DE10155247B4 - Einspritzanlage mit Notlauffunktion - Google Patents

Einspritzanlage mit Notlauffunktion Download PDF

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Abstract

Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hockdruckpumpe (1), einem Druckspeicher (3), einem Sensor (7) zur Erfassung des Drucks im Druckspeicher (3), einem Regelventil (2) und einer Steuer- bzw. Regeleinheit (8), wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit (8) den Druck im Druckspeicher (3) durch Freigeben bzw. Verschließen eines Durchlasses (10) zu einem Niederdruckbereich mittels des Regelventils (2) regelt, und die Steuer- bzw. Regeleinheit (8) für einen Notlaufbetrieb bei Auftreten eines Fehlers im Regelkreis zur Regelung des Drucks im Druckspeicher das Regelventil (2) öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor dem Druckspeicher (3) ein Rückschlagventil (5) angeordnet ist und eine Ansaugung von Kraftstoff durch das Regelventil (2) erfolgt, wobei der angesaugte Kraftstoff mittels der Hochdruckpumpe (1) angesaugt wird und dann unter hohem Druck in den Druckspeicher (3) gefördert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit einer Notlauffunktion sowie ein Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Notlaufbetriebes einer derartigen Einspritzanlage.
  • Bei modernen Brennkraftmaschinen werden häufig Speichereinspritzanlagen verwendet, welche zur Speicherung eines unter Druck stehenden Kraftstoffes einen Druckspeicher aufweisen. Aus diesem Druckspeicher werden die den einzelnen Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeordneten Injektoren mit Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffzufuhr zu dem Druckspeicher erfolgt dabei über eine Hochdruckpumpe, die über ein steuerbares Ventil mit dem Druckspeicher verbunden ist, wobei das zwischen der Hochdruckpumpe und dem Druckspeicher angeordnete Ventil eine Einstellung des in dem Druckspeicher herrschenden Kraftstoffdrucks ermöglicht. So kann das Ventil beispielsweise ein Teil des von der Hochdruckpumpe geförderten Kraftstoffstroms abzweigen und in einen Niederdruckbereich der Einspritzanlage zurückführen, wenn der gewünschte Kraftstoffdruck erreicht oder überschritten ist. Bei einem Unterschreiten des gewünschten Kraftstoffdrucks im Druckspeicher leitet das Ventil dagegen den gesamten von der Hochdruckpumpe geförderten Kraftstoffstrom zum Druckspeicher weiter, um möglichst schnell wieder das gewünschte Druckniveau im Druckspeicher zu erreichen. Das zwischen der Hochdruckpumpe und dem Druckspeicher angeordnete Ventil ermöglicht somit eine Einstellung des im Druckspeicher herrschenden Kraftstoffdrucks, so dass dieses Ventil von einer Steuereinheit entsprechend der einzuspritzenden Kraftstoffmenge angesteuert wird.
  • Bei den bisher bekannten Einspritzanlagen wird bei Auftreten. eines Fehlers im Regelkreis zur Regelung der Druckhöhe im Druckspeicher die Kraftstoffförderung ausgesetzt und der Betrieb der Brennkraftmaschine beendet. Es wäre jedoch wünschenswert, wenn eine Notlauffunktion vorhanden wäre, um einen Notbetrieb der Brennkraftmaschine auch bei Auftreten eines Fehlers im Regelkreis der Druckhöhenregelung im Druckspeicher fortführen zu können.
