Erwärmen einer Brennkraftmaschine in einer Startphase - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum schnelleren Erwärmen einer Brennkraftmaschine in einer Startphase wird die Brennkraftmaschine über Injektoren (12) mit Kraftstoff versorgt, wobei der Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe (6) verdichtet und zu den Injektoren (12) gefördert wird und wobei in einer Hochdruckleitung (10) zwischen Hochdruckpumpe (6) und Injektoren (12) wenigstens ein Druckregelventil (24) vorgesehen ist, dessen Ausgang mit einem Tank (2) in Verbindung steht und das zur Regelung des Kraftstoffdrucks an den Injektoren (12) dient. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass der vom Ausgang des Druckregelventils (24) abgegebene und zum Tank (2) geleitete Kraftstoff über einen Wärmetauscher (34) geleitet wird, und dass der Wärmetauscher (34) in der Startphase der Brennkraftmaschine in einen Kühlkreislauf (36) der Brennkraftmaschine eingebunden ist und seine überschüssige Wärme über den Kühlkreislauf (36) an das Kühlwasser der Brennkraftmaschine abgibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnelleren Erwärmen einer Brennkraftmaschine in einer Startphase gemäß dem Ober­ begriff des unabhängigen Anspruches.

Kraftfahrzeuge werden im Allgemeinen über die Abwärme der Brennkraftmaschine und/oder über einen zusätzlichen Zuheizer erwärmt. Eine weitere Ausnutzung der Abwärme wird dadurch er­ reicht, dass die Abwärme der Brennkraftmaschine in einem se­ paraten Wärmespeicher gespeichert wird und bei einem kalten Fahrzeug zur schnelleren Erwärmung des Innenraumes und/oder zur schnelleren Erwärmung des Kühlkreislaufes der Brennkraft­ maschine wieder zur Verfügung gestellt wird.

Aus dem Artikel "Mehr Comfort und Sicherheit - neuer Zuheizer von Webasto" Günther Hammerschmid, TZ/MTZ Sonderausgabe, 1997, ist ein Zuheizer bekannt, der Diesel verbrennt und da­ durch zusätzlich zur Brennkraftmaschine den Kühlwasserkreis­ lauf des Kraftfahrzeuges erwärmt. Dadurch wird eine schnelle­ re Aufheizung des Innenraumes, insbesondere bei niedrigen Au­ ßentemperaturen ermöglicht. Der Zuheizer stellt jedoch ein weiteres Bauelement dar, dass zusätzliche Kosten beansprucht.

Aus DE 44 20 043 C1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Injektoren als Wärmetauscher zur schnelleren Erwärmung des einzuspritzenden Dieselkraftstoffs wirken. Ab einer bestimm­ ten Temperatur kann zudem wahlweise auch über die Spülleckage an den Injektoren eine Kühlung der eingespritzten Kraftstoff­ menge stattfinden. Der Leckagekreislauf wird im Nebenstrom durch die Injektoren geleitet und wird im Kraftstofffilter mit dem aus dem Tank angesaugten Kraftstoff gemischt. Ein Verfahren zur Erwärmung des Kraftstoffes durch die als Wärme­ tauscher wirkenden Injektoren ist weiterhin aus der DE 197 14 488 C1 bekannt. Die Kraftstoffleckage soll dabei die Injekto­ ren erwärmen und sich mit den vom Tank angesaugten kalten Kraftstoff im Kraftstofffilter mischen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, während der Start­ phase die Brennkraftmaschine schneller zu erwärmen.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des unab­ hängigen Anspruches gelöst. Ein wesentlicher Vorteil der Er­ findung besteht darin, dass die Kraftstoffmenge, die von ei­ nem Einspritzsystem verdichtet und anschließend abgegeben wird, ohne in die Brennkraftmaschine eingespritzt zu werden, als Wärmequelle zum Erwärmen eines Kühlkreislaufes der Brenn­ kraftmaschine verwendet wird. Dadurch kann die Brennkraftma­ schine nach dem Start schneller auf ihre Betriebstemperatur gebracht werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass mit der schnelleren Erreichung einer Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine deren Abgasreinigungssysteme ebenfalls schneller ihre Betriebstemperatur und somit in kürzerer Zeit ihren optimalen Betriebspunkt erreichen, bei dem Katalysato­ ren ihre volle Reinigungswirkung des ausgestoßenen Abgases entfalten.

