DE19903273A1

DE19903273A1 - Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19903273A1
Application number: DE19903273A
Authority: DE
Inventors: Helmut Rembold; Ferdinand Grob; Hartmut Bauer; Uwe Maienberg; Klaus Scherrbacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2000-08-10
Also published as: WO2000045037A1; EP1068435A1; JP2002535557A; ES2233342T3; EP1068435B1; US6408822B1; DE50008997D1

Abstract

Es ist ein Kraftstoffversorgungssystem (1) für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs beschrieben, das mit einem Druckspeicher (2) und einer Pumpe (6, 10) versehen ist. Mit der Pumpe (6, 10) kann dem Druckspeicher (2) Kraftstoff zugeführt werden. Ein Steuergerät (16) ist zur Steuerung und/oder Regelung des Drucks in dem Druckspeicher (2) mittels eines Drucksteuerventils (4) vorgesehen. Durch das Steuergerät (16) kann das Drucksteuerventil (4) geschlossen werden, wenn die Brennkraftmaschine gestartet werden soll, aber noch keine Drehbewegung vorhanden ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff von einer Pumpe in einen Druckspeicher gepumpt wird, und bei dem der Druck in dem Druckspeicher mittels eines Drucksteuerventils steuer- und/oder regelbar ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Druckspeicher und einer Pumpe, mit der dem Druckspeicher Kraftstoff zuführbar ist, und mit einem Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung des Drucks in dem Druckspeicher mittels eines Drucksteuerventils.

An eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs werden immer höhere Anforderungen im Hinblick auf eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der erzeugten Abgase bei einer gleichzeitig erwünschten erhöhten Leistung gestellt. Zu diesem Zweck sind moderne Brennkraftmaschinen mit einem Kraftstoffversorgungssystem versehen, bei dem die Zuführung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine elektronisch, insbesondere mit einem rechnergestützten Steuergerät, gesteuert und/oder geregelt wird. Dabei ist es möglich, den Kraftstoff in ein Luftansaugrohr der Brennkraftmaschine oder direkt in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen.

Insbesondere bei der zuletzt genannten Art, der sogenannten Direkteinspritzung, ist es erforderlich, daß der Kraftstoff unter Druck in den Brennraum eingespritzt wird. Zu diesem Zweck ist ein Druckspeicher vorgesehen, in den der Kraftstoff mittels einer Pumpe gepumpt und unter einen hohen Druck gesetzt wird. Von dort wird der Kraftstoff dann über Einspritzventile in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Beim Starten der Brennkraftmaschine ist der vorgenannte hohe Druck zumeist nicht oder zumindest nicht sofort vorhanden. Das Starten der Brennkraftmaschine muß deshalb gesondert gesteuert und/oder geregelt werden. Dabei sind die bereits erwähnten Randbedingungen wie z. B. geringer Schadstoffausstoß zu erfüllen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit dem ein möglichst optimales Starten der Brennkraftmaschine durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren bzw. einem Kraftstoffversorgungssystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Drucksteuerventil geschlossen wird, wenn die Brennkraftmaschine gestartet werden soll, aber noch keine Drehbewegung vorhanden ist.

Durch das Schließen des Drucksteuerventils wird ein definierter Zustand der Brennkraftmaschine für den bevorstehenden Startvorgang geschaffen. Ebenfalls wird dadurch erreicht, daß der Druck in dem Druckspeicher nicht mehr weiter abfällt.

Wird das Drucksteuerventil durch das Einschalten der Zündung geschlossen, und wird durch dieses Einschalten der Zündung auch die Pumpe zum Fördern von Kraftstoff in den Druckspeicher eingeschaltet, so hat dies zur Folge, daß der Druck in dem Druckspeicher abhängig ist von der Förderleistung der Pumpe und gegebenenfalls entsprechend ansteigt. Dies ist für das vorgesehene Starten der Brennkraftmaschine besonders vorteilhaft.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Drucksteuerventil zumindest teilweise geöffnet, wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird und die ersten Drehbewegungen vorhanden sind. Damit ist es möglich, den Druck in dem Druckspeicher mit Hilfe des Drucksteuerventils zu steuern und/oder zu regeln.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Drucksteuerventil in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine geöffnet. Damit kann der Druck in dem Druckspeicher an die Temperatur der Brennkraftmaschine angepaßt werden.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Drucksteuerventil in Abhängigkeit von der Anzahl der bereits ausgeführten Einspritzungen in die Brennkraftmaschine geöffnet. Damit kann die Brennkraftmaschine in einfacher Weise an den Verlauf des Startvorgangs angepaßt werden.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Drucksteuerventil entsprechend einem Normalbetrieb gesteuert und/oder geregelt, wenn eine vorgegebene Drehzahlgrenze überschritten ist. Damit wird auf einfache Weise der Übergang der Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine von dem Startvorgang in den Normalbetrieb erreicht.

Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so daß dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems,

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Kraftstoffversorgungssystems der Fig. 1, und

Fig. 3 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm zu dem Verfahren nach der Fig. 2.

In der Fig. 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem 1 dargestellt, das zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Bei dem Kraftstoffversorgungssystem 1 handelt es sich um ein sogenanntes Common-Rail-System, das insbesondere bei einer Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung zur Anwendung kommt.

Das Kraftstoffversorgungssystem 1 weist einen Druckspeicher 2 auf, der mit einem Drucksensor 3 und einem Drucksteuerventil (DSV) 4 versehen ist. Der Druckspeicher 2 ist über eine Druckleitung 5 mit einer Hochdruckpumpe 6 verbunden. Die Hochdruckpumpe 6 ist mit der Brennkraftmaschine gekoppelt und erzeugt einen Hochdruck bei sich drehender Brennkraftmaschine. Die Hochdruckpumpe 6 ist über eine Druckleitung 8 an das Drucksteuerventil 4 angeschlossen ist. Über eine Druckleitung 9 und ein Filter ist das Drucksteuerventil 4 und damit auch die Hochdruckpumpe 6 mit einer elektrischen Kraftstoffpumpe 10 verbunden, die dazu geeignet ist, Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 11 anzusaugen. Die elektrische Kraftstoffpumpe 10 erzeugt einen Druck, sobald eine Spannung an ihr anliegt. Dies ist zumindest kurzzeitig der Fall, wenn die Zündung des Kraftfahrzeugs eingeschaltet ist.

Das Kraftstoffversorgungssystem 1 weist vier Einspritzventile 13 auf, die über Druckleitungen 14 mit dem Druckspeicher 2 verbunden sind. Die Einspritzventile 13 sind dazu geeignet, Kraftstoff in entsprechende Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzen.

Mittels einer Signalleitung 15 ist der Drucksensor 3 mit einem Steuergerät 16 verbunden, an das des weiteren eine Mehrzahl anderer Signalleitungen als Eingangsleitungen angeschlossen sind. Mittels einer Signalleitung 17 ist die Kraftstoffpumpe 10 und über eine Signalleitung 18 ist das Drucksteuerventil 4 mit dem Steuergerät 16 verbunden. Des weiteren sind die Einspritzventile 13 mittels Signalleitungen 19 an das Steuergerät 16 angeschlossen.

Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 10 aus dem Kraftstoffbehälter 11 zu der Hochdruckpumpe 6 gepumpt. Mit Hilfe der Hochdruckpumpe 6 wird in dem Druckspeicher 2 ein Druck erzeugt, der von dem Drucksensor 3 gemessen wird und durch eine entsprechende Betätigung des Drucksteuerventils 4 und/oder Steuerung der Kraftstoffpumpe 10 auf einen gewünschten Wert gesteuert und/oder geregelt werden kann. Über die Einspritzventile 13 wird dann der Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Für die Bemessung der in den jeweiligen Brennraum einzuspritzenden Kraftstoffmenge ist unter anderem der Druck in dem Druckspeicher 2 wesentlich. Je größer der Druck in dem Druckspeicher 2 ist, desto mehr Kraftstoff wird während derselben Einspritzzeit in den Brennraum eingespritzt. Dieser Druck in dem Druckspeicher 2 kann von dem Steuergerät 16 gesteuert und/oder geregelt werden.

Hierzu steuert das Steuergerät 16 beispielsweise das Drucksteuerventil 4 in seinen geschlossenen Zustand, so daß die Hochdruckpumpe 6 und Kraftstoffpumpe 10 einen immer weiter ansteigenden Druck in dem Druckspeicher 2 erzeugen. Dieser ansteigende Druck kann von dem Drucksensor 3 gemessen werden.

Ebenfalls ist es möglich, daß das Steuergerät 16 die Drehzahl der Kraftstoffpumpe 10 erhöht, was zu einer erhöhten Förderleistung der Kraftstoffpumpe 10 führt und einen erhöhten Druck in dem Druckspeicher 2 zur Folge hat. Das Ansteigen dieses Drucks und damit das Ansteigen der Drehzahl bzw. der Förderleistung der Kraftstoffpumpe 10 kann ebenfalls über der Drucksensor 3 ermittelt werden.

Zum Starten der Brennkraftmaschine müssen eine Mehrzahl von besonderen Randbedingungen berücksichtigt werden. Dies wird durch das folgende, anhand der Fig. 2 und 3 dargestellte Verfahren von dem Steuergerät 16 durchgeführt. Dabei können die einzelnen Blöcke des Verfahrens z. B. als Module eines Programms oder dergleichen in dem Steuergerät 16 realisiert sein.

