DE102014204161A1 - Verfahren zum Absenken eines Maximaldrucks mindestens eines Common-Rail-Injektors - Google Patents

Verfahren zum Absenken eines Maximaldrucks mindestens eines Common-Rail-Injektors Download PDF

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Abstract

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein im Fehlerfall erreichbarer maximaler Druck mindestens eines Common-Rail-Systems eines Kraftfahrzeugs abgesenkt. Bei einem Erkennen eines Fehlerfalls (31) eines Raildruck-Regelkreises wird ein Sonderansteuermodus für mindestens einen Common-Rail-Injektor initialisiert (32). Hierdurch wird der Maximaldruck im Fehlerfall abgesenkt, ohne dass das Design des Common-Rail-Injektors oder anderer unter Hochdruck stehender Komponenten des Common-Rail-Systems verändert werden muss. Dadurch werden hohe Herstellkosten für diese Hochdruckkomponenten, beispielsweise für den Injektorkörper (4), das Ventilstück (8) und die Düse (10) vermieden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Absenken eines Maximaldrucks mindestens eines Common-Rail-Injektors eines Kraftfahrzeugs. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, das dieses Computerprogramm speichert. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
  • Stand der Technik
  • Ein Common-Rail-System ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für Dieselverbrennungsmotoren eines Kraftfahrzeugs. Kernbestandteile des Common-Rail-Systems sind an einem Rail („gemeinsame Schiene“) angeschlossene Common-Rail-Injektoren. Sie enthalten je ein schnellschaltendes Servoventil, dessen Schaltzustand das Öffnen und Schließen einer Einspritzdüse steuert. So kann ein Einspritzvorgang für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors einzeln gesteuert werden. Die Common-Rail-Injektoren spritzen den Kraftstoff direkt in einen Brennraum des Zylinders des Verbrennungsmotors. Sie werden über Hochdruckleitungen mit Kraftstoff aus dem Rail versorgt. Ein Steuergerät des Verbrennungsmotors steuert ein im Common-Rail-Injektor integriertes Servoventil für ein vorgebbares Zeitintervall an, wodurch die Einspritzdüse öffnet und wieder schließt. Das Servoventil wird im Wesentlichen durch den Ventilsitz und die Ventilkugel gebildet. Eine Öffnungsdauer des Servoventils des Common-Rail-Injektors und ein Raildruck im Rail bestimmen eine in den Brennraum des Zylinders des Verbrennungsmotors eingebrachte Menge an Kraftstoff.
  • Die Common-Rail-Injektoren mit dem Servoventil übernehmen bei einem Ausfall eines Raildruck-Regelkreises zusätzlich eine Druckbegrenzungsfunktion. Der Ausfall des Raildruck-Regelkreises kann beispielsweise durch ein offen klemmendes Mengenregelventil einer Hochdruckpumpe verursacht sein. Die Servoventile der Common-Rail-Injektoren sind so ausgelegt, dass sie bis zu einem Druck von 110% eines Nennwerts eines Raildrucks im stromlosen Zustand dicht sind, bei noch höheren Drücken aber durch den dann unter der Kugel anstehenden Überdruck gegen ihre Schließfederkraft leicht geöffnet werden.
  • Dadurch wird der Raildruck in einem Common-Rail-System auch in einem Fehlerfall begrenzt. Allerdings erfolgt die Begrenzung nicht auf 110% des Nennwerts des Raildrucks. Vielmehr stellt sich unter der leicht geöffneten Kugel ein Druck von 110% des Nennwerts des Raildrucks ein. Hinzu kommt, dass ein hoher von der Hochdruckpumpe gelieferter Volumenstrom zuvor durch Leitungen, Z-, A-Drossel und Steuerraum gepumpt werden muss und sich an diesen Drosselstellen zusätzlicher Differenzdruck aufbaut. Insbesondere, wenn die A- und die Z-Drossel mit kleinen Durchflüssen ausgelegt sind, stellt sich im Fehlerfall ein Raildruck ein, der deutlich höher ist, als 110% des Nennwerts des Raildrucks. So zeigen Berechnungen, dass sich im Fehlerfall bei hoher Drehzahl einer Hochdruckpumpe ein Druck von bis zu 3·108 Pa einstellen kann, selbst wenn der Nennwert des Raildrucks nur bei 1,6·108 Pa bis 1,8·108 Pa liegt. Wird als Vorförderpumpe eine mit einer Hochdruckpumpe mechanisch gekoppelte Zahnradpumpe verwendet, so steht dieser hohe Raildruck über einen längeren Zeitraum an, da die Vorförderpumpe im Fehlerfall nicht separat abgestellt werden kann.
