DE102018206607A1

DE102018206607A1 - Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Saugventils in einem Common-Rail-System, sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102018206607A1
Application number: DE102018206607.8A
Authority: DE
Inventors: Vinzent Rudolf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-10-31
Also published as: WO2019206601A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Saugventils in einem Common-Rail-System eines Verbrennungsmotors mit Hochdruckpumpe (100), umfassend einen Pumpenraum (6) mit einem Pumpenkolben (7), wobei das elektrische Saugventil (1; 1') ein hydraulisches Einlassventil (4) und einen elektromagnetischen Aktor (2) zu dessen Betätigung aufweist, wobei der elektromagnetische Aktor (2) durch eine Steuereinrichtung (9) angesteuert wird nach Maßgabe einer Mengensteuerung. Zur Erzielung einer Pumpenförderung im Förderhub des Pumpenkolbens (7) wird der elektromagnetische Aktor (2) des elektrischen Saugventils (1) bestromt und dadurch in Schließrichtung betätigt, wodurch das hydraulische Einlassventil (4) geschlossen wird und eine Kompression im Pumpenraum (6) durch den Pumpenkolben (7) erfolgt, und die erzeugte hydraulische Kraft das hydraulische Einlassventil (4) bei stromlosem elektromagnetischem Aktor (2) geschlossen hält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Saugventils (eSV) bei der Hochdruckerzeugung mit einer Hochdruckpumpe in einem Common-Rail-System eines Verbrennungsmotors, mit einer elektronischen Steuereinrichtung, welche über das elektrische Saugventil (eSV) eine Mengensteuerung vornimmt, sowie einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gemäß Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6. Das elektrische Saugventil umfasst ein hydraulisches Einlassventil und einen elektrischen Aktor, der zur Betätigung des hydraulischen Einlassventils von der elektronischen Steuereinrichtung angesteuert wird.
Stand der Technik
Zur Hochdruckerzeugung in Common-Rail-Systemen werden Hochdruckpumpen verschiedener Bauarten eingesetzt. Im Zusammenspiel mit einem oder mehreren Stellern, sowie einem Raildrucksensor und einer elektrischen Steuereinrichtung (ECU), lässt sich eine Regelung des Raildruckes darstellen. Dabei kommt der Mengensteuerung der Pumpe eine besondere Bedeutung für die Güte der Regelung zu. Jedes verwendete elektrische Saugventil wird von jeweils einer Endstufe eines Steuergerätes angesteuert.
In der Regel sind die elektrischen Stecker der meist zwei elektrischen Saugventile einer Hochdruckpumpe identisch, so dass die Gefahr besteht, dass die Kabel vertauscht werden können. Dadurch ist eine winkelsynchrone Ansteuerung der elektrischen Saugventile nicht korrekt möglich, wodurch eine Raildruckregelung nicht mehr möglich ist, und zu Fehlern im System, Abstellen oder nicht Starten des Motors führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Verwechselung der Zuordnung des jeweiligen elektrischen Saugventils zur jeweiligen richtigen Ansteuerendstufe zu unterbinden, so dass eine winkelsynchrone Ansteuerung der elektrischen Saugventile entsprechend der erkannten Zuordnung erfolgen kann.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wird zur Erzielung einer Pumpenförderung der elektrische Aktor des elektrischen Saugventils bestromt und dadurch in Schließrichtung betätigt, wodurch sich das hydraulische Einlassventil schließen kann und eine Kompression im Pumpenraum durch einen Pumpenkolben erfolgt, und die erzeugte hydraulische Kraft das elektrische Saugventil stromlos geschlossen hält.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass eine Mehrzahl von elektrischen Saugventilen (eSV) bei einer Hochdruckpumpe für einen Verbrennungsmotor eingesetzt, und die Zuordnung der jeweiligen elektrischen Saugventile (eSV) zu einer jeweiligen Ansteuerendstufe eines Steuergerätes während des Motorstarts durch Erfassung der jeweiligen hydraulischen Kraft (Raildruckanstieg) vorgenommen wird.
