WO2006100207A1 - Druckabbauverfahren für eine einspritzanlage und entsprechende einspritzanlage - Google Patents

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WO2006100207A1
WO2006100207A1 PCT/EP2006/060820 EP2006060820W WO2006100207A1 WO 2006100207 A1 WO2006100207 A1 WO 2006100207A1 EP 2006060820 W EP2006060820 W EP 2006060820W WO 2006100207 A1 WO2006100207 A1 WO 2006100207A1
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pressure
injection system
injector
actuator
control valve
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PCT/EP2006/060820
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Christoph Klesse
Thomas Riedel
Christian Taudt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
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    • F02M63/0235—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure
    • F02M63/024—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure between the low pressure pump and the high pressure pump

Definitions

  • the invention relates to a method for pressure reduction in the high pressure region of an injection system and a correspondingly designed injection system according to the independent claims.
  • VCV volume control valve
  • PCV high-pressure control valve
  • volume flow control valve which is regulated in a closed-loop control.
  • the volume flow control valve is then turned on longer, so that more fuel is pumped from the high-pressure pump in the high-pressure region of the injection system, resulting in a relatively rapid pressure build-up.
  • the volume flow control valve is not used for lowering the pressure in the high pressure area.
  • the continuous leakage of the individual injectors is utilized to lower the pressure in the high-pressure region of the injection system, whereby, however, the pressure in the high-pressure region drops only relatively slowly, which is the case A load change of the injection system can lead to that in the high-pressure region of the injection system is still too high fuel pressure, which in turn contributes to losses in driving behavior and a higher combustion noise development.
  • the invention is therefore based on the object quickly lower the pressure in the high pressure area of the injection system in injection systems.
  • the invention comprises the general technical teaching, the individual actuators for pressure reduction in each case only very briefly for a certain actuation period to control, wherein the drive duration is selected in each case so short that the injector remains closed during the control period.
  • the knowledge is exploited that the nozzle needle of an injector when opening the control valve only with a certain time Delay is raised so that between the opening of the control valve and the lifting of the nozzle needle has already drained a certain amount of fuel from the control chamber of the injector in the return, resulting in a corresponding pressure reduction in the high pressure region of the injection system. With a correspondingly short-term activation of the actuator, the injection nozzle thus remains closed, although fuel flows from the high-pressure region into the return line.
  • the actuator for pressure reduction is repeatedly driven with a certain repetition number, whereby the effectiveness of the pressure reduction can be increased in comparison with a single control.
  • the repetition number here is between 2 and 6, i.
  • the actuator is driven two to six times during a cycle of the internal combustion engine.
  • the invention is not limited in terms of the repetition number to the above-mentioned range of values, but also feasible with other repetition numbers.
  • the drive duration and / or the repetition number for the pressure reduction is not constant, but is varied in dependence on an operating variable of the injection system, in order to bring about the desired pressure reduction in the high-pressure region of the injection system.
  • the engine speed of the internal combustion engine can be measured and to determine the Repetition number and / or the activation duration for the pressure reduction.
  • the pressure drainage via the opened control valve relatively quickly leads to a pressure reduction, so that a relatively small activation duration or repetition number is required in order to bring about the desired pressure reduction.
  • the control duration and / or the repetition number for the pressure reduction is thus preferably determined as a function of the engine speed of the internal combustion engine, wherein the repetition number and / or the activation duration preferably decreases with the engine speed.
  • the activation duration and / or the repetition number for the pressure reduction is determined as a function of the pressure in the high-pressure region of the injection system.
  • the fuel pressure in the high-pressure region of the internal combustion engine is measured by means of a pressure sensor.
  • the establishment of the repetition number and / or the activation duration for the pressure reduction as a function of the fuel pressure in the high-pressure region of the injection system makes sense, since the fuel drain via the opened control valve of an injector and thus also the pressure reduction depends on the pressure in the high-pressure region. Namely, at a high pressure in the high-pressure region, a corresponding amount of fuel flows via an open control valve into the low-pressure region, so that the pressure then drops relatively quickly.
  • the repetition number and / or the activation duration therefore preferably decreases with the pressure prevailing in the high-pressure region.
  • the activation duration and / or the repetition number for the pressure reduction is also possible to set the activation duration and / or the repetition number for the pressure reduction as a function of the injector temperature prevailing in the injector, another temperature in the injection system or the internal combustion engine, and depending on the previous operating time of the injector.
