EP2344750A1 - Kraftstoff-hochdruckpumpe für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoff-hochdruckpumpe für eine brennkraftmaschine

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EP2344750A1
EP2344750A1 EP09782845A EP09782845A EP2344750A1 EP 2344750 A1 EP2344750 A1 EP 2344750A1 EP 09782845 A EP09782845 A EP 09782845A EP 09782845 A EP09782845 A EP 09782845A EP 2344750 A1 EP2344750 A1 EP 2344750A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
fuel pump
valve
pressure fuel
switching
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09782845A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Schroeder
Berthold Pfuhl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2344750A1 publication Critical patent/EP2344750A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M59/34—Varying fuel delivery in quantity or timing by throttling of passages to pumping elements or of overflow passages, e.g. throttling by means of a pressure-controlled sliding valve having liquid stop or abutment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
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    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3845—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped
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    • F02M59/367—Pump inlet valves of the check valve type being open when actuated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure fuel pump for a direct injection internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a method for operating a high-pressure fuel pump for a
  • Today's fuel systems for internal combustion engines with direct injection usually have a quantity-controlled high-pressure fuel pump in an input range (low pressure range), wherein the volume control is essentially carried out by a speed-synchronous operation of an intake valve of the high-pressure fuel pump. This allows a very precise quantity control. The switching times of the quantity control valves used for this purpose are very short due to the speed-synchronous control. Furthermore, a pressure sensor in a high pressure range is used for flow control. A control and / or regulating device compares an actual pressure with a desired pressure in the high-pressure region and, if necessary, corrects the control for the quantity control valve.
  • EP 0 299 337 A2 EP 0 837 986 B1, EP 0 974 008 Bl and DE 196 12 413 Al devices for controlling the fuel pressure are already known.
  • DE 103 27 411 Al a pressure relief valve for a high-pressure fuel pump is known.
  • the object of the invention is to provide or further develop a fuel high-pressure pump for an internal combustion engine of the type mentioned, which works reliably and is compact.
  • the fuel high-pressure pump should be inexpensive.
  • the fuel system is considerably simplified and inexpensive.
  • a quantity control device with two switching positions is sufficient for this purpose.
  • the two switch positions usually represent a partial delivery position with weakened, more throttled fuel mass flow and a full delivery position with a substantially unimpeded or unthrottled fuel mass flow.
  • a control of the switch valve is done by a simple design control loop, which causes a switchover depending on an easily determinable operating size from the field of high-pressure fuel pump.
  • the switching valve comprises an electromagnetic actuator.
  • the actuation of the switching valve via an actuator of an electromagnet is a reliable and inexpensive solution.
  • the switching valve for each direction of movement to be associated with an electromagnet; but it can also be only an electromagnet when switching against a spring force of a spring After switching off, the spring force returns the actuator to its original position.
  • this solution is particularly advantageous. Since the switching can be carried out comparatively slowly, there are only low demands on the switching time, which can be sufficiently solved via the switching valve with solenoid.
  • both the switching valve and an associated electric power amplifier can be relatively simple. This is also cost-cutting and saves installation space. Since the switching takes place only sporadically with low switching speed, the noise due to switching is low.
  • the switching valve in the unactuated state is in the switching position with the lowest throttle effect. For example. may occur in case of failure, an interruption of the control line to the switching valve. Even a failure of the power amplifier in a control unit is possible. In these cases of error, a control of the switching valve is no longer possible, it is "unactuated” or "de-energized". Due to the measure according to the invention, despite such a fault, an (emergency) operation of the internal combustion engine is still possible.
  • the switching valve in the unactuated state is in a switching position with increased throttle effect. Is there a focus in operating the
  • High-pressure fuel pump on a consumption optimization in the internal combustion engine so in addition to the mechanical drive line of the high pressure pump and the electrical power of the switching valve must be considered in the error described above. If the internal combustion engine is primarily operated at partial load (and this is predominantly the case with an average driving style), the energy consumption can be reduced by the proposed measure.
  • the throttling effect in a switching position is designed so that it allows a volume flow of about 10-20% of the maximum volume flow.
  • the interpretation of the throttle effect in the partial delivery position should be such that the drive power of the high-pressure fuel pump for a given operating cycle in total is minimal.
