DE102007011654A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Volumenstromregelung eines Einspritzsystems - Google Patents

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    • F02M63/0275Arrangement of common rails
    • F02M63/028Returnless common rail system

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Volumenstromregelung eines Einspritzsystems. Zur Volumenstromregelung kommt dabei ein Sitzventil zum Einsatz. Dabei wird der Einfluss des vor dem Sitzventil herrschenden Drucks bei der Volumenstromregelung berücksichtigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Volumenstromregelung eines Einspritzsystems gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 oder 4.
  • Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zum Betrieb einer Brennkraftmaschine sind generell seit vielen Jahren bekannt. Bei einem sogenannten Common-Rail Einspritzsystem erfolgt die Kraftstoffzuführung in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine durch Injektoren, insbesondere durch Piezoinjektoren. Dabei ist die Güte der Verbrennung vom Hochdruckspeicherdruck abhängig. Um eine möglichst hohe spezifische Leistung der Brennkraftmaschine und gleichzeitig eine geringe Schadstoffemissionen zu erreichen, muss der Druck eines Hochdruckspeichers geregelt werden. Dabei können bei einer Verwendung einer Hochdruckpumpe und eines Druckspeichers für den Kraftstoff Einspritzdrücke von 1600 bis 1800 bar erreicht werden.
  • Die Druckregelung des Hochdruckspeichers kann dabei auf unterschiedliche Weisen realisiert werden. Diese kann je nach Ausführung des Einspritzsystems mit einem Druckregelventil im Hochdruckbereich und einem Volumenregelventil auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe, oder nur durch ein Volumenregelventil auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe erfolgen. Im folgenden wird ausschließlich auf den zweiten Fall, d. h auf die Druckregelung anhand eines Volumenregelventils, eingegangen. Die Regelung des Hochdruckspeicherdrucks erfolgt dabei durch die Regelung des Volumenstroms im Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe. Diese Volumenstromregelung ist so wohl abhängig vom Systembedarf, welcher durch die eingespritzte Kraftstoffmenge in den Brennraum bestimmt wird, als auch von der Kraftstoffmenge, die durch Schaltleckageverluste aus den Injektoren austritt.
  • Die Volumenstromregelung kann dabei mittels Schieberventilen erfolgen. Diese sind jedoch für eine Volumenstromregelung nicht geeignet, da sie prinzipbedingt Spaltleckageverluste über den Kolben aufweisen. Diese Spaltleckageverluste sind dabei größer, als der Verbrauch des Einspritzsystems im Leerlauf oder im Schubbetrieb.
  • Bei der Volumenstromregelung mittels eines Sitzventils sperrt ein Absperrorgan, wie z. B. eine Kugel, die in einen Sitz gedrückt wird, den Volumenstromdurchfluss komplett ab und verhindert somit auftretende Spaltungsverluste. Beim Sitzventil hat jedoch der auf das Absperrorgan wirkende Druck einen Einfluss auf die notwendige Bestromung des Ventils. Daher führt eine Änderung des Drucks zu einer Verschiebung einer hinterlegten Ventilkennlinie. In der Ventilkennlinie ist dabei die notwendige Bestromung des Ventils, abhängig vom einzustellenden Volumenstrom, hinterlegt.
  • Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, Änderungen des auf das Absperrorgan wirkenden Drucks in der Ventilkennlinie zu berücksichtigen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass auf das Absperrorgan wirkende Druckänderungen berücksichtigt werden, und sich damit eine verbesserte Regelgüte des Einspritzsystems einstellen lässt.
  • Dabei wird für unterschiedliche auf das Absperrorgan wirkende Drücke der sich in Abhängigkeit von der Bestromung einstellende Volumenstrom ermittelt und in einem Kennfeld hinterlegt.
  • Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1: ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems zur Regelung des einzuspritzenden Kraftstoffs,
  • 2: eine Schnittansicht eines Sitzventils,
  • 3: die Verschiebung einer Ventilkennlinie abhängig von dem auf das Absperrorgan wirkenden Drucks.
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge. Dabei besteht das Einspritzsystem aus einer Niederdruckpumpe 2, die Kraftstoff aus fördert, aus einem Volumenstromregelventil 3 mit Rückführleitung 5 zum Kraftstofftank 1, aus einer Hochdruckpumpe 4, die Kraftstoff einem Hochdruckspeicher 6 zuführt, aus einer Messeinheit 8, die den Druck vor dem Volumenstromregelventil 3 ermittelt, und aus Injektoren 7, 7' und 7'' zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, welcher in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, für das Volumenstromregelventil 3 ein Sitzventil zu verwenden.
