VERFAHREN ZUM BEREITSTELLEN EINES FÜR EIN WIEDERANLASSEN EINER COMMON-RAIL- BRENNKRAFTMASCHINE AUSREICHENDEN RAILDRUCKS

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines für ein Wiederanlassen einer Common-Rail-Brennkraftmaschine ausreichenden Drucks in einem Common Rail.

Stand der Technik

[0002] Moderne Brennkraftmaschinen sind häufig mit einer sogenannten Start/Stopp-Automatik ausgestattet. Bei einer solchen Start/Stopp-Automatik ist vorgesehen, dass abhängig von bestimmten Bedingungen die Brennkraftmaschine automatisch abgeschaltet wird. Üblicherweise erfolgt dies, wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt. Sobald der Fahrer weiterfahren will und dies durch die Betätigung eines Bedienelements, wie beispielweise des Gas- oder Kupplungspedals, anzeigt, startet die Brennkraftmaschine selbständig. Dies wird im Rahmen dieser Erfindung als Wiederanlassen bezeichnet.

[0003] Wird bei einer Brennkraftmaschine, die mit einer solchen Start/Stopp-Automatik ausgestattet ist, der Raildruck beim Abschalten der Brennkraftmaschine abgebaut, so verzögert sich der Neustart der Brennkraftmaschine unter Umständen erheblich. Des weiteren werden die hydraulischen Komponenten stark belastet. Die DE 10 2008 007 668 A1 offenbart daher, den Raildruck nach dem Abstellen auf dem Leerlauf-Solldruck zu belassen, um das Wiederanlassen zu beschleunigen. Bei solchen Start/Stopp-Systemen ist es vorgesehen, den Leerlaufdruck von ca. 300 bar, der vor dem Abstellen des Motors eingestellt wird, im Stillstand des Motors möglichst lange aufrecht zu erhalten. Ziel ist, dass beim Wiederstart bzw. Wiederanlassen der Raildruck sicher oberhalb jenes Drucks liegt, bei dem die Einspritzfreigabe erfolgt (üblicherweise ca. 120 bar). In der Folge kann beim Wiederanlassen sofort eingespritzt werden, ohne dass zuvor Druck im Rail aufgebaut werden müsste und dafür Startzeit verlorenginge. Besonders vorteilhaft kann dies bei Systemen eingesetzt werden, bei denen der Injektor keine Leckagespalte aufweist.

[0004] Allerdings können bei den eingesetzten Injektoren in der Praxis mehr oder weniger große Leckagen vorhanden sein, die im Stillstand zu einem unerwünscht schnellen Druckabbau führen. Dies gilt insbesondere für ältere Injektoren, bei denen durch Partikel im Kraftstoff leichte Beschädigungen am Dichtsitz des Ventils entstanden sein können, welche dann wiederum zu unerwünschter (Schwitz)Leckage und unerwünscht schnellem Druckabbau im Stillstand führen. US 2001/042535 A1 und DE 102 004 006 523 A1 beschreiben ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0005] Es ist daher wünschenswert, Insbesondere auch bei leckagebehafteten Injektoren einen zum Wiederanlassen notwendigen Druck beim Start/Stopp-Betrieb zur Verfügung zu haben.

Offenbarung der Erfindung

[0006] Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Vorteile der Erfindung

[0007] Die Erfindung bedient sich der Erkenntnis, dass in einem Start/Stopp-Betrieb ein ausreichender Raildruck über eine längere Zeit aufrechterhalten werden kann, wenn der Raildruck kurz vor dem Motorstillstand auf einen ersten Solldruck erhöht wird. Dies erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, dass der RaildruckRegelkreis aufgetrennt und in einem bestimmten gesteuerten Modus betrieben wird. Dieser gesteuerte Modus zeichnet sich bspw. dadurch aus, dass im Falle einer saugseitig vor der Hochdruckpumpe angebrachten Zumesseinheit diese in ihren voll geöffneten Zustand gebracht wird und dass bei Vorhandensein eines hochdruckseitigen Druckregelventils dieses in seinen vollständig geschlossenen Zustand gebracht wird. Alternativ können diese Stelleingriffe auch bei geschlossenem Raildruckregelkreis bspw. durch deutliches Anheben des Raildrucksollwerts über den Regeldruck hinaus ausgelöst werden. In der Folge wird während der Restlaufzeit des Motors bis zum Motorstillstand die Hochdruckpumpe auf Vollförderung gestellt, so dass die von der Pumpe noch ins Rail geförderte Kraftstoffmenge einen zusätzlichen Druckaufbau im Rail bewirkt. Somit liegt der Raildruck zu Beginn des Motorstillstands (Stopp-Phase) erheblich über dem Regeldruck (bspw. Leerlauf-Solldruck). In der Folge wird insbesondere bei Systemexemplaren mit Leckage die Zeitdauer, innerhalb derer der Raildruck oberhalb des Einspritzfreigabedrucks verbleibt, erheblich verlängert und so die Wahrscheinlichkeit, dass beim Wiederstart bzw. Wiederanlassen zusätzliche Zeit für den Druckaufbau im Rail benötigt wird, erheblich reduziert. Es ist ein sehr schneller Wiederstart der Brennkraftmaschine im Start/Stopp-Betrieb möglich. Außerdem werden durch den eingesparten Druckabbau-/-aufbauzyklus die hydraulischen Komponenten deutlich weniger belastet. Das Zeitintervall, innerhalb dessen der Raildruck oberhalb des Einspritzfreigabedrucks für Wiederstart liegt, verlängert sich erheblich und im Wesentlichen um jene Zeitdauer, die der Raildruck nun benötigt, um von dem überhöhten Startwert zurück auf den Leerlauf-Solldruck abzusinken.