Vor einem in der Fig. 3 gezeigten Zeitpunkt t1 ist die Zündung der Brennkraftmaschine noch nicht eingeschaltet und der Anlasser der Brennkraftmaschine noch nicht betätigt. Die beiden in der Fig. 3 dargestellten Binärsignale Bst und Bstend haben einen Zustand, der zumindest für die vorliegende Beschreibung nicht relevant ist.

Nach dem Zeitpunkt t1 haben die Binärsignale Bst und Bstend folgende Eigenschaften. Das Binärsignal Bst ist nur dann "1", wenn die Zündung eingeschaltet ist, der Anlasser die Brennkraftmaschine in eine Drehbewegung versetzt, die Brennkraftmaschine aber eine vorgegebene Drehzahlgrenze NG noch nicht überschritten hat. Das Binärsignal Bstend ist dann "1", wenn das Starten der Brennkraftmaschine beendet ist, die Brennkraftmaschine die vorgegebene Drehzahlgrenze NG also überschritten hat.

In dem Zeitpunkt t1 wird die Zündung der Brennkraftmaschine eingeschaltet, der Anlasser führt jedoch noch keine Drehbewegung aus. Dies ist gleichbedeutend damit, daß ein Benutzer des Kraftfahrzeugs die Brennkraftmaschine starten will, die Brennkraftmaschine aber noch keine Drehbewegung ausführt. Die Binärsignale Bst und Bstend sind im Zeitpunkt t1 auf "0". Ab dem Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 bleibt die Zündung eingeschaltet und der Anlasser noch nicht betätigt. Die Binärsignale Bst und Bstend verbleiben auf "0".

In dem Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 wird das Drucksteuerventil 4 geschlossen. Hierzu wird gemäß der Fig. 2 ein vorgegebenes, vorzugsweise konstantes Taktverhältnis K über zwei Schalter 20, 21 an das Drucksteuerventil 4 weitergegeben. Mit dem Taktverhältnis K wird das Drucksteuerventil 4 in seinen geschlossenen Zustand überführt, sofern das Drucksteuerventil 4 nicht geschlossen ist, oder es wird der geschlossene Zustand des Drucksteuerventils 4 aufrechterhalten.

Zu diesem Zweck werden die beiden Binärsignale Bst und Bstend von zwei Invertern 22, 23 invertiert und einem UND- Glied 24 zugeführt. Von dem UND-Glied 24 wird eine binäre "1" erzeugt, die den Schalter 20 in denjenigen Zustand überführt, der in der Fig. 2 nicht dargestellt ist.

Des weiteren wird das invertierte Binärsignal Bstend, also eine binäre "1", dem Schalter 21 zugeführt, das diesen in denjenigen Zustand überführt, der in der Fig. 2 nicht dargestellt ist.

Dies bewirkt insgesamt, daß - wie bereits erwähnt - das Taktverhältnis K über die Schalter 20, 21 an das Drucksteuerventil 7 weitergegeben wird.

Im Zeitpunkt t2 der Fig. 3 versetzt der Anlasser die Brennkraftmaschine in eine Drehbewegung. Damit wird das Binärsignal Bst zu "1". Ebenfalls wird die Drehzahl N der Brennkraftmaschine ungleich Null und steigt an. Sobald die Brennkraftmaschine aufgrund der ausgeführten Einspritzungen von Kraftstoff in die Brennräume derselben aus eigener Kraft eine Drehbewegung ausführt, steigt die Drehzahl N der Brennkraftmaschine weiter an. Die Brennkraftmaschine ist gestartet.

Sobald die Drehzahl N der Brennkraftmaschine die Drehzahlgrenze NG, beispielsweise 800 Umdrehungen pro Minute, überschreitet, wird das Binärsignal Bst wieder zu "0" und das Binärsignal Bstend wird zu "1". Dies erfolgt in der Fig. 3 im Zeitpunkt t3.

In dem Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird das Drucksteuerventil 4 zumindest teilweise geöffnet. Dies wird dadurch erreicht, daß ein veränderliches Taktverhältnis V aus einem Kennfeld 25 ausgelesen und über die Schalter 20, 21 an das Drucksteuerventil 4 weitergegeben wird. Aufgrund des veränderten Binärsignals Bst fällt der Schalter 20 in denjenigen Zustand, der in der Fig. 3 dargestellt ist. Da das Binärsignal Bstend in dem Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 noch "0" ist, verbleibt der Schalter 21 in dem in der Fig. 3 nicht dargestellten Zustand. Damit gelangt das Tastverhältnis V aus dem Kennfeld 25 über die Schalter 20, 21 zu dem Drucksteuerventil 4.

