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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versorgen einer Brennkraftmaschine mit unter Hochdruck versetztem Kraftstoff(gas) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Somit wird der Kraftstoff entweder unmittelbar durch eine Hochdruckpumpe oder aus einem Hochdruckspeicher bereitgestellt.
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Das Konzept der Verwendung eines Hochdruckspeichers zusätzlich zur Hochdruckpumpe ist aus der
DE 195 47 877 A1 bekannt. Der dort als Kraftstoffzusatzspeicher bezeichnete Hochdruckspeicher wird hierbei wie folgt eingesetzt: Bei einem Lastwechsel von einem hohen auf einen niedrigen Einspritzdruck in einem Kraftstoffeinspritzsystem wird ein Sitzventil geschlossen, sodass im Kraftstoffzusatzspeicher der hohe Kraftstoffdruck erhalten bleibt. Bei einem Lastwechsel von einem niedrigen auf einen hohen Einspritzdruck wird das Sitzventil geöffnet, wodurch Kraftstoff aus dem Kraftstoffzusatzspeicher in einen Kraftstoffhauptspeicher strömt und dort den Kraftstoffdruck anhebt. Dadurch verkürzt sich beim Lastwechsel von einem niedrigen auf einen hohen Einspritzdruck die für den Druckaufbau notwendige Zeitspanne erheblich.
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Bei der
DE 195 47 877 A1 geht es somit um eine Druckregelung. Die Möglichkeiten Kraftstoff einzusparen, spielen allenfalls als zufällige Nebeneffekte eine Rolle.
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Es ist ein ständiges Ziel, beim Betrieb einer Brennkraftmaschine möglichst wenig Kraftstoff zu verbrauchen. Es ist hierbei bekannt, im Schubbetrieb oder im Bremsbetrieb elektrische Energie zu gewinnen und diese in einem Speicher für elektrische Energie vorzuhalten, um sie später nutzen zu können.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen weiteren Weg aufzuzeigen, wie Kraftstoff eingespart werden kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 2 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Hochdruckspeicher immer dann (bevorzugt nur dann) von der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllt, wenn die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb arbeitet oder abgebremst wird. Zumindest ein Teil des Kraftstoffs aus dem Hochdruckspeicher wird nachfolgend in einem Lastbetrieb der Brennkraftmaschine selbiger zugeführt.
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Durch die Erfindung wird anstatt einer Druckregelung eine Leistungsregelung vorgenommen: Insbesondere arbeitet die Hochdruckpumpe im Schubbetrieb weiter, auch wenn an sich durch die Brennkraftmaschine dieser hohe Druck gar nicht benötigt wird; sie arbeitet, um Kraftstoff auf Vorrat unter hohen Druck zu versetzen, denn der unter hohem Druck stehende Kraftstoff beinhaltet die Energie, die zum unter Druck setzen notwendig ist; und diese Energie wird im Schubbetrieb oder beim Bremsen der Brennkraftmaschine bzw. des zugehörigen Kraftfahrzeugs rekuperiert; auf diese Weise kann insgesamt Kraftstoff eingespart werden, denn die Energie im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs oder beim Abbremsen der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs steht gewissermaßen kostenfrei zur Verfügung. Entweder kann elektrische Energie für die Hochdruckpumpe unmittelbar im Schubbetrieb bzw. beim Abbremsen generiert werden oder aber die Hochdruckpumpe wird unmittelbar durch die Brennkraftmaschine angetrieben; in beiden Fällen ist ein Energiegewinn zu verzeichnen. Es wird zumindest Bewegungsenergie der Brennkraftmaschine, bevorzugt des zugehörigen Kraftfahrzeugs, rekuperiert.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine Brennkraftmaschine, einen Kraftstofftank, eine Hochdruckpumpe zum Versetzen von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank unter Hochdruck (also unter insbesondere höheren Druck als im Kraftstofftank, nämlich typischerweise von mindestens 500bar bis gegebenenfalls weit über 2000bar), und einen Hochdruckspeicher für Kraftstoff, der über ein Regelventil mit der Hochdruckpumpe und der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Es gibt ferner eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Hochdruckpumpe und des Regelventils, und diese ist erfindungsgemäß dazu ausgelegt, insbesondere als Datenverarbeitungseinrichtung geeignet programmiert, einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs zu erfassen und beim Schubbetrieb oder einem Abgebremstwerden der Brennkraftmaschine (bzw. des Kraftfahrzeugs) immer ein Befüllen des Hockdruckspeichers mit Kraftstoff aus der Hochdruckpumpe zu bewirken und bei Lastbetrieb der Brennkraftmaschine ein Abführen Von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher zu bewirken. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug realisiert somit die Steuereinrichtung das erfindungsgemäße Verfahren.
