Titel

Kraftstoffeinspritzsvstem einer Brennkraftmaschine Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einer Vorförderpumpe und einer nachgeschalteten Hochdruckpumpe, die mit einem Hochdruckspeicher verschaltet ist und wobei der Hochdruckspeicher mit zumindest einem Kraftstoffinjektor wirkverbunden ist.

Stand der Technik

Ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem ist aus der DE 10 2004 018 843 A1 be- kannt. Dieses Kraftstoffeinspritzsystem ist als Common-Rail-Einspritzsystem ausgelegt. Bei einem Common-Rail-Einspritzsystem kann nach einem Stopp der Brennkraftmaschine der Druck in dem Hochdruckspeicher (Rail) soweit absinken, dass für einen anschließenden Start der Brennkraftmaschine kein genügend hoher Kraftstoff druck zur Verfügung steht, der für eine Einspritzung von Kraftstoff mittels eines Kraftstoffinjektors in den zugehörigen Brennraum der Brennkraftmaschine erforderlich wäre. Um dennoch einen Start der Brennkraftmaschine ermöglichen zu können, weist das Kraftstoffeinspritzsystem ein elektronisches Steuermodul auf, welches einen Vorfüllalgorithmus aufweist. Der Vorfüllalgorith- mus ist dahingehend wirksam, dass eine elektrisch angetriebene Pumpe aktiviert wird, wenn der Hochdruckspeicher in einem nicht vorgefüllten Zustand ist. Das elektronische Steuermodul steht in Verbindung mit mindestens einem Sensor, der den Zustand des Kraftstoffeinspritzsystems ermitteln kann. Nachteilig an diesem System ist es, dass in jedem Fall bis zu einem Start der Brennkraftmaschine eine nicht unbedeutende Zeitspanne vergeht, die notwendig ist, um den nötigen Kraftstoffdruck aufzubauen. Zudem ist der Bauaufwand des Systems hoch. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Kraftstoffeinspritzsystem bereitzustellen und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kraftstoffsystems anzugeben, das die bekannten Nachteile vermeidet und einen schnellen Start der Brennkraftmaschine ermöglicht. Dies soll mit einem geringen Bauaufwand er- folgen.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorförderpumpe für die Erzeugung eines Förderdrucks ausgelegt ist, mit dem zumindest in einem definierten Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffeinspritzung mittels des Kraftstoffinjektors erfolgt. Der definierte Betriebszustand ist dabei insbesondere der Startvorgang der Brennkraftmaschine. Ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzsystems sieht vor, dass die Vorförderpumpe bis zu einem erfolgten Brennkraftmaschinenstart in einem Startbetriebsmodus betrieben wird und nach dem erfolgten Brennkraftmaschinenstart in einem Vorför- derbetriebsmodus betrieben wird. Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung ist es, keine zusätzlichen Pumpen oder Steuermodule zu verwenden, die alleinig für den Start der Brennkraftmaschine verwendet werden, sondern für den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine benötigte Komponenten dahingehend auszulegen, dass diese einen schnellen Start der Brennkraftmaschine ermöglichen. Hierbei geht die vorliegende Erfindung von der Erkenntnis aus, dass es für einen erfolgreichen Brennkraftmaschinenstart ausreicht, wenn in der Startphase ein Kraftstoffdruck bereitsteht, der dem Minimalöffnungsdruck des

Kraftstoff! njektors entspricht. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass heute übliche

Kraftstoffinjektoren für entsprechende Kraftstoffeinspritzsysteme keinen festen Öffnungsdruck haben, sondern vielmehr das Öffnen und Schließen des Kraftstoffinjektors von einem Steuergerät, das im Übrigen das gesamte System beherrscht, veranlasst wird. Insofern beschreibt der Minimalöffnungsdruck einer- seits den mit der Vorförderpumpe darstellbaren Förderdruck, der aber andererseits so hoch sein muss, dass eine Kraftstoffeinspritzung in den Arbeitsraum der Brennkraftmaschine gegen den Druck der dort verdichteten Verbrennungsluft erfolgt. Mit Erreichen eines solchen Kraftstoffdrucks kann zusammenfassend zuverlässig Brennstoff von dem Kraftstoffinjektor in den entsprechenden Arbeits- räum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden und der Start der Brennkraftmaschine herbeigeführt werden. In Weiterbildung der Erfindung ist die Vorförderpumpe so ausgelegt, dass diese einen Vorderdruck von ca. 80-120 bar erzeugt. Da dieser Druck nur kurzfristig erzeugt werden muss, ist es nicht notwendig, die Vorförderpumpe so auszule- gen, dass diese einen solchen Förderdruck kontinuierlich und dauerhaft erzeugen kann. Vielmehr ist es vollkommen ausreichend, den Startbetriebsmodus als Überlastbetriebsmodus auszulegen, der nur kurzfristig bereitzustellen ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorförderpumpe eine Zahnrad- pumpe. Insbesondere wenn diese Zahnradpumpe, wie in weiterer Ausgestaltung vorgesehen ist, elektrisch betrieben wird, ist ein solcher Startbetriebsmodus einfach realisierbar, indem die Vorförderpumpe mit einer höheren elektrischen Leistung betrieben wird. Nach dem erfolgten Start der Brennkraftmaschine wird dann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Vorförderpumpe in einem Vorförder- betriebsmodus betrieben, wobei dann der Förderdruck bis zu 8 bar beträgt. Eine solche ca. 15-fache Überlast ist mit der dargestellten elektrisch betriebenen Zahnradpumpe kurzfristig ohne Nachteile hinsichtlich der Dauerhaltbarkeit einer solchermaßen betriebenen Zahnradpumpe realisierbar. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung auch andere geeignete Vorförderpumpen verwen- det werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Hochdruckpumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe mit einem Saugventil und einem Rückschlagventil verschaltet. Dabei ist das Saugventil über eine Zumesseinheit mit der Vorförderpumpe verschal- tet, während das Rückschlagventil direkt mit dem Hochdruckspeicher verschaltet ist. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, den Hochdruckspeicher quasi unter Umgehung der Hochdruckpumpe von der Vorförderpumpe zu befüllen. Hierbei ist es dann gleichgültig, wie die Hochdruckpumpe konstruktiv ausgelegt ist. Da die Hochdruckpumpe aber immer mechanisch von beispielsweise der Kur- beiwelle oder der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben ist, wird die