[0008] Die Erfindung entfaltet bei hochdruckseitig öffnenden Injektoren besondere Vorteile. Sind die für die Schwitzleckage ggf. verantwortlichen Schaltventile der Injektoren nach innen öffnend ausgeführt, können ggf. vorhandene Schwitzleckagespalte am Sitz bei höherem Raildruck durch die erhöhte Schließkraft des Ventils verkleinert oder ganz geschlossen werden.

[0009] Die Druckerhöhung beginnt vorteilhafterweise, nachdem die letzte Einspritzung vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine stattgefunden hat. Es handelt sich hierbei um einen besonders günstigen Zeitpunkt, um die Funktionalität der Brennkraftmaschine vor dem Abstellen aufrechtzuerhalten und nach dem Abstellen möglichst viel Zeit für den Druckaufbau zur Verfügung zu haben.

[0010] Wenn der Druckverlauf im Stillstand zeigt, dass keine nennenswerte Leckage vorliegt, kann die Drucküberhöhung reduziert oder ganz unterdrückt werden. Aus dem Druckverlauf im Stillstand kann auf die Höhe der Leckage geschlossen werden. In Abhängigkeit hiervon kann bei der Variante mit erhöhtem Raildrucksollwert die Höhe der Sollwerterhöhung angepasst werden. Im Falle eines rein gesteuerten Eingriffs kann ebenfalls in Abhängigkeit von der Höhe der Leckage bei Erreichen eines bestimmten Grenzdrucks ein weiterer Druckanstieg unterbunden werden, z.B. durch Schließen der Zumesseinheit vor der Pumpe oder durch Einstellen eines definierten, vom Sollwert des zu erreichenden Drucks abhängigen Stromwerts an einem hochdruckseitig angebrachten Druckregelventil.

[0011] Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine Common-Rail-Brennkraftmaschine gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren anzusteuern.

[0012] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

[0013] Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0014] 

Figur 1

zeigt schematisch ein Common-Rail-System, anhand dessen eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wird.

Figur 2

zeigt ein gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erhältliches Raildruck/Zeit-Diagramm.

Ausführungsform(en) der Erfindung

[0015] Ein typisches Common-Rail-System wird anhand Figur 1 erläutert, in der ein Einspritzsystem, wie es der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen kann, abgebildet ist. Figur 1 zeigt als schematisches Diagramm ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 100 für einen Verbrennungsmotor 116, z.B. einen Dieselmotor. In einem teilweise angeschnitten gezeigten, mit Kühlwasser 114 gekühlten Zylinder 124 des Verbrennungsmotors 116 ist ein Kolben 126 beweglich angeordnet. Ein Injektor 109 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder ist am Zylinder 124 montiert.

[0016] Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen Kraftstofftank 101, der in nahezu gefülltem Zustand gezeigt ist. Innerhalb des Kraftstofftanks 101 ist eine Vorförderpumpe 103 angeordnet, die durch ein Vorfilter 102 Kraftstoff aus dem Tank 101 ansaugt und mit niedrigem Druck von 1 bar bis maximal 10 bar durch eine Kraftstoffleitung 105 bis zu einem Kraftstofffilter 104 befördert. Von dem Kraftstofffilter 104 führt eine weitere Niederdruckleitung 105' zu einer Hochdruckpumpe 106, die den zugeführten Kraftstoff bis auf einen hohen Druck komprimiert, der je nach System typischerweise zwischen 100 bar und 2000 bar liegt. Die Hochdruckpumpe 106 weist eine Zumesseinheit (ZME) 113 zum Einstellen einer Kraftstoffmenge auf. Die Hochdruckpumpe 106 speist den komprimierten Kraftstoff in eine Hochdruckleitung 107 und ein mit dieser verbundenes Rail 108, das sog. Common Rail, ein. Vom Rail 108 führt eine weitere Hochdruckleitung 107' zum Injektor 109.

