DE102011004378A1 - Method for checking the function of a storage injection system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren zur eines Speichereinspritzsystems (1), in dem mit einer Hochdruckpumpe (2) des Einspritzsystems (1) in wiederkehrenden Förderphasen Kraftstoff von einem Niederdruckbereich des Einspritzsystems (1) in einen Hochdruckbereich des Einspritzsystems (1) gefördert wird, wobei zur Herstellung eines vorgegebenen Drucks des Kraftstoffs im Hochdruckbereich des Einspritzsystems (1) eine mit der Hochdruckpumpe (2) geförderte Kraftstoffmenge für jede Förderphase eingestellt wird, indem ein mit dem Niederdruckbereich des Einspritzsystems (1) verbundenes Überlaufventil (14) der Hochdruckpumpe (2) in Abhängigkeit von einem mit einem Drucksensor (7) gemessenen aktuellen Druck des Kraftstoffs geöffnet oder geschlossen wird, wobei die in einer oder mehreren der Förderphasen glichen wird, wobei die Sollmenge durch eine erwartete Einspritzmenge mindestens eines Injektors (4) des Einspritzsystems (1) und/oder eine erwartete Leckagemenge gegeben ist. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Speichereinspritzsystem (1).The invention relates to a method for a storage injection system (1), in which fuel is pumped from a low pressure area of the injection system (1) into a high pressure area of the injection system (1) in recurring delivery phases using a high pressure pump (2) of the injection system (1), for the production a predetermined pressure of the fuel in the high pressure area of the injection system (1), a fuel quantity delivered with the high pressure pump (2) is set for each delivery phase by an overflow valve (14) of the high pressure pump (2) connected to the low pressure area of the injection system (1) depending on a current pressure of the fuel measured with a pressure sensor (7) is opened or closed, the pressure being equalized in one or more of the delivery phases, the target quantity being determined by an expected injection quantity of at least one injector (4) of the injection system (1) and / or expected amount of leakage is given. The invention also relates to a corresponding accumulator injection system (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionskontrolle eines Speichereinspritzsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Speichereinspritzsystem.The invention relates to a method for functional control of a storage injection system. The invention further relates to a storage injection system.
Bekannte Speichereinspritzsysteme, wie sie insbesondere häufig für Dieselmotoren oder auch für Ottomotoren verwendet werden, umfassen eine Hochdruckpumpe, die dazu eingerichtet ist, während wiederkehrenden Förderphasen Kraftstoff von einem Niederdruckbereich des Einspritzsystems in einen Hochdruckbereich des Einspritzsystems zu fördern und auf diese Weise einen Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich des Einspritzsystems zu erzeugen und möglichst genau einzustellen. Ein genau eingestellter, möglichst konstanter und hoher Kraftstoffdruck, beispielsweise von etwa 1500 bar bis 2000 bar oder darüber bei Dieselmotoren, ermöglicht dabei ein genau dosiertes Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine und eine besonders feine Zerstäubung des Kraftstoffs in der Brennkraftmaschine.Known storage injection systems, as used in particular frequently for diesel engines or for gasoline engines, comprise a high-pressure pump, which is adapted to promote during recurring delivery phases fuel from a low pressure region of the injection system in a high pressure region of the injection system and in this way a fuel pressure in the high pressure region of the To generate injection system and adjust as accurately as possible. A precisely set, as constant and high fuel pressure, for example, from about 1500 bar to 2000 bar or more in diesel engines, allows a precisely metered injection of fuel into an internal combustion engine and a particularly fine atomization of the fuel in the internal combustion engine.
Der Niederdruckbereich des Einspritzsystems umfasst in der Regel Anschlüsse und/oder Zuleitungen, mit denen eine hydraulische Verbindung zwischen der Hochdruckpumpe und einem Kraftstofftank hergestellt wird zur Kraftstoffversorgung der Pumpe.The low-pressure region of the injection system usually comprises connections and / or supply lines with which a hydraulic connection between the high-pressure pump and a fuel tank is produced for supplying fuel to the pump.
In dem Hochdruckbereich eines Speichereinspritzsystems ist ein Hochdruckspeicher angeordnet, der mit der Hochdruckpumpe hydraulisch verbunden ist und insbesondere im Zusammenhang mit Dieselmotoren häufig auch als „Common Rail” oder kurz als „Rail” bezeichnet wird. Mit dem Rail sind in der Regel zwei oder mehr Injektoren hydraulisch verbunden. Die Injektoren sind ihrerseits in der Regel mit einer Steuereinheit verbunden, die dazu eingerichtet ist, die einzelnen Injektoren anzusteuern zum Öffnen und Schließen von Einspritzöffnungen der Injektoren. Über den Kraftstoffdruck im Injektor, also über den von der Hochdruckpumpe erzeugten Druck im Hochdruckbereich des Einspritzsystems, und gegebenenfalls über die Öffnungsdauer der Einspritzlöcher eines jeden der Injektoren kann die Einspritzmenge, also die mit dem Injektor in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge, eingestellt werden.In the high-pressure region of a storage injection system, a high-pressure accumulator is arranged, which is hydraulically connected to the high-pressure pump and is often also referred to in connection with diesel engines as "common rail" or "rail". As a rule, two or more injectors are hydraulically connected to the rail. The injectors are in turn usually connected to a control unit which is adapted to control the individual injectors for opening and closing injection openings of the injectors. About the fuel pressure in the injector, so on the pressure generated by the high pressure pump in the high pressure region of the injection system, and optionally on the opening duration of the injection holes of each of the injectors, the injection quantity, ie the injected with the injector in a cylinder of an internal combustion engine fuel quantity can be adjusted.
