DE60302976T2

DE60302976T2 - Vorrichtung und Verfahren in Verbindung mit einem Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE60302976T2
Application number: DE60302976T
Authority: DE
Inventors: David C. Jay; Tommy Dahlberg
Original assignee: Wartsila Finland Oy
Current assignee: Wartsila Finland Oy
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2023-10-07
Also published as: FI20021841A; EP1411240A1; FI117350B; JP4464652B2; EP1411240B1; JP4966365B2; FI20021841A0; ATE314576T1; US20040079336A1; JP2004138063A; DE60302976D1; US6845752B2; JP2010031875A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung in Verbindung mit einem Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welche Vorrichtung eine Druckverstärkungspumpe, bei welcher der Pumpenzylinder und seine Pumpenkammer in deren Körperteil angeordnet ist, und eine Kraftstoffzufuhrleitung und eine Kraftstoffauslassleitung in Fließverbindung mit der Pumpenkammer, welche Leitungen ein Einwegeventil aufweisen, und weiterhin eine Kolbenvorrichtung aufweist, die innerhalb des Zylinders angeordnet ist, welche Kolbenvorrichtung entlang ihrer Längsachse bewegbar ist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren in Verbindung mit einem Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5, welches System eine Druckverstärkungspumpe umfasst, bei welcher die Pumpenkammer und der Pumpenzylinder in deren Körperteil angeordnet sind, und eine Kraftstoffzufuhrleitung und eine Kraftstoffauslassleitung in Fließverbindung mit der Pumpenkammer, welche Leitungen ein Einwegeventil haben, und weiter eine Kolbenvorrichtung innerhalb des Zylinders, in welchem Verfahren während des Ansaugtaktes der Kolbenvorrichtung Kraftstoff in die Pumpenkammer fließt und während des Arbeitshubs der Kolbenvorrichtung Kraftstoff von der Pumpenkammer über das Einwegeventil unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur abfließt.
Derartige Kraftstoffdruckverstärkungspumpen werden üblicherweise in sogenannten Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen verwendet. Eine Common-Rail-Lösung, wie sie in dem Patent US 6,240,901 der Anmelderin gezeigt wurde, kann als Beispiel einer derartigen Lösung genannt werden. Bei dieser Lösung wird einem Druckakkumulator Kraftstoff von einem Kraftstofftank mittels einer Hochdruckpumpe zugeführt, woraufhin der Kraftstoff in die Zylinder des Motors mittels Einspritzdüsen injiziert wird.
Eine Verteilereinspritzpumpe ist bekannt aus dem Dokument JP 61212661 , welche einen Temperatursensor beschreibt, der Temperaturdaten an eine elektronische Steuerungseinrichtung übermittelt, die ein Bypasssteuerventil steuert. Auf der Basis eines erhöhten Temperatursignals wird entsprechend das Bypasssteuerventil geöffnet.
Weiterhin zeigt das Dokument EP 1 036 932 A2 ein Verfahren zum Feststellen einer Abnormalität in Hochdruckkraftstoffeinspritzeinrichtungen, die eine Verstärkerpumpe aufweisen, um einen zweckmäßigen Druck in einer Common-Rail eines Zylindermotors bereitzustellen. Die Pumpe enthält einen Kraftstofftemperatursensor, der ein Temperatursignal des Kraftstoffes in der Pumpe ausgibt, um den Volumenelastizitätskoeffizienten des Kraftstoffes zu berechnen, mit welchem der Druck des Kraftstoffes in der Common-Rail eingestellt wird. Im Falle der Druck zu hoch ist, wird ein Bypassventil geöffnet, um den Druck und den überschüssigen Kraftstoff aus dem Common-Rail in einen Kraftstofftank abzulassen, der für diesen Zweck vorgesehen ist.
Ein Problem mit einer derartigen Pumpe besteht darin, dass die seitlichen Kräfte, die auf die Kolbenvorrichtung der Pumpe wirken, zu einer Abnutzung der Kolbenvorrichtung führen und das Risiko eines Kolbenfressers erhöhen.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung in Verbindung mit einem Kraftstoffeinspritzsystem zu präsentieren, das die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme minimiert. Es ist ein spezielles Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren in Verbindung mit einem sogenannten Common-Rail-System anzugeben, um effizient Fehlfunktionen der Druckverstärkungspumpe zu detektieren.