  • Sämtliche Hochdruckkomponenten eines Common-Rail-Systems müssen darauf ausgelegt sein, dass dieser Fehlerfall mehrfach während einer Lebensdauer des Common-Rail-Injektors auftreten kann, ohne dass dadurch ein Schaden an einer dieser Hochdruckkomponenten entsteht. Am Injektor selbst sind diese Hochdruckkomponenten vor allem ein Haltekörper, ein Ventilstück sowie ein Düsenkörper. Daraus ergeben sich zusätzliche Anforderungen an eine Druckschwellfestigkeit des Injektorkörpers, die über Anforderungen, die sich aus dem regulären Betrieb ergeben, weit hinaus gehen. Dies bedeutet, dass nur wegen der Druckschwellfestigkeit im Fehlerfall zusätzliche Herstellkosten entstehen, die keinerlei Verbesserung einer normalen Injektorfunktion mit sich bringen.
  • Zur Absenkung des maximalen Raildrucks im Fehlerfall könnten umgekehrt Durchflussbeiwerte von A- und Z-Drossel erhöht werden. Dies hätte aber massiven, unerwünschten Einfluss auf die Injektorfunktion.
  • Offenbarung der Erfindung
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Maximaldruck mindestens eines Common-Rail-Injektors eines Kraftfahrzeugs abgesenkt. Bei einem Erkennen eines Fehlerfalls eines Raildruck-Regelkreises wird ein Sonderansteuermodus des mindestens einen Common-Rail-Injektors initialisiert. Hierdurch wird der Maximaldruck im Fehlerfall abgesenkt, ohne dass das Design des Common-Rail-Injektors verändert werden muss. Dadurch werden Herstellkosten für sämtliche Hochdruckkomponenten im Common-Rail-System verringert.
  • Bevorzugt wird in dem Sonderansteuermodus mindestens ein Common-Rail-Injektor dauerhalft mit Gleichstrom angesteuert. Dies bewirkt die Senkung des Maximaldrucks im Common-Rail-System.
  • Besonders bevorzugt ist der Gleichstrom größer als null und kleiner als ein Haltestromwert des mindestens einen Common-Rail-Injektors, wobei eine Regelung des Gleichstroms in ganz besonders bevorzugter Weise, wie eine Regelung eines Anzugs- und/oder Haltestromwerts des mindestens einen Common-Rail-Injektors erfolgt. Dadurch sinkt eine Drosselwirkung des Servoventils. Es stellt sich in dem Common-Rail-System ein Raildruck ein, der höher ist als der Nennwert des Raildrucks, aber deutlich geringer, als er dies ohne den dauerhaften Gleichstrom wäre. Unter dem Haltestromwert wird erfindungsgemäß der Stromwert verstanden, der benötigt wird, um eine Ventilnadel des Common-Rail-Injektors in einer ganz oder teilweise geöffneten Position zu halten. Unter dem Anzugsstromwert wird erfindungsgemäß der Stromwert verstanden, der mindestens benötigt wird, um die Ventilnadel aus einer Position heraus weiter zu öffnen. Der Anzugsstromwert ist größer als der Haltestromwert.
  • Insbesondere wird der Fehlerfall bei einem Anstieg eines Raildrucks über eine vorgebbare Schwelle hinaus mittels eines Sensors für den Raildruck erkannt. Dies stellt sicher, dass der Fehlerfall rechtzeitig erkannt wird.