  • B. an MVEG cycle (European Driving Cycle for emission and consumption measurements on chassis dynamometers) are based. According to this cycle, only about 10 to 20 percent of the maximum flow rate of the high-pressure pump is needed on average and thus represents a dimensioning optimum.
  • MVEG cycle European Driving Cycle for emission and consumption measurements on chassis dynamometers
  • the high-pressure fuel pump comprises a pressure regulating valve which connects a high-pressure region of the high-pressure fuel pump to a low-pressure region of the high-pressure fuel pump and can thus maintain the pressure in the high-pressure region at least substantially constant.
  • the delivery rate of the high-pressure pump may be greater than the quantity requirement of the internal combustion engine.
  • the excess amount of fuel is returned by the proposed pressure control valve from the high pressure area in the low pressure area.
  • Fuel manifold thus depends essentially on an opening pressure of the pressure control valve.
  • the pressure control valve works purely mechanically / hydraulically, preferably a check valve. This is a particularly inexpensive, but effectively working solution, since a pressure sensor and an evaluation of the pressure sensor signals in a control and / or regulating device can be dispensed with. It is also proposed that the control of the switching valve by a signal of a pressure sensor, which detects a pressure prevailing in the high pressure region and / or a driving time of at least one injection valve depends. In the event of a pressure drop in the high-pressure region of the high-pressure fuel pump, an actual activation time of the injection valve must be extended in order to be able to inject the quantity of fuel required for optimal combustion of a fuel / air mixture into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the ACTUAL activation time is shortened accordingly.
  • the activation time can thus be regarded as a parameter for the pressure in the high-pressure range.
  • Exceeding a predetermined upper or lower limit value of the activation time (S 0 LL activation time) is thus an indication of the changeover, which has the effect that in the low-pressure region the delivery rate of fuel is matched to the investigations in the high-pressure range.
  • the control time is a known operating variable in the control and / or regulating device and can be easily evaluated. Thereby, a switching time for the switching valve can be determined easily and without much effort.
  • the pressure in the high pressure range can also be determined by a sensor and then compared in the control and / or regulating device with an upper and lower pressure limit.
  • the actuation of the switching valve depends on a pump speed, a prefeed pressure and / or a fuel temperature.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a fuel system according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of the switching valve of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a flowchart of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a fuel system 8 for a
  • the fuel system 8 is, as will be explained, divided into a low-pressure region 12 shown on the left in FIG. 1 and a high-pressure region 14 shown on the right.
  • a pre-feed pump 16 arranged in the low-pressure region 12 pumps fuel from a fuel reservoir 18 via a low-pressure line 20 with a prefeed pressure to an inlet connection 22 of the high-pressure fuel pump 10.
  • a filter 24 and a pressure damper 26 are arranged in the low-pressure region 12.
  • the pressure damper 26 dampens pulsations arising in the high-pressure fuel pump 10 on the low-pressure side and ensures a high delivery rate even with high numbers of rotations and cams.
  • the fuel is sucked into a working chamber 32 of the high-pressure fuel pump 10.
  • the switching valve 28 will be described later in detail.
  • the volume of the working space 32 depends on the position of a pump piston 34 in a pump cylinder 36.
  • the delivery rate of the high-pressure fuel pump 10 may be greater than the amount of fuel injected by the Einspitzventilen 46, the unneeded amount of fuel from the high pressure region 14 via a pressure control or pressure relief valve 50 is returned to the low pressure region 12.
  • the pressure relief valve 50 may, for example, be designed as a check valve.
  • the pressure in the high-pressure accumulator 44 then essentially corresponds to the opening pressure of the pressure-limiting valve 50.
  • the pressure-limiting valve 50 is connected via a high-pressure line 52 to the high-pressure region 14 and via a low-pressure line 54 to the low-pressure region 12.
  • Pulsations also occur in the high-pressure region 14, in particular when single-cylinder pumps are used, with multi-cylinder pumps also being used, but generating pulsations to a lesser extent.
  • the pulsations affect the pressure control function negatively.
  • a throttle 56 can be arranged hydraulically before (upstream) the pressure limiting valve 50, whereby the pulsations before the pressure limiting valve 50 are damped.
  • the pump piston 34 is driven by a cam 58 which is of the
  • Internal combustion engine 9 is driven - for example via a cam or crankshaft (not shown).
  • the cam 58 may also be part of the cam or crankshaft.