Die Ziele der Erfindung werden hauptsächlich erreicht durch eine Lösung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen 1 und 5 beschrieben ist, und detaillierter, wie sie in den anderen Ansprüchen beschrieben wird.
Die Vorrichtung umfasst eine Druckverstärkungspumpe, in welcher der Pumpenzylinder und die Pumpenkammer in Verbindung mit deren Körperteil angeordnet sind, und eine Kraftstoffzufuhrleitung und eine Kraftstoffauslassleitung in Fließverbindung mit der Pumpenkammer, wobei die Leitungen ein Einwegventil haben, und weiterhin eine Kolbenvorrichtung, die innerhalb des Zylinders angeordnet ist, welche Kolbenvorrichtung entlang ihrer Längsachse bewegbar ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Temperaturmesseinrichtung, die in dem Körperteil angeordnet ist, um die Tätigkeit des Einwegeventils der Auslassleitung zu überwachen.
Eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine Reihe von Druckverstärkungspumpen, die angeordnet sind, um in den Druckakkumulator zu pumpen, wobei jede dieser Pumpen mit einer Druckmesseinrichtung versehen ist. Und zusätzlich enthält die Vorrichtung eine Analysenapparatur, um Daten zu vergleichen, die aus der Temperaturmesseinrichtung der Druckverstärkungspumpe gelesen wurden. Vorzugsweise sind die Druckverstärkungspumpen angeordnet, um Kraftstoff in einen funktionell gemeinsamen Raum zu pumpen.
Das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit einem Kraftstoffeinspritzsystem umfasst eine Druckverstärkungspumpe, bei welcher der Pumpenzylinder und die Pumpenkammer in Verbindung mit deren Körperteil angeordnet sind, und eine Kraftstoffzufuhrleitung und eine Kraftstoffauslassleitung, die in Fließverbindung mit der Pumpenkammer angeordnet sind, wobei die Leitungen Einwegventile haben, und weiterhin eine Kolbenvorrichtung, die innerhalb des Zylinders angeordnet ist, bei welchem Verfahren während des Ansaugtaktes der Kolbenvorrichtung, Kraftstoff in die Pumpenkammer fließt und während des Arbeitstaktes der Kolbenvorrichtung Kraftstoff von der Pumpenkammer weg über das Einwegventil unter höherem Druck und höherer Temperatur fließt und bei welchem Verfahren die Temperatur der Druckverstärkungspumpe gemessen wird, um die Tätigkeit des Einwegventils der Auslassleitung zu überwachen. Detaillierter wird dies erreicht durch eine Temperaturmesseinrichtung, die in Verbindung mit der Druckverstärkungspumpe angeordnet ist.
Üblicherweise ist der Teil, in welchem die Fehlfunktion stattfindet, das Einwegeventil der Auslassleitung, welches es dem Kraftstoff bei einer Fehlfunktion erlaubt, sich zur Pumpenkammer und wieder daraus zurück zu bewegen. Daher ist die Temperaturmesseinrichtung vorzugsweise nahe der Pumpenkammer oder dem Kanal angeordnet, der die Pumpenkammer und das Einwegeventil der Auslassleitung verbindet, oder z.B. nahe dem Einwegeventil der Auslassleitung, sodass der Temperaturanstieg durch die oben genannte Fehlfunktion detektiert werden kann.
In dem Fall, dass das System lediglich eine Druckverstärkungspumpe aufweist, wird die Geschwindigkeit der Änderung der Messdaten, die aus der Temperaturmesseinrichtung gelesen wird, mit dem Sollwert für die Änderungsgeschwindigkeit verglichen und im Falle die gemessene Änderungsgeschwindigkeit den Sollwert überschreitet, wird ein Alarmzustand aktiviert.
Wenn das Kraftstoffeinspritzsystem eine Anzahl an Druckverstärkungspumpen enthält, die so angeordnet sind, dass sie funktionell in den gleichen Raumpumpen, ist jede von diesen Pumpen mit wenigstens einer Temperaturmesseinrichtung versehen. Das Einspritzsystem enthält weiterhin eine Analyseneinrichtung, um die aus der Temperaturmesseinrichtung gelesenen Messdaten jeder Druckverstärkungspumpe mit der Temperatur wenigstens einer anderen Druckverstär kungspumpe zu vergleichen, und wenn die Temperaturdifferenz größer als der Soll- oder Schwellwert ist, wird ein Alarmzustand aktiviert.