  • the number of times the pressure reduction in this case equal to 2 when the engine speed is 4000 min "1 and the pressure 1600 is larger bar.
  • the repetition number is preferably equal to 3, if the engine speed as 3000 greater min" greater than 1 and the pressure between
  • the repetition number is preferably equal to 4. Furthermore, the repetition number is preferably equal to 4, when the engine speed between 3000 min “ 1 and 4000 min “1 and the pressure is less than 1500 bar Finally, the repetition number is preferably 5 if the engine speed is less than 3000 min -1 and the pressure is less than 1500 bar.
  • the drive duration for the pressure reduction is preferably shorter than the normal drive duration for a pilot injection, a main injection and / or a post-injection. This is self-evident, because during the pressure reduction no fuel should be injected into the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the activation duration within the scope of the invention so short that the injection nozzle remains closed during the activation period, independently of the activation strength.
  • the invention is preferably realized with a piezoelectric actuator instead of a conventional magnetic actuator.
  • the invention is in terms of
  • Aktors not limited to a piezoelectric actuator, but in principle also with other types of actuators realized, such as with a magnetic actuator.
  • Pressure in the high-pressure region of the injection system is preferably substantially exponential with a certain Zeitkon- from constant, with the time constant is preferably between 0.5 seconds and 10 seconds.
  • the invention also includes a corresponding injection system with a control unit which controls the actuator accordingly.
  • the high-pressure control in the high-pressure region of the injection systems preferably takes place without an additional high-pressure control valve in addition to the volume flow control valve.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an injection system according to the invention for an internal combustion engine
  • Fig. 3 is a map for determining the repetition number for the pressure reduction in dependence on the engine speed and the pressure in the high pressure area.
  • FIG. 1 shows a largely conventionally constructed injection pump 1 (DCP - Diesel Common Rail Pump) for supplying fuel to a diesel engine, the diesel engine is not shown for simplicity.
  • the injection pump 1 has a low-pressure pump 2, which is driven via a drive shaft 3 by a motor 4 and sucks fuel via a suction line 5 from a fuel tank, wherein the fuel tank is not shown for simplicity.
  • the low-pressure pump 2 feeds a low-pressure region of the injection pump 1 with fuel, wherein the pressure in the low-pressure region is controlled by a low-pressure control valve 6 to a predetermined desired value.
  • a volume flow control valve 7 (VCV - Volumetrie Control VaI- ve) is further arranged, which adjusts both the fuel flow and the pressure, as will be described in detail.
  • the volume flow control valve 7 connects the low-pressure pump 2 with a high-pressure pump 8, which is also mechanically driven by the drive shaft 3 and that of the
  • Low-pressure pump 2 fuel supplied under high pressure in a pressure accumulator 9 (common rail) pumps.
  • a plurality of injectors 10-13 are supplied with fuel, which has the injection pressure required for injection into the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the high-pressure pump 8 furthermore has a fuel return line 14, via which fuel due to leakage is returned to the low-pressure region of the injection pump 1.
  • a parallel circuit of a flow resistance 15 with a series circuit of a check valve 16 and a further flow resistance 17 is arranged.
  • the injectors 10-13 each have a displaceably mounted nozzle needle, which releases or blocks an injection nozzle depending on its position.
  • the mechanical drive of the nozzle needle takes place here in each case by the fuel pressure prevailing in a control chamber, wherein the pressure acting on the nozzle needle and this in the valve seat oppressive fuel pressure in the control chamber can be discharged through a control valve in a return line 18, wherein the return line 18 opens via a check valve 19 in the fuel tank of the internal combustion engine.
  • a portion of the fuel in the accumulator 9 flows via the individual control valves in the injectors 10-13 in the return line 18 and from there into the fuel tank, whereby the fuel pressure in the pressure accumulator 9 is reduced.
  • control valves of the individual injectors 10-13 are actuated by an electronic engine control unit 20 (ECU), wherein the engine control unit 20 also measures the pressure in the pressure accumulator 9 via a pressure sensor 21 and activates the volume flow control valve 7 in this way in that the desired injection pressure is set in the pressure accumulator 9, as will be described below.
  • ECU electronic engine control unit 20
  • the engine control unit 20 determines via the pressure sensor 21 that the pressure in the accumulator 9 is too low, the volumetric flow control valve 7 is kept open longer, so that the high-pressure pump 8 pumps more fuel into the pressure accumulator 9, whereby the pressure in the accumulator 9 Accumulator 9 increases.