  • a piston leakage, which arises in the gap between the pump piston 34 and the pump cylinder 36 is returned via a return line 62 in the low pressure region 12.
  • a control unit 64 controls the switching function of the switching valve 28 via a control line 66. Furthermore, the injection valves 46 are controlled via control lines 68 (in FIG. 1, only one line 68 is shown for the sake of simplicity).
  • Internal combustion engine 9 further comprises a speed sensor 70, which detects the rotational speed of a crankshaft, not shown, and a temperature sensor 72, which detects an operating temperature of the internal combustion engine, such as a cylinder head temperature or a cooling water temperature.
  • a computer program for performing the control of the switching valve 28 is stored on a storage medium 74 located in the control unit 64. The detailed construction and the function of the switching valve 28 will be explained in more detail with FIG. On the left side, the switching valve 28 is shown in a switching position "partial funding", on the right side in a switching position "full promotion".
  • the switching valve 28 essentially comprises an actuator 76, which moves a switching element 78, and a spring element 80.
  • the actuator 76 may be formed, for example, as an electromagnet or at least electromagnetically operated and operate in the energized state against the spring element 80.
  • the switching element 78 has in Figure 2 in a lower region on a passage with a throttle 82 for the partial conveying.
  • a passage 84 is arranged in FIG. 2 for a substantially uninfluenced full delivery.
  • a drive time for the actuation of the injection valves 46 is used. It could also be used by a sensor, not shown, pressure in the rail 44.
  • an actual activation time of the injection valve 46 must be extended in order to be able to inject the quantity of fuel required for optimal combustion of a fuel / air mixture into the combustion chamber 48 of the internal combustion engine 9. With a pressure increase in the high-pressure region 14, the actual activation time is shortened accordingly. Exceeding a predetermined upper or lower limit of the drive time (target drive time) is thus an indication of the changeover, which causes the
  • Flow rate of fuel in the low pressure range is adapted to the conditions in the high pressure range.
  • FIG. 3 shows a flowchart with the sequence of the method, in particular the method for adapting a switching time of the switching valve.
  • the method is implemented in a computer program that runs in the control unit.
  • the query 100 it is determined whether the switching valve 28 is working in partial funding (switching position 82). If this is the case, an increase in a fuel quantity requirement in the high-pressure fuel pump 10 is detected in 110, for example, the actual activation times of the injection valves 46 are detected and evaluated.
  • 120 it is queried whether the current ACTUAL activation time has exceeded a predetermined upper DESIRED limit value. If this is the case, then in 130 the switching valve 28 is switched to full delivery (switching position 84). If this is not the case, then the next actual activation times are compared with the setpoint limit value.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) für eine Brennkraftmaschine (9) mit Direkteinspritzung, mit einem Niederdruckbereich (12) und einer Mengensteuereinrichtung (28). Die Mengensteuereinrichtung (28) umfasst ein Schaltventil, welches stromaufwärts von einem Einlassventil (22) der Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) angeordnet ist und eine erste Schaltstellung und mindestens eine zweite Schaltstellung aufweist, wobei sich die Schaltstellungen in ihrer Drosselwirkung unterscheiden.

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung und ein Computerprogramm nach dem Oberbegriff des entsprechenden nebengeordneten Patentanspruchs.
Heutige Kraftstoffsysteme für Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung verfügen meist über eine mengengeregelte Kraftstoff-Hochdruckpumpe in einem Eingangsbereich (Niederdruckbereich), wobei die Mengenregelung im Wesentlichen durch eine drehzahlsynchrone Betätigung eines Einlassventils der Kraftstoff-Hochdruckpumpe erfolgt. Damit ist eine sehr genaue Mengenregelung möglich. Die Schaltzeiten der dazu verwendeten Mengensteuerventile sind aufgrund der drehzahlsynchronen Ansteuerung sehr kurz. Weiterhin wird zur Mengenregelung ein Drucksensor in einem Hochdruckbereich eingesetzt. Eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung vergleicht einen Ist-Druck mit einem Soll-Druck im Hochdruckbereich und korrigiert bei Bedarf die Ansteuerung für das Mengensteuerventil.
Aus der EP 0 299 337 A2, EP 0 837 986 Bl, EP 0 974 008 Bl und DE 196 12 413 Al sind bereits Vorrichtungen zu einer Regelung des Kraftstoffdruckes bekannt. Aus der DE 103 27 411 Al ist ein Druckbegrenzungsventil für eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe bekannt.
