Bei einem Common-Rail-Einspritzsystem wird der Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe in einen Kraftstoffspeicher gepumpt und über Injektoren in den Brennraum der Brennkraftmaschine ein- gespritzt.

Aus WO 95/25887 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffspeicher be- kannt, in dem ein Ventil zwischen einer Vorförderpumpe und einer volumentstromgeregelten Hochdruckpumpe vorgesehen ist, das den Kraftstoffzulauf zum Pumpraum der Hochdruckpumpe re- gelt. Abhängig von der Stellung des Ventils und der Drehzahl der Hochdruckpumpe ist der Pumpraum leer, teilweise oder ganz gefüllt, wodurch der Fördervolumenstrom des Kraftstoffs von der Hochdruckpumpe in den Kraftstoffspeicher bestimmt wird.

Bei Common-Rail Systemen für Diesel-Brennkraftmaschinen wird zum Starten der Brennkraftmaschine ein hoher Kraftstoffdruck benötigt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum schnellen Aufbau des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffspeicher beim Startvorgang einer Brennkraftmaschine bereitzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patent- anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Erfindung wird während des Abschaltvorgangs der Kraft- stoffzulauf zur Hochdruckpumpe so geregelt, daß die Pumpenzy- linder bis zum Stillstand der Brennkraftmaschine und der Hochdruckpumpe gefüllt werden, um so beim darauffolgenden Startvorgang unabhängig vom Betriebszustand des vorherigen Abschaltvorgangs der Hochdruckpumpe einen weitgehend oder vollständig gefüllten Pumpraum zur Verfügung zu stellen. Eine Hochdruckpumpe erreicht mit gefülltem Pumpraum ihre maximale Förderleistung, wodurch beim Start vorteilhaft ein schneller Druckaufbau im Kraftstoffspeicher erreicht wird.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen : Figur 1 eine Common-Rail-Einspritzanlage mit einer volumen- stromgeregelten Hochdruckpumpe, Figur 2 den Ablauf eines Verfahrens zum schnellen Aufbau des Kraftstoffdrucks in einem Kraftstoffspeicher, Figur 1 zeigt eine Common-Rail-Einspritzanlage mit einem Kraftstofftank 1, aus dem über eine Vorförderpumpe 2 über ein Kraftstoffilter 4 und einem regelbaren Ventil 5 zu einer Hochdruckpumpe 6 Kraftstoff geführt wird. Die Hochdruckpumpe 6 ist über eine Kraftstoffleitung 8 an einen Kraftstoffspei- cher 9 angeschlossen. Der Kraftstoffspeicher 9 steht mit In- jektoren 13 in Verbindung, die den Kraftstoff aus dem Kraft- stoffspeicher 9 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine 14 einspritzen. Die Injektoren 13 weisen Leckageleitungen 15 auf, die zum Kraftstofftank l geführt sind. Die Vorförderpum- pe 2 wird über einen elektrischen Motor 3 angetrieben. Die Hochdruckpumpe 6 wird von der Brennkraftmaschine angetrieben und dreht sich mit festgelegten Obersetzungsverhältnissen proportional zur Motordrehzahl der Brennkraftmaschine, wobei unter allen Betriebsbedingungen ein ausreichender Kraftstoff- druck im Kraftstoffspeicher aufgebaut wird.

Vorzugsweise wird eine Hochdruckpumpe 6 mit zwangsgeführten Pumpkolben mit konstantem Hubvolumen zum Fördern von Kraft- stoff und Erzeugen des Kraftstoffdrucks in dem Kraft- stoffspeicher 9 eingesetzt, die von der Brennkraftmaschine 14 angetrieben wird.

Der Fördervolumenstrom, der die von der Hochdruckpumpe 6 ge- förderten Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit angibt, ist abhän- gig von dem Hubvolumen des Pumpraums der Hochdruckpumpe 6 und von der Pumpendrehzahl, wobei das Hubvolumen der geförderten Kraftstoffmenge pro Pumpenumdrehung entspricht. Somit ist der Fördervolumenstrom bei hoher Motordrehzahl hoch. Zur bedarfs- abhängigen Reduzierung des Fördervolumenstroms wird nieder- druckseitig das regelbare Ventil 5 eingesetzt, das den Kraft- stoffzufluß von der Vorförderpumpe zur Hochdruckpumpe 6 ver- ringert, z. B. durch Verändern des Querschnitts des Zulaufs zur Hochdruckpumpe 6 durch ein Ventil 5, so daß der Pumpraum nur noch teilweise mit Kraftstoff gefüllt ist und sich der Fördervolumenstrom zum Kraftstoffspeicher entsprechend ver- ringert. Das Ventil 5 ist vorzugsweise als Schieberventil ausgebildet.