  • Mittels einer Niederdruckpumpe 2 wird Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 1 gefördert und über ein Volumenstromregelventil 3 einer Hochdruckpumpe 4 zugeführt. Die Hochdruckpumpe 4 speist anschließend einen Hochdruckspeicher 6 mit dem aus der Niederdruckpumpe 2 zugeführten Kraftstoff. Dabei können sich im Hockdruckspeicher 6 Drücke bis 1800 bar aufbauen. Über Injektoren 7, 7', und 7'' wird schließlich Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 6 in einen Brennraum eingespritzt. Zur Regelung des Drucks innerhalb des Hochdruckspeichers 6 dient das zwischen der Niederdruckpumpe 2 und der Hochdruckpumpe 4 vorgesehene Volumenstromregelventil 3, z. B. Sitzventil, mit einer Rückführleitung 5 zum Kraftstofftank. Die Regelung des Volumenstromregelventils 3 erfolgt dabei durch eine Bestromung eines Aktors des Volumenstromregelventils 3, abhängig von dem in der Messeinheit 8 gemessenen Drucks. Mit Hilfe des Volumenstromregelventils 3 wird das Ansaugvolumen der Niederdruckpumpe 2 geregelt und somit der Druck im Hochdruckspeicher 6 bestimmt.
  • 2 zeigt eine Schnittansicht eines Sitzventils. Ein bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehenes Kugelelement 1 sorgt dafür, dass ein Volumenstromdurchfluss zwischen dem Einlassraum 12 und dem Ausströmraum 13 unterbunden wird. Dem Einlassraum 12 wird dabei der Kraftstoff aus der Niederdruckpumpe 2 zugeführt. Über den Ausströmraum 13 gelangt der Kraftstoff über eine Rückführleitung zum Kraftstofftank. Das Kugelelement 1 wird dabei in der Ausgangslage durch eine Feder 11 in der geschlossenen Position gehalten, so dass ein Volumenstrom vom Einlassraum 12 in den Ausströmraum 13 unterbunden ist. Mittels eines Aktors 10 kann das Kugelelement 1 in den Einlassraum 12 gedrückt werden. Dabei wird das Kugelelement 1 umso weiter in den Einlassraum 12 gedrückt, je stärker der Aktor 10 bestromt wird. Basierend auf der Druckdifferenz zwischen dem Druck p1 im Einlassraum 12 und dem Druck p2 im Ausströmraum 13 kann der Volumenstrom geregelt werden. Dabei ist der Volumenstrom umso größer, je weiter das Kugelelement in den Einlassraum 12 gedrückt wird und/oder je größer die Druckdifferenz zwischen dem Einlassraum 12 und dem Ausströmraum 13 ist.
  • Wenn der Druck p1 im Einlassraum 12 ansteigt, muss der Aktor 10 stärker bestromt werden, um das Kugelelement 1 entgegen der sich einstellenden Strömungsrichtung in die gleiche Position zu drücken, als für den Fall, dass der Druck nicht erhöht wird. Für den nicht dargestellten Fall, dass sich das Kugelelement 11 in Strömungsrichtung öffnen lässt, wird bei einer Erhöhung des Drucks im Einlassraum eine geringere Bestromung des Aktors notwendig sein, um das Kugelelement in die gleiche Position zu drücken, wie für den Fall, dass der Druck nicht erhöht wird.
  • 3 zeigt die Verschiebung einer Ventilkennlinie, abhängig von dem auf das Absperrorgan wirkenden Drucks. Dabei ist der Volumenstromverlauf Q, abhängig von der Bestromung I des Aktors dargestellt.
  • Der Volumenstromverlauf V1 entspricht dabei dem Verlauf bei einem Ausgangsdruck p1 im Einlassraum. Sobald sich der Druck p1 im Einlassraum erhöht, ist eine höhere Bestromung I des Aktors notwendig, damit der gleiche Volumenstrom Q über das Sitzventil strömen kann. Dabei stellt sich bei einem höheren Druck p1 im Einlassraum ein neuer Volumenstromverlauf V1' ein.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Volumenstromregelung mittels einer Volumensstromregeleinheit in einem Einspritzsystem einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der dem Einspritzsystem zugeführten Kraftstoffmenge sowie der durch Schaltleckageverluste aus dem System austretenden Kraftstoffmenge, dadurch gekennzeichnet, dass in die Regelung als weitere Regelgröße der jeweils aktuelle Druckwert am Eingang einer Volumenstromregeleinheit einbezogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom gemessenen an der Regeleinheit anliegendendem Drucks, mittels eines hinterlegten Kennfelds ein einzustellender Regeleinheitenwert identifiziert wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sich einzustellende Volumenstrom, abhängig vom an der Regeleinheit anliegendendem Drucks, mittels einer Bestromung der Regeleinheit geregelt wird.
  4. Vorrichtung zur Volumenstromregelung eines Einspritzsystems einer Einspritzanlage mit einer Druckmesseinheit und einer Volumenstromregeleinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenstromregeleinheit als Sitzventil ausgebildet ist.
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