Weiterhin vorteilhaft ist vorgesehen, dass bereits nach sensorischem Erkennen des jeweiligen Raildruckanstieges im Steuergerät approximiert wird, dass der jeweilige Raildruckanstieg groß genug ist, dass der Aktor des jeweiligen elektrischen Saugventils (eSV) stromlos geschaltet wird, indem die jeweilige zugehörige Endstufe abgeschaltet wird.
Von besonderer Bedeutung ist, dass in Folge des Abschaltens der besagten jeweiligen Endstufe, das jeweilige elektrische Saugventil und dessen Anker nach Druckabfall selbsttätig wieder in den Ausgangszustand zurückfällt, in dem das hydraulische Einlassventil geöffnet ist, und das Zurückfallen mit Hilfe eines Induktionsspannungssensors detektiert wird, und dies dem jeweilig definierten elektrischen Saugventil zugeordnet werden kann.
Hierzu ist weiterhin vorteilhaft ausgestaltet, dass die beschriebene Funktionsabfolge derart in einen Startvorgang des Verbrennungsmotors integriert wird, dass keinerlei Verzögerung während des Druckaufbaues auftritt.
In Bezug auf eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist angegeben, dass zur Erzielung einer effizienten Pumpenförderung der Aktor des jeweiligen elektrischen Saugventils (eSV) über jeweilige Endstufen eines Steuergerätes bestrombar und dadurch in Schließrichtung betätigbar ist, wodurch sich das hydraulische Einlassventil schließen kann und eine Kompression im Pumpenraum durch einen Pumpenkolben erfolgt, und die erzeugte hydraulische Kraft das elektrische Saugventil stromlos geschlossen hält.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass eine Mehrzahl von elektrischen Saugventilen (eSV) bei einer Hochdruckpumpe für einen Verbrennungsmotor vorgesehen sind, und die Zuordnung der jeweiligen elektrischen Saugventile (eSV) zu einer jeweiligen Ansteuerendstufe eines Steuergerätes während des Motorstarts durch Erfassung der jeweiligen hydraulischen Kraft durch einen Drucksensor oder jeweils einen Drucksensor zur Ermittlung des Raildruckanstieges vorgesehen ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass bereits nach sensorischem Erkennen des jeweiligen Raildruckanstieges im Steuergerät approximiert wird, dass der jeweilige Raildruckanstieg groß genug ist, dass der Aktor des jeweiligen elektrischen Saugventils (eSV) stromlos geschaltet wird, indem die jeweilig zugehörige Endstufe abgeschaltet wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass in Folge des Abschaltens der besagten jeweiligen Endstufe, der Anker des Aktors des jeweiligen elektrischen Saugventils nach Druckabfall selbsttätig wieder in den Ausgangszustand zurückfällt, und das Zurückfallen des Ankers mit Hilfe eines Induktionsspannungssensors detektiert wird, und dieser dem jeweilig definierten elektrischen Saugventil im Steuergerät zugeordnet werden kann.
Bei Hochdruckpumpen neuerer Generation wird ein elektrisches Saugventil (eSV) zur Mengensteuerung verwendet. Dieses sitzt nicht, wie eine Zumesseinheit im Zulauf der Hochdruckpumpe, sondern ist mit dem hydraulischen Einlassventil des Pumpenelements der Hochdruckpumpe kombiniert. Damit ist eine unmittelbare Beeinflussung jedes Kompressionshubes der Pumpe möglich. Das elektrische Saugventil weist eine Feder auf, durch die das hydarulische Einlassventil stromlos offen gehalten wird. Das bedeutet, die Hochdruckpumpe kann keinen Kraftstoff in das Raildrucksystem fördern, weil der Pumpenraum durch das hydraulische Einlassventil zwar belüftet wird, die Feder aber das Schließen des hydraulischen Einlassventils verhindert und damit der Kraftstoff wieder in den Ansaugpfad zurückgeschoben wird.