[0017] Ein System von Rücklaufleitungen 110 ermöglicht den Rückfluss überschüssigen Kraftstoffs aus dem Kraftstofffilter 104, der Hochdruckpumpe 106 bzw. Zumesseinheit 113, dem Injektor 109 und dem Rail 108 in den Kraftstofftank 101. Dabei ist zwischen das Rail 108 und die Rückflussleitung 110 ein Druckregelventil (DRV) 112 geschaltet, das durch Verändern der vom Rail 108 in die Rückflussleitung 110 abfließenden Kraftstoffmenge den im Rail 108 herrschenden hohen Druck, den sog. Raildruck, auf einen konstanten Wert regeln kann.

[0018] Das gesamte Common-Rail-Einspritzsystem 100 wird durch ein Steuergerät 111 gesteuert, das über elektrische Leitungen 128 u.a. mit der Vorförderpumpe 103, der Hochdruckpumpe 106, der Zumesseinheit 113, dem Injektor 109, einem Drucksensor 134 am Rail 108, dem Druckregelventil 112 sowie Temperatursensoren 132, 122 am Verbrennungsmotor 116 bzw. an der Kraftstoffzulaufleitung 105 verbunden ist. Das Steuergerät steht über ein Bussystem 136 mit weiteren, nicht gezeigten Steuergeräten in Verbindung, mittels derer es auf weitere Daten, wie die Umgebungstemperatur, die Fahrgeschwindigkeit oder die Motordrehzahl, zurückgreifen kann. Des Weiteren ist eine Start/Stopp-Automatik (Steuerung) 150 vorgesehen, die ein Signal S liefert. Diese Start/Stopp-Steuerung ist derart ausgebildet, dass sie die Brennkraftmaschine unter bestimmten Bedingungen abschaltet. Beispielsweise wird die Brennkraftmaschine abgeschaltet, wenn die Start/Stopp-Steuerung erkennt, dass das Fahrzeug steht. Erkennt die Start/Stopp-Steuerung, dass der Fahrer weiterfahren will, so startet die Start/Stopp-Steuerung die Brennkraftmaschine und ermöglicht ein Weiterfahren.

[0019] In Figur 2 wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Raildruck/Zeit-Diagramms 200 erläutert. In dem Diagramm 200 sind verschiedene Verläufe des Raildrucks p gegen die Zeit t aufgetragen. In dem Diagramm ist der Einspritzfreigabedruck, d.h. der für eine erfolgreiche Einspritzung mindestens bereitzustellende Druck, mit p₀ gekennzeichnet. Dieser liegt bei herkömmlichen Systemen bei etwa 120 bar.

[0020] Ein Raildruckverlauf gemäß dem Stand der Technik ist mit 201 bezeichnet. Üblicherweise befindet sich der Motor vor dem Abstellen im Leerlauf. In diesem Betriebszustand bis zum Zeitpunkt t₀ wird ein Regeldruckwert von üblicherweise 250 bar bis 300 bar im Rail 108 aufrechterhalten. Im vorliegenden Beispiel wird hierfür ein Regeldruckwert p_R von 300 bar angenommen.

[0021] Zum Zeitpunkt t₀ erfolgt die Stopp-Anforderung und es findet die letzte Einspritzung vor dem Stillstand der Brennkraftmaschine statt. Der Stillstand wird zum Zeitpunkt t₁ erreicht. Ausgehend hiervon sinkt der Raildruck in Abhängigkeit von der Größe einer gegebenenfalls vorhandenen Leckage ab, bis er zu einem Zeitpunkt t₂ unter den Einspritzfreigabedruck sinkt, sodass ab diesem Zeitpunkt kein direktes Wiederanlassen mehr möglich ist. Vielmehr müsste nun für das Wiederanlassen zunächst der Raildruck erhöht werden (nicht gezeigt), was eine gewisse Zeit erfordert und damit zu Komforteinbußen führt und darüber hinaus die hydraulischen Systeme der Brennkraftmaschine belastet.