Zur Drosselung werden ein Ventil 5 pro in einen Pumpraum wei- senden Pumpenzylinder oder ein Ventil 5 für alle Pumpenzylin- der eingesetzt.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Ventil 5 als digi- tal schaltbares Ventil ausgebildet, das während der Dauer ei- nes Saugvorgangs der Hochdruckpumpe 6 zeitweise öffnet oder schließt. Die Dauer des Öffnens oder Schließens und die Zeit- punkte des Öffnens und Schließens während eines Saugvorgangs beeinflussen den gewünschten Füllgrad des Pumpraumes der Hochdruckpumpe 6. Vorzugsweise ist das digital schaltbare Ventil 5 als Sitzventil ausgebildet.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Ventil 5 als Dreh- schieberventil ausgebildet, das bei jeder Pumpenumdrehung ein

dosierbares, vorab bemessenes Volumen den jeweiligen Pumprau- men der Hochdruckpumpe 6 zuzuführt. Die Dosierung erfolgt durch Variation des Winkels zwischen Öffnen und Schließen der Zuläufe bei den einzelnen Pumpzylinder winkelsynchron zur Welle der Hochdruckpumpe 6 und somit in Abhängigkeit von der Stellung der Pumpkolben der Hochdruckpumpe 6.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorförderpumpe 2 mindestens einen Pumpzylinder mit einstellbarem Hubvolumen auf, wodurch die dem Pumpraum der Hochdruckpumpe 6 zugeführte Kraftstoffmenge beeinflußt wird.

Weiterhin kann die Hochdruckpumpe 6 als Verstellpumpe ausge- führt werden, in der das Hubvolumen des Pumpraums verstellbar ist.

In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 wird die dem Kraft- stoffspeicher 9 zugeführte Kraftstoffmenge über das regelbare Ventil 5 eingestellt, das über eine erste Steuerleitung 7 mit einem Steuergerät 11 verbunden ist. Das Steuergerät 11 ist über zweite Steuerleitungen 12 an die Injektoren 13 ange- schlossen. Zudem steht das Steuergerät 11 über eine Signal- leitung mit einem Drucksensor 10 in Verbindung, der am Kraft- stoffspeicher 9 angeschlossen ist. Ein regelbares Druckventil 30 ist über eine dritte Steuerleitung 31 an das Steuergerät 11 angeschlossen.

Das Druckventil 30 dient vorwiegend zum schnellen Druckablas- sen im Kraftstoffspeicher 9, wobei überschüssiger Kraftstoff in den Kraftstofftank 1 geleitet wird. Das Steuergerät 11 steuert bzw. regelt das Ventil 5 und das Druckventil 30.

Weiterhin ist das Steuergerät 11 über eine Datenleitung 16 an die Komponenten der Brennkraftmaschine 14 angeschlossen.

Beim Abschaltvorgang wird das Ventil 5 auf einen vorgegebenen Mindestquerschnitt aufgesteuert. Aufgrund der Masseträgheit

der Brennkraftmaschine 14 reichen die verbleibenden Motor- und Pumpenumdrehungen, um den Pumpraum weitgehend oder voll- ständig mit Kraftstoff zu füllen, wobei die Vorförderpumpe 2 bis zum Stillstand der Brennkraftmaschine weiterbetrieben wird.

Vorzugsweise weist die Hochdruckpumpe 6 mehrere Pumpräume auf, die vorzugsweise alle mit Kraftstoff gefüllt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Hochdruckpumpe 6 und die Vorförderpumpe 2 von der Brennkraft- maschine 14 angetrieben und drehen sich mit festgelegtem Übersetzungsverhältnis proportional zur Motordrehzahl der Brennkraftmaschine 14. Die Vorförderpumpe 2 ist dabei vor- zugsweise in das Gehäuse der Hochdruckpumpe 6 integriert.

Beim Abschalten der Brennkraftmaschine 14 wird auch in dieser Ausführungsform das Ventil 5 auf einen vorgegebenen Mindest- querschnitt aufgesteuert, so daß nach Ende des Abschaltvor- gangs der Pumpraum der Hochdruckpumpe 6 weitgehend oder voll- ständig mit Kraftstoff gefüllt ist. Aufgrund der Masseträg- heit der Brennkraftmaschine 14 reichen die verbleibenden Mo- tor- und Pumpenumdrehungen, um den Pumpraum weitgehend oder vollständig mit Kraftstoff zu füllen.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Hochdruckpumpe 6 von einem Motor angetrieben werden.