Der Druck im Hochdruckbereich bleibt genau dann auf einem vorgegebenen konstanten Niveau, wenn die Fördermenge der Pumpe, also das durch die Pumpe in den Hochdruckbereich geförderte Kraftstoffvolumen pro Zeiteinheit, dem aus der Hochdruckbereich abgeführten Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit entspricht. Die aus dem Hochdruckbereich abgeführte Kraftstoffmenge setzt sich dabei in der Regel aus der genannten Einspritzmenge der Injektoren und ggf. einer Leckagemenge zusammen, wobei die Leckagemenge sich ihrerseits aus Schaltleckagen und Dauerleckagen der Injektoren sowie aus Spaltleckagen der Hochdruckpumpe zusammensetzen kann. Zur Herstellung eines möglichst genauen und konstanten Kraftstoffdrucks ist daher eine möglichst präzise Abstimmung der Fördermenge der Pumpe auf die Einspritzmenge und die Leckagemenge unerlässlich.The pressure in the high-pressure region remains at a predetermined constant level if and only if the delivery rate of the pump, ie the volume of fuel delivered by the pump to the high-pressure region per unit time, corresponds to the amount of fuel discharged per unit time from the high-pressure region. The amount of fuel discharged from the high-pressure region is generally composed of the stated injection quantity of the injectors and possibly a leakage quantity, the leakage quantity itself being able to be composed of switching leaks and permanent leaks of the injectors and of gap leaks in the high-pressure pump. In order to produce the most accurate and constant fuel pressure, it is therefore necessary to coordinate the delivery rate of the pump as precisely as possible with the injection quantity and the amount of leakage.
Häufig umfasst die Hochdruckpumpe als Stellglieder zur Einstellung der Fördermenge der Pumpe ein Volumenregelventil oder eine Vorförderpumpe, mit denen eine Zulaufmenge an Kraftstoff in einen Pumpenraum der Hochdruckpumpe einstellbar ist und somit die Fördermenge der Pumpe über deren Fördergrad variiert werden kann.Often, the high-pressure pump comprises as actuators for adjusting the delivery rate of the pump, a volume control valve or a prefeed pump with which an inflow amount of fuel in a pump chamber of the high-pressure pump is adjustable and thus the flow rate of the pump can be varied over the delivery rate.
Zur Druckmessung und -regelung ist im Hochdruckbereich üblicherweise ein Drucksensor vorgesehen, der mit einer Regeleinheit des Systems zur Übertragung von Messsignalen verbunden ist. Die Regeleinheit kann ihrerseits zur Übertragung von Steuersignalen mit der Hochdruckpumpe verbunden und dazu eingerichtet sein, die Hochdruckpumpe zur Druckregelung anzusteuern und über eine Veränderung der Fördermenge der Hochdruckpumpe den aktuellen Wert des Drucks (Ist-Wert) an einen vorgegebenen Sollwert des Drucks anzugleichen.For pressure measurement and control, a pressure sensor is usually provided in the high pressure region, which is connected to a control unit of the system for transmitting measurement signals. The control unit can in turn be connected to the transmission of control signals to the high-pressure pump and adapted to control the high-pressure pump for pressure control and adjust via a change in the delivery of the high-pressure pump, the current value of the pressure (actual value) to a predetermined desired value of the pressure.
In derzeit gebräuchlichen Verfahren zum Regeln des Kraftstoffdrucks in Speichereinspritzsystemen wird der Druck im Hochdruckbereich des Systems in konstanten zeitlichen Abständen), beispielsweise alle 10 ms, gemessen und mit dem Sollwert verglichen (zeitäquidistante Regelstrecke. Wenn der gemessene Druck von dem vorgegebenen Sollwert um mehr als eine vorgegebene Stellgrenze abweicht, wird die Hochdruckpumpe bzw. mindestens eines ihrer Stellglieder (bspw. das Volumenstromregelventil und/oder die Vorförderpumpe) angesteuert, um die Fördermenge der Pumpe zu erhöhen oder abzusenken, um den Ist-Wert des Drucks dem vorgegebenen Sollwert anzunähern.In currently common methods for controlling the fuel pressure in accumulator injection systems, the pressure in the high-pressure region of the system is measured at constant time intervals, for example every 10 ms, and compared with the setpoint (time-equidistant controlled system.) If the measured pressure exceeds the setpoint by more than one predetermined adjustment limit deviates, the high pressure pump or at least one of its actuators (eg., The flow control valve and / or the prefeed pump) is controlled to increase or decrease the flow rate of the pump to approximate the actual value of the pressure to the predetermined setpoint.
Derartige zeitlich äquidistante Regelstrecken haben jedoch den Nacheil, dass mit ihnen etwaige Totzeiten der Pumpe nicht berücksichtigte werden können. Eine Totzeit einer Kolbenpumpe liegt beispielsweise während Saugphasen der Kolbenpumpe vor, in denen sich der Pumpenkolben aus dem Pumpenraum heraus bewegt und sich der Pumpenraum mit Kraftstoff füllt. Wird etwa ein zu niedriger Kraftstoffdruck festgestellt, während sich der Pumpkolben in einem oberen Totpunkt befindet, d. h. unmittelbar vor einer solchen Saugphase, dann kann der Druck während der gesamten folgenden Saugphase (Totzeit) nicht korrigiert werden. Hierdurch und durch die vorgegebene zeitlich äquidistante Rasterung der Druckmessungen geht meistens der zeitlich direkte Bezug zwischen der Feststellung einer Druckabweichung vom Sollwert und dem momentanen Arbeitspiel des Einspritzsystem, beispielsweise einem Einspritzereignis, verloren.However, such time-equidistant controlled systems have the disadvantage that with them any dead times of the pump can not be taken into account. A dead time of a piston pump is present, for example, during suction phases of the piston pump, in which the pump piston moves out of the pump chamber and the pump chamber fills with fuel. For example, if too low a fuel pressure is detected while the pump piston is at a top dead center, ie immediately before such a suction phase, then the pressure can not be corrected during the entire following suction phase (dead time). In this way, and by the predetermined time-equidistant screening of the pressure measurements is usually the time direct relationship between the determination of a pressure deviation from the desired value and the current working cycle of the injection system, for example an injection event, lost.