  • Aus der US 6,024,064 A ist eine Einspritzanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs bekannt. Ferner zeigt die WO 00/49283 A2 eine Einspritzanlage für eine Kraftstoffdirekteinspritzung nach dem Common-Rail-Prinzip, bei der ein Ventil zur Regelung eines Druckes im Druckspeicher vorgesehen ist, wobei auch eine Notlauffunktion vorhanden ist.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, welche einen Notlaufbetrieb ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Einspritzanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine umfasst eine Hochdruckpumpe, einen Druckspeicher, einen Sensor zur Erfassung des Druckes im Druckspeicher, ein zwischen der Pumpe und dem Druckspeicher angeordnetes Regelventil und eine Steuer- bzw. Regeleinheit. Das Regelventil kann eine Verbindung zu einem Niederdruckbereich freigeben bzw. verschließen. Durch Ansteuern des Regelventils mittels der Steuer- bzw. Regeleinheit wird somit der Druck im Druckspeicher geregelt. Dabei bleibt das Regelventil geschlossen, wenn der Druck im Druckspeicher noch nicht den gewünschten Wert erreicht hat bzw. das Regelventil wird geöffnet, wenn der Druck im Druckspeicher einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, um Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich abzulassen. Die Steuer- bzw. Regeleinheit ist dabei derart ausgebildet, dass sie bei Auftreten eines Fehlers im Regelkreis zur Druckhöhenregelung im Druckspeicher das Regelventil öffnet und dadurch eine Notlauffunktion der Einspritzanlage sicherstellt. Während des Notlaufbetriebes wird dabei die Pumpe weiter betrieben, welche dadurch weiter Kraftstoff in den Druckspeicher fördert. Diese geförderte Menge ist trotz des im Notlaufbetrieb geöffneten Regelventils und damit einer Verbindung zum Niederdruckbereich groß genug, um einen Notlaufbetrieb der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, da das geöffnete Regelventil als Drossel wirkt. Somit erfolgt erfindungsgemäß eine Ansteuerung der Pumpe auch bei Vorhandensein eines Fehlers im Regelkreis zur Druckhöhenregelung. Um einen möglichst einfachen und kompakten Aufbau der Einspritzanlage zu gewährleisten, ist weiter vor dem Druckspeicher ein Rückschlagventil angeordnet und eine Ansaugung von Kraftstoff erfolgt dabei durch das Regelventil. Somit ist die Pumpe im Fluidweg zwischen dem Regelventil und dem Rückschlagventil angeordnet.
  • Vorzugsweise wird das Regelventil im Notlaufbetrieb bei Auftreten eines Ausfalls des Sensors oder eines Kurzschlusses oder einer Leitungsunterbrechung oder eines Windungsschlusses in seine Offenstellung gebracht.
  • Vorzugsweise ist das Regelventil als ein elektrisch betriebenes Volumensteuerventil ausgebildet. Besonders bevorzugt wird dabei bei Auftreten eines Fehlers eine Spule des elektrischen Volumensteuerventils stromlos geschaltet, so dass das Volumensteuerventil geöffnet ist.
  • Um einen möglichst hohen Druck im Notlaufbetrieb zu erreichen, ist vorteilhaft ein Ventilschließkörper des Regelventils derart ausgebildet, dass er ausgehend von einem Niederdruckbereich einen Durchlass in Richtung des Druckspeichers öffnet. Mit anderen Worten wird der Ventilschließkörper zur Öffnung des Durchlasses in Ansaugrichtung bewegt, wenn die Pumpe den Kraftstoff durch das Regelventil ansaugt.
  • Vorzugsweise ist weiterhin die Betätigung des Regelventils mit dem Kolbenhub einer als Einkolbenpumpe ausgebildeten Pumpe synchronisiert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein separates Einlassrückschlagventil vorhanden, welches zum Regelventil parallel geschaltet ist, so dass eine Ansaugung von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich durch das Einlassrückschlagventil oder beide Ventile erfolgt.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Notlaufbetriebs einer Brennkraftmaschine wird bei Auftreten eines Fehlers im Regelkreis zur Regelung der Druckhöhe in einem Druckspeicher ein Regelventil, welches eine Verbindung zwischen einem ausgangsseitigen Bereich einer Pumpe und einem Niederdruckbereich freigeben bzw. verschließen kann, durch eine Steuer- bzw. Regeleinheit geöffnet, wenn ein Fehler bei der Druckregelung der Druckhöhe im Druckspeicher auftritt. Dieses Öffnen des Regelventils bei Auftreten eines Fehlers im Regelkreis ermöglicht einen Notbetrieb, da dabei die Pumpe weiter angesteuert wird, so dass sie weiter Kraftstoff in den Druckspeicher fördert. Dabei kann ein gewisser Kraftstoffdruck im Druckspeicher aufgebaut werden, da das geöffnete Regelventil als Drossel wirkt und der durch die Pumpe zugeführte Volumenstrom bis zu einem bestimmten Druckniveau größer ist als der durch das geöffnete Regelventil abströmende Volumenstrom. Die Druckhöhe des im Notlaufbetrieb aufgebauten Druckes im Druckspeicher hängt dabei von der durch die Injektoren eingespritzen Kraftstoffmenge und von der Motordrehzahl ab. Somit ist es erfindungsgemäß möglich, dass beispielsweise ein Fahrzeug bei Auftreten eines Fehlers aus eigener Kraft im Notlaufbetrieb in eine Werkstatt weiterfahren kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei Auftreten eines Fehlers infolge eines Kurzschlusses, einer Lei tungsunterbrechung oder eines Windungsschlusses einer Ventilspule ausgeführt, wobei das Regelventil bevorzugt als volumengesteuertes Elektroventil ausgebildet ist.
  • Eine erfindungsgemäße Notlauffunktion ist ebenfalls möglich, wenn der Fehler ein Ausfall eines Sensors zur Bestimmung des Druckes im Druckspeicher ist.
  • Weiterhin wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise ein Wert des Drucks im Druckspeicher aus einem Kennfeld in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt. Somit kann ein Druckwert auch bei Ausfall des Drucksensors erhalten werden und in der Steuer- bzw. Regeleinheit verarbeitet werden. Insbesondere ist dabei vorteilhaft eine Leistungs- und Drehzahlbegrenzung auch während des Notlaufbetriebes aktiv, wodurch Zündaussetzer verhindert werden können.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Einspritzanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
  • 2 eine schematische Darstellung eines Kennfelds während eines Notlaufbetriebs.
  • In 1 ist ein schematischer Aufbau einer Einspritzanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Einspritzanlage eine volumenstromgesteuerte Hochdruckpumpe 1, welche als Einkolbenpumpe ausgebildet ist. Weiterhin ist ein Druckspeicher 3 vorgesehen, in welchem Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert wird und zu einzelnen Injektoren 4 geleitet wird, über welche in bekannter Weise eine Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt. Weiterhin ist ein Regelventil 2 vorgesehen, welches als elektrisch betätigbares Volumensteuerventil ausgebildet ist. Am Druckspeicher 3 ist ein Drucksensor 7 zur Aufnahme des tatsächlich herrschenden Druckes im Druckspeicher 3 vorgesehen. Weiterhin umfasst die Einspritzanlage eine Steuer- bzw. Regeleinheit 8, welche insbesondere das Regelventil 2 steuert.
  • Das Regelventil 2 ist zwischen einem Niederdruckbereich 6 und dem Druckspeicher 3 angeordnet, wobei es mit dem Druckspeicher 3 über eine Leitung 11 verbunden ist. In dieser Leitung 11 ist vor dem Druckspeicher 3 noch ein Rückschlagventil 5 zur Verhinderung eines Rückflusses von Kraftstoff aus dem Druckspeicher 3 in die Leitung 11 angeordnet. Die Pumpe 1 ist über eine Abzweigleitung 9 hydraulisch zwischen dem Regelventil 2 und dem Rückschlagventil 5 angeordnet (vgl. 1) und saugt Kraftstoff aus der Niederdruckleitung 6 durch das Regelventil 2 an. Somit arbeitet die Pumpe 1 als Plungerpumpe. Das Regelventil 2 ist als nach außen öffnendes Ventil ausgebildet, d.h. der Hub des Regelventils 2 erfolgt ausgehend vom geschlossenen Ventil in Richtung der Leitung 11, und verschließt bzw. gibt einen Durchlass 10 zwischen der Niederdruckleitung 6 und der Leitung 11 frei. D.h. die Richtung des Öffnungshubs des Regelventils 2 ist gleich der Strömungsrichtung des Kraftstoffs während der Ansaugung durch das Regelventil.
  • Nachfolgend wird die Funktion der erfindungsgemäßen Einspritzanlage beschrieben. Die Hochdruckpumpe 1 saugt Kraftstoff aus der Niederdruckleitung 6 durch den Durchlass 10, welcher vom Regelventil 2 geöffnet ist, an. Da es sich bei der Hochdruckpumpe um eine Einkolbenpumpe handelt, ist die Ansteuerung des Regelventils 2 mit dem Kolbenhub synchronisiert, um möglichst geringe Verluste aufzuweisen. Wenn die Ansaugung beendet ist und sich die Bewegungsrichtung des Kolbens der Kolbenpumpe 1 umkehrt, schließt das Regelventil 2 den Durchlass 10, so dass Kraftstoff über das Rückschlagventil 5 in den Druckspeicher 3 geführt wird. Vom Druckspeicher 3 wird der Kraftstoff in bekannter Weise zu Injektoren 4 geführt, welche den Kraftstoff in Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen. Dabei soll ein vorbestimmter Druck im Druckspeicher 3 ständig vorhanden sein. Dies wird mittels des Drucksensors 7 erfasst, welcher entsprechende Signale an die Steuer- bzw. Regeleinheit 8 abgibt. Entsprechend dem im Druckspeicher 3 herrschenden Druckniveau wird eine Kraftstoffförderung durch die Kolbenpumpe vermindert (z.B. durch Reduzierung der Antriebsdrehzahl) oder unterbunden bzw. das Regelventil 2 entsprechend angesteuert und auch während des Druckhubes der Pumpe 1 geöffnet, so dass Kraftstoff von der Leitung 11 zurück zum Niederdruckbereich strömt.
  • Um einen Notlaufbetrieb der Einspritzanlage zu ermöglichen, ist die Steuer- bzw. Regeleinheit 8 derart ausgebildet, dass bei Auftreten eines Fehlers im Regelkreis das Regelventil 2 derart angesteuert wird, dass es in die Offenstellung gebracht wird, so dass eine ständige Verbindung zwischen der Leitung 11 und dem Niederdruckbereich 6 vorhanden ist. Da das Regelventil 2 als Elektroventil ausgebildet ist, kann die Offenstellung einfach durch Stromlosstellen der Spule des Ventils 2 erreicht werden.
  • Da weiterhin das Regelventil 2 als nach außen öffnendes Ventil ausgebildet ist, ist bei stromlos gestellter Spule der Ventilschließkörper frei beweglich, so dass nach Abschluss des Ansaughubes der Kolbenpumpe 1 der Durchlass 10 infolge des Druckaufbaus in der Leitung 11 verschlossen wird und Kraftstoff in den Druckspeicher 3 gefördert werden kann (vgl. 1). Somit wird der Druckaufbau im Druckspeicher 3 während des Notlaufbetriebs durch den frei beweglichen Ventilschließkörper 13 durch Verschließen des Durchlasses 10 während des Druckhubes noch unterstützt, wodurch höhere Drücke im Druckspeicher 3 möglich sind.
  • Es sei angemerkt, dass der Fehler im Regelkreis insbesondere im Bereich des Regelventils 2 sein kann, wie beispielsweise durch einen Kurzschluss, eine Leitungsunterbrechung oder einen Windungsschluss der Ventilspule, oder in einem Fehler im Drucksensor 7 liegen kann, so dass keine Signale vom Drucksensor 7 zur Steuer- bzw. Regeleinheit 8 geliefert werden können.
  • Bei Ausfall des Drucksensors 7 kann der im Notlaufbetrieb herrschende Druck im Druckspeicher 3 beispielsweise aus einem wie in 2 schematisch dargestellten Kennfeld abhängig von der Motordrehzahl und der durch die Injektoren 4 eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt werden. Der so erhaltene Wert kann von der Steuer- bzw. Regeleinheit 8 demnach weiter verarbeitet werden. Hierzu muß ein derartiges Kennfeld nur in einem Speicher für die Steuer- bzw. Regeleinheit im Voraus abgespeichert sein.