Eine weitere Ausführungsform der niederdruckseitigen Kraft- stoffregelung besteht darin, eine regelbare Vorförderpumpe vorzusehen, die in der Drehzahl regelbar ausgebildet ist. Die der Hochdruckpumpe 6 und damit die dem Kraftstoffspeicher 9 zugeführte Kraftstoffmenge wird vom Steuergerät 11 über die Drehzahl der regelbaren Vorförderpumpe eingestellt. Vorzugs- weise wird die Vorförderpumpe über einen elektrisch regelba- ren Motor angetrieben. Die Pumpendrehzahl ist entweder kon-

stant oder abhängig von der Motordrehzahl der Brennkraftma- schine 14.

Beim Abschaltvorgang wird die regelbare Vorförderpumpe auf eine Mindestdrehzahl eingeregelt, so daß nach Ende des Ab- schaltvorgangs, d. h. nach Stillstand der Brennkraftmaschine 14 und der Hochdruckpumpe 6, der Pumpraum der Hochdruckpumpe 6 weitgehend oder vollständig mit Kraftstoff gefüllt ist.

Anstelle der drehzahlgeregelten Vorförderpumpe kann auch eine niederdruckseitige Kraftstoffregelung mit einer druckgeregel- ten Vorförderpumpe eingesetzt werden, die vom Steuergerät 11 über eine vierte Steuerleitung angesteuert wird. Dabei wird der dem Kraftstoffspeicher 9 zugeführte Kraftstoffstrom über den Druck in der Vorförderpumpe gesteuert.

Beim Abschaltvorgang wird der Solldruck in der Vorförderpumpe auf einen Minimalwert gestellt, so daß der Fördervolumenstrom in die Hochdruckpumpe so hoch ist, daß nach Ende des Ab- schaltvorgangs der Pumpraum der Hochdruckpumpe 6 weitgehend oder vollständig mit Kraftstoff gefüllt ist.

Das regelbare Ventil 5 verändert den Querschnitt des Zulauf- kanals zum Pumpraum und kann z. B. als Schieberventil oder Sitzventil ausgeführt sein, das je nach Ausführungsform stromlos offen oder stromlos geschlossen ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden zur Regelung des Fördervolumenstroms der Hochdruckpumpe 6 ein oder mehrere Pumpzylinder abgeschaltet und beim Abschaltvorgang A alle Pumpzylinder wieder zugeschaltet, um ein Befüllen des gesam- ten Pumpraums sicherzustellen.

Der Fachmann wird eine vorteilhafte Einspritzanlage und Ver- fahren zum Aufbau des Kraftstoffdruckes im Kraftstoffspeicher abhängig von den gegebenen Randbedingungen auch aus Kombina- tionen der beschriebenen Ausführungsbeispiele aufbauen.

Figur 2 zeigt schematisch den Ablauf des Verfahrens, mit dem das Steuergerät 11 den schnellen Aufbau des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffspeicher 9 steuert. Das Verfahren kann in Form von einzelnen diskreten Bauelementen oder in Form eines Ab- laufprogrammes realisiert werden.

Startpunkt des Verfahrens ist der einem Startvorgang S vor- ausgehenden Betrieb der Brennkraftmschine (Zustand I), die unter einem beliebigen Betriebszustand, z. B. Leerlauf, Voll- gas, etc., abgeschaltet wird (Zustand II), was einen Ab- schaltvorgang A einleitet. Beispielsweise kann der Fahrer des Fahrzeugs ein Bedienelement, z. B. den Zündschlüssel, betäti- gen, wodurch dem Steuergerät 11 signalisiert wird, daß ein Abschaltvorgang eingeleitet werden soll. Das Steuergerät 11 steuert den Abschaltvorgang.

In den meisten Betriebszuständen während des Betriebs der Brennkraftmaschine, insbesondere bei Teillast oder Leerlauf, ist der Pumpraum der Hochdruckpumpe 6 nur teilweise mit Kraftstoff gefüllt. Der Fördervolumenstrom der Hochdruckpumpe 6 ist abhängig von dem Füllgrad des Pumpraums. Der Fördervo- lumenstrom der Hochdruckpumpe 6 wird abhängig vom Betriebszu- stand der Brennkraftmaschine gesteuert und wird reduziert, indem der Pumpraum nur teilweise mit Kraftstoff befüllt wird.