  • the engine control unit 20 determines via the pressure sensor 21 that the pressure in the pressure accumulator 9 is too great, the engine control unit 20 controls the volume flow control valve 7, so that the high-pressure pump 8 pumps less fuel into the pressure accumulator 9, which causes a further increase in pressure the accumulator 9 counteracts.
  • the motor control 20 allows by a suitable Anêt- tion of the piezoelectric actuators in the injectors 10-13 a rapid pressure reduction in the pressure accumulator 9, as will be described below.
  • the piezo actuators of the individual injectors 10-13 are each driven for short actuation times, wherein the actuation times are so short that the nozzle needle of the individual injectors 10-13 does not lift, so that no fuel in the combustion chambers of the internal combustion engine is injected.
  • the associated control valve opens, as a result of which fuel flows out of the pressure accumulator 9 via the return line 18, which leads to a relatively rapid pressure reduction in the pressure accumulator 9.
  • FIGS. 2A and 2B show the time course of the pressure reduction in the pressure accumulator 9, the curves in FIG. 2A starting from an initial pressure of approximately 1600 bar, whereas the curves in FIG. 2B assume an initial pressure of approximately 1000 bar. From the comparison of the two diagrams it can be seen that the pressure reduction in the pressure accumulator 9 takes place much faster with a high initial pressure, which is also plausible.
  • the various curves show the time course of the pressure reduction for different repetition numbers of the control of the piezo actuators of the individual injectors 10-13.
  • the piezo actuators are driven only once at the curves 22 per cycle of the internal combustion engine only once, resulting in a correspondingly slow pressure drop in the Pressure accumulator 9 leads.
  • the two curves 23 reproduce the time profile of the pressure reduction in the pressure accumulator 9 in the event that the piezo actuators of the individual injectors 10-13 are actuated twice briefly during each cycle of the internal combustion engine (FIG. Accordingly, the curves 23 show a significantly faster pressure reduction in the pressure accumulator 9.
  • the other curves 24, 25 and 26 show the substantially faster pressure drop in the event that in each cycle of the internal combustion engine, a triggering of the piezo actuators of the individual injectors 10-13 takes place three, four or five times.
  • the number of repetitions of the actuations of the piezoactuators of the individual injectors 10-13 in each cycle is determined here as a function of the pressure in the pressure accumulator 9 and in dependence on the engine speed n, as can be seen from the characteristic diagram shown in FIG.
  • the engine speed is 33000000 and 44000000 mm respectively "11 " during which the pressure in the pressure accumulator 9 is less than 1500 bar.
  • a fivefold actuation of the individual piezoactuators of the injectors 10-13 has to take place in order to enable the desired pressure reduction also due to the low pressure and rpm values.
  • the operating range 31 is at speed values of less than 3000 min "1 and a pressure of less than 1500 bar.

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Abstract

Verfahren zum Druckabbau im Hochdruckbereich einer Einspritz- anlage, bei dem ein Aktor eines Injektors (10-13) mit einem Steuerventil und einer Einspritzdüse so angesteuert wird, dass die Einspritzdüse geschlossen bleibt, während das Steuerventil mindestens teilweise öffnet, wodurch Kraftstoff über das Steuerventil aus dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage abfließt. Es wird vorgeschlagen, dass der Aktor zum Druckab- bau mit einer bestimmten Ansteuerdauer angesteuert wird, wo- bei die Ansteuerdauer so kurz ist, dass die Einspritzdüse während der Ansteuerdauer geschlossen bleibt.

Description

Beschreibung
Druckabbauverfahren für eine Einspritzanlage und entsprechende Einspritzanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckabbau im Hochdruckbereich einer Einspritzanlage und eine entsprechend ausgebildete Einspritzanlage gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen.
Herkömmliche Common-Rail-Einspritzanlagen weisen in der Regel ein Volumenstromregelventil (engl. VCV - Volume Control VaI- ve) und ein Hochdruckregelventil (engl. PCV - Pressure Control Valve) auf, wobei das Volumenstromregelventil die Menge des Kraftstoffs regelt, der der Hochdruckpumpe zugeführt wird und dann in den Druckspeicher (engl. Common Rail) gepumpt wird, während das Hochdruckregelventil den Ausgang der Hochdruckpumpe mit einem Niederdruckbereich verbindet und dadurch einen schnellen Druckabbau in dem Hochdruckbereich und in dem Druckspeicher ermöglicht, indem das Hochdruckregelventil aufgesteuert wird.
