DE102011087055A1 - Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems eines Kraftfahrzeuges, das als Einstellersystem mit Volumenstromregelung über ein stromlos offenes Einlassventil ausgebildet ist, beschrieben. Bei Detektion eines Fehlerfalles des Einlassventils, der zum ungewollten Schließen desselben führt, wird dieses bereits während der Saugphase der Hochdruckpumpe durch Bestromung geschlossen und während eines, einem Förderbedarf entsprechenden Teils der Saugphase wieder geöffnet wird, um dadurch die Förderleistung der Hochdruckpumpe zu regeln oder zumindest zu reduzieren. Hierdurch können entsprechende Sicherheitsmaßnahmen, wie beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil im Hochdruckbereich, entfallen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems eines Kraftfahrzeuges, das als Einstellersystem mit Volumenstromregelung über ein stromlos offenes Einlassventil ausgebildet ist und eine Hochdruckpumpe, einen Hochdruckspeicher, einen Hochdrucksensor, Injektoren und eine Steuereinheit aufweist.
- Bei Einspritzsystemen können im Fehlerfall unzulässige Druckerhöhungen im System auftreten. Insbesondere können bei modernen Einspritzsystemen, die Hochdruckpumpen aufweisen, welche über ein digitales Einlassventil gesteuert werden, Probleme bei einem derartigen Einlassventil auftreten. Speziell kann bei einem stromlos offenen Einlassventil, das von einer Feder im offenen Zustand gehalten wird, bei Federbruch durch ein ungewolltes oder zu frühes Schließen des Ventils während der Lieferphase der Hochdruckpumpe ein unerwünschter Druckaufbau im Hochdruckbereich resultieren, bedingt durch eine ungewollte Förderleistung bzw. Vollförderung der Hochdruckpumpe bis zu einem kritischen Druckniveau. Ein solcher Fehler kann zu einem ungewollten Druckaufbau im Hochdruckvolumen führen, welcher das System schädigen und ggf. zu externen Leckagen führen kann.
- Um derartige Beschädigungen zu vermeiden, hat man zum Schutz des Systems und der Komponenten im Hochdruckbereich ein Druckbegrenzungsventil (PLV) vorgesehen, das einen übermäßigen Druckaufbau verhindert. Es handelt sich hierbei in der Regel um ein mechanisches Überdruckventil, das mit den hochdruckführenden Komponenten, beispielsweise der Hochdruckpumpe, dem Hochdruckspeicher (Rail) oder den Injektoren, verbunden wird und überschüssige Kraftstoffmengen aus dem Hochdrucksystem, beispielsweise in den Pumpenrücklauf oder in einen separaten Rücklauf, absteuert.
- Das vorstehend beschriebene Einstellersystem verwendet zur Raildruckregelung (Druckregelung im Hochdruckspeicher) einzig eine Volumenstromregelung der Hochdruckpumpe über das erwähnte Einlassventil.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, bei dem mit besonders geringem Aufwand ein kritischer Druckaufbau im Hochdruckbereich im Fehlerfall eines Einlassventils verhindert werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass bei Detektion eines Fehlerfalles des Einlassventils, der zum ungewollten oder vorzeitigen Schließen desselben führt, dieses bereits während der Saugphase der Hochdruckpumpe durch Bestromung geschlossen und nur während eines, einem Förderbedarf entsprechenden Teils der Saugphase wieder geöffnet wird, wodurch die Förderleistung der Hochdruckpumpe nach Bedarf geregelt oder zumindest reduziert werden kann.