Um eine Pumpenförderung zu erzielen muss der Aktor des elektrischen Saugventils bei befülltem Pumpenraum bestromt werden, so dass der Anker gegen die Feder bewegt wird. Damit kann sich das hydraulische Einlassventil schließen und es findet eine Kompression im Pumpenraum durch den Pumpenkolben statt, so dass komprimierter Kraftstoff über das hydraulische Auslassventil in das angeschlossene Common-Rail-System ausgeschoben werden kann. Der Schließzeitpunkt des elektrischen Saugventils während der Verdichtungsphase, genannt Förderbeginnwinkel, bestimmt die Fördermenge der Hochdruckpumpe.
Für Systeme mit großen Motoren und hohem Kraftstoffverbrauch werden sogenannte Zweistempel-Pumpen genutzt. Diese besitzen zwei Pumpenelemente mit jeweils einem elektrischen Saugventil und können dadurch eine doppelt so große Menge wie eine Einstempel-Pumpe in das Rail fördern. Beide elektrischen Saugventile sind identisch ausgeführt und besitzen den identischen nicht codierten Stecker für den elektrischen Anschluss des Aktors.
Genau daraus ergibt sich dann das oben beschriebene Problem, was mit der Erfindung gelöst ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:

1 einen grundsätzlichen Aufbau einer Hochdruckpumpe mit elektrischem Saugventil eSV,
2 eine graphische Darstellung des Verlaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Um gemäß 1 eine Pumpenförderung zu erzielen, muss ein elektromagnetischer Aktor 2 des elektrischen Saugventils 1 bei befülltem Pumpenraum 6 bestromt werden. Der elektromagnetische Aktor 2 umfasst eine Spule und einen Anker 3, der in Öffnungsrichtung auf das hydraulische Einlassventil 4 wirkt. Der Anker 2 wird durch eine Feder zum hydraulischen Einlassventil 4 hin gedrückt und wird bei Bestromung des Aktors 2 durch die magnetische Kraft gegen die Kraft der Feder vom hydraulischen Einlassventil 4 wegbewegt. Bei Bestromung des elektromagnetischen Aktors 2 wird der Anker 3 vom hydraulischen Einlassventil 4 wegbewegt, so dass dieses schließen kann. Wenn das hydraulische Einlassventil 4 schließt kann eine Kompression im Pumpenraum 6 durch den Pumpenkolben 7 stattfinden. Durch die nun im Pumpenraum 6 vorherrschende hydraulische Kraft bleibt das hydraulische Einlassventil 4 auch geschlossen wenn der Aktor 2 stromlos ist.
Mit der in der Erfindung vorgeschlagenen Funktion wird während des Motorstartes die Zuordnung der elektromagnetischen Aktoren 2 der elektrischen Saugventile 1; 1' zu den Ansteuerendstufen 11; 12 anhand dieser hydraulischen Kraft erkannt. Sobald ein Raildruckanstieg erkannt wird, bei dem dann die hydraulische Kraft im Pumpenraum 6 groß genug ist, kann die Bestromung der Endstufe 11 bzw. 12 abgeschaltet werden. Anschließend verharrt das elektrische Saugventil 1; 1' auf der momentanen Position und fällt erst hernach wieder zurück, wenn der Druck im Pumpenraum 6 abgebaut ist. Dabei ist dann die rückstellende Federkraft größer als die hydraulische Kraft. Das Zurückfallen des Ankers 3 induziert eine elektrische Spannung im Anker 3, welche mit Hilfe eines Detektionsstromes erkannt werden kann. Der Stromkreis, welcher die induzierte Spannung misst, kann folglich nun einem definierten elektrischen Saugventil 1; 1' zugeordnet werden. Die Funktion kann vom Zeitablauf her in den Startvorgang des Motors so integriert werden, dass keine Verzögerung während des Druckaufbaues auftritt.
Die einzelnen Verläufe des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in 2 gezeigt.
Im Startvorgang des Motors werden zunächst die Aktoren 2 beider Saugventile 1 und 1' dauerbestromt, um den Freigabedruck für die Einspritzungen möglichst schnell zu erreichen. Es bildet sich ein stufenhaft ansteigender Raildruck aus, der die Zuordnung der Pumpennocken zum Winkelsystem erkennen lässt.