Offenbarung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen bzw. weiterzuentwickeln, die zuverlässig arbeitet und kompakt aufgebaut ist. Außerdem soll die Kraftstoff-Hochdruckpumpe kostengünstig sein.
Die Aufgabe wird durch eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst, sowie mit einem Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung und einem Computerprogramm nach den Merkmalen des jeweiligen nebengeordneten Patentanspruchs. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
Durch die Erfindung wird das Kraftstoffsystem erheblich vereinfacht und kostengünstig. Im einfachsten Fall ist hierfür eine Mengensteuereinrichtung mit zwei Schaltstellungen ausreichend. Die zwei Schaltstellungen repräsentieren im Regelfall eine Teilförderstellung mit abgeschwächtem, stärker gedrosselten Kraftstoff- Mengenfluss und eine Vollförderstellung mit einem im Wesentlichen ungehinderten bzw. ungedrosselten Kraftstoff- Mengenfluss. Die Realisation von mehr als zwei Stufen, bspw. für eine Kraftstoffförderung einer Kleinmenge, einer mittleren Teilmenge und einer Volllastmenge ist bei Bedarf möglich. Eine Regelung des Schalterventils geschieht durch einen einfach aufgebauten Regelkreis, der in Abhängigkeit einer leicht ermittelbaren Betriebsgröße aus dem Bereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe ein Umschalten veranlasst. So muss lediglich erkannt werden, ob in der stärker drosselnden Schaltstellung eine Fördermenge an Kraftstoff noch ausreichend ist oder ob auf eine weniger stark drosselnde Schaltstellung umgeschaltet werden muss. Anderseits muss in der weniger starke drosselnden Schaltstellung erkannt werden, dass die Fördermenge an Kraftstoff bei Teilförderung für den aktuellen Betrieb ausreichend ist und damit auf die stärker drosselnde Schaltstellung umgeschaltet werden kann. Diese Entscheidungen können in einer einfach zu konfigurierenden und somit preiswerten Steuer- und/oder Regeleinrichtung getroffen werden.
Es wird vorgeschlagen, dass das Schaltventil eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung umfasst. Die Betätigung des Schaltventils über einen Aktor eines Elektromagneten stellt eine zuverlässige und preiswerte Lösung dar. Dabei kann dem Schaltventil für jede Bewegungsrichtung ein Elektromagnet zugeordnet sein; es kann aber auch nur ein Elektromagnet bei einem Einschalten gegen eine Federkraft einer Feder arbeiten und anschließend nach einem Abschalten die Federkraft den Aktor wieder in die Ausgangslage zurückführen. Bei einer Mengensteuereinrichtung mit zwei Schaltstellungen ist diese Lösung besonders vorteilhaft. Da die Umschaltung vergleichsweise langsam ausgeführt werden kann, gibt es lediglich geringe Anforderungen an die Schaltzeit, die über das Schaltventil mit Elektromagnet hinreichend gelöst werden kann. Damit kann sowohl das Schaltventil als auch eine zugehörige elektrische Endstufe relativ einfach aufgebaut sein. Auch das ist kostensenkend und spart Bauraum. Da das Umschalten nur sporadisch mit geringer Schaltgeschwindigkeit erfolgt, ist die Geräuschentwicklung durch das Schalten gering.
Weiter wird vorgeschlagen, dass das Schaltventil im unbetätigten Zustand in der Schaltstellung mit der geringsten Drosselwirkung ist. Bspw. kann im Fehlerfalle eine Unterbrechung der Ansteuerleitung zum Schaltventil auftreten. Auch ein Ausfall der Endstufe in einem Steuergerät ist möglich. Bei diesen Fehlerfällen ist eine Ansteuerung des Schaltventils nicht mehr möglich, es ist "unbetätigt" bzw. "stromlos". Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist trotz eines solchen Fehlers immer noch ein (Not-)Betrieb der Brennkraftmaschine möglich.