Die Temperatur jeder Druckverstärkungspumpe wird immer gelesen, wenn das Kraftstoffeinspritzsystem in Betrieb ist.
Nachfolgend wird die Erfindung mittels eines Beispiels und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
1 ein exemplarisches Beispiel der Druckverstärkungspumpe; und
2 ein anderes exemplarisches Beispiel der Druckverstärkungspumpe.
In den beigefügten Zeichnungen ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Kolbenmotordruckverstärkungspumpe 1 in Verbindung mit einem Kraftstoffeinspritzsystem bezeichnet. Das System enthält eine Kraftstoffquelle, wie z.B. einen Kraftstofftank 3, mit welchem die Druckverstärkungspumpe mittels einer Leitung 4 verbunden ist, die gegebenenfalls eine Förderpumpe 4.1 enthält. Die Kraftstoffdruckverstärkungspumpe 1 enthält ein Körperteil 5, in welchem weiterhin ein Pumpenzylinder 6 und die Pumpenkammer 7 angeordnet sind. Sowohl eine Kraftstoffzufuhrleitung 8 als auch eine Kraftstoffauslassleitung 9 sind in Fließverbindung mit der Pumpenkammer 7 angeordnet. Beide Leitungen 8, 9 sind mit einem Einwegventil 8.1, 9.1 versehen, so dass im normalen Betrieb das Einwegventil 8.1 der Zufuhrleitung 8 es dem Kraftstoff erlaubt, in die Pumpenkammer 7 zu fließen, jedoch das Wegfließen von der Pumpenkammer 7 verhindert. Und das Einwegventil 9.1 der Auslassleitung 9 erlaubt es dem Kraftstoff, von der Pumpenkammer wegzufließen, jedoch nicht zur Pumpenkammer 7 zurückzufließen. Der Kraftstofffluss findet durch die Leitung 7.1 statt, die die Pumpenkammer und das Einwegventil der Auslassleitung miteinander verbindet. In einer Kraftstoffdruckverstärkungspumpe 1 gemäß der Erfindung ist weiterhin eine vorzugsweise frei um ihre Längsachse rotierbare Kolbenvorrichtung 2 innerhalb des Zylinders 6 angeordnet. Während des normalen Betriebes, wenn sich der Kolben in Richtung seiner Längsachse hin- und herbewegt, erlaubt das Einwegeventil 8.1 während des Ansaugtaktes, dass Kraftstoff in die Pumpenkammer 7 gelangen kann, wohingegen während des Arbeitstaktes das Einwegeventil 9.1 es dem Kraftstoff erlaubt, in den gemeinsamen Druckakkumulator 11 zu gelangen. Ist der Druck des gemeinsamen Druckakkumulators höher, so muss der Druck in der KraftstoffPumpenkammer ausreichend ansteigen, so dass das muss der Druck in der KraftstoffPumpenkammer ausreichend ansteigen, so dass das Einwegeventil 9.1 öffnen kann.
Die Leitung 4, die den Kraftstoff vom Kraftstofftank zuleitet, ist mit der Zufuhrleitung 8 verbunden, von welchem aus der Kraftstoff in eine Richtung durch das Einwegeventil 8.1 zur Pumpenkammer 7 fließen kann. Von da aus wird der Kraftstoff in eine Richtung über das Einwegeventil 9.1 und die Auslassleitung 9 zu der Kraftstofftransferleitung 10 befördert, die die Druckverstärkungspumpe 1 und den gemeinsamen Druckakkumulator miteinander verbindet. Von dem gemeinsamen Druckakkumulator 11 wird der Kraftstoff zur Verbrennungskammer 13 des Motors mittels einer Einspritzdüse 12 befördert. Weiterhin ist die Kolbenvorrichtung funktionell mit der Nockenwelle 14 oder einer entsprechenden Anordnung verbunden, um ihre Hin- und Herbewegung zu bewirken.
Die Vorrichtung enthält eine Temperaturmesseinrichtung 15, die in dem Körperteil 5 der Kraftstoffdruckverstärkungspumpe 1 angeordnet ist, wobei die Messeinrichtung mit einem Analysenapparat 16 verbunden ist. Die Messdaten werden ständig von der Temperaturmesseinrichtung 15 in den Analysenapparat 16 gelesen, wenn die Maschine sich in Betrieb befindet. Temperaturmesssollwertdaten sind in dem Analysenapparat 16 oder irgendwo anders gespeichert, um von dieser verwendet zu werden, welche Daten dei der Beobachtung bzw. Überprüfung der Tätigkeit der Kraftstoffdruckverstärkungspumpe verwendet werden.