Aufgrund dieser Schwierigkeiten ist es oft schwierig, Funktionsstörungen des Einspritzsystems schnell zu detektieren und deren Ursachen zu analysieren. Eine mögliche Funktionsstörung kann beispielsweise eine gemessen an der erwarteten Einspritzmenge und Leckagemenge zu große Fördermenge der Kraftstoffpumpe zur Aufrechterhaltung des Drucks sein. Die Ursache einer derartigen Störung könnte beispielsweise in einer alterungsbedingt zu großen Dauer- oder Schaltleckage eines der Injektoren des Systems liegen.Because of these difficulties, it is often difficult to quickly detect malfunctions of the injection system and to analyze their causes. A possible malfunction may be, for example, a too large a flow rate of the fuel pump to maintain the pressure, as measured by the expected injection quantity and amount of leakage. The cause of such a fault could be, for example, due to aging due to large permanent or switching leakage of one of the injectors of the system.
Es ist also die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Funktionskontrolle eines Speichereinspritzsystems vorzuschlagen, mit dem Störungen des Systems möglichst frühzeitig erkannt werden können und außerdem eine möglichst schnelle und präzise Analyse der Störung möglich ist. Es soll außerdem ein entsprechendes Speichereinspritzsystem vorgeschlagen werden, welches eine besonders frühzeitige Detektion von Störungen des Systems erlaubt und außerdem eine möglichst schnelle und präzise Analyse der Störungsursache ermöglicht.It is therefore the object of the present invention to propose a method for checking the function of a storage injection system, with which disturbances of the system can be detected as early as possible and also as fast and precise analysis of the disturbance is possible. It should also be proposed a corresponding storage injection system, which allows a particularly early detection of disturbances of the system and also allows the fastest possible and precise analysis of the cause of the fault.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch sowie durch ein Speichereinspritzsystem gemäß dem Nebenanspruch. Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich mit den jeweils abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a method according to the main claim and by a storage injection system according to the independent claim. Embodiments and further developments of the invention will become apparent from the respective dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Funktionskontrolle eines Speichereinspritzsystems sieht demnach vor, dass mit einer Hochdruckpumpe des Einspritzsystems in wiederkehrenden Förderphasen Kraftstoff von einem Niederdruckbereich des Einspritzsystems in einen Hochdruckbereich des Einspritzsystems gefördert wird, wobei zur Herstellung eines vorgegebenen Drucks des Kraftstoffs im Hochdruckbereich des Einspritzsystems, also einem Sollwert des Kraftstoffdrucks, eine mit der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge für jede Förderphase eingestellt wird.The inventive method for functional control of a storage injection system therefore provides that is conveyed by a high-pressure pump of the injection system in recurring delivery phases fuel from a low pressure region of the injection system in a high pressure region of the injection system, wherein for producing a predetermined pressure of the fuel in the high pressure region of the injection system, ie a desired value of the fuel pressure, an amount of fuel delivered by the high-pressure pump is adjusted for each delivery phase.
Die Kraftstoffförderung in den Hochdruckbereich erfolgt also genau während der oben genannten Förderphasen. Für die vorgeschlagene Erfindung ist es nun entscheidend, dass die geförderte bzw. die zu fördernde Kraftstoffmenge für jede Förderphase eingestellt, indem ein mit dem Niederdruckbereich des Einspritzsystems verbundenes Überlaufventil der Hochdruckpumpe in Abhängigkeit von einem mit einem Drucksensor gemessenen aktuellen Druck des Kraftstoffs geöffnet oder geschlossen wird. In einem weiteren Schritt wird die in einer oder mehreren der Förderphasen geförderte Kraftstoffmenge mit einer Sollmenge verglichen. Dabei ist die Sollmenge durch eine erwartete Einspritzmenge mindestens eines Injektors des Einspritzsystems und/oder eine erwartete Leckagemenge bzw. die Summe aus beiden gegeben.The fuel delivery in the high pressure area is thus exactly during the above funding phases. For the proposed invention, it is now crucial that the subsidized or the amount of fuel to be delivered adjusted for each funding phase by opening or closing an overflow valve of the high pressure pump connected to the low pressure region of the injection system in response to a measured with a pressure sensor actual pressure of the fuel , In a further step, the amount of fuel delivered in one or more of the delivery phases is compared with a desired quantity. In this case, the setpoint quantity is given by an expected injection quantity of at least one injector of the injection system and / or an expected leakage quantity or the sum of the two.
Beispielsweise ist während einer sogenannten Schubphase der Brennkraftmaschine ohne Einspritzungen die erwartete Einspritzmenge gleich Null. Ist also innerhalb einer Schubphase die geförderte Kraftstoffmenge größer als die erwartete Leckagemenge, so kann daraus geschlossen werden, dass zusätzliche, ungewollte Leckagen im System vorhanden sind.For example, during a so-called overrun phase of the internal combustion engine without injections, the expected injection quantity is equal to zero. Thus, if the amount of fuel delivered is greater than the expected leakage quantity within a coasting phase, it can be concluded that additional, unwanted leakages are present in the system.
Vorzugsweise wird die Kraftstoffmenge von einzelnen Förderphase, vorzugsweise von jeder einzelnen Förderphase, mit einer Sollmenge verglichen. Es ist aber auch möglich, zunächst die geförderten Kraftstoffmengen mehrerer Förderphasen zu mitteln und den so bestimmten Mittelwert der geförderten Kraftstoffmengen mit einer Sollmenge zu vergleichen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass nur die Fördermengen einzelner Förderphase in vorgegebenen (bspw. zeitlichen) Abständen mit Sollwerten verglichen werden.Preferably, the fuel quantity of individual delivery phase, preferably of each individual delivery phase, compared with a desired amount. However, it is also possible first to average the pumped fuel quantities of several delivery phases and to compare the average value of the delivered fuel quantities determined in this way with a desired quantity. However, it can also be provided that only the delivery quantities of the individual delivery phase are compared with nominal values in predetermined (eg temporal) intervals.
Für das vorgeschlagene Verfahren ist vorgesehen, dass das geöffnete Überlaufventil einen Pumpenraum der Hochdruckpumpe, in dem sich z. B. der Plunger oder Kolben der Pumpe auf und ab bewegt, den Niederdruckbereich verbindet, so dass während einer Hubbewegung des Kolbens (oder Plungers) in den Pumpenraum hinein der Kraftstoff aus dem Pumpenraum nicht in den Hochdruckbereich sondern in den Niederdruckbereich gefördert wird. Diese Phase eines Pumpzyklus wird im Folgenden auch als Überlaufphase bezeichnet. Wird während der Hubbewegung des Kolbens (Plungers) das Überlaufventil geschlossen, so wird eine Förderphase eingeleitet, in der sich ein Auslassventil der Hochdruckpumpe öffnet und Kraftstoff aus dem Pumpenraum durch das Auslassventil in den Hochdruckbereich gefördert wird. Prinzipiell ist es auch möglich, dass eine Förderphase durch das Öffnen des Überlaufventils beendet wird. Dies hat jedoch häufig den Nachteil, dass das Überlaufventil dann in der Regel gegen den im Pumpenraum in der Förderphase aufgebauten Druck bewegt werden muss.For the proposed method, it is provided that the open overflow valve a pump chamber of the high-pressure pump in which z. B. the plunger or piston of the pump moves up and down, the low pressure region connects, so that during a stroke of the piston (or plunger) into the pump chamber into the fuel from the pump chamber is not promoted in the high pressure area but in the low pressure area. This phase of a pump cycle is also referred to below as the overflow phase. If the overflow valve is closed during the stroke movement of the piston (plunger), a delivery phase is initiated in which an outlet valve of the high-pressure pump opens and fuel is pumped out of the pump chamber through the outlet valve into the high-pressure region. In principle, it is also possible for a delivery phase to be ended by opening the overflow valve. However, this often has the disadvantage that the overflow valve then usually has to be moved against the pressure built up in the pumping chamber in the delivery phase.
Bei einer sogenannten Saugphase der Hochdruckpumpe ist typischerweise ein Einlassventil oder Zulaufventil der Hochdruckpumpe geöffnet und das Auslassventil geschlossen, so dass der Pumpenraum durch das Einlassventil hindurch mit Kraftstoff gefüllt wird. Bei Kolben- und Plungerpumpen wird der Kolben bzw. Plunger in der Saugphase aus dem Pumpenraum heraus bewegt, um den Kraftstoff in den Pumpenraum hineinzuziehen (Sogwirkung). Während der beschriebenen Förderphase und Überlaufphase hingegen wird bei Kolben- oder Plungerpumpen der Kolben oder Plunger in den Pumpenraum hineingeschoben zur Verdrängung des Kraftstoffs aus dem Pumpenraum.In a so-called suction phase of the high-pressure pump, an inlet valve or inlet valve of the high-pressure pump is typically opened and the outlet valve is closed, so that the pump chamber is filled with fuel through the inlet valve. In piston and plunger pumps, the piston or plunger is moved out of the pump chamber in the suction phase to the fuel to draw into the pump room (suction effect). By contrast, during the described delivery phase and overflow phase, in the case of piston or plunger pumps, the piston or plunger is pushed into the pump chamber in order to displace the fuel from the pump chamber.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst eine Druckregelung bzw. eine Einstellung des Drucks vor, die darauf ausgerichtet ist, den aktuelle Kraftstoffdruck, also den Ist-Wert des Drucks, innerhalb einer jeden der der Förderphasen auf den vorgegebenen Wert des Drucks, also den Sollwert des Drucks, einzustellen. Zu diesem Zweck werden die Förderphasen durch ein gezieltes Schließen oder Öffnen des Uberlaufventils genau zu solchen Zeitpunkten eingeleitet und/oder beendet, dass die während der Förderphase in den Hochdruckbereich des Systems geförderte Kraftstoffmenge genau der Menge entspricht, die für das Erreichen des Solldrucks notwendig ist.The method according to the invention comprises a pressure regulation or adjustment of the pressure which is oriented to the current fuel pressure, ie the actual value of the pressure, within each of the delivery phases to the predetermined value of the pressure, that is to say the desired value of the pressure. adjust. For this purpose, the delivery phases are initiated and / or terminated by a specific closing or opening of the overflow valve precisely at such times that the amount of fuel delivered to the high-pressure region of the system during the delivery phase corresponds exactly to the amount necessary to reach the target pressure.
Das vom vorgeschlagenen Verfahren umfasste Druckregelverfahren unterscheidet sich von bekannten Verfahren zur Druckregelung in Einspritzsystemen insofern, als der Druck in dem erfindungsgemäßen Verfahren über eine Einstellung der Dauer der Förderphasen des Kraftstoffs eingestellt wird. In dem vorgeschlagenen Verfahren ist es daher prinzipiell ausreichend, den Druck beispielsweise nur vor (oder nur während) der Förderphasen zu messen und das als Stellglied dienende Überlaufventil zum Erreichen des vorgegebenen Sollwerts des Drucks entsprechend zu schließen oder zu öffnen. Hieraus ergibt sich eine bessere Konstanz und Genauigkeit des Drucks im Vergleich zu herkömmlichen Regelungsverfahren. Dies ist schafft gleichzeitig die Grundlage für die Schnelligkeit und Präzision des hier vorgeschlagenen Verfahrens zur Funktionskontrolle des Systems. In den im Folgenden beschriebenen Weiterentwicklungen und weiteren Ausführungsformen wird das Verfahren noch weiter verbessert.The pressure control method encompassed by the proposed method differs from known methods for controlling the pressure in injection systems in that the pressure in the method according to the invention is set by adjusting the duration of the delivery phases of the fuel. In the proposed method, it is therefore in principle sufficient to measure the pressure, for example, only before (or only during) the delivery phases and to close or open the overflow valve serving as an actuator to reach the predetermined target value of the pressure. This results in a better constancy and accuracy of the pressure compared to conventional control methods. This, at the same time, provides the basis for the speed and precision of the method of functional control of the system proposed here. In the developments described below and further embodiments, the method is further improved.