Sollte es nun noch keine Zuordnung der Saugventile 1 und 1' geben, so wird eine zufällige Zuordnung ausgewählt. Bei der ersten Ansteuerung einer Endstufe in der Raildruckregelung - die Menge muss mindestens so groß sein, dass das jeweilige Saugventil 1; 1' vor dem oberen Totpunkt der Hochdruckpumpe zuverlässig abgeschaltet werden kann - wird die Bestromung rechtzeitig abgeschaltet, so dass das hydraulische Einlassventil 4 durch die hydraulische Kraft offen gehalten wird und der Anker 3 durch das hydraulische Einlassventil gegen die Kraft der Feder bewegt wird. Diese Abschaltung kann z.B. über eine zeitliche Approximation oder einen erkannten Raildruckanstieg erzeugt werden, so dass man weiß, dass die Pumpe aktiv fördert. Nachdem der obere Totpunkt der Hochdruckpumpe überschritten worden ist, baut sich die hydraulische Kraft im Pumpenraum 6 ab, bis schließlich das hydraulische Einlassventil 4 schließt und der Anker 3 durch die Feder zum hydraulischen Einlassventil 4 hin bewegt wird. Dabei wird in der Spule eine Spannung induziert. Diese induzierte Spannung kann z.B. mit Hilfe eines Detektionsstromes - mittels einer Zwei-Punkt-Regelung - erkannt werden. Die induzierte Spannung macht sich in einer veränderten Frequenz der Zwei-Punkt-Regelung des Detektionsstromes bemerkbar.
Sollte die induzierte Spannung direkt nach dem Bestromungsende erkannt worden sein, so ist der Aktor 2 des falschen Saugventils 1; 1' bestromt worden und die Zuordnung muss angepasst werden, d.h. die Endstufen müssen entsprechend vertauscht werden. Der Algorithmus wäre auch für Systeme mit mehr als zwei Saugventilen 1; 1' denkbar.
Je nach mechanischer Konstruktion des Saugventils 1; 1' kann der Anker 3 zuerst auf das geschlossene hydraulische Einlassventil 4 treffen und anschließend erst zusammen mit der hydraulischen Einlassventil 4 in dessen Öffnungsstellung gelangen. Dadurch ergeben sich zwei Zeitpunkte bei denen eine Spannung induziert wird. Bei solchen Systemen wird entweder der Detektionspuls so spät abgesetzt, dass dieser erste Einschlag - im Saugventil - nicht erkannt wird, oder es wird bewusst solange gewartet, bis der zweite Einschlag ebenfalls detektiert wird.

Claims

Verfahren zum Betrieb wenigstens eines elektrischen Saugventils in einem Common-Rail-System eines Verbrennungsmotors mit Hochdruckpumpe (100), umfassend einen Pumpenraum (6) mit einem Pumpenkolben (7), wobei das elektrische Saugventil (1; 1') ein hydraulisches Einlassventil (4) und einen elektromagnetischen Aktor (2) zu dessen Betätigung aufweist, wobei der elektromagnetische Aktor (2) durch eine Steuereinrichtung (9) angesteuert wird nach Maßgabe einer Mengensteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer Pumpenförderung im Förderhub des Pumpenkolbens (7) der elektromagnetische Aktor (2) des elektrischen Saugventils (1) bestromt und dadurch in Schließrichtung betätigt wird, wodurch das hydraulische Einlassventil (4) geschlossen wird und eine Kompression im Pumpenraum (6) durch den Pumpenkolben (7) erfolgt, und die erzeugte hydraulische Kraft das hydraulische Einlassventil (4) bei stromlosem elektromagnetischem Aktor (2) geschlossen hält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von elektrischen Saugventilen (1; 1') bei einer Hochdruckpumpe (100) für einen Verbrennungsmotor eingesetzt, und die Zuordnung der elektromagnetischen Aktoren (2) der jeweiligen elektrischen Saugventile (1; 1') zu einer jeweiligen Ansteuerendstufe (11; 12) eines Steuergerätes (10) der Steuereinrichtung (9) während des Motorstarts durch Erfassung der jeweiligen hydraulischen Kraft in Form eines Raildruckanstiegs vorgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bereits nach sensorischem Erkennen des jeweiligen Raildruckanstieges im Streuergerät (10) approximiert wird, dass der jeweilige Raildruckanstieg groß genug ist, dass der elektromagnetische Aktor (2) des jeweiligen elektrischen Saugventils (1; 1') stromlos geschaltet wird, indem die jeweilig zugehörige Ansteuerendstufe (11; 12) abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Folge des Abschaltens der besagten jeweiligen Ansteuerendstufe (11; 12), ein Anker (3) des jeweiligen elektromagnetischen Aktors (2) und das jeweilige hydraulische Einlassventil (4) nach Druckabfall im Pumpenraum (6) selbsttätig wieder in den Öffnungszustand zurückfällt, und das Zurückfallen mit Hilfe eines Induktionsspannungssensors detektiert wird, und der dem jeweilig definierten elektrischen Saugventil (1; 1') zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beschriebene Funktionsabfolge derart in einen Startvorgang des Verbrennungsmotors integriert wird, dass der Raildruckaufbau verzögerungsfrei erfolgt
Einrichtung mit mindestens zwei elektrischen Saugventilen (1; 1') in einem Common-Rail-System eines Verbrennungsmotors mit einer Hochdruckpumpe (100), umfassend einen Pumpenraum (6) mit einem Pumpenkolben (7) für die Hochdruckerzeugung, wobei die elektrischen Saugventile (1; 1') ein hydraulisches Einlassventil (4) und einen elektromagnetischen Aktor (2) zu dessen Betätigung aufweist, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung (9), zur Ansteuerung der elektromagnetischen Aktoren (2) der elektrischen Saugventile (1; 1') nach Maßgabe einer Mengensteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer Pumpenförderung im Förderhub des jeweiligen Pumpenkolbens (7) der elektromagnetische Aktor (2) des jeweiligen elektrischen Saugventils (1; 1') über jeweilige Ansteuerendstufen (11; 12) eines Steuergerätes (10) der Steuereinrichtung (9) bestrombar und dadurch in Schließrichtung betätigbar ist, wodurch sich das hydraulische Einlassventil (4) schließt und eine Kompression im Pumpenraum (6) durch den Pumpenkolben (7) erfolgt, und die erzeugte hydraulische Kraft das hydraulische Einlassventil (4) bei stromlosem elektromagnetischem Aktor (2) geschlossen hält.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung der elektromagnetischen Aktoren (2) der jeweiligen elektrischen Saugventile (1; 1') zu einer jeweiligen Ansteuerendstufe (11, 12) des Steuergerätes (10) während des Motorstarts durch sensortechnische Erfassung der jeweiligen hydraulischen Kraft des Raildruckanstieges vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bereits nach sensortechnischem Erkennen des jeweiligen Raildruckanstieges im Steuergerät (10) approximiert wird, dass der jeweilige Raildruckanstieg groß genug ist, dass das der elektromagnetische Aktor (2) des jeweiligen elektrischen Saugventils (1; 1') stromlos geschaltet wird, indem die jeweilig zugehörige Ansteuerendstufe (11; 12) abgeschaltet wird.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Folge des Abschaltens der besagten jeweiligen Ansteuerendstufe (11; 12), ein Anker (3) des jeweiligen elektromagnetischen Aktors (2) und das jeweilige hydraulische Einlassventil (1; 1') nach Druckabfall im Pumpenraum (6) selbsttätig wieder in den Öffnungszustand zurückfällt, und das Zurückfallen des Ankers (3) sensortechnisch detektiert wird, und dieser dem jeweilig definierten elektrischen Saugventil (1; 1') im Steuergerät (10) zugeordnet wird.
Common-Rail-System eines Verbrennungsmotors mit einer Einrichtung zum Betrieb mehrerer Saugventile (1; 1') nach einem der Ansprüche 6 bis 9.