Während des normalen Betriebs fließt Kraftstoff während des Ansaugtaktes der Kolbeneinrichtung über das Einwegeventil 8.1 der Kraftstoffzufuhrleitung 2 in die Pumpenkammer 7, und während des Arbeitstaktes der Kolbenvorrichtung fließt der Kraftstoff über das Einwegeventil 9.1 der Auslassleitung 9 unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck weg von der Pumpenkammer in den gemeinsamen Druckakkumulator 11. Während dieser Tätigkeit wird die Temperatur der Kraftstoffdruckverstärkungspumpe mittels einer Temperaturmesseinrichtung 15 gemessen, um die Tätigkeit des Einwegeventils 9.1 der Auslassleitung 9 zu überwachen. Die Überwachung basiert auf der Beobachtung, dass wenn das Einwegeventil 9.1 nicht funktioniert, und es dem Kraftstoff erlaubt, zurück in die Pumpenkammer 7 zu fließen, wobei der gleiche Kraftstoff oft hin- und zurückgepumpt wird, dieses aufeinanderfolgende Hin- und Zurückpumpen einen schnellen Anstieg der Temperatur bewirkt. Dieser kann mittels des Analysenapparates 16 entdeckt und die notwendigen Aktionen veranlasst werden.
Die Vorrichtung nach 1 enthält eine einzige Druckverstärkungspumpe 1, wobei die Änderungsgeschwindigkeit der Messdaten, die von der Temperaturmesseinrichtung 15 gelesen werden, mit dem Sollwert der Änderungsgeschwindigkeit verglichen werden, die in dem Analysenapparat 16 oder dort von irgendwo anders in dem System verfügbar ist. Wenn die gemessene Änderungsrate größer als der Sollwert bzw. der Schwellwert ist, werden vordefinierte Alarmprozeduren gestartet. Solche Prozeduren können z.B. umfassen, dass der Steuerraum über die Installation alarmiert wird und/oder die Alarminformation in dem Steuersystem gespeichert wird.
In der Ausführungsform der 2 enthält das Kraftstoffeinspritzsystem mehrere Druckverstärkungspumpen 1, die derart angeordnet sind, dass sie in den gemeinsamen Druckakkumulator 11 pumpen. Die gemeinsamen Druckakkumulatoren 11 befinden sich in Fließverbindung miteinander mittels der Leitung 11'. Dies ermöglicht es, dass Änderungen im Kraftstoffdruck verringert werden. Jede Kraftstoffdruckverstärkungspumpe 1 ist mit wenigstens einer Temperaturmesseinrichtung 15 versehen. Das Kraftstoffeinspritzsystem enthält in diesem Fall auch eine Analysenapparatur 16. Sie ist elektrisch mit jeder der Temperaturmesseinrichtungen 15 der Kraftstoffdruckverstärkungspumpen 1 verbunden. Kontinuierlich werden Messdaten in den Analysenapparat 16 von jeder der Temperaturmesseinrichtungen 15 gelesen und in dem Analysenapparat wird die Temperatur jeder einzelnen Kraftstoffdruckverstärkungspumpe 1 mit der wenigstens einer anderen Druckverstärkungspumpe verglichen. Wenn die Temperaturdifferenz größer als der Soll- oder Schwellwert ist, der in der Analysenapparatur gespeichert ist oder irgendwo anders, um durch diese verwendet zu werden, wird ein Alarmzustand getriggert.
In einem System, wie es in 2 dargestellt wird und das eine Anzahl an Druckverstärkungspumpen aufweist, müssen die sequentiellen Temperaturmessdaten nicht notwendigerweise gespeichert werden, weil ein Fehler in dem Einwegeventil 9.1 entdeckt werden kann, in dem die Temperaturen von unterschiedlichen Orten verglichen werden. Der Analysenapparat, der hier beschrieben wurde, kann z.B. der Motorsteuerungscomputer oder ähnliches sein.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern eine Reihe von Modifikationen ist vorstellbar innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche.