[0022] In Ausgestaltung der Erfindung, wie durch den Graphen 202 dargestellt, wird nun nach der Stopp-Anforderung zum Zeitpunkt t₀ zunächst der Raildruck in dem Rail 108 erhöht. Die Erhöhung kann insbesondere erfolgen, indem die Hochdruckpumpe 106 auf Vollförderung gestellt, die Zumesseinheit 113 vollständig geöffnet und das Druckregelventil 112 vollständig geschlossen wird. Auf diese Weise wird der Raildruck bis zu dem Zeitpunkt t₁ auf einen ersten Soll-Druck p₁ von hier ca. 700 bar erhöht. Ausgehend von diesem Druck p₁ sinkt der Raildruck anschließend erneut ab, erreicht jedoch erst zu einem Zeitpunkt t₃ den Einspritzfreigabedruck, sodass auf diese Weise die für das Wiederanlassen zur Verfügung stehende Zeitspanne bereits um t₃ - t₂ verlängert wird.

[0023] Gemäß der Erfindung kann die Erhöhung des Raildrucks gesteuert oder geregelt werden. Ist bspw. erwünscht, dass nach einer vorgebbaren Zeitspanne T noch mindestens ein zweiter Solldruck p₂ herrscht, wird in diesem Fall die Zeitspanne T nach einer ersten Stopp-Anforderung, d.h. in diesem Fall bspw. zum Zeitpunkt t₄, der Raildruck p(t₄) gemessen und mit dem zweiten Solldruck p₂ verglichen. Aus der Differenz p₂-p(t₄) und dem Soll-Druck p₁ bei dieser ersten Stopp-Anforderung kann ein neu vorzugebender Soll-Druck p₁' bestimmt werden gemäß p₁'=p₁+(p₂-p(t₄)), der als Soll-Druck für nachfolgende Druckerhöhungsvorgänge dient. Auf diese Weise kann bei nachfolgenden Druckerhöhungsvorgängen nach dem Verstreichen der Zeitspanne T noch der erwünschte Soll-Druck p₂ bereit gestellt werden.

[0024] Wenn auch die Druckabnahme der Raildruckverläufe 202 und 203 üblicherweise unterschiedlich verläuft (bspw. wird bei hochdruckseitig öffnenden Injektoren die Druckabnahme mit zunehmendem Ausgangsdruck flacher, sodass der jeweilige Enddruck zu einem vergleichsweise späteren Zeitpunkt erreicht wird), so kann dennoch mit ausreichender Genauigkeit - ggf. durch wiederholtes Ausführen des soeben beschriebenen Verfahrens - der zweite Soll-Druck p₂ nach dem Verstreichen der Zeitspanne T bereitgestellt werden.

[0025] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit ein für ein Wiederanlassen der Brennkraftmaschine im Start/Stopp-Betrieb ausreichender Raildruck über längere Zeiträume hin aufrechterhalten werden und damit insbesondere zu Zeitpunkten bereitgestellt werden, zu denen im Stand der Technik der Einspritzfreigabedruck bereits unterschritten ist. Bei beiden Ausgestaltungen gemäß 202 oder 203 kann vorgesehen sein, dass die Erhöhung des Raildrucks p bei Erreichen eines oberen Schwellwerts (nicht gezeigt) beendet wird, so dass ein zulässiger Maximaldruck nicht überschritten wird.

Ansprüche

1. Verfahren zum Bereitstellen eines für ein Wiederanlassen einer Common-Rail-Brennkraftmaschine (100) ausreichenden Raildrucks (p), wobei die Brennkraftmaschine (100) in einem Start/Stopp-Betrieb betrieben wird, in dem die Brennkraftmaschine auf eine Stopp-Anforderung (t₀) hin abgestellt und auf eine danach folgende Start-Anforderung hin wiederangelassen wird, wobei nach einer Stopp-Anforderung (t₀) und vor dem Stillstand (t₁) der Brennkraftmaschine der Raildruck (p) durch Zuführen von Kraftstoff über einen Regeldruckwert (p_R) hinaus auf einen ersten Soll-Druck (p₁, p₁') erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorgebbare Zeitspanne (T) nach der Stopp-Anforderung (t₀) ein Ist-Druck (p(t₄)) bestimmt und mit einem vorgebbaren zweiten Soll-Druck (p₂) verglichen wird und der erste Soll-Druck (p₁') als Summe aus vorhergehendem ersten Soll-Druck (p₁) und der Differenz (Δp=p(t₄)-p₂) zwischen zweitem Soll-Druck (p₂) und Ist-Druck (p(t₄)) neu vorgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Regeldruckwert (p_R) um einen Leerlauf-Solldruckwert handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Raildruck (p) erhöht wird, nachdem die letzte Einspritzung (t₀) vor dem Stillstand (t₀) der Brennkraftmaschine stattgefunden hat.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Regeldruckwert (p_R) etwa 250 - 300 bar beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kraftstoff mittels einer Hochdruckpumpe (106) zugeführt wird und die Hochdruckpumpe (106) zum Erhöhen des Raildrucks (p) auf Vollförderung gestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zum Erhöhen des Raildrucks (p) eine saugseitige Zumesseinheit (113) vollständig geöffnet und/oder ein hochdruckseitiges Druckregelventil (112) vollständig geschlossen wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Erhöhung des Raildrucks (p) bei Erreichen eines oberen Schwellwerts beendet wird.

8. Recheneinheit (111), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.

Claims

1. Method for providing a rail pressure (p) sufficient for restarting a common rail internal combustion engine (100), wherein the internal combustion engine (100) is operated in a start/stop operating mode in which the internal combustion engine is deactivated in response to a stop request (t₀) and is restarted in response to a subsequent start request, wherein after a stop request (t₀) and before the stationary state (t₁) of the internal computer engine the rail pressure (p) is increased to a first setpoint pressure (p₁, p₁') by feeding in fuel above a control pressure value (p_R), characterized in that a predefinable time period (T) after the stop request (t₀) an actual pressure (p(t₄)) is determined and is compared with a predefinable second setpoint pressure (p₂), and the first setpoint pressure (p₁') is predefined again as a sum of the preceding first setpoint pressure (p₁) and the difference (Δp=p(t₄)-p₂) between the second setpoint pressure (p₂) and the actual pressure (p(t₄)).

2. Method according to Claim 1, wherein the control pressure value (p_R) is an idling setpoint pressure value.

3. Method according to Claim 1 or 2, wherein the rail pressure (p) is increased after the last injection (t₀) before the stationary state (t₁) of the internal combustion engine has taken place.

4. Method according to one of the preceding claims, wherein the control pressure value (p_R) is approximately 250 - 300 bar.

5. Method according to one of the preceding claims, wherein the fuel is fed in by means of a high pressure pump (106), and the high pressure pump (106) is set to full delivery in order to increase the rail pressure (p).

6. Method according to one of the preceding claims, wherein, in order to increase the rail pressure (p), a suction-side metering unit (113) is completely opened and/or a high-pressure-side pressure control valve (112) is completely closed.

7. Method according to one of the preceding claims, wherein the increasing of the rail pressure (p) is ended when an upper threshold value is reached.

8. Computing unit (111) which is configured to carry out a method according to one of the preceding claims.

Revendications

1. Procédé pour établir une pression de rail (p) qui suffit pour redémarrer un moteur (100) à combustion interne à rail commun,
le moteur (100) à combustion interne étant utilisé en un mode démarrage/arrêt dans lequel le moteur à combustion interne est débranché lors d'une demande d'arrêt (t₀) et est redémarré lors d'une demande ultérieure de démarrage,
la pression de rail (p) étant augmentée jusqu'à une première pression de consigne (p₁, p₁') à partir d'une valeur (p_R) de pression de régulation après une demande d'arrêt (t₀) et avant l'arrêt (t₁) du moteur à combustion interne,
caractérisé en ce que
au cours d'une durée (T) prédéterminée, une pression effective (p(t₄)) est définie après la demande d'arrêt (t₀) et est comparée à une deuxième pression de consigne (p₂) prédéterminée,
en ce que la première pression de consigne (p₁') est de nouveau prédéterminée en tant que la somme de la première pression de consigne (p₁) précédente et la différence (Δp = p(t₄) - p₂) entre la deuxième pression de consigne (p₂) et la pression effective (p(t₄)).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur (p_R) de pression de régulation est une valeur de pression de consigne de ralenti.

3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, dans lequel la pression de rail (p) est augmentée après que la dernière injection (t₀) a eu lieu avant l'arrêt (t₁) du moteur à combustion interne.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la valeur (p_R) de la pression de régulation est d'environ 250 à 300 bars.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le carburant est amené au moyen d'une pompe (106) à haute pression, la pompe (106) à haute pression étant amenée à son débit maximum pour augmenter la pression de rail (p).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel pour augmenter la pression de rail (p), une unité (113) de mesure côté aspiration est complètement ouverte et/ou une soupape (112) de régulation de pression située côté haute pression est complètement fermée.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'augmentation de la pression de rail (p) est interrompue lorsqu'une valeur de seuil supérieure est atteinte.

8. Unité de calcul (111) conçue pour exécuter un procédé selon l'une des revendications précédentes.

Zeichnung