Die Menge an verdichtetem und damit stark erwärmtem Kraft­ stoff kann dadurch erhöht werden, dass bei noch nicht be­ triebswarmer Brennkraftmaschine eine Hochdruckpumpe derart angesteuert wird, dass mehr Kraftstoff gefördert wird als an sich zum Einspritzen notwendig wäre. Dieser überschüssige Kraftstoff steht dann zur schnelleren Erwärmung der Brenn­ kraftmaschine zur Verfügung.

Bei betriebswarmer Brennkraftmaschine kann dann das im Tempe­ raturniveau typischerweise unter dem des abgesteuerten Kraft­ stoffs liegende Kühlwasser mittels Wärmetauscher dazu genutzt werden, den Kraftstoff zu kühlen, bevor er in den Tank gelei­ tet wird, um auf diese Weise für ein insgesamt geringeres Temperaturniveau im Kraftstofftank zu sorgen. Ebenso möglich und vorteilhaft ist jedoch auch eine Erwärmung eines Wärme­ speichers, dessen gespeicherter Energieinhalt bei einem spä­ teren Wiederstart der Brennkraftmaschine zu deren schnellerer Erwärmung genutzt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der einzigen Figur nä­ her erläutert.

Die Figur zeigt einen Kraftstofftank 2, aus dem über eine Vorförderpumpe 4 einer Hochdruckpumpe 6 Kraftstoff zugeführt wird. Zwischen der Hochdruckpumpe 6 und der Vorförderpumpe 4 ist eine Leitung zu einem Vordruckventil 8 vorgesehen, mit­ tels dessen ein gewünschter Vordruck zwischen der Vorförder­ pumpe 4 und der Hochdruckpumpe 6 einstellbar ist. Dieses teilweise auch als Volumenstromregelventil bezeichnete Vor­ druckventil 8 kann ggf. auch entfallen, ohne dass die grund­ sätzliche Funktion der Kraftstofffördereinrichtung beein­ trächtigt wäre.

Die Hochdruckpumpe 6 ist mit einem Ausgang an einen Kraft­ stoffspeicher 10 angeschlossen, der mit Injektoren 12 in Ver­ bindung steht, die jeweils den Brennräumen 14 einer Brenn­ kraftmaschine zugeordnet sind. Der Kraftstoffspeicher 10 steht mit einem steuerbaren Druckregelventil 24 in Verbin­ dung, dessen Ausgang zu einem Eingang eines Schaltventils 30 geführt ist. Dieses teilweise auch als Raildruckventil be­ zeichnete Druckregelventil 24 kann ebenso direkt mit dem Aus­ gang der Hochdruckpumpe 6 in Verbindung stehen bzw. mit die­ ser in einer Baueinheit zusammengefasst sein, ohne dass sich dadurch an der grundsätzlichen Funktion der dargestellten Kraftstofffördereinrichtung etwas ändert. Ebenso kann je nach gewünschter Bauart auch das Vordruckventil 8 in einer Bauein­ heit mit der Hochdruckpumpe zusammengefasst sein. Diese mög­ liche konstruktive Zusammenfassung von Hochdruckpumpe 6, Vor­ druckventil 8 und Raildruck- bzw. Druckregelventil 24 ist durch eine strichpunktierte Linie in der Figur angedeutet.