Alternativ hierzu wird vorgeschlagen, dass das Schaltventil im unbetätigten Zustand in einer Schaltstellung mit erhöhter Drosselwirkung ist. Liegt ein Fokus beim Betreiben der
Kraftstoff-Hochdruckpumpe auf einer Verbrauchsoptimierung in der Brennkraftmaschine, so muss bei dem oben beschriebenen Fehlerfall neben der mechanischen Antriebsleitung der Hochdruckpumpe auch die elektrische Leistung des Schaltventils berücksichtigt werden. Wird die Brennkraftmaschine nämlich vornehmlich bei Teillast betrieben, (und das ist bei einer durchschnittlichen Fahrweise überwiegend der Fall), kann durch die vorgeschlagene Maßnahme der Energieverbrauch gesenkt werden.
Ergänzend hierzu wird vorgeschlagen, dass die Drosselwirkung in einer Schaltstellung so ausgelegt ist, dass sie einen Volumenstrom von ungefähr 10-20% des maximalen Volumenstroms ermöglicht. Die Auslegung der Drosselwirkung in der Teilförderstellung sollte derart erfolgen, dass die Antriebsleistung der Kraftstoff- Hochdruckpumpe für einen bestimmten Betriebszyklus in Summe minimal wird. Bei Kraftfahrzeugen kann dazu z. B. ein MVEG-Zyklus (Europäischer Fahrzyklus für Emissions- und Verbrauchsmessungen auf Rollenprüfständen) zugrunde gelegt werden. Gemäß dieses Zyklus wird im Mittel nur etwa 10 bis 20 Prozent der maximalen Fördermenge der Hochdruckpumpe benötigt und repräsentiert somit ein Dimensionierungs-Optimum. Durch die genannte Auslegung der Drosselwirkung kann in dieser Schaltstellung ein großer Teil der Betriebszeit der Brennkraftmaschine optimal abgedeckt werden. Vorteilhaft ist auch, wenn die Kraftstoff- Hochdruckpumpe ein Druckregelventil umfasst, welches einen Hochdruckbereich der Kraftstoff- Hochdruckpumpe mit einem Niederdruckbereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe verbindet und so den Druck im Hochdruckbereich wenigstens im Wesentlichen konstant halten kann. Im Normalbetrieb kann in beiden Stellungen des Schaltventils die Fördermenge der Hochdruckpumpe größer als der Mengenbedarf der Brennkraftmaschine sein. Um Schäden von der Kraftstoff- Hochdruckpumpe und insbesondere an einer Kraftstoffsammelleitung zu vermeiden, wird die überschüssige Menge an Kraftstoff durch das vorgeschlagene Druckregelventil vom Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich zurückgeführt. Der Druck in der
Kraftstoffsammelleitung hängt also im Wesentlichen von einem Öffnungsdruck des Druckregelventils ab.
Ergänzend hierzu wird vorgeschlagen, dass das Druckregelventil rein mechanisch/ hydraulisch arbeitet, vorzugsweise ein Rückschlagventil ist. Dies ist eine besonders preisgünstige, aber effektiv arbeitende Lösung, da ein Drucksensor und eine Auswertung der Drucksensorsignale in einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung damit entfallen kann. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Ansteuerung des Schaltventils von einem Signal eines Drucksensors, welcher einen im Hochdruckbereich herrschenden Druck erfasst und/oder einer Ansteuerzeit mindestens eines Einspritzventils abhängt. Bei einem Druckabfall im Hochdruckbereich der Kraftstoff-Hochdruckpumpe muss eine IST-Ansteuerzeit des Einspritzventils verlängert werden, um die für eine optimale Verbrennung eines Kraftstoff- /Luftgemisches benötigte Kraftstoffmenge in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzen zu können. Bei einem Druckanstieg im Hochdruckbereich ist die IST- Ansteuerzeit entsprechend verkürzt. Die Ansteuerzeit kann somit als Kenngröße für den Druck im Hochdruckbereich angesehen werden. Das Überschreiten eines vorgegebenen oberen oder unteren Grenzwertes der Ansteuerzeit (S O LL- Ansteuerzeit) ist damit ein Indiz für die Umschaltung, wodurch bewirkt wird, dass im Niederdruckbereich die Fördermenge an Kraftstoff den Ermittlungen im Hochdruckbereich angepasst wird. Dabei ist die Ansteuerzeit eine bekannte Betriebsgröße in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung und kann leicht ausgewertet werden. Dadurch kann ein Umschaltzeitpunkt für das Schaltventil leicht und ohne viel Aufwand ermittelt werden. Der Druck im Hochdruckbereich kann allerdings auch durch einen Sensor ermittelt werden und anschließend in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung mit einem oberen und unteren Druck-Grenzwert verglichen werden.