Es ist weiterhin bekannt, bei derartigen Common-Rail- Einspritzanlagen aus Kostengründen auf das Hochdruckregelven- til zu verzichten und den Druck in dem Hochdruckbereich stattdessen durch das Volumenstromregelventil einzustellen, das dazu in einer Regelschleife geregelt wird. Zum Anheben des Drucks in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage wird das Volumenstromregelventil dann länger aufgesteuert, so dass mehr Kraftstoff von der Hochdruckpumpe in den Hochdruckbereich der Einspritzanlage gepumpt wird, was zu einem relativ schnellen Druckaufbau führt. Zum Absenken des Drucks in dem Hochdruckbereich wird dagegen nicht das Volumenstromregelventil eingesetzt. Stattdessen wird zum Absenken des Drucks in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage die Dauerleckage der einzelnen Injektoren ausgenutzt, wodurch der Druck in dem Hochdruckbereich jedoch nur relativ langsam abfällt, was bei einem Lastwechsel der Einspritzanlage dazu führen kann, dass in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage noch ein zu hoher Kraftstoffdruck herrscht, was wiederum zu Einbußen im Fahrverhalten und zu einer höheren Verbrennungsgeräuschentwick- lung beiträgt.
Weiterhin ist es bekannt, zum Druckabbau bei Einspritzanlagen ohne ein separates Hochdruckregelventil die Magnetaktoren der einzelnen Injektoren so schwach anzusteuern, dass zwar die jeweiligen Steuerventile öffnen und dadurch Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage in den Rücklauf fließen lassen, aber die Düsennadel noch nicht angehoben wird, so dass auch keine Einspritzung erfolgt. Bei dieser schwachen Ansteuerung fließt also relativ schnell Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich über die geöffneten Steuerventile der einzelnen Injektoren in den Rücklauf, wodurch auch der Kraftstoffdruck in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage relativ schnell abgebaut werden kann. Diese Technik des Druckabbaus ist beispielsweise aus EP 0 745 184 Bl; EP 0 896 144 A2; US 6,345,606 Bl; EP 1 018 600 A2 und EP 1 024 274 A2 bekannt und wurde bisher nur bei Magnetaktoren eingesetzt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei Einspritzanlagen den Druck in dem Hochdruckbereich der Ein- Spritzanlage schnell abzusenken.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren und eine entsprechende Einspritzanlage gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die einzelnen Aktoren zum Druckabbau jeweils nur sehr kurz für eine bestimmte Ansteuerdauer anzusteuern, wobei die Ansteuerdauer jeweils so kurz gewählt wird, dass die Einspritzdüse während der Ansteuerdauer geschlossen bleibt. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die Düsennadel eines Injektors beim Öffnen des Steuerventils erst mit einer bestimmten Zeit- Verzögerung angehoben wird, so dass zwischen dem Öffnen des Steuerventils und dem Anheben der Düsennadel bereits eine bestimmte Menge Kraftstoff aus dem Steuerraum des Injektors in den Rücklauf abgeflossen ist, was zu einem entsprechenden Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage führt. Bei einer entsprechend kurzzeitigen Ansteuerung des Aktors bleibt die Einspritzdüse also geschlossen, obwohl Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Rücklauf abfließt.
Vorzugsweise wird der Aktor zum Druckabbau wiederholt mit einer bestimmten Wiederholungszahl angesteuert, wodurch die Effektivität des Druckabbaus im Vergleich mit einer einmaligen Ansteuerung erhöht werden kann. Vorzugsweise liegt die Wiederholungszahl hierbei zwischen 2 und 6, d.h. der Aktor wird während eines Zyklus der Brennkraftmaschine jeweils zwei- bis sechsmal angesteuert. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Wiederholungszahl nicht auf den vorstehend erwähnten Wertebereich beschränkt, sondern auch mit anderen Wiederholungszahlen realisierbar.
Vorzugsweise ist die Ansteuerdauer und/oder die Wiederholungszahl für den Druckabbau nicht konstant, sondern wird in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße der Einspritzanlage variiert, um den gewünschten Druckabbau in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage zu bewirken.
Die Anpassung der Wiederholungszahl an den jeweiligen Betriebszustand der Einspritzanlage und an den gewünschten Druckabbau ist auch sinnvoll, da die wiederholte Aktoransteu- erung beim Druckabbau mit einer thermischen Belastung der e- lektronischen Motorsteuerung (ECU - Electronic Control Unit) verbunden ist und zu einer mechanischen Belastung der Injektoren führt, so dass unnötige Aktoransteuerungen vermieden werden sollten.