- Während der Saugphase einer Hochdruckpumpe, ausgeführt mit einem stromlos offenen Einlassventil wird das Ventil im geregelten Betrieb nicht bestromt. Das Einlassventil wird somit während der gesamten Saugphase der Hochdruckpumpe offengehalten, beispielsweise über eine Feder und den anliegenden Zulaufdruck. Zu einem definierten Zeitpunkt während der Lieferphase wird das Einlassventil bestromt und damit geschlossen. Damit wird die zu diesem Zeitpunkt im Verdrängerraum befindliche Menge Kraftstoff komprimiert und in den Hochdruckbereich gefördert. Kommt es nunmehr bei einem derartigen stromlos offenen Einlassventil zu einem Fehlerfall, beispielsweise einem Federbruch, so schließt aufgrund der nicht mehr vorhandenen Federkraft das Einlassventil bereits ungewollt auch ohne Bestromung, aufgrund des Drucks im Verdrängerraum während der Bewegung des Pumpenverdrängers vom unteren auf den oberen Totpunkt der Hochdruckpumpe (Druck im Verdrängerraum > Zulaufdruck). Die Hochdruckpumpe fördert somit ungewollt mehr Kraftstoff in den Hochdruckbereich wie gewünscht, was zu den eingangs aufgezeigten Problemen führen kann.
- Nach Detektion dieses Fehlerfalles wird erfindungsgemäß das Einlassventil bereits während der Saugphase der Hochdruckpumpe durch Bestromung geschlossen und nur während eines, einem Förderbedarf entsprechenden Teils der Saugphase wieder geöffnet. Damit wird bereits das Ansaugen des Kraftstoffes zu einem entsprechenden Anteil vermieden oder minimiert. In diesem Fehlerfall kann somit dennoch die Förderleistung der Hochdruckpumpe über die während der Saugphase der Hochdruckpumpe in den Verdrängerraum strömende Kraftstoffmenge geregelt bzw. reduziert oder minimiert werden.
- In anderen Worten wird somit, während eines über die Steuereinheit des Einspritzsystems detektierten Fehlerfalles, die Bestromung eines stromlos offenen Einlassventils von der Lieferphase der Hochdruckpumpe in die Saugphase der Hochdruckpumpe verlagert. Durch diese für den Fehlerfall geänderte Ansteuerung des Einlassventils bleibt die Kraftstofffördermenge und somit der Druck im Hochdruckbereich des System auch im Fehlerfall, beispielsweise bei einer gebrochenen Feder, noch bedingt regelbar oder kann zumindest reduziert werden.
- Vorzugsweise wird der Fehlerfall durch Vergleich eines vom Hochdrucksensor im Hochdruckbereich gemessenen Systemdruckwertes oder Systemdruckanstiegsgradienten mit einem entsprechenden Grenzwert detektiert. Auch kann das Überschreiten eines Differenzabstandes zu einem vorgegebenen Solldruck ermittelt werden. Wenn der Fehlerfall auf diese Weise von der Steuer- einheit detektiert wird, bewirkt diese eine Bestromung des Einlassventils, die in Abhängigkeit von der angeforderten Einspritzmenge zu einem zumindest teilweisen Öffnen während der Saugphase und damit zur gewünschten Druckreduzierung im Hochdruckbereich führt und somit eine Regelung der Pumpenförderleistung ermöglicht.
- Vorzugsweise wird das Einspritzsystem ohne Druckbegrenzungsventil im Hochdruckbereich betrieben. Ein solches Druckbegrenzungsventil im Hochdruckbereich des Einspritzventils kann eingespart werden, da es infolge des erwähnten Fehlerfalles nicht zu einem kritischen Druckaufbau im Hochdruckbereich kommen kann. Das Einspritzsystem kann somit besonders kostengünstig aber dennoch robust im Fehlerfallausgeführt werden.
- Es ergibt sich auch ein Vorteil bei Verwendung in Kombination mit einem Druckbegrenzungsventil (PLV), da in diesem Fall über die Saugphase der Hochdruckpumpe ein Druckbereich im Arbeitsbereich eingestellt werden kann und das Fahrzeug im normalen Arbeitsbereich weiterfahren kann. Ohne diese Funktion begrenzt das PLV den Druck, welcher im Fehlerfall nicht mehr geregelt werden kann.
- Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Einlassventil über die Saugphase hinaus bestromt oder dauerbestromt werden. Auch kann wahlweise der Zulaufdruck (vor dem Einlassventil) einer Vorförderpumpe reduziert werden, um das Kräftegleichgewicht am Einlassventil im geschlossenen Zustand zugunsten einer Vermeidung der Zylinderfüllung der Hochdruckpumpe weiter zu optimieren.
- So kann im Fehlerfall, zum Beispiel dem Bruch und/oder dem Verkanten einer Ventilfeder im Ventil, die durch ungewolltes oder zu frühes Schließen des Ventils während der Lieferphase der Hochdruckpumpe resultierende Förderleistung der Pumpe durch Bestromung bereits während der Saugphase und gegebenenfallsdurch Bestromung über die Saugphase der Hochdruckpumpe hinaus oder durch Dauerbestromung des Einlassventils minimiert werden.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
-
1 ein schematisches Hydraulikschaltbild eines Einspritzsystems (Common Rail Systems); -
2 eine schematische Darstellung eines stromlos offenen digitalen Einlassventils der Hochdruckpumpe des Einspritzsystems; und -
3 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit mit entsprechenden Ein- und Ausgängen sowie einem Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. - Das in
1 schematisch dargestellte Einspritzsystem eines Kraftfahrzeuges besitzt eine von einem Kraftstofftank kommende Kraftstoffleitung3 , die zu einer Hochdruckpumpe (HPP)1 führt. Die Hochdruckpumpe weist ein digitales Einlassventil2 und ein Auslassventil4 auf. Der unter niedrigem Druck stehende, über die Leitung3 zugeführte Kraftstoff wird mithilfe der Hochdruckpumpe1 über eine Hochdruckleitung5 einem Hochdruckspeicher (Common Rail)6 zugeführt und von diesem Speicher6 an einzelne Injektoren9 abgegeben. Dem Hochdruckspeicher6 sind ein Hochdrucksensor7 sowie ein Druckbegrenzungsventil (PLV)8 zugeordnet. - Dieses Einspritzsystem entspricht dem Stand der Technik. Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes Einstellersystem, das zur Raildruckregelung (Druckregelung im Hochdruckspeicher
6 ) einzig eine Volumenstromregelung der Hochdruckpumpe1 über das erwähnte digitale Einlassventil2 verwendet. Bei diesem Einlassventil2 handelt es sich um ein stromlos offenes Einlassventil, das von einer Feder im offenen Zustand gehalten wird. Bei Federbruch oder bei einem Verkanten der Feder kann hierbei ein ungewolltes oder zu frühes Schließen des Ventils während der Lieferphase der Hochdruckpumpe1 zu einem unerwünschten Druckaufbau im Hochdruckbereich führen. Um dies zu vermeiden, ist das Druckbegrenzungsventil (PLV)8 vorgesehen, bei dem es sich um ein mechanisches Überdruckventil handelt, das überschüssige Kraftstoffmengen aus dem Hochdrucksystem in den Pumpenrücklauf absteuert. -
2 zeigt schematisch den Aufbau eines derartigen stromlos offenen digitalen Einlassventils2 . Ein Ventilelement10 wirkt hierbei mit einem Ventilsitz11 zusammen und steuert eine entsprechende Kraftstoffdurchflussöffnung auf und zu.2 zeigt das Ventil im offenen Zustand. Dieser Zustand wird durch eine Feder12 bewirkt, wobei sich das Ventil in diesem Zustand stromlos befindet, d.h. der zugehörige Elektromagnet13 ist nicht erregt. Ein Schließen des Ventils2 wird vom Elektromagneten13 gegen die Kraft der Feder12 bewirkt. Während der Saugphase der Hochdruckpumpe1 befindet sich das digitale Einlassventil2 bei der in1 dargestellten Ausführungsform des Standes der Technik im stromlos offenen Zustand. Die entsprechenden Funktionen werden durch die schematisch in3 dargestellte Steuereinheit20 gesteuert. - Erfindungsgemäß wird nunmehr bei Detektion eines Fehlerfalles des Einlassventils, der zum ungewollten Schließen desselben führt, dieses bereits während der Saugphase der Hochdruckpumpe bestromt und bei Bedarf zumindest teilweise wieder geöffnet, um auf diese Weise die Förderleistung der Hochdruckpumpe zu reduzieren und entsprechende Beschädigungen im Hochdruckbereich zu vermeiden. Dabei wird erfindungsgemäß so vorgegangen, wie dies im Ablaufdiagramm der