So ist in einer Weiterentwicklung des Verfahren vorgesehen, dass vor einer jeden Förderphase ein innerhalb dieser Förderphase zu förderndes Kraftstoffvolumen anhand einer Differenz des gemessenen (aktuellen) Drucks und des vorgegebenen Drucks berechnet wird und die Förderphase durch Schließen des Überlaufventils eingeleitet wird, sobald ein verbleibender Kolbenhub (Δx) eines momentanen Pumpenzyklus dem zu fördernden Kraftstoffvolumen entspricht. Hierfür wird der Druck vorzugsweise jeweils möglichst unmittelbar vor den einzelnen Förderphasen gemessen. Das zu fördernde Kraftstoffvolumen ΔV kann beispielsweise mittels einer Formel der Art.
In dieser Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens ist also vorgesehen, dass ein Pumpenzyklus mit einer Saugphase beginnt, an die sich eine Überlaufphase anschließt. Diese wird durch das beschriebene Schließen des Überlaufventils beendet, wodurch die Förderphase eingeleitet wird. Vorzugsweise beginnt direkt nach der Förderphase ein neuer Pumpzyklus dieser Art. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass das Überlaufventile nur vor und nach aber nicht während der Förderphasen geöffnet wird, so dass dieses Ventil nicht gegen einen allzu großen Kraftstoffdruck bewegt werden muss.In this embodiment of the proposed method, it is thus provided that a pump cycle begins with a suction phase, followed by an overflow phase. This is terminated by the described closing of the overflow valve, whereby the delivery phase is initiated. Preferably, a new pumping cycle of this kind begins immediately after the delivery phase. An advantage of this method is that the spill valves are opened only before and after but not during the delivery phases, so that this valve does not have to be moved against too high a fuel pressure.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass der Sollwert des Drucks, also der einzustellende (vorgegebene) Wert des Drucks, aus einem Kennfeld ausgelesen wird, in dem Sollwerte des Kraftstoffdrucks für verschiedene Arbeitspunkte des Einspritzsystems und/oder einer mit dem Einspritzsystem verbundenen Brennkraftmaschine abgelegt sind. Dabei können diese Arbeitspunkt oder Betriebszustände beispielsweise über eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder ein durch die Brennkraftmaschine erzeugtes Drehmoment definiert sein.It can also be provided that the setpoint value of the pressure, that is to say the value of the pressure to be set, is read from a characteristic map in which setpoint values of the fuel pressure are stored for different operating points of the injection system and / or an internal combustion engine connected to the injection system. In this case, this operating point or operating states can be defined, for example, via a rotational speed of the internal combustion engine and / or a torque generated by the internal combustion engine.
In einer besonders einfachen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass als Überlaufventil das genannte Zulaufventil der Hochdruckpumpe verwendet wird, über welches der Kraftstoff der Hochdruckpumpe aus dem Niederdruckbereich zugeführt wird. Zu diesem Zweck kann das Zulaufventil mit einer Zulaufleitung und einer zusätzlichen Ablaufleitung (Überlaufleitung) verbunden sein.In a particularly simple embodiment of the method it is provided that the said inlet valve of the high-pressure pump is used as an overflow valve, via which the fuel of the high-pressure pump is supplied from the low-pressure region. For this purpose, the inlet valve can be connected to a supply line and an additional drain line (overflow line).
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine jede der Förderphasen zwischen zwei direkt aufeinanderfolgenden Einspritzphasen des Einspritzsystems erfolgt. Jede dieser Einspritzphasen wird dann genau einem Injektor des Einspritzsystems zugeordnet. Es kann jede dieser Einspritzphasen mehrere Einzeleinspritzungen eines Injektors umfassen. In sogenannten Schubphasen enthalten die Einspritzphasen keine Einspritzungen. Wenn in dieser Ausführungsform jede der Förderphasen genau einer Einspritzphase zuzuordnen ist, kann sichergestellt werden, dass vor einer jeden Einspritzphase immer der vorgegebene Sollwert des Drucks vorliegt. Auf diese Weise kann eine besonders genaue Regulierung der Einspritzmenge erzielt werden. Über diese ist es außerdem möglich, wie unten genauer beschrieben wird, Funktionsstörungen einem bestimmten Injektor oder Zylinder zuzuordnen.In a further embodiment of the method, it is provided that each of the delivery phases takes place between two injection phases of the injection system that follow each other directly. Each of these injection phases is then assigned to exactly one injector of the injection system. Each of these injection phases may comprise a plurality of individual injections of an injector. In so-called deceleration phases, the injection phases contain no injections. If, in this embodiment, each of the delivery phases is to be assigned to exactly one injection phase, it can be ensured that the predetermined value is always given before each injection phase Setpoint of the pressure is present. In this way, a particularly accurate regulation of the injection quantity can be achieved. It is also possible, as will be described in more detail below, to associate malfunctions with a particular injector or cylinder via these.
Es ist aber prinzipiell auch möglich, dass die Förderphasen sich mit den Einspritzphasen zeitlich überschneiden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass innerhalb einer Förderphase zwei oder mehrere Einspritzphasen unterschiedlicher Injektoren liegen.However, it is also possible in principle that the delivery phases overlap in time with the injection phases. In particular, it may be provided that two or more injection phases of different injectors are within a delivery phase.