Beispielsweise kann im Rahmen der Erfindung die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine gemessen werden und zur Festlegung der Wiederholungszahl und/oder der Ansteuerdauer für den Druckabbau herangezogen werden. Bei einer hohen Motordrehzahl führt der Druckabfluss über das geöffnete Steuerventil nämlich relativ schnell zu einem Druckabbau, so dass eine relativ ge- ringe Ansteuerdauer bzw. Wiederholungszahl erforderlich ist, um den gewünschten Druckabbau zu bewirken. Die Ansteuerdauer und/oder die Wiederholungszahl für den Druckabbau wird also vorzugsweise in Abhängigkeit von der Motordrehzahl der Brennkraftmaschine festgelegt, wobei die Wiederholungszahl und/ oder die Ansteuerdauer vorzugsweise mit der Motordrehzahl abnimmt .
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Ansteuerdauer und/oder die Wiederholungszahl für den Druckabbau in Abhän- gigkeit von dem Druck in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage festgelegt wird. Hierzu wird mittels eines Drucksensors der Kraftstoffdruck in dem Hochdruckbereich der Brennkraftmaschine gemessen. Die Festlegung der Wiederholungszahl und/oder der Ansteuerdauer für den Druckabbau in Abhängigkeit von dem KraftStoffdruck in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage ist sinnvoll, da der Kraftstoffabfluss über das geöffnete Steuerventil eines Injektors und damit auch der Druckabbau von dem Druck in dem Hochdruckbereich abhängt. Bei einem großen Druck in dem Hochdruckbereich fließt nämlich entsprechend viel Kraftstoff über ein geöffnetes Steuerventil in den Niederdruckbereich ab, so dass der Druck dann relativ schnell abfällt. Vorzugsweise nimmt die Wiederholungszahl und/oder die Ansteuerdauer deshalb mit dem in dem Hochdruckbereich herrschenden Druck ab.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Ansteuerdauer und/oder die Wiederholungszahl für den Druckabbau in Abhängigkeit von der in dem Injektor herrschenden Injektortemperatur, einer sonstigen Temperatur in der Einspritzanlage oder der Brennkraftmaschine sowie in Abhängigkeit von der bisherigen Betriebsdauer des Injektors festzulegen. Vorzugsweise ist die Wiederholungszahl für den Druckabbau hierbei gleich 2, wenn die Motordrehzahl größer als 4000 min"1 und der Druck größer als 1600 bar ist. Die Wiederholungszahl ist dagegen vorzugsweise gleich 3, wenn die Motor- drehzahl größer als 3000 min"1 ist und der Druck zwischen
1500 bar und 1600 bar liegt. Bei einer Motordrehzahl kleiner als 3000 min"1 und einem Druck zwischen 1500 bar und 1600 bar ist die Wiederholungszahl dagegen vorzugsweise gleich 4. Ferner ist die Wiederholungszahl vorzugsweise auch gleich 4, wenn die Motordrehzahl zwischen 3000 min"1 und 4000 min"1 liegt und der Druck kleiner als 1500 bar ist. Schließlich ist die Wiederholungszahl vorzugsweise gleich 5, wenn die Motordrehzahl kleiner als 3000 min"1 und der Druck kleiner als 1500 bar ist.
In jedem Fall ist die Ansteuerdauer für den Druckabbau vorzugsweise kürzer als die normale Ansteuerdauer für eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und/oder eine Nacheinspritzung. Dies ist selbstverständlich, weil beim Druckabbau kein Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden sollte.
Darüber hinaus wir die Ansteuerdauer im Rahmen der Erfindung vorzugsweise so kurz gewählt, dass die Einspritzdüse während der Ansteuerdauer unabhängig von der Ansteuerstärke geschlossen bleibt.
Ferner ist zu erwähnen, dass die Erfindung vorzugsweise mit einem Piezoaktor an Stelle eines herkömmlichen Magnetaktors realisiert wird. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des
Aktors nicht auf einen Piezoaktor beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Aktortypen realisierbar, wie beispielsweise auch mit einem Magnetaktor.
Durch das erfindungsgemäße Druckabbauverfahren fällt der
Druck in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage vorzugsweise im Wesentlichen exponentiell mit einer bestimