DE102006034515B3

DE102006034515B3 - Druckmess-Einrichtung für ein Common-Railsystem mit Einzelspeichern

Info

Publication number: DE102006034515B3
Application number: DE200610034515
Authority: DE
Inventors: Albert Dipl.-Ing. Kloos; Andreas Dr. Ing. Kunz; Günther Dipl.-Ing. Schmidt; Ralf Dipl.-Ing. Speetzen; Michael Dr. Ing. Willmann
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2026-07-27

Abstract

Für ein Common-Railsystem mit Einzelspeichern (7) wird eine Druckmess-Einrichtung (11) zur Erfassung des Einzelspeicherdrucks (pE) vorgeschlagen, mit einer ersten Kammer (12), welche über eine Drosselblende (13) mit dem Innenraum (14) des Einzelspeichers (7) verbunden ist, und mit einer Messzelle (15) zur Detektion eines ersten Druckniveaus (p1) in der ersten Kammer (12) sowie zur Detektion des Einzelspeicher-Druckniveaus (pE) im Innenraum (14) des Einzelspeichers (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmess-Einrichtung für ein Common-Railsystem mit Einzelspeichern, mit einer ersten Kammer, welche über eine Drosselblende mit dem Innenraum des Einzelspeichers verbunden ist, und mit einer Messzelle zur Detektion eines ersten Druckniveaus in der ersten Kammer sowie zur Detektion eines Einzelspeicher-Druckniveaus im Innenraum des Einzelspeichers.
Bei einer Brennkraftmaschine bestimmen der Spritzbeginn, die eingespritzte Kraftstoffmasse und das Spritzende maßgeblich die Güte der Verbrennung und die Zusammensetzung des Abgases. Um die gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten, werden der Spritzbeginn und das Spritzende üblicherweise von einem elektronischen Steuergerät geregelt.

Da die direkte Messung der Kraftstoffmasse sehr aufwendig ist, wird in der Praxis die Kraftstoffmasse aus dem Kraftstoffdruck berechnet. Beispielsweise offenbart die DE 197 26 756 A1 ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Railsystem, bei dem der Raildruck als direkte Messgröße erfasst und die Kraftstoffmasse über eine mathematische Funktion, beispielsweise einer linearen oder Wurzelfunktion, oder über ein Kennfeld berechnet wird.

Bei einem Common-Railsystem mit Einzelspeichern, wie dieses aus der DE 103 44 181 A1 bekannt ist, bleibt der Raildruck während einer Einspritzung auf konstant hohem Niveau, zum Beispiel 1800 bar, während hingegen der Einzelspeicherdruck um bis zu 200 bar abfällt. Außerhalb der Einspitzung erhöht sich das Druckniveau im Einzelspeicher wieder auf das Niveau des Raildrucks. Im praktischen Betrieb tritt das Problem auf, dass die Verwendung von Relativ-, Absolut- oder Differenz-Druckaufnehmern, welche dem Fachmann bekannt sind, bezüglich der Signalauflösung kritisch oder sehr aufwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Druckmess-Einrichtung zu entwerfen, welche bei einem Common-Railsystem mit Einzelspeichern eine einfache Druckmessung ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch eine Druckmess-Einrichtung mit den Merkmalen von Anspruch eins gelöst. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Druckmess-Einrichtung umfasst eine erste Kammer, welche über eine Drosselblende mit dem Innenraum des Einzelspeichers verbunden ist, und umfasst eine Messzelle zur Detektion eines ersten Druckniveaus in der ersten Kammer sowie zur Detektion eines Einzelspeicher-Druckniveaus im Innenraum des Einzelspeichers. Die Drosselblende ist in der Art ausgeführt, dass während der Einspritzung das erste Druckniveau in der ersten Kammer nahezu konstant bleibt und während der Einspritzpause das erste und das Einzelspeicher-Druckniveau gleich sind. Die erste Kammer dient insofern als Vergleichsmessstelle.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Druckmess-Einrichtung in einem Verschlussstopfen des Einzelspeichers angeordnet ist.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass keine externe Druckreferenz erforderlich ist, wodurch die Einrichtung störsicher und einfach ist, und ermöglicht bei einem hohen Common-Raildruck eine entsprechende messtechnische Auflösung des Einzelspeicherdrucks.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es zeigen:
1 ein Systemschaubild;
2 die Druckmess-Einrichtung und
3 ein Zeitdiagramm einer Einspritzung.
Die 1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten Brennkraftmaschine 1. Bei dieser wird der Kraftstoff über ein Common-Railsystem eingespritzt. Dieses umfasst folgende Komponenten: eine Niederdruck-Pumpe 2 zur Kraftstoff-Förderung aus einem Kraftstofftank 3, eine Saugdrossel 4 zur Festlegung eines Volumenstroms, eine Hochdruck-Pumpe 5 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung in ein Rail 6, Einzelspeicher 7 zum Zwischenspeichern des Kraftstoffs und Injektoren 8 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1.
Das Common-Railsystem mit Einzelspeichern unterscheidet sich von einem konventionellen Common-Railsystem darin, dass der einzuspritzende Kraftstoff aus dem Einzelspeicher 7 entnommen wird. Die Energie für eine Einspritzung wird aus dem Einzelspeicher 7 bzw. aus dem darin enthaltenen elastisch vorgespannten Kraftstoff entnommen. Die Zulaufleitung vom Rail 6 zum Einzelspeicher 7 ist in der Praxis so ausgelegt, dass eine Rückkoppelung von Störfrequenzen in das Rail 6 gedämpft wird. Während der Einspritzpause fließt gerade soviel Kraftstoff aus dem Rail 6 nach, dass der Einzelspeicher 7 zu Beginn der Einspritzung wieder gefüllt ist, d.h. der Einzelspeicher 7 auf den Raildruck pCR vorgespannt ist. Der hydraulische Widerstand des Einzelspeichers 7 und der Zulaufleitung sind aufeinander abgestimmt, d.h. die Verbindungsleitung vom Rail 6 zum Einzelspeicher 7 besitzt einen möglichst hohen hydraulischen Widerstand. Bei einem konventionellen Common-Railsystem ohne Einzelspeicher ist der hydraulische widerstand zwischen dem Rail 6 und dem Injektor 8 möglichst gering, so dass eine ungehinderte Einspritzung erreicht wird.
Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät (ADEC) 9 geregelt. Das elektronische Steuergerät 9 beinhaltet die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronische Steuergerät 9 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen. In 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: der Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 10 gemessen wird, ein Drehzahl-Signal nMOT der Brennkraftmaschine 1, Drucksignale pE der Einzelspeicher 7 und eine Eingangsgröße EIN. Unter der Eingangsgröße EIN sind beispielsweise der Ladeluftdruck eines Turboladers und die Temperaturen der Kühl/Schmiermittel und des Kraftstoffs subsumiert.
In 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 9 ein Signal PWM zur Steuerung der Saugdrossel 4, ein leistungsbestimmendes Signal ve, beispielsweise eine Einspritzmenge zur Darstellung eines Sollmoments bei einer momentenbasierten Regelung, und eine Ausgangsgröße AUS dargestellt. Die Ausgangsgröße AUS steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1.
Die 2 zeigt die Druckmess-Einrichtung 11. Diese erfasst den Einzelspeicherdruck pE im Innenraum 14 des Einzelspeichers 7. Den Kraftstoff-Zufluss ZU in den Einzelspeicher 7 erfolgt aus dem Rail 6. Der Kraftstoff-Abfluss AB erfolgt über den Injektor 8. Die Ausgangsgrößen der Druckmess-Einrichtung 11 sind der Einzelspeicherdruck pE und ein erstes Druckniveau p1. Während der Einspritzpause herrscht im Einzelspeicher 7 dasselbe Druckniveau wie im Rail 6, zum Beispiel 1850 bar. Die Druckmess-Einrichtung besteht aus folgenden Komponenten: einer ersten Kammer 12, einer Drosselblende 13 und einer Messzelle 15. Die Drosselblende 13 ist in der Art ausgeführt, dass während der Einspritzung das erste Druckniveau p1 in der ersten Kammer 12 nahezu konstant bleibt und während der Einspritzpause das erste Druckniveau p1 sich dem Raildruck PCR wieder angleicht. Hierzu sind die geometrischen Dimensionen von Haltevolumen und Drosselbohrung hydraulisch angepasst. Unter Haltevolumen ist das Volumen innerhalb der ersten Kammer 12 zu verstehen. Bei einem Einzelspeicher-Volumen von 50 Kubikzentimetern ergibt sich beispielsweise ein Haltevolumen von 2 Kubikzentimetern mit einer Drosselblende von 0.1 Millimeter Durchmesser.
Die Messzelle 15 ist in 2 mit einer Doppelmembran, Bezugszeichen 16A und 16B, und Dehnungsmessstreifen ausgestattet. Die erste Membran 16A verändert sich in Abhängigkeit des ersten Druckniveaus p1 in der ersten Kammer 12. Die zweite Membran 16B verändert sich in Abhängigkeit des Einzelspeicher-Druckniveaus pE. Optional kann eine zweite Kammer 17 vorgesehen sein, welche eine entsprechend große Öffnung aufweist, so dass in dieser der Einzelspeicher-Druck pE herrscht. Selbstverständlich ist an Stelle einer Doppelmembran eine Einfachmembran oder eine kapazitive Ausführungsform möglich.
Die Druckmess-Einrichtung 11 ist vorzugsweise im Verschlussstopfen des Einzelspeichers 7 angeordnet. Die Anordnung einer Vorort-Elektronik ist möglich. Dies bietet sich vor allem dann an, wenn der Einzelspeicher 7 im Injektor 8 integriert ist und der Injektor 8 bereits einen eigenen intelligenten elektronischen Baustein, beispielsweise einen Mikroprozessor mit Speicherbaustein, aufweist.
Die 3 zeigt ein Zeitdiagramm einer Einspritzung. Auf der Abszisse ist die Zeit oder äquivalent hierzu der Kurbelwellen-Winkel Phi aufgetragen. Auf der Ordinate sind Druckwerte des Einzelspeicherdrucks pE und des ersten Druckniveaus p1 aufgetragen. Die durchgezogene Linie kennzeichnet den Verlauf des Einzelspeicherdrucks pE, wie er auf einem Prüfstand gemessen wurde. Als strichpunktierte Linie ist der Druckverlauf in der ersten Kammer 12 bei einer Drosselblende DB1 mit 0.1 Millimeter dargestellt. Als strichzweipunktierte Linie ist der Druckverlauf bei Verwendung einer Drosselblende DB2 mit 0.05 Millimeter dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 wird eine Einspritzung vom elektronischen Motorsteuergerät initiiert. Auf Grund der Signallaufzeit und Umsetzung in eine Nadelhub-Bewegung erfolgt der Spritzbeginn SB erst zum Zeitpunkt t2. Während der Einspritzung verringert sich das Kraftstoff-Volumen im Einzelspeicher, wodurch der Einzelspeicherdruck pE sehr stark abfällt. Zum Zeitpunkt t3 wird vom elektronischen Steuergerät das Spritzende SE erkannt und der Injektor deaktiviert. Als Folge hiervon erhöht sich der Einzelspeicherdruck pE auf Grund des aus dem Rail nachgelieferten Kraftstoffs, bis er zum Zeitpunkt t4 über das ursprüngliche Druckniveau, hier: pCR, hinaus schwingt. Zum Zeitpunkt t5 bleibt der Einzelspeicherdruck pE stabil auf dem Druckniveau des Raildrucks.
Die Druckverläufe der ersten Drosselblende DB1 und der zweiten Drosselblende DB2 zeigen qualitativ, zeitversetzt, den gleichen Verlauf wie der Einzelspeicherdruck pE. Bei Verwendung der zweiten Drosselblende DB2 fällt das Druckviveau des ersten Drucks p1 in der ersten Kammer 12 um ca. 20 bar unter das Druckniveau des Raildrucks pCR. Bei der ersten Drosselblende DB1 ist der Druckabfall hingegen stärker ausgeprägt.

1: Brennkraftmaschine
2: Niederdruck-Pumpe
3: Kraftstofftank
4: Saugdrossel
5: Hochdruck-Pumpe
6: Rail
7: Einzelspeicher
8: Injektor
9: elektronisches Steuergerät (ADEC)
10: Rail-Drucksensor
11: Druckmess-Einrichtung
12: erste Kammer
13: Drosselblende
14: Innenraum
15: Messzelle
16: Membran
17: zweite Kammer

Claims

Druckmess-Einrichtung (11) für ein Common-Railsystem mit Einzelspeichern (7), mit einer ersten Kammer (12), welche über eine Drosselblende (13) mit dem Innenraum (14) des Einzelspeichers (7) verbunden ist, und mit einer Messzelle (15) zur Detektion eines ersten Druckniveaus (p1) in der ersten Kammer (12) sowie zur Detektion des Einzelspeicher-Druckniveaus (pE) im Innenraum (14) des Einzelspeichers (7).
Druckmess-Einrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselblende (13) in der Art ausgeführt ist, dass während der Einspritzung das erste Druckniveau (p1) in der ersten Kammer (12) nahezu konstant bleibt und während der Einspritzpause das erste Druckniveau (p1) und Einzelspeicher-Druckniveau (pE) gleich sind.
Druckmess-Einrichtung (11) nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kammer (17) vorgesehen ist und die Messzelle (15) das Einzelspeicher-Druckniveau (pE) in der zweiten Kammer (17) erfasst.
Druckmesss-Einrichtung (11) nach einem der vorausgegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einem Verschlussstopfen des Einzelspeichers (7) angeordnet ist.
Druckmess-Einrichtung (11) nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (15) eine Einfach- oder Doppelmembran (16) mit Dehnungs-Messstreifen aufweist oder ein Kondensator ist.