Falls eine jede der Förderphasen zwischen zwei direkt aufeinanderfolgenden Einspritzphasen des Einspritzsystems erfolgt und außerdem zwischen jedem Paar aufeinanderfolgender Einspritzphasen genau eine Förderphase liegt, so dass eine 1:1-Korrespondenz zwischen den Förderphasen und den Einspritzphasen besteht, können Abweichungen zwischen der geförderten Kraftstoffmenge und einer Sollmenge einem bestimmten Arbeitsspiel des Speichereinspritzsystems oder einer mit dem Einspritzsystem verbundenen Brennkraftmaschine zugeordnet werden und auf diese Weise weitere Informationen für eine Fehleranalyse gewonnen werden. So ist es beispielsweise möglich, ungewollte Leckagen eines bestimmten Injektors oder Zylinders zu identifizieren bzw. Abweichungen der Einspritzmenge eines bestimmten Injektors festzustellen.If each of the delivery phases takes place between two injection phases of the injection system and if there is exactly one delivery phase between each pair of successive injection phases, so that there is a one-to-one correspondence between the delivery phases and the injection phases, deviations between the delivered fuel quantity and a desired quantity may occur be associated with a specific working cycle of the storage injection system or an internal combustion engine connected to the injection system and in this way further information for a failure analysis can be obtained. For example, it is possible to identify unwanted leaks of a particular injector or cylinder or to detect deviations in the injection quantity of a particular injector.
Es ist außerdem möglich, dass eine Fehlermeldung erzeugt wird, falls die für eine Förderphase ermittelte geförderte Kraftstoffmenge von der Sollmenge um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert abweicht. In dieser Fehlermeldung kann dann gegebenenfalls außerdem die Information enthalten sein, welcher von mehreren Injektoren zu der festgestellten ungewollten Abweichung geführt hat. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, einen nutzungs- und alterungsbedingten Verschleiß der einzelnen Injektoren und/oder zugehörige Zylinder der Brennkraftmaschine anhand der gemessenen Abweichungen besonders frühzeitig zu erkennen. Somit kann insbesondere also für jeden Injektor und jeden Zylinder eine individuelle Kontrolle und Plausibilisierung der zugehörigen Einspritzmenge durchgeführt werden. Während Schubphasen kann das System außerdem wie oben beschrieben gezielt auf ungewollte und fehlerhafte Leckagen hin untersucht werden.It is also possible that an error message is generated if the delivered fuel quantity determined for a delivery phase deviates from the target quantity by more than a predetermined threshold value. In this error message may then optionally also contain the information that has led from several injectors to the detected unwanted deviation. In this way, it is possible, for example, to detect a wear due to use and aging of the individual injectors and / or associated cylinders of the internal combustion engine particularly early on the basis of the measured deviations. Thus, in particular for each injector and each cylinder an individual control and plausibility of the associated injection quantity can be performed. During overrun phases, the system can also be specifically examined for unwanted and faulty leaks as described above.
Durch diese permanente Überwachung der Einspritzmengen ist es möglich, bestimmte gesetzliche Vorgaben zu Erfüllen, bspw. „US-OBD fuel qty. monitoring”. Zudem ist durch die auf diese Weise erlangte genaue Kenntnis der einzelnen Einspritzmengen ein Abgleich und/oder eine Kalibrierung verschiedener Sensorsysteme des Einspritzsystems oder einer mit dem Einspritzsystem verbundenen Brennkraftmaschine möglich, insbesondere von Sensorsystemen zur Erfassung und Quantifizierung von durch die Brennkraftmaschine emittierten Stoffen.Through this permanent monitoring of the injection quantities, it is possible to meet certain legal requirements, for example "US OBD fuel qty. monitoring ". In addition, the exact knowledge of the individual injection quantities obtained in this way makes it possible to balance and / or calibrate various sensor systems of the injection system or of an internal combustion engine connected to the injection system, in particular of sensor systems for detecting and quantifying substances emitted by the internal combustion engine.
Darüber hinaus ist es möglich, dass die erwartete Einspritzmenge und/oder die erwartete Leckagemenge aus Kennfeldern ausgelesen werden und/oder aus Regelalgorithmen des Injektors bestimmt werden. Die Kennfelder können beispielsweise in einem Datenspeicher des Einspritzsystems abgelegt sein. In diesen Kennfeldern sind vorzugsweise die erwarteten Einspritzmengen und/oder Leckagemengen für eine Vielzahl verschiedener Arbeitspunkte (Betriebszustände) des Einspritzsystems und/oder der Brennkraftmaschine, mit der das Einspritzsystem verbunden ist, enthalten. Auf diese Weise kann die beschriebene Funktionskontrolle besonders genau und zuverlässig in jedem Betriebspunkt bzw. Arbeitspunkt durchgeführt werden, da für die Sollmenge solche Einspritzmengen und/oder Leckagemenge verwendet werden können, die an den momentanen Arbeitspunkt angepasst sind.In addition, it is possible for the expected injection quantity and / or the expected leakage quantity to be read from characteristic maps and / or determined from control algorithms of the injector. The maps can be stored for example in a data memory of the injection system. These maps preferably contain the expected injection quantities and / or leakage quantities for a plurality of different operating points (operating states) of the injection system and / or of the internal combustion engine to which the injection system is connected. In this way, the described function control can be carried out particularly accurately and reliably at each operating point or operating point, since for the desired quantity such injection quantities and / or leakage quantities can be used, which are adapted to the current operating point.
Das erfindungsgemäße Speichereinspritzsystem zum Einspritzen eines Kraftstoffs in eine Brennkraftmaschine umfasst eine Hochdruckpumpe, die dazu eingerichtet ist, während wiederkehrenden Förderphasen Kraftstoff von einem Niederdruckbereich des Einspritzsystems in einen Hochdruckbereich des Einspritzsystems zu fördern, einen Drucksensor zum Messen eines aktuellen Drucks des Kraftstoffs im Hochdruckbereich sowie eine mit der Hochdruckpumpe und dem Drucksensor zur Signalübertragung verbundene Regeleinheit zum Regeln eines Drucks des Kraftstoffs in dem Hochdruckbereich des Einspritzsystems.The accumulator injection system according to the invention for injecting a fuel into an internal combustion engine comprises a high-pressure pump, which is configured to promote fuel from a low-pressure region of the injection system in a high-pressure region of the injection system during recurring delivery phases, a pressure sensor for measuring a current pressure of the fuel in the high-pressure region and a the control unit connected to the high pressure pump and the signal transmission pressure sensor for controlling a pressure of the fuel in the high pressure region of the injection system.