Hochdruckpumpe während des Starts der Brennkraftmaschine nur mit einer niedrigen Startdrehzahl betrieben. Bei einer solchen geringen Startdrehzahl sind aber auch die Druckverluste, die sich beispielsweise über die Lager der Antriebswelle der Hochdruckpumpe ergeben, gering. Hier ist es so, dass im Normalbetrieb der Hochdruckpumpe durch die Lager bewusst eine geringe Kraftstoff menge abge- führt wird, um eine Schmierung der Lager und/oder Entlüftung der Hochdruckpumpe sicherzustellen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1 die schaltungstechnische Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems und

Figur 2 ein Diagramm zur Drucksteuerung des Kraftstoffeinspritzsystems.

Das Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Figur 1 weist eine Vorförderpumpe 1 auf, die als Zahnradpumpe ausgebildet ist. Die Vorförderpumpe 1 wird von einem Elektromotor 2 betrieben und die Vorförderpumpe 1 saugt Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff aus einem Tank 3 ggf. unter Einschaltung einer Filtereinrichtung an. Der von der Vorförderpumpe 1 geförderte Kraftstoff wird über eine normalerweise elektrisch betriebene Zumesseinheit 4 und ein Saugventil 5 dem Hochdruckarbeitsraum 6 einer Hochdruckpumpe 7 zugeführt. Der Hochdruckarbeitsraum 6 ist weiter über ein Rückschlagventil 8 mit einem Hochdruckspeicher 9 verschaltet. Der Hochdruckspeicher 9 ist wiederum über Hochdruckleitungen mit Kraftstoffinjektoren 10 entsprechend der Anzahl der Zylindereinheiten der Brennkraftmaschine verbunden.

Die Zumesseinheit 4 steuert im normalen Betrieb die der Hochdruckpumpe 7 zugeführte Kraftstoff menge in Abhängigkeit von dem in dem Hochdruckspeicher 9 herrschenden Kraftstoffdruck. Während des Startbetriebsmodus ist die Zumesseinheit 4 so geschaltet, dass deren Steuerblende offen ist, also die gesamte von der Vorförderpumpe 1 geförderte Kraftstoffmenge der Hochdruckpumpe 7 zugeführt wird. Das Saugventil 5 ist so ausgestaltet, dass während des Pumpbetriebs der Hochdruckpumpe der in dem Hochdruckarbeitsraum 6 befindliche Kraftstoff nicht zurück in die Leitung zu der Zumesseinheit 4 gelangen kann. Die Hoch- druckpumpe weist einen oder mehrere Pumpenkolben 1 1 auf, der/die von einer Antriebswelle in einem beziehungsweise mehreren Pumpenzylinder(n) 12 auf und ab bewegt wird und den während eines Saughubs in den Hochdruckpum- penarbeitsraum 6 eingebrachten Kraftstoff über das Rückschlagventil 8 in den Hochdruckspeicher 9 fördert.

In dem Starkbetriebsmodus wird erfindungsgemäß die als Zahnradpumpe ausgebildete Vorförderpumpe 1 mit einer höheren elektrischen Leistung betrieben als in einem normalen Vorförderbetriebsmodus und fördert den Kraftstoff kurzfristig mit einem Druck von bis zu 120 bar in dem Hochdruckspeicher 9. Dieser Druck ist ausreichend, um über die Kraftstoffinjektoren 10 eine zuverlässige Kraftstoffeinspritzung in die Arbeitsräume der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.

In dem zweiteiligen Diagramm gemäß Figur 2 ist in dem oberen Teil der von dem Kraftstoffeinspritzsystem erzeugte Kraftstoffdruck über der Zeitachse dargestellt und in dem unteren Teil eine durch die Kraftstoffinjektoren erfolgte Einspritzung ebenfalls über der Zeitachse. Die parabelförmige Kurve 13 stellt den mit der Vorförderpumpe 1 im Startbetriebsmodus darstellbaren Förderdruck dar, wobei im Bereich der Parabelspitze ein Förderdruck von 80-120 bar erreicht wird. Der Förderdruck ist ausgehend von der parabelförmigen Kurve 13 in einem Regelbereich 14 so steuerbar, dass der Förderdruck über eine entsprechende Zeitspanne auf dem Niveau von 120 bar gehalten werden kann, um dann gemäß der strichlinierte Kurve 13a auf den Vorförderdruck im Bereich von 1 -8 bar zurückgestellt zu werden. Gleichzeitig ist in dem Diagramm der von der Hochdruckpumpe 7 erzeugte Druckanstieg 15 dargestellt, der nach dem Starten der Brennkraftmaschine erzeugt wird. In dem darunter dargestellten Bereich des Diagramms ist die gleichzeitig ablaufende Einspritzung durch die Kraftstoff! njektoren 10 dargestellt. Dabei erfolgt die erste von einem das gesamte System steuernden Steuergerät veranlasste Einspritzung 16 zu dem Zeitpunkt, in dem von der Vorförderpumpe 1 entsprechend der parabelförmigen Kurve 13 ein Förderdruck von 120 bar erreicht wird.