Die Injektoren 12 weisen jeweils Leckageanschlüsse auf, die in einer gemeinsamen Leckageleitung 22 münden. Über diese Le­ ckageanschlüsse und die Leckageleitung 22 wird Kraftstoff, der aus den Injektoren 12 über Undichtigkeiten entweicht, zum Schaltventil 30 geführt. Diese Undichtigkeiten in den Injek­ toren 12 bestehen im wesentlichen aus Dichtspalten, bspw. zwischen einer Bohrung im Injektorkörper zur Führung eines darin gleitenden zylindrischen Abschnittes einer Düsennadel. Mit Undichtigkeiten sind im vorliegenden Zusammenhang jedoch ebenso Spalt- oder sonstige Leckagen innerhalb des Vordruck­ ventils 8 und/oder des Druckregelventils 24 und/oder der Hochdruckpumpe 6 gemeint. Diese Leckageleitungen, die an sich ebenfalls in die Leitung 22 münden würden, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur nicht dargestellt. Es soll jedoch betont werden, dass mit Undichtigkeiten und Leckagen alle diese genannten Komponenten umfasst sind.

Das als steuerbares 3/2-Wegeventil ausgeführte Schaltventil 30 weist einen ersten Ausgang 31 und einen zweiten Ausgang 32 auf, wobei der erste Ausgang 31 über einen ersten Wärmetau­ scher 34 zum Kraftstofftank 2 geführt ist. Der zweite Ausgang 32 des Schaltventils 30 ist direkt zum Kraftstofftank 2 ge­ führt. Je nach Schaltstellung verbindet das Schaltventil 30 den Eingang mit dem ersten Ausgang 31 oder mit dem zweiten Ausgang 32.

Der erste Wärmetauscher 34 ist mit einer Ableitung 38 an ei­ nen zweiten Wärmetauscher 36 angeschlossen. Vom zweiten Wär­ metauscher 36 geht eine Zuleitung 40 zum ersten Wärmetauscher 34 zurück. Die vom Kraftstoff an den ersten Wärmetauscher 34 abgegebenen Wärme wird über die Zu- und Ableitung 40, 38 an den zweiten Wärmetauscher 36 übertragen. In dem Wärmetausch­ kreislauf zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher fließt ein Wärmetransportmedium. Der zweite Wärmetauscher 36 stellt dabei vorzugsweise einen Motorkühlkreislauf dar, wobei im kalten Zustand der Brennkraftmaschine vorzugsweise nur ein motorinterner Kreislauf besteht, und erst bei erwärmter Brennkraftmaschine bzw. bei erwärmtem Kühlmedium zusätzlich ein Motorkühler der Brennkraftmaschine in diesem Kühlkreis­ lauf mit einbezogen ist. Dieser Kühlkreislauf 36 sorgt somit für eine optimale Temperierung der Brennkraftmaschine.

Es ist weiterhin eine Auswerte- und Steuereinheit 20 vorgese­ hen, die über eine erste Steuerleitung 15 mit der Hochdruck­ pumpe 6, über zweite Steuerleitungen 16 mit den Injektoren 12, über eine dritte Steuerleitung 17 mit dem Raildruck- bzw. Druckregelventil 24 und über eine vierte Steuerleitung 18 mit dem Schaltventil 30 verbunden ist. Zudem ist ein Temperatur­ sensor 28 am zweiten Wärmetauscher 36 des Kraftfahrzeuges vorgesehen, der mit der Auswerte- und Steuereinheit 20 in Verbindung steht. Dieser Temperatursensor 28 erfasst jeder­ zeit die Temperatur des den zweiten Wärmetauscher 36 durch­ strömenden Kühlwassers der Brennkraftmaschine. Die Steuerlei­ tung 15 steht im dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Hochdruckpumpe 6 in Verbindung. Ebenso möglich und üblich ist jedoch auch eine Ansteuerung des Vordruckventils 8 über die Auswerte- und Steuereinheit 20, die hier jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.