Ergänzend hierzu wird vorgeschlagen, dass die Ansteuerung des Schaltventils von einer Pumpendrehzahl, einem Vorförderdruck und/oder einer Kraftstoff- Temperatur abhängt. Die Auswertung dieser Betriebsgrößen ermöglicht eine noch präzisere Umschaltung des Schaltventils, wodurch Energie gespart und Kraftstoff und Emissionen reduziert werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoff-
Einspritzsystems;
Figur 2 eine schematische Darstellung des Schaltventils aus Figur 1; und
Figur 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems 8 für eine
Brennkraftmaschine 9 mit einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10. Das Kraftstoffsystem 8 ist, wie noch ausgeführt werden wird, in einen in Figur 1 linkerhand gezeigten Niederdruckbereich 12 und einen rechterhand gezeigten Hochdruckbereich 14 unterteilt. Eine im Niederdruckbereich 12 angeordnete Vorförderpumpe 16 pumpt Kraftstoff von einem Kraftstoffvorratsbehälter 18 über eine Niederdruckleitung 20 mit einem Vorförderdruck zu einem Einlassstutzen 22 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10. In der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 10 sind in dem Niederdruckbereich 12 ein Filter 24 und ein Druckdämpfer 26 angeordnet. Der Druckdämpfer 26 dämpft in der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 entstehende Pulsationen niederdruckseitig und sorgt für einen hohen Liefergrad auch bei hohen Dreh- und Nockenzahlen.
Über ein Schaltventil 28 und nachfolgend ein Einlassventil 30 wird der Kraftstoff in einen Arbeitsraum 32 der Kraftstoff- Hochdruckpumpe 10 angesaugt. Das Schaltventil 28 wird später näher beschrieben. Das Volumen des Arbeitsraumes 32 hängt von der Stellung eines Pumpenkolbens 34 in einem Pumpenzylinder 36 ab. Während einer
Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 34 wird der Arbeitsraum 32 vergrößert, wodurch Kraftstoff angesaugt wird. Während der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 34 wird der Kraftstoff hoch verdichtet und über ein Auslassventil 38 und einen zum Hochdruckbereich 14 gehörenden Auslassstutzen 40 über eine Hochdruckleitung 42 weiter in ein Rail 44 gefördert. An das Rail 44 sind Einspritzventile 46 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in Brennräume 48 der Brennkraftmaschine 9 einspritzen.
Da in einem Normalbetrieb die Fördermenge der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 größer als die von den Einspitzventilen 46 eingespritzte Kraftstoffmenge sein kann, wird die nicht benötigte Kraftstoffmenge vom Hochdruckbereich 14 über ein Druckregel- bzw. Druckbegrenzungsventil 50 wieder in den Niederdruckbereich 12 zurückgeführt. Das Druckbegrenzungsventil 50 kann bspw. als Rückschlagventil ausgestaltet sein. Der Druck im Hochdruckspeicher 44 entspricht dann im Wesentlichen dem Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 50. Das Druckbegrenzungsventil 50 ist über eine Hochdruckleitung 52 mit dem Hochdruckbereich 14 und über eine Niederdruckleitung 54 mit dem Niederdruckbereich 12 verbunden. Auch im Hochdruckbereich 14 entstehen insbesondere bei Verwendung von Ein-Zylinder-Pumpen Pulsationen, wobei Mehr-Zylinder- Pumpen auch im Einsatz sind aber in einem geringeren Maße Pulsationen erzeugen. Die Pulsationen beeinflussen die Druckregelfunktion negativ. Zur Entkoppelung kann eine Drossel 56 hydraulisch vor (stromaufwärts) dem Druckbegrenzungsventil 50 angeordnet werden, wodurch die Pulsationen vor dem Druckbegrenzungsventil 50 gedämpft werden.
Der Pumpenkolben 34 wird über einen Nocken 58 angetrieben, der von der
Brennkraftmaschine 9 angetrieben wird - beispielsweise über eine Nocken- oder Kurbelwelle (nicht dargestellt). Der Nocken 58 kann auch Teil der Nocken- oder Kurbelwelle sein. Eine Abdichtung des Pumpenkolbens 34 zum Nocken 58 erfolgt über ein Dichtelement 60. Eine Kolbenleckage, die im Spalt zwischen dem Pumpenkolben 34 und dem Pumpenzylinder 36 entsteht, wird über eine Rückführleitung 62 in den Niederdruckbereich 12 zurückgeführt.
Eine Steuereinheit 64 steuert die Schaltfunktion des Schaltventils 28 über eine Steuerleitung 66. Ferner werden über Steuerleitungen 68 die Einspritzventile 46 angesteuert (in Figur 1 ist zur Vereinfachung nur eine Leitung 68 dargestellt). Die
Brennkraftmaschine 9 umfasst weiterhin einen Drehzahlgeber 70, der die Drehzahl einer nicht gezeigten Kurbelwelle erfasst, und einen Temperatursensor 72, der eine Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine, beispielsweise eine Zylinderkopftemperatur oder eine Kühlwassertemperatur, erfasst. Ein Computerprogramm zur Durchführung der Steuerung des Schaltventils 28 ist auf einem Speichermedium 74 gespeichert, das sich in der Steuereinheit 64 befindet. Der detaillierte Aufbau und die Funktion des Schaltventils 28 wird mit Figur 2 näher erläutert. Auf der linken Seite ist das Schaltventil 28 in einer Schaltstellung "Teilförderung", auf der rechten Seite in einer Schaltstellung "Vollförderung" dargestellt. Das Schaltventil 28 umfasst im Wesentlichen einen Aktor 76, der ein Schaltelement 78 bewegt, und ein Federelement 80. Der Aktor 76 kann beispielsweise als ein Elektromagnet ausgebildet sein oder zumindest elektromagnetisch betrieben werden und im bestromten Zustand gegen das Federelement 80 arbeiten. Das Schaltelement 78 weist in Figur 2 in einem unteren Bereich einen Durchlass mit einer Drossel 82 für die Teilförderung auf. Darüber ist in Figur 2 für eine im Wesentlichen unbeeinflusste Vollförderung ein Durchlass 84 angeordnet.
Als Kenngröße zur Identifikation für die Notwendigkeit eines Umschaltens des Schaltventils 28 wird eine Ansteuerzeit für die Betätigung der Einspritzventile 46 herangezogen. Es könnte auch ein durch einen nicht gezeigten Sensor ermittelter Druck im Rail 44 verwendet werden. Bei einem Druckabfall im Hochdruckbereich 14 der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 muss eine IST-Ansteuerzeit des Einspritzventils 46 verlängert werden, um die für eine optimale Verbrennung eines Kraftstoff-/Luftgemisches benötigte Kraftstoffmenge in den Brennraum 48 der Brennkraftmaschine 9 einspritzen zu können. Bei einem Druckanstieg im Hochdruckbereich 14 wird die IST-Ansteuerzeit entsprechend verkürzt. Das Überschreiten eines vorgegebenen oberen oder unteren Grenzwertes der Ansteuerzeit (SOLL- Ansteuerzeit) ist damit ein Indiz für die Umschaltung, wodurch bewirkt wird, dass die
Fördermenge an Kraftstoff im Niederdruckbereich den Bedingungen im Hochdruckbereich angepasst wird.
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm mit dem Ablauf des Verfahrens, insbesondere des Verfahrens zu einer Adaption eines Umschaltzeitpunktes des Schaltventils 28. Das Verfahren ist in einem Computerprogramm, das in der Steuereinheit 64 abläuft, implementiert. In der Abfrage 100 wird festgestellt, ob das Schaltventil 28 in Teilförderung arbeitet (Schaltstellung 82). Ist dies der Fall, wird in 110 auf ein Ansteigen eines Kraftstoffmengenbedarfs in der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 detektiert, beispielsweise werden die IST-Ansteuerzeiten der Einspritzventile 46 erfasst und ausgewertet. In 120 wird abgefragt, ob die aktuelle IST-Ansteuerzeit einen vorgegebenen oberen SOLL-Grenzwert überschritten hat. Ist dies der Fall, so wird in 130 das Schaltventil 28 auf Vollförderung (Schaltstellung 84) umgeschaltet. Ist dies nicht der Fall, so werden die nächsten IST- Ansteuerzeiten mit dem SOLL-Grenzwert verglichen.
Wird in der Abfrage 100 festgestellt, dass das Schaltventil 28 bereits in Vollförderung (Schaltstellung 84) arbeitet, so wird in 140 auf eine Verminderung des Kraftstoffmengenbedarfs in der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 10 detektiert, wiederum durch Erfassen und Auswerten der IST-Ansteuerzeiten der Einspritzventile 46. In 150 wird abgefragt, ob die aktuelle IST-Ansteuerzeit einen vorgegebenen unteren SOLL-Grenzwert unterschritten hat. Ist dies der Fall, so wird in 160 das Schaltventil 28 auf Teilförderung (Schaltstellung 82) umgeschaltet. Ist dies nicht der Fall, so werden die nächsten IST- Ansteuerzeiten mit dem SOLL-Grenzwert verglichen. Nach einer Umschaltung wird in 170 der Umschaltzeitpunkt in der Steuereinheit 64 abgespeichert. Bei der Ermittlung des Umschaltzeitpunktes werden Einflüsse weiterer Betriebsgrößen, wie eine Motordrehzahl, ein Vorförderdruck und eine Kraftstofftemperatur in dem Computerprogramm der Steuereinheit 64 berücksichtigt. Zusätzliche, weitere Betriebsgrößen, die den Druck im Hochdruckbereich 14 oder den Kraftstoffmengenbedarf beeinflussen sind durchaus denkbar und können in weiteren Ausführungsbeispielen berücksichtigt werden.
Um festzustellen, ob die Kraftstoff- Hochdruckpumpe 10 dann, wenn das Schaltventil in der Schaltstellung 82 (Teilförderung) ist, genügend Kraftstoff fördert, kann auch die IST- Leistung bzw. das IST-Drehmoment bzw. dessen Verlauf und/oder eine IST-Drehzahl ausgewertet werden. Wird ein Leistungsabfall festgestellt, und kann aufgrund einer geeigneten Auswertung dieser Leistungsabfall einer ungenügenden Kraftstoffförderung zugeordnet werden, kann dies als Umschaltkriterium auf Vollförderung (Schaltstellung 84) verwendet werden.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) für eine Brennkraftmaschine (9) mit Direkteinspritzung, mit einem Niederdruckbereich (12) und einer Mengensteuereinrichtung (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Mengensteuereinrichtung (28) ein Schaltventil umfasst, welches stromaufwärts von einem Einlassventil (22) der Kraftstoff- Hochdruckpumpe (10) angeordnet ist und eine erste Schaltstellung und mindestens eine zweite Schaltstellung aufweist, wobei sich die Schaltstellungen in ihrer Drosselwirkung unterscheiden.
2. Kraftstoff- Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (28) eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (76) umfasst.
3. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (28) im unbetätigten Zustand in der Schaltstellung mit der geringsten Drosselwirkung ist.
4. Kraftstoff- Hochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (28) im unbetätigten Zustand in einer Schaltstellung mit erhöhter Drosselwirkung ist.
5. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselwirkung in einer Schaltstellung so ausgelegt ist, dass sie einen Volumenstrom von ungefähr 10-20% des maximalen Volumenstroms ermöglicht.
6. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Druckregelventil (50) umfasst, welches einen Hochdruckbereich (14) der Kraftstoff- Hochdruckpumpe (10) mit einem Niederdruckbereich (12) der Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) verbindet und so den Druck im Hochdruckbereich (14) wenigstens im Wesentlichen konstant halten kann.
7. Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (50) rein mechanisch/hydraulisch arbeitet, vorzugsweise ein Rückschlagventil ist.
8. Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Schaltventils (28) von einem Signal eines Drucksensors, welcher einen im Hochdruckbereich herrschenden Druck erfasst und/oder einer Ansteuerzeit mindestens eines Einspritzventils (46) abhängt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (28) von einer stärker drosselnden Schaltstellung in eine weniger stark drosselnde Schaltstellung umgeschaltet wird, wenn die Ansteuerzeit des Einspritzventils (46) einen Grenzwert überschreitet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Schaltventils (28) von einer Pumpendrehzahl, einem Vorförderdruck und/oder einer Kraftstoff- Temperatur abhängt.
11 Steuer- und/oder Regeleinrichtung (64) für eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10 programmiert ist.
12. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10 programmiert ist.
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