  • Das erfindungsgemäße Computerprogramm ermöglicht es, das erfindungsgemäße Verfahren in einem vorhandenen elektronischen Steuergerät zu implementieren, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu führt es jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, insbesondere wenn es auf einem elektronischen Rechengerät oder elektronischen Steuergerät abläuft. Das erfindungsgemäße maschinenlesbare Speichermedium speichert das erfindungsgemäße Computerprogramm. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten, welches eingereicht ist, um einen Maximaldruck mindestens eines Common-Rail-Injektors mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens abzusenken.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der zweiten Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • 1 zeigt einen Common-Rail-Injektor gemäß dem Stand der Technik.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • 1 zeigt eine Ausführungsform eines Common-Rail-Injektors 2 gemäß des Standes der Technik. Es wird ein schematisches Schnittbild durch einen Common-Rail-Injektor 2 dargestellt. Dieser Common-Rail-Injektor 2 umfasst einen Injektorkörper 4, in dem ein Ventilkolben 6 angeordnet ist, der an einem oberen Ende in einem Ventilstück 8 geführt ist und dessen unteres Ende sich in Richtung einer Düse 10 erstreckt. Eine Düsennadel 11 ist mit dem Ventilkolben 6 gekoppelt und innerhalb der Düse 10 angeordnet. An einem oberen Ende des Common-Rail-Injektors 2 sind ein Magnetkopf 16, eine Ankergruppe 18 und ein Rücklaufanschluss 20 angeordnet. Der Common-Rail-Injektor 2 ist weiterhin über einen elektrischen Anschluss 22 mit einer elektrischen Energiequelle und über einen Hochdruckzulauf 23, der einen Stabfilter umfasst, mit einer Kraftstoffzuleitung verbunden.
  • Die Düsennadel 11 ist in einer Düse 10 in einer Düsennadelführung 13 geführt. Die Düsennadelführung 13 besteht im Wesentlichen aus einer genau gefertigten Bohrung in der Düse 10, in der die Düsennadel 11 mitgeringem Führungsspiel aufgenommen ist. Unterhalb der Düsennadelführung 13 endet eine Hochdruckbohrung 12 durch den Injektorkörper 4 und die Düse 10. Diese Hochdruckbohrung 12 verbindet den zwischen der Düsennadelführung 13 und dem Dichtsitz der Düse 10 befindlichen Raum mit dem Hochdruckanschluss 23 des Common-Rail-Injektors 2.
  • Der Ventilkolben 6 ist in entsprechender Weise in dem Ventilstück 8 geführt. Dieses Ventilstück 8 ist im Injektorkörper 4 aufgenommen. Das Ventilstück 8 begrenzt gemeinsam mit der oberen Stirnfläche des Ventilkolbens 6 einen Steuerraum 24. An seinem oberen Ende ist am Ventilstück 8 ein kegelförmiger Ventilsitz 15 ausgebildet, der mit einer Ventilkugel 17 zusammenwirkt. Dabei verbindet eine Ablaufdrossel den Steuerraum 24 mit dem Raum stromauf des Ventilsitzes 15 und es verbindet eine Zulaufdrossel den Steuerraum 24 mit dem Hochdruckzulauf 23.
  • Oberhalb des Ventilstücks 8 ist der Magnetkopf 16 mit dem Servoventil angebracht. Im unbestromten Zustand des Magnetkopfs wird die Ventilkugel 17 durch die Vorspannkraft einer Ventilfeder 19 in den Ventilsitz 15 gepresst. Die Kraftübertragung erfolgt dabei über einen Ankerbolzen 18. Der Ventilsitz 15 ist somit verschlossen und der Steuerraum 24 nur mit dem Hochdruckzulauf 23, nicht aber mit dem Rücklaufanschluss 20 des Common-Rail-Injektors 2 verbunden.