Weiterhin ist ein Drucksensor 26 am Kraftstoffspeicher 10 vorgesehen, der den im Kraftstoffspeicher 10 vorliegenden Druck an die Auswerte- und Steuereinheit 20 meldet.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll im folgenden unter Bezug­ nahme auf die Figur erläutert werden. Die Auswerte- und Steu­ ereinheit 20 steuert die Hochdruckpumpe 6 bzw. das Vordruck­ ventil 8 derart, dass im Kraftstoffspeicher 10 ein Solldruck vorliegt, der zum Betreiben der Brennkraftmaschine notwendig ist. Sinkt bspw. der zum Betreiben der Brennkraftmaschine be­ nötigte Solldruck, so steuert die Auswerte- und Steuereinheit 20 die Hochdruckpumpe bzw. das Vordruckventil 8 derart, dass so viel Kraftstoff abgegeben wird, bis der Druck im Kraft­ stoffspeicher 10 dem Solldruck entspricht.

Liegt die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges unter einer Mindesttemperatur von beispiels­ weise 60 bis 80°C, so steuert die Auswerte- und Steuerein­ heit 20 das Schaltventil 30 derart an, dass die vom Raildruck- bzw. Druckregelventil 24 abgegebene Kraftstoffmen­ ge und die über die Leckage der Injektoren 12 und/oder der Ventile 8, 24 abgegebene Kraftstoffmenge über den ersten Wär­ metauscher 34 zum Kraftstofftank 2 zurückgeführt wird. Das Druckregelventil 24 steuert abhängig von dem von der Auswer­ te- und Steuereinheit 20 vorgegebenen Druck Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 10 ab.

Die abgegebene Kraftstoffmenge gibt Wärme an den ersten Wär­ metauscher 34 ab, der wiederum den zweiten Wärmetauscher 36 erwärmt, von dem aus die zusätzliche Wärme über das Kühlmedi­ um für eine schnellere Erreichung der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine sorgt.

Vorzugsweise steuert die Auswerte- und Steuereinheit 20 in einer Warmlaufphase den Kraftstoffzufluss zum Kraftstoffspei­ cher 10 in der Weise, dass dem Kraftstoffspeicher 10 mehr Kraftstoff zugeführt wird, als für das Betreiben der Brenn­ kraftmaschine notwendig ist. Der überflüssige Kraftstoff wird über das Druckregelventil 24 und den ersten Wärmetauscher 34 wieder zum Kraftstofftank 2 zurückgeführt. Auf diese Weise wird die von der Hochdruckpumpe 6 erzeugte Energie unmittel­ bar zum Erwärmen des ersten Wärmetauschers 34 und damit des zweiten Wärmetauschers 36 eingesetzt. Dies ermöglicht insbe­ sondere bei direkt einspritzenden Dieselbrennkraftmaschinen auch im Winter eine relativ schnelle Erreichung der Betriebs­ temperatur der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird anstelle des zwei­ ten Wärmetauschers 36 ein - hier nicht dargestellter - Wärme­ speicher mit Wärme versorgt. Der Wärmespeicher speichert die Wärme und gibt die Wärme auf einen Steuerbefehl der Auswerte- und Steuereinheit 20 hin entweder an das Kühlsystem der Brennkraftmaschine oder an den Innenraum des Kraftfahrzeuges ab. Dies wird vorzugsweise dadurch realisiert, dass der erste Wärmetauscher 34 über einen Wärmetauschkreislauf mit dem Wär­ mespeicher in Verbindung steht. Die Verwendung des Wärmespei­ chers bietet den Vorteil, dass auch bei einer ausreichend warmen Brennkraftmaschine die Wärmeenergie, die mit dem Kraftstoff über das Druckregelventil 24 aus dem Kraftstoff­ speicher 10 abgegeben wird, und die Wärmeenergie, die über die Leckage aus den Injektoren 12 abgegeben wird, nicht zur Erwärmung des Kraftstofftankes 2, sondern zur Erwärmung des Wärmespeichers genutzt wird.

Vorzugsweise wird zwischen der Wärmeabgabe an den zweiten Wärmetauscher 36 und der Wärmeabgabe in den Wärmespeicher abhängig von der Temperatur des Kühlmediums im zweiten Wärme­ tauscher 36 umgeschaltet.