Claims

Eine Vorrichtung in Verbindung mit einem Kraftstoffeinspritzsystem, welche Vorrichtung eine Kraftstoffdruckverstärkungspumpe (1), in welcher ein Pumpenzylinder (6) und eine Pumpenkammer (7) in dem Körperteil (5) der Pumpe angeordnet sind, und eine Kraftstoffzufuhrleitung (8) und eine Kraftstoffauslassleitung (9) in Fließverbindung mit der Pumpenkammer, welche Leitungen ein Einwegeventil (8.1, 9.1) haben und weiterhin eine Kolbenvorrichtung (2) aufweist, die innerhalb des Zylinders (6) angeordnet ist, welche Kolbenvorrichtung entlang ihrer Längsachse bewegbar ist, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Temperaturmesseinrichtung (15) umfasst, die in dem Körperteil (5) der Pumpe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Tätigkeit des Einwegeventils (9.1) der Auslassleitung (9) durch Messung der Temperatur der Druckverstärkungspumpe zu überwachen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anzahl von Kraftstoffdruckverstärkungspumpen (1) umfasst, die jeweils mit einer Temperaturmesseinrichtung (15) versehen sind, und die Vorrichtung weiterhin eine Analysenapparatur (16) umfasst, um die von den Temperaturmesseinrichtungen (15) der Kraftstoffdruckverstärkungspumpen (1) gelesenen Messdaten miteinander zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffdruckverstärkungspumpen (1) angeordnet sind, um den Kraftstoff in einen funktionell gemeinsamen Raum (11, 11') zu pumpen.
Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung (15) neben der Pumpenkammer (7) oder der Leitung (7.1) angeordnet ist, die die Pumpenkammer und das Einwegeventil der Auslassleitung miteinander verbindet oder neben dem Einwegeventil (9.1) der Auslassleitung (9).
Verfahren in Verbindung mit einem Kraftstoffeinspritzsystem, umfassend eine Druckverstärkungspumpe (1), in welchem der Pumpenzylinder (6) und die Pumpenkammer (i) in Verbindung mit ihrem Körperteil (5) angeordnet sind, und eine Kraftstoffzufuhrleitung (8) und eine Kraftstoffauslassleitung (9) in Fließverbindung mit der Pumpenkammer, welche Leitungen ein Einwegeventil (8.1, 9.1) aufweisen, und weiterhin eine Kolbenvorrichtung (2), die innerhalb des Zylinders (6) angeordnet ist, bei welchem Verfahren der Kraftstoff während des Ansaugtaktes der Kolbenvorrichtung in die Pumpenkammer über das Einwegeventil (8.1) der Zufuhrleitung (2) fließt und während des Arbeitstaktes der Kolbenvorrichtung über das Einwegeventil (9.1) der Auslassleitung (9) weg von der Pumpenkammer unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur abfließt, wobei die Temperatur der Druckverstärkungspumpe mittels einer Temperaturmesseinrichtung (15) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Tätigkeit des Einwegeventils (9.1) der Auslassleitung durch Messen der Temperatur der Druckverstärkungspumpe überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsgeschwindigkeit der Daten, die von der Temperaturmesseinrichtung (15) gelesen werden, mit einem Soll- oder Schwellwert für die Änderungsgeschwindigkeit verglichen wird, und im Fall die gemessene Änderungsgeschwindigkeit den Soll- oder Schwellwert überschreitet, ein Alarmzustand getriggert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es durchgeführt wird in Verbindung mit einem Kraftstoffeinspritzsystem, welches System eine Anzahl an Kraftstoffdruckverstärkungspumpen (1) aufweist, die angeordnet sind, um in einen funktionell gemeinsamen Raum (11, 11') zu pumpen, wobei jede dieser Pumpen mit wenigstens einer Temperaturmesseinrichtung (15) versehen ist, und welches Kraftstoffeinspritzsystem weiterhin eine Analysenapparatur (16) enthält, um die von jeder der Temperaturmesseinrichtungen (15) jeder Kraftstoffdruckverstärkungspumpe (1) gelesenen Messdaten miteinander zu vergleichen, bei welchem Verfahren die Temperatur jeder Kraftstoffdruckverstärkungspumpe (1) in die Analysenapparatur (16) gelesen wird, in welcher Analysenapparatur (16) die Temperatur jeder Kraftstoffdruckverstärkungspumpe (1) mit der wenigstens einer anderen Kraftstoffdruckverstärkungspumpe (1) vergli chen wird und wenn die Temperaturdifferenz den Soll- oder Schwellwert überschreitet, eine Alarmprozedur getriggert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur jeder Kraftstoffdruckverstärkungspumpe (1) während des Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems in regelmäßigen Abständen ausgelesen wird.