Für das erfindungsgemäße System ist wesentlich, dass die Regeleinheit dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem mit dem Drucksensor gemessenen aktuellen Druck des Kraftstoffs ein mit dem Niederdruckbereich des Einspritzsystems verbundenes Überlaufventil der Hochdruckpumpe zu öffnen oder zu schließen zur Einstellung von während der Förderphasen geförderten Kraftstoffmengen. Die Regeleinheit ist außerdem dazu eingerichtet, die während mindestens einer, vorzugsweise die während jeder der Förderphasen geförderte Kraftstoffmenge zu bestimmen und mit einer Sollmenge zu vergleichen. Die Sollmenge ist wiederum durch eine erwarteten Einspritzmenge eines Injektors des Einspritzsystems und/oder eine erwartete Leckagemenge bzw. aus der Summe aus beidem gegeben.It is essential for the system according to the invention that the control unit is set up to open or close an overflow valve of the high-pressure pump connected to the low-pressure region of the injection system as a function of the actual pressure of the fuel measured with the pressure sensor for setting fuel quantities delivered during the delivery phases. The control unit is also adapted to determine during at least one, preferably the amount of fuel delivered during each of the delivery phases and to compare with a desired amount. The desired quantity is in turn given by an expected injection quantity of an injector of the injection system and / or an expected leakage quantity or from the sum of the two.
Mit dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem kann also in jeder der Förderphasen der Druck des Kraftstoffs im Hochdruckbereich auf diesen Sollwert eingestellt werden. Wie beim oben beschriebenen Verfahren ist auch in diesem System ein Erreichen einer vorgegebenen Abweichung (Stellgrenze) des Drucks von dem Sollwert zum Einleiten einer Druckkorrektur im Hochdruckbereich nicht erforderlich. Die Regeleinheit kann dazu eingerichtet sein, den genannten Sollwert aus einem Kennfeld in Abhängigkeit von einem momentanen Arbeitspunkt oder Betriebspunkt des Systems und/oder der Brennkraftmaschine auszulesen und/oder aus Regelalgorithmen des Injektors zu bestimmen. Auf diese Weise kann prinzipiell für jede Förderphase sichergestellt werden, dass der Kraftstoffdruck auf einen für den jeweiligen Betriebszustand oder Arbeitspunkt optimierten Grenzwert oder Sollwert eingestellt wird. Wie weiter unten beschrieben ist, kann dieses Kennfeld in einem Datenspeicher des Systems abgelegt sein, der mit der Regeleinheit verbunden oder in dieser integriert sein kann.Thus, with the injection system according to the invention, the pressure of the fuel in the high-pressure region can be set to this desired value in each of the delivery phases. As in the case of the method described above, reaching a predetermined deviation (positioning limit) of the Pressure from the setpoint to initiate a pressure correction in the high pressure range is not required. The control unit can be set up to read out the specified value from a characteristic field as a function of a current operating point or operating point of the system and / or of the internal combustion engine and / or to determine it from control algorithms of the injector. In this way, it can in principle be ensured for each delivery phase that the fuel pressure is set to a limit value or desired value optimized for the respective operating state or operating point. As described below, this map can be stored in a data memory of the system, which can be connected to the control unit or integrated in this.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Regeleinheit dazu eingerichtet ist, vor einer jeden Förderphase ein innerhalb dieser Förderphase zu förderndes Kraftstoffvolumen (also die zu fördernde Kraftstoffmenge) anhand einer Differenz des gemessenen Drucks und des vorgegebenen Drucks zu berechnen und die Förderphase durch Schließen des Überlaufventils einzuleiten, sobald ein verbleibender Kolbenhub (Δx) eines momentanen Pumpenzyklus dem zu fördernden Kraftstoffvolumen entspricht.In a preferred embodiment, the control unit is set up to calculate a fuel volume to be conveyed within this delivery phase (ie the amount of fuel to be delivered) based on a difference between the measured pressure and the predetermined pressure and to initiate the delivery phase by closing the overflow valve, before each delivery phase. as soon as a remaining piston stroke (Δx) of a current pump cycle corresponds to the fuel volume to be delivered.
In einer Weiterentwicklung des Einspritzsystems ist vorgesehen, dass das Überlaufventil durch ein Zulaufventil der Hochdruckpumpe gegeben ist, welches außerdem zur Steuerung eines Kraftstoffzulaufs in die Hochdruckpumpe eingerichtet ist. Wie eingangs beschrieben, dienen derartige Zulaufventile der Kraftstoffversorgung der Hochdruckpumpe. In der Regel ist das Zulaufventil daher mit einem Kraftstofftank hydraulisch verbunden. Diese Ausführungsform, in der also das Überlaufventil durch das Zulaufventilgegeben ist, zeichnet sich durch besonders einfachen Aufbau aus, weil kein zusätzliches Ventil benötigt wird, und ist somit besonders kostengünstig.In a further development of the injection system is provided that the overflow valve is given by an inlet valve of the high pressure pump, which is also adapted to control a fuel inlet into the high pressure pump. As described above, such inlet valves serve the fuel supply of the high-pressure pump. As a rule, the inlet valve is therefore hydraulically connected to a fuel tank. This embodiment, in which therefore the overflow valve is given by the inlet valve, is characterized by a particularly simple structure, because no additional valve is needed, and is therefore particularly cost.