Liegt die Temperatur des Kühlwassers über der beispielhaften Vergleichstemperatur von 60°C, so wird der Wärmespeicher von dem über das Druckregelventil 24 abgegebenen Kraftstoff er­ wärmt. Auf diese Weise wird auch bei einer betriebswarmen Brennkraftmaschine die von der Hochdruckpumpe 6 für die Kraftstoffeinspritzung unnötig aufgewendete Energie im Wärme­ speicher zwischengespeichert.

Der über die Leckageleitung 22 von den Injektoren 12 und/o­ der den Ventilen 8, 24 abgegebene Kraftstoff können auch un­ abhängig voneinander zur Erwärmung der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges verwendet werden.

Nicht nur in der Warmlaufphase, sondern auch bei betriebswar­ mer Brennkraftmaschine kann durch die über den Kühlkreislauf aus erstem Wärmetauscher 34 und zweitem Wärmetauscher 36 dem Kraftstoff entzogenen Wärmeenergie die Temperatur des Kraft­ stoffes im Kraftstofftank 2 und damit des in die Brennkraft­ maschine eingespritzten Kraftstoffes gesenkt werden.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Einspritzsysteme mit einem Kraftstoffspeicher begrenzt, sondern kann auf jedes Einspritzsystem angewendet werden, das einen Injektor mit ei­ ner Leckage aufweist. Generell beschränkt sich die Erfindung in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele; vielmehr sind mehrere Vari­ anten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (6)

1. Verfahren zum schnelleren Erwärmen einer Brennkraftmaschi­ ne in einer Startphase,
bei dem die Brennkraftmaschine über Injektoren (12) mit Kraftstoff versorgt wird,
wobei der Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe (6) verdich­ tet und zu den Injektoren (12) gefördert wird, und
wobei in einer Hochdruckleitung (10) zwischen Hochdruckpum­ pe (6) und Injektoren (12) wenigstens ein Druckregelventil (24) vorgesehen ist, dessen Ausgang mit einem Tank (2) in Verbindung steht, und das zur Regelung des Kraftstoffdrucks an den Injektoren (12) dient,
dadurch gekennzeichnet,
dass der vom Ausgang des Druckregelventils (24) abgegebene und zum Tank (2) geleitete Kraftstoff über einen Wärmetau­ scher (34) geleitet wird, und
dass der Wärmetauscher (34) in der Startphase der Brenn­ kraftmaschine in einen Kühlkreislauf (36) der Brennkraftma­ schine eingebunden ist und seine überschüssige Wärme über den Kühlkreislauf (36) an das Kühlwasser der Brennkraftmaschine abgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine dem Kraftstoff­ speicher (10) mehr Kraftstoff zugeführt wird als für das Betreiben der Brennkraftmaschine notwendig ist, und dass der zuviel zugeführte Kraftstoff über ein Druckregelventil (24) abgegeben und über den Wärmetauscher (34) geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlicher Kraftstoff aufgrund von Undichtigkeiten in den Injektoren (12) und/oder dem Druckregelventil (24) über den Wärmetauscher (34) dem Tank (2) zugeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zusätzlicher Kraftstoff aufgrund von Undichtigkeiten in der Hochdruckpumpe (6) und/oder in einem vor der Hochdruckpumpe (6) angeordneten Vordruckventil (8) über den Wärmetauscher (34) dem Tank (2) zugeleitet wird.

5. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium des zweiten Wärmetauschers (36) vom abgegebenen überschüssigen Kraftstoff erwärmt wird, wenn die Temperatur des Kühlmediums unter einer Vergleichstemperatur liegt.

6. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmespeicher des Kraftfahrzeuges von der abgegebenen Wärme des Kraftstoffs er­ wärmt wird, wenn die Temperatur im Innenraum oder die Tempe­ ratur des Kühlwassers über einer Vergleichstemperatur liegt.