  • Erfindungsgemäß wird somit eine Einspritzanlage mit einem einfach aufgebauten Notlaufbetrieb bereitgestellt. Der Notlaufbetrieb kann durch Ausbilden der Steuerungs- und Regeleinheit 8 aufrechterhalten werden, welche derart ausgebildet ist, dass sie das Regelventil 2 bei Auftreten einer Störung im Regelkreis zur Druckhöhenregelung im Druckspeicher 3 öffnet. Dadurch kann die Pumpe 1 trotzdem einen Volumenstrom in den Druckspeicher 3 fördern und dort sogar einen geringen Druck aufbauen, welcher einen Notbetrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
  • In 1 ist mit gestrichelten Linien auch eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Einspritzanlage dargestellt. Wie in 1 gezeigt, kann parallel zum Regelventil 2 ein Einlassrückschlagventil 12 vorgesehen sein, über welches die Kolbenpumpe Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich 6 ansaugt. Somit muss eine Ansaugung nicht mehr durch das Regelventil 2 erfolgen. Demnach kann das Regelventil 2 auch als in Richtung des Niederdruckbereichs öffnendes Ventil ausgebildet sein.
  • Weiterhin sei angemerkt, dass die Hochdruckpumpe nicht nur als Einkolbenpumpe ausgebildet sein kann, sondern dass auch Mehrkolbenpumpen verwendet werden können.
  • Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Einspritzanlage für ein Brennkraftmaschine mit einer Pumpe 1, einem Druckspeicher 3, einem Sensor 7 zur Erfassung des Druckes im Druckspeicher 3, einem Regelventil 2 und einer Steuer- bzw. Regeleinheit 8. Die Steuer- bzw. Regeleinheit 8 regelt den Druck im Druckspeicher 3 durch Freigeben bzw. Verschließen einer Verbindung zu einem Niederdruckbereich 6. Die Steuer- bzw. Regeleinheit weist dabei eine Notlaufsteuerung derart auf, dass bei Auftreten eines Fehlers im Regelkreis das Regelventil in seine Offenstellung gestellt wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können verschiedene Abweichungen und Änderungen ausgeführt werden, ohne den Erfindungsumfang zu verlassen.
  • 1
    Kolbenpumpe
    2
    Regelventil
    3
    Druckspeicher
    4
    Injektor
    5
    Rückschlagventil
    6
    Niederdruckleitung
    7
    Drucksensor
    8
    Steuer- und Regeleinheit
    9
    Leitung
    10
    Durchlass
    11
    Leitung
    12
    Einlassrückschlagventil
    13
    Ventilschließkörper

Claims (7)

  1. Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Hockdruckpumpe (1), einem Druckspeicher (3), einem Sensor (7) zur Erfassung des Drucks im Druckspeicher (3), einem Regelventil (2) und einer Steuer- bzw. Regeleinheit (8), wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit (8) den Druck im Druckspeicher (3) durch Freigeben bzw. Verschließen eines Durchlasses (10) zu einem Niederdruckbereich mittels des Regelventils (2) regelt, und die Steuer- bzw. Regeleinheit (8) für einen Notlaufbetrieb bei Auftreten eines Fehlers im Regelkreis zur Regelung des Drucks im Druckspeicher das Regelventil (2) öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor dem Druckspeicher (3) ein Rückschlagventil (5) angeordnet ist und eine Ansaugung von Kraftstoff durch das Regelventil (2) erfolgt, wobei der angesaugte Kraftstoff mittels der Hochdruckpumpe (1) angesaugt wird und dann unter hohem Druck in den Druckspeicher (3) gefördert wird.
  2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (2) ein elektrisch angetriebenes Volumensteuerventil ist.
  3. Einspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung (8) bei Auftreten eines Fehlers eine Spule des elektrischen Volumensteuerventils stromlos schaltet.
  4. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilschließkörper (13) des Regelventils (2) ausgehend von dem Niederdruckbereich den Durchlass (10) in Richtung des Druckspeichers (3) öffnet.
  5. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten ei nes Ausfalls des Sensors (7) oder eines Kurzschlusses oder einer Leitungsunterbrechung oder eines Windungsschlusses das Regelventil (2) für den Notlaufbetrieb in seine Offenstellung gebracht wird.
  6. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des Regelventils (2) mit dem Kolbenhub einer als Einkolbenpumpe ausgebildeten Pumpe (1) synchronisiert ist.
  7. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein separates Einlassrückschlagventil (12) vorgesehen ist, welches zum Regelventil (2) parallel geschaltet ist.
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