3 dargestellt ist. Im Fall eines Fehlerfalles des digitalen Einlassventils2 der Hochdruckpumpe1 erfolgt eine Detektion dieses Fehlers über den vorgesehenen Hochdrucksensor7 und die elektrische Steuereinheit (ECU)20 . Beispielsweise wird dabei ein zu hoher Druckanstiegsgradient oder ein zu hohes Druckniveau im Hochdruckspeicher detektiert. Dies erfolgt in Schritt23 in3 . Wenn die Steuereinheit20 einen entsprechenden Fehler feststellt, schaltet sie gemäß Schritt24 auf Fehlerbetrieb um. Die Umschaltung vom regulären Steuerbetrieb des digitalen Einlassventils2 auf Fehlersteuerbetrieb ist in Schritt25 dargestellt. In Schritt26 steuert die Steuereinheit20 das Einlassventil2 im Fehlersteuerbetrieb so, dass das Einlassventil2 bereits während der Saugphase bestromt und nur während eines, einem Förderbedarf entsprechenden Teils der Saugphase, durch wieder abstellen der Bestromung, wieder geöffnet wird, um dadurch die Förderleistung der Hochdruckpumpe zu regeln oder zumindest zu reduzieren. Dadurch wird das Ansaugen von Kraftstoff zumindest teilweise vermieden bzw. minimiert, somit die Förderleistung der Hochdruckpumpe über die während der Saugphase der Hochdruckpumpe in den Verdrängerraum strömende Kraftstoffmenge reduziert oder minimiert und damit ein zu hoher Druckaufbau im Hochdruckspeicher vermieden. Das in1 bei der Ausführungsform des Standes der Technik gezeigte Druckbegrenzungsventil8 kann daher bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entfallen. - Mit
21 sind die Eingänge der Steuereinheit (ECU)20 von Temperatursensor, Hochdrucksensor7 etc. schematisch dargestellt, mit22 die entsprechenden Ausgänge zum digitalen Einlassventil2 , zur Vorförderpumpe etc.
Claims (5)
- Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems eines Kraftfahrzeuges, das als Einstellersystem mit Volumenstromregelung über ein stromlos offenes Einlassventil ausgebildet ist und eine Hochdruckpumpe, einen Hochdruckspeicher, einen Hochdrucksensor, Injektoren und eine Steuereinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Detektion eines Fehlerfalles des Einlassventils, der zum ungewollten oder zu frühen Schließen desselben führt, dieses bereits während der Saugphase der Hochdruckpumpe durch Bestromung geschlossen und nur während eines, einem Förderbedarf entsprechenden Teils der Saugphase wieder geöffnet wird um dadurch die Förderleistung der Hochdruckpumpe zu regeln oder zumindest zu reduzieren.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerfall durch Vergleich eines vom Hochdrucksensor im Hochdruckbereich gemessenen Systemdruckwertes oder Systemdruckanstiegsgradienten mit einem entsprechenden vorgegebenen Grenzwert detektiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem ohne Druckbegrenzungsventil im Hochdruckbereich betrieben wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil über die Saugphase hinaus bestromt oder dauerbestromt wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufdruck (vor dem Einlassventil) einer Vorförderpumpe reduziert wird.
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Effective date: 20140208 |
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Owner name: VITESCO TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
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