Es ist außerdem möglich, dass die Hochdruckpumpe einen Antrieb umfasst, der so gestaltet ist, dass jeder der Förderphasen der Hochdruckpumpe zeitlich zwischen zwei direkt aufeinanderfolgenden Einspritzphasen des Einspritzsystems liegt. Ein solcher Antrieb kann beispielsweise mittels eines Zahnrads oder eines Keilriemens oder einer ähnlichen Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine und der Hochdruckpumpe gegeben sein. Insbesondere ist es möglich, einen derartigen Antrieb über eine Verbindung mit einer Pleuelstange der Brennkraftmaschine mit einer geeigneten Übersetzung (beispielsweise 1:1) herzustellen. Auf diese Weise wird auf mechanische Art gewährleistet, dass eine Drehzahl der Hochdruckpumpe durch eine Drehzahl der Brennkraftmaschine festgelegt ist. Wie beim oben beschriebenen Verfahren besteht auch hier der Vorteil, dass mit einer entsprechend gewählten Übersetzung jede der Förderphasen genau einer Einspritzphase zugeordnet werden kann und auf diese Weise festgestellte Fehlfunktionen in einer Förderphase genau einem bestimmten Injektor oder Zylinder oder einer fehlerhaften Leckage zugeordnet werden kann.It is also possible for the high-pressure pump to comprise a drive which is designed such that each of the delivery phases of the high-pressure pump is located in time between two injection phases of the injection system which follow one another directly. Such a drive can be given for example by means of a gear or a V-belt or a similar connection between the internal combustion engine and the high-pressure pump. In particular, it is possible to produce such a drive via a connection to a connecting rod of the internal combustion engine with a suitable ratio (for example, 1: 1). In this way it is ensured in a mechanical way that a speed of the high-pressure pump is determined by a speed of the internal combustion engine. As with the method described above, there is also the advantage here that with a correspondingly selected translation, each of the delivery phases can be assigned to exactly one injection phase and thus identified malfunctions in a delivery phase can be assigned to a specific injector or cylinder or faulty leakage.
Ferner ist es möglich, dass das System einen Datenspeicher umfasst, in dem Kennfelder der erwarteten Einspritzmenge und/oder der erwarteten Leckagemenge gespeichert sind und die Regeleinheit mit dem Datenspeicher zur Datenübertragung verbunden und dazu eingerichtet ist, die erwartete Einspritzmenge und/oder die erwartete Leckagemenge aus den Kennfeldern auszulesen. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass zwischen der Regeleinheit und einem sensorischen System oder einem Kontrollsystem eine Verbindung zur Datenübertragung besteht und die Regeleinheit dazu eingerichtet ist, einen Betriebszustand oder einen Arbeitspunkt aus Daten des sensorischen Systems oder des Kontrollsystems zu bestimmen und die erwartete Einspritzmenge oder die erwartete Leckagemenge entsprechend dieses Betriebszustands oder Arbeitspunkts aus den Kennfeldern auszulesen.Furthermore, it is possible that the system comprises a data memory in which maps of the expected injection quantity and / or the expected leakage amount are stored and the control unit is connected to the data memory for data transmission and adapted to the expected injection quantity and / or the expected leakage amount to read the maps. For this purpose it can be provided that there is a connection for data transmission between the control unit and a sensory system or a control system and the control unit is set up to determine an operating state or an operating point from data of the sensory system or the control system and the expected injection quantity or read out the expected leakage quantity from the maps according to this operating condition or operating point.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Regeleinheit dazu eingerichtet ist, eine Fehlermeldung zu erzeugen, falls die ermittelte geförderte Kraftstoffmenge einer Förderphase von der Sollmenge um mehr als vorgegebener Schwellwert abweicht. In dem Fall, dass wie oben beschrieben eine 1:1-Korrespondenz zwischen den einzelnen Förderphasen und den Einspritzphasen besteht, kann eine Abweichung der geförderten Kraftstoffmenge einer Förderphase genau einer Einspritzphase und somit genau ein Injektor und genau ein Zylinder zugeordnet werden. In der Fehlermeldung kann diese Information ebenfalls kodiert sein.Finally, provision can be made for the control unit to be set up to generate an error message if the ascertained delivered fuel quantity of a delivery phase deviates from the target quantity by more than a predefined threshold value. In the case where, as described above, there is a one-to-one correspondence between the individual delivery phases and the injection phases, a deviation of the delivered fuel quantity from a delivery phase can be assigned to exactly one injection phase and thus exactly one injector and exactly one cylinder. In the error message, this information can also be coded.
Es ist insbesondere möglich, das oben vorgeschlagene Verfahren mit einem Einspritzsystem hier vorgeschlagener Art durchzuführen zur Erzielung der oben ausgeführten Vorteile. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich beispielsweise um einen Dieselmotor handeln.In particular, it is possible to carry out the above-proposed method with an injection system of the type proposed here in order to achieve the advantages set out above. The internal combustion engine may be, for example, a diesel engine.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches in
In
Der Niederdruckbereich des Systems umfasst zwei Niederdruckleitungen
Die Injektoren
Der Drucksensor
Zu diesem Zweck ist die Regeleinheit
Während der Förderphase öffnet sich ein Auslassventil
Das Einspritzsystem umfasst außerdem einen Datenspeicher
Die Regeleinheit
Die Hochdruckpumpe
Die Regeleinheit
In
In
Im direkten Anschluss an die gezeigte Saugphase, welche den Anfang eines Pumpenzyklus darstellt, beginnt eine Überlaufphase des Pumpzyklus, vgl.
In
Der eingezeichnete Kolbenhub Δx ist von der Regeleinheit
Das Zulaufventil
In einem weiteren Schritt wird durch die Regeleinheit
Die Sollmenge entspricht, wie oben bereits beschrieben, der Summe einer erwarteten Einspritzmenge und einer erwarteten Leckagemenge (Dauerleckage- und Schaltleckagemenge der Injektoren
Der Sollwert des Kraftstoffdrucks wird in der Regeleinheit
Das gezeigte Auslassventil
Während der Förderphase wird das Schließelement durch den in dem Pumpenraum
Das Einlassventil, das durch das Überlaufventil
Die Regeleinheit
Genausgut sind aber auch andere Ausgestaltungen des Aktuators
In
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