Das Kennfeld 25 ist abhängig von der Temperatur TM der Brennkraftmaschine und der Anzahl ATI von Einspritzungen, die bei dem jeweils vorliegenden Starten der Brennkraftmaschine bereits ausgeführt worden sind. Es ist möglich, daß das Kennfeld 25 alternativ und/oder zusätzlich auch von anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine abhängig ist. Das von dem Kennfeld erzeugte Taktverhältnis V steuert das Drucksteuerventil 4 in einen zumeist geöffneten, zumindest in keinen geschlossenen Zustand. Zwischenzustände sind ebenfalls möglich.

Im Zeitpunkt t3 erreicht die Brennkraftmaschine die bereits erwähnte Drehzahlgrenze NG. Dies hat zur Folge, daß das Starten der Brennkraftmaschine abgeschlossen ist und das Binärsignal Bstend zu "1" wird. Das invertierte Binärsignal Bstend, also eine binäre "0", bewirkt, daß der Schalter 21 in dem in der Fig. 3 dargestellten Zustand verbleibt. Damit wird weder das Tastverhältnis K, noch das Tastverhältnis V an das Drucksteuerventil 4 weitergegeben.

Stattdessen wird ein Tastverhältnis N an das Drucksteuerventil 4 weitergegeben, das in einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine erzeugt wird. Dieser Normalbetrieb wurde bereits erläutert und ist in der Fig. 2 mittels eines Blocks 26 dargestellt.

Insgesamt ergibt sich damit der folgende Startvorgang der Brennkraftmaschine:
Vor dem Zeitpunkt t1, also vor dem Einschalten der Zündung und vor dem Starten des Anlassers, kann das Drucksteuerventil 4 in irgendeinem Zustand geöffnet oder geschlossen sein.

Im Zeitpunkt t1, also sobald die Zündung des Kraftfahrzeugs eingeschaltet wird, wird das Drucksteuerventil 4 geschlossen. Dieser Zustand wird bis zum Zeitpunkt t2 beibehalten, also bis der Anlasser betätigt wird. Damit ist der Druck in dem Druckspeicher 2 in diesem Zeitraum abhängig von dem vor dem Zeitpunkt t1 vorhandenen Druck sowie von dem von der elektrischen Kraftstoffpumpe 10 erzeugten Druck.

Im Zeitpunkt t2, also bei eingeschalteter Zündung und sich drehendem Anlasser, wird das Drucksteuerventil 4 zumindest teilweise geöffnet. Dieser Zustand wird bis zum Zeitpunkt t3 beibehalten, also bis der Startvorgang der Brennkraftmaschine beendet und die Drehzahlgrenze NG erreicht ist. Aufgrund der von dem Anlasser erzeugten niedrigen Drehzahl kommt die mit der Brennkraftmaschine gekoppelte Hochdruckpumpe 6 noch nicht zur Wirkung. Der Druck in dem Druckspeicher 2 ist deshalb in diesem Zeitraum weitgehend abhängig von der elektrischen Kraftstoffpumpe 10.

Ab dem Zeitpunkt t3 kommt die Hochdruckpumpe 6 im wesentlichen voll zur Wirkung. Damit ist der Druck in dem Druckspeicher ab dem Zeitpunkt t3 weitgehend von der Hochdruckpumpe 6 abhängig.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems (1) für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei dem Kraftstoff von einer Pumpe (6, 10) in einen Druckspeicher (2) gepumpt wird, und bei dem der Druck in dem Druckspeicher (2) mittels eines Drucksteuerventils (4) steuer- und/oder regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuerventil (4) geschlossen wird, wenn die Brennkraftmaschine gestartet werden soll, aber noch keine Drehbewegung vorhanden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuerventil (4) zumindest teilweise geöffnet wird, wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird und die ersten Drehbewegungen ausführt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuerventil (4) in Abhängigkeit von der Temperatur (TM) der Brennkraftmaschine geöffnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuerventil (4) in Abhängigkeit von der Anzahl (ATI) der bereits ausgeführten Einspritzungen in die Brennkraftmaschine geöffnet wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuerventil (4) entsprechend einem Normalbetrieb gesteuert und/oder geregelt wird, wenn eine vorgegebene Drehzahlgrenze (NG) überschritten ist.

6. Elektrisches Steuerelement, insbesondere Read-Only- Memory, für ein Steuergerät (16) einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 geeignet ist.

7. Kraftstoffversorgungssystem (1) für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem Druckspeicher (2) und einer Pumpe (6, 10), mit der dem Druckspeicher (2) Kraftstoff zuführbar ist, und mit einem Steuergerät (16) zur Steuerung und/oder Regelung des Drucks in dem Druckspeicher (2) mittels eines Drucksteuerventils (4), dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (16) das Drucksteuerventil (4) geschlossen werden kann, wenn die Brennkraftmaschine gestartet werden soll, aber noch keine Drehbewegung vorhanden ist.