Das regelbare Druckventil 30 wird vorzugsweise drucklos ge- schaltet, wodurch der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 9 abfällt (Zustand III).

Die Injektoren 13 werden nicht mehr angesteuert und spritzen keinen Kraftstoff mehr in den Brennraum der Brennkraftmaschi- ne 14 ein, wobei eine evt. vorhandene Zündanlage ausgeschal- tet wird.

Ein Motorsteuergerät arbeitet noch bis zu einer Minute nach Stillstand der Brennkraftmaschine, um z. B. diverse Rechenope-

rationen abzuschließen. Daher können die für das Verfahren zum schnellen Druckaufbau nötigen Steuer- und Regelungsvor- gänge vom Motorsteuergerät während des Abschaltvorgangs der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Das Steuergerät 11 ist dabei vorzugsweise Teil des Motorsteuergerätes.

Der Kraftstoffzulauf zur Hochdruckpumpe 6 und die Hochdruck- pumpe 6 werden mittels der in den Ausführungsbeispielen be- schriebenen Mittel von dem Steuergerät 11 so geregelt, daß bis zum Stillstand der Brennkraftmaschine 14 und der Hoch- druckpumpe 6 (Zustand IV) der Pumpraum der Hochdruckpumpe 6 weitgehend oder vollständig mit Kraftstoff gefüllt wird (Zu- stand III). Nach Stillstand der Brennkraftmaschine 14 und der Hochdruckpumpe 6 (Zustand IV) schließt das Steuergerät 11 al- le übrigen, das Fahrzeug betreffenden Rechenvorgänge ab und schaltet sich aus oder geht in einen Standby-Zustand über, womit das Ende des Abschaltvorgangs (V) erreicht ist.

Die im Ablaufdiagramm parallel dargestellten Vorgänge (Zu- stand III) können in weiteren Ausführungsformen auch in ande- rer Reihenfolge hintereinander ablaufen.

Zum Einleiten des darauffolgenden Startvorgangs S betätigt der Fahrer des Fahrzeugs mit der Brennkraftmaschine 14 ein Bedienelement, z. B. den Zündschlüssel, wodurch dem Steuerge- rät 11 signalisiert wird, daß die Brennkraftmaschine einzu- schalten ist. Das Steuergerät 11 wird aktiviert und den Startvorgang S beginnt (Zustand VI).

Ein Anlasser treibt die Brennkraftmaschine 14 an. Abhängig vom Verhältnis der Pumpendrehzahl zur Motordrehzahl und der Drehzahl des Anlassers kann eine Pumpenumdrehung mehr als ei- ne Sekunde dauern.

Die Zeitverzögerung zwischen Verstellen des Ventils 5 und Än- derung des Fördervolumenstroms zum Kraftstoffspeicher 9 kann mehr als eine halbe Pumpenumdrehung betragen. Eine entspre-

chende Zeitverzögerung ergibt sich auch bei den weiteren be- schriebenen Ausführungsbeispielen.

Beim Startvorgang S wird der Kraftstoffzufluß zur Hochdruck- pumpe 6, z. B. durch Aufregeln des Ventils 5 vorzugsweise ma- ximiert.

Bei den in WO 98/25887 angegebenen volumenstromgeregelten Common-Rail Systemen ist nach Stillstand der Brennkraftma- schine abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine unmittelbar vor dem Abschaltvorgang, z. B. Leerlauf, Lastbe- trieb, Vollgas, der Pumpraum der Brennkraftmaschine und der Hochdruckpumpe leer, teilweise oder vollständig mit Kraft- stoff gefüllt.

Eine Hochdruckpumpe erreicht ihre maximale Förderleistung bei einem vollständig mit Kraftstoff gefüllten Pumpraum. Wäre zu Beginn des Startvorgangs S der Pumpraum leer oder nur teil- weise mit Kraftstoff gefüllt, würde die Zeitverzögerung bis zum vollständigen Füllen des Pumpraums und zum maximal sich einstellenden Fördervolumenstrom einige 100 ms betragen, wo- durch sich der Druckaufbau im Kraftstoffspeicher 9 entspre- chend verzögern würde.

Durch das beschriebene Regeln des Kraftstoffzulaufs beim Ab- schaltvorgang A (Zustand I bis V) wird diese Zeitverzögerung vermieden, der Hochdruck im Kraftstoffspeicher 9 baut sich schnell auf, wobei vorzugsweise nach Erreichen des Solldrucks die Kraftstoffeinspritzung beginnt. Nach Anspringen der Brennkraftmaschine 14 ist der Startvorgang S beendet (Zustand VII).