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Gegebenenfalls ist eine geeignete Maßnahme getroffen, um Energie des Kraftfahrzeugs oder auch nur der Brennkraftmaschine zu rekuperieren und diese der Hochdruckpumpe zuzuführen. Beispielsweise kann ein Generator in dem Kraftfahrzeug vorgesehen sein, der im Schubbetrieb oder beim Abgebremstwerden der Brennkraftmaschine Energie rekuperiert und diese unmittelbar der Hochdruckpumpe zuführt, damit diese weiter arbeitet. Genauso kann die Hochdruckpumpe auch in geeigneter Weise mechanisch mit der Brennkraftmaschine gekoppelt sein und bei deren Arbeiten im Schubbetrieb oder ihrem Abgebremstwerden weiter arbeiten.
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Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in der
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1 ein Schemabild zur Erläuterung von für die Beschreibung der Erfindung wesentlichen Bauteilen eines erfindungsgemäßen Kraftwagens ist und
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2 ein Flussschaubild zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
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1 zeigt eine Kraftstoffzufuhreinrichtung für die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Vorliegend werde unter hohem Druck von über 2000bar stehender Kraftstoff über Injektoren 10 in Zylinder einer in 1 nicht gezeigten Brennkraftmaschine injiziert. Der Kraftstoff wird über ein Verteilerrohr (auch als „Rail” bezeichnet) 12 sämtlichen Injektoren 10 zugeführt. Der Kraftstoff stammt aus einem Kraftstofftank 14. Über einen Luftfilter 16 wird er mittels einer Kraftstoffförderpumpe 18 gefördert und über ein Druckregelventil 20 einer Hochdruckkolbenpumpe 22 zugeführt, die ihn unter den entsprechend hohen Druck versetzt. Ein Temperatursensor 24 misst die Temperatur des Kraftstoffs vor seinem Unterdruckversetzen, ein Drucksensor 26 den Hochdruck. Die Messwerte werden einer zentralen Steuereinrichtung 28 zugeführt, die außerdem über Sensorzuführleitungen 30 von einer Vielzahl von Sensoren Informationen über den Betriebszustand eines Kraftfahrzeugs bzw. einzelner Funktionskomponenten desselben erhält. Die Steuereinrichtung 28 steuert die Brennkraftmaschine an sowie weitere funktionelle Bauteile, z. B. das Druckregelventil 20.
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Der von der Hochdruckkolbenpumpe 22 unter Druck gesetzte Kraftstoff kann einerseits dem Verteilerrohr 12 zugeführt werden, andererseits ist die Verbindungsleitung 32 zwischen der Hochdruckkolbenpumpe 22 und dem Verteilerrohr 12 auch mit einem Hochdruckspeicher 34 gekoppelt, der als Membranspeicher, Blasenspeicher und/oder Zylinderspeicher ausgelegt werden kann. Die Kopplung erfolgt über ein Regelventil 36, das von der zentralen Steuereinrichtung 28 angesteuert wird, und zwar wie folgt:
Das Verfahren beginnt in Schritt S10 mit dem Start des Kraftfahrzeugs. In Schritt S12 wird sodann geprüft, ob in dem Hochdruckspeicher 34 ein ausreichender Druck herrscht, was z. B. durch eine Sensorleitung 38 der zentralen Steuereinheit 28 mitgeteilt wird. Zumindest beim ersten Start des Kraftfahrzeugs ist nicht oder nicht ausreichend viel Kraftstoff im Hochdruckspeicher 34 gespeichert.
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In Schritt S14 wird daher ein Pumpen der Hochdruckkolbenpumpe 22 dahingehend bewirkt, dass der von dem Drucksensor 26 erfasste Druck einen vorbestimmten Wert erreicht. Die Pumpleistung wird entsprechend angepasst. Das Kraftfahrzeug ist irgendwann beschleunigt und gerät nachfolgend wieder in einen Schubbetrieb, also einen Betrieb, bei dem keine Beschleunigung erforderlich ist, sondern das Kraftfahrzeug ausrollt, gegebenenfalls wird vom Fahrzeugführer oder durch ein Steuersystem aktiv gebremst. In Schritt S16 wird geprüft, ob ein solcher Betriebszustand erreicht ist. Solange dies nicht der Fall ist, wird der Schritt S14 weiterhin durchgeführt, und die Pumpleistung der Hochdruckkolbenpumpe 22 in Abhängigkeit von dem notwendigen Druck für das Verteilerrohr 12 festgelegt.
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Sobald aber in Schritt S16 die Prüffrage mit „Ja” beantwortet ist, also entweder Schubbetrieb herrscht oder die Bremskraftmaschine abgebremst wird, wird das Regelventil 36 durch die zentrale Steuereinrichtung 28 in Schritt S18 geöffnet, sodass sich der Hockdruckspeicher 34 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff füllen kann, naturgemäß solange, bis irgendwann die maximale Grenze erreicht ist, also im Hochdruckspeicher 34 genau derselbe Hochdruck herrscht wie in der Leitung 32 und im Verteilerrohr 12.
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Zu gegebener Zeit kann das Regelventil 36 geschlossen werden.
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Nach dem Schubbetrieb oder dem Bremsen kann das Kraftfahrzeug dann wieder beschleunigt werden und in Schritt S20 wird somit geprüft, ob es eine Lastanforderung gibt. Solange das nicht der Fall ist, werden der Schritt S16 und der Schritt S18 nach wie vor oder nochmals durchgeführt. Sobald aber eine Lastanforderung gegeben ist, wird in Schritt S22 geprüft, ob der inzwischen im Hochdruckspeicher aufgebaute Druck ausreichend ist, um Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 34 dem Verteilerrohr 12 zuzuführen. Falls dies der Fall ist, wird daher der Kraftstoff in Schritt S24 aus dem Hochdruckspeicher zur Verfügung gestellt, bis irgendwann der Hochdruck abgebaut ist, und wieder zum Schritt S14 übergegangen wird. Falls die Prüffrage in Schritt S22 mit „Nein” beantwortet wurde, also im Schubbetrieb in Schritt S18 zuvor keine ausreichende Befüllung erfolgte, wird unmittelbar zum Schritt S14 übergegangen.
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Irgendwann endet die Fahrt des Fahrzeugs (in 2 nicht veranschaulicht). Bei einem nachfolgenden Start des Kraftfahrtzeugs S10 ist möglicherweise in Schritt S12 der Druck im Hochdruckspeicher 34 gehalten worden, sodass die Frage mit „Ja” zu beantworten ist, und dann kann bereits beim Starten also bei der ersten Beschleunigung des Kraftfahrzeugs der Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in Schritt S24 unmittelbar dem Verteilerrohr 12 zugeführt werden.
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Im Verteilerrohr 12 besteht nun auch die Gefahr eines Überdrucks. Es gibt aus diesem Grunde ein Druckbegrenzerventil 40, das sich öffnet, entweder selbsttätig oder durch Ansteuerung durch die zentrale Steuerungseinrichtung 28, und vorliegend wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der über das Druckbegrenzerventil 40 entweicht, einem weiteren Hochdruckspeicher 42 zugeführt, der ebenfalls als Membranspeicher, als Blasenspeicher oder Zylinderspeicher ausgelegt sein kann. Über ein Regelventil 44, das von der zentralen Steuerungseinrichtung 28 angesteuert wird, kann gegebenenfalls Kraftstoff aus diesem Zwischenspeicher in die Leitung 46 zwischen dem Druckregelventil 20 und der Hochdruckkolbenpumpe 22 abgegeben werden. Das Abgeben erfolgt stromaufwärts der Hochdruckkolbenpumpe 22, weil sich naturgemäß der Hochdruck im Kraftstoff etwas abgebaut hat; der Kraftstoff muss nochmals von der von der Hochdruckkolbenpumpe 22 unter Druck gesetzt werden, um den für das Verteilerrohr 12 notwendigen Druck zu erreichen. Das Öffnen des Regelventils 44 erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß 2 insbesondere im Zusammenwirken mit Schritt S14. Es erfolgt insbesondere nicht im Zusammenwirken mit Schritt S24: Das Abgeben von Kraftstoff aus dem Zwischenspeicher 42 erfolgt nämlich immer dann, wenn die Hochdruckkolbenpumpe 22 arbeitet und den notwendigen Druck aufbaut.
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Als zusätzliche Maßnahme kann von der Zwischenleitung 46 ein Zweig 48 abzweigen, der eine weitere Hochdruckpumpe 50 aufweist; auf diese Weise kann Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 14 schon einmal auf Vorrat unter einen nicht ganz den notwendigen Hochdruck erreichenden kleineren Druck versetzt werden.
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Der Druck im Zwischenspeicher 42 beträgt z. B. 800bar, wohingegen der Druck im Verteilerrohr 12 2000bar beträgt und das Druckbegrenzerventil 40 bei einem Druck von über 2200bar öffnet.
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Die Hochdruckpumpe 50 arbeitet bevorzugt dann, wenn auch der Hochdruckspeicher 34 befüllt wird, also im Schritt S18 im Schubbetrieb oder beim Bremsen.
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Die Figuren zeigen nicht, wie die für die Hochdruckkolbenpumpe 22 und die Hochdruckpumpe 50 notwendige Antriebsenergie zur Verfügung gestellt wird; vorliegend soll hier insbesondere im Schubbetrieb Energie rekuperiert werden können und in die Pumparbeit eingehen; entweder wird über einen in der Fig. nicht gezeigten elektrischen Generator im Schubbetrieb oder beim Bremsen elektrische Energie erzeugt, die zum Antrieb der Hochdruckkolbenpumpe 22 und der Hochdruckpumpe 50 dient, oder aber die Pumpen 22 und 50 werden unmittelbar durch die Brennkraftmaschine über eine mechanische Kopplung angetrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19547877 A1 [0002, 0003]