  • Bei Betrieb des Common-Rail-Injektors 2 ist vorgesehen, dass der Magnetkopf 16 bestromt wird, wodurch der Ankerbolzen 18 zum Magnetkopf 16 hin bewegt wird. Dadurch öffnet sich der Ventilsitz 15 und damit die hydraulische Verbindung zwischen dem Steuerraum 24 oberhalb des Ventilkolbens 6 und dem Rücklaufanschluss 20. Dies löst ein Absinken des Drucks im Steuerraum 24 und damit eine Öffnungsbewegung des Verbunds aus Ventilkolben 6 und Düsennadel 11 aus. Durch das Öffnen der Düsennadel 11 wird die Verbindung zwischen der Hochdruckbohrung 12 und den Spritzlöchern der Düse 10 hergestellt, wodurch Kraftstoff aus der Düse 10 gefördert und in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors eingespritzt wird.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches mit dem Start 30 des Verfahrens beginnt. Hierbei wird in einem Common-Rail-System ein im Fehlerfall auftretender Maximaldruck abgesenkt. Bei Erkennen des Fehlerfalls 31 wird durch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs ein Sonderansteuermodus für mindestens einen Common-Rail-Injektor 2 initialisiert 32. Der Fehlerfall wird erkannt 31, indem festgestellt wird, dass ein Raildruck über eine Schwelle hinaus ansteigt. Falls der Fehlerfall nicht vorliegt, wird ein Sonderansteuermodus dagegen nicht initialisiert. In dem Sonderansteuermodus wird der Magnetkopf 16 mindestens eines Common-Rail-Injektors 2 mit dauerhaftem Gleichstrom angesteuert 33. Hierbei ist der Gleichstrom größer als null und kleiner als ein Haltestromwert des Common-Rail-Injektors 2. Eine Regelung des Gleichstromserfolgt in gleicher Weise, wie eine Regelung eines Anzugs- und/oder Haltestromwerts des mindestens einen Common-Rail-Injektors 2 in dessen normalen Betriebsmodus. Hiermit wird der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens beendet 34.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine geringe Magnetkraft erzeugt, die noch nicht ausreicht, um das im Wesentlichen durch den Ventilsitz 15 und die Ventilkugel 17 gebildete Servoventil des Common-Rail-Injektors 2 zu öffnen. Die zusätzliche Magnetkraft erhöht jedoch den Hub des Magnetventils, bei dem sich in diesem Fehlerfall ein Kräftegleichgewicht zwischen öffnenden und schließenden Kräften einstellt. Hierdurch sinkt eine Drosselwirkung des Servoventils gegenüber dem unbestromten Fall erheblich und es stellt sich im Common-Rail-System ein Raildruck ein, der zwar höher als der Nennwert des Raildrucks ist, aber auch deutlich geringer ist, als dies ohne die Sonderansteuerung der Fall wäre. Somit können Zusatzmaßnahmen, die ohne die Sonderansteuerung zur Steigerung der Druckschwellfestigkeit erforderlich wären, vermieden und erhebliche Kosten gespart werden. Der maximale Raildruck im Com- mon-Rail-Injektor 2 wird durch das erfindungsgemäße Verfahren um ungefähr 5·107 Pa von 3·108 Pa auf 2,5·108 Pa oder noch darunter abgesenkt. Im Weiteren sind hierfür keine Veränderungen an der Injektorendstufe im Steuergerät erforderlich. Diese ist für den Sonderansteuermodus bereits geeignet.
  • Durch das vorteilhafte erfindungsgemäße Verfahren wird das Design des Common-Rail-Injektors 2 und dessen Funktion nicht verändert. Hierdurch werden erhöhte Herstellkosten für die Hochdruckkomponenten des Common-Rail-Injektors 2, beispielsweise für den Injektorkörper 4, das Ventilstück 8 und die Düse 10 vermieden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Absenken eines Maximaldrucks mindestens eines Common-Rail-Injektors (2) eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Erkennen eines Fehlerfalls (31) eines Raildruck-Regelkreises ein Sonderansteuermodus des mindestens einen Common-Rail-Injektors (2) initialisiert wird (32).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sonderansteuermodus mindestens ein Common-Rail-Injektor (2) dauerhaft mit Gleichstrom angesteuert wird (33).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrom größer ist als null und kleiner als ein Haltestromwert des mindestens einen Common-Rail-Injektors (2).
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung des Gleichstroms in gleicher Weise erfolgt, wie eine Regelung eines Anzugs- und/oder Haltestromwerts des mindestens einen Common-Rail-Injektors (2).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerfall bei einem Anstieg eines Raildrucks über eine vorgebbare Schwelle hinaus mittels eines Sensors für den Raildruck erkannt wird (31).
  6. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
  7. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 6 gespeichert ist.
  8. Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um einen Maximaldruck mindestens eines Common-Rail-Injektors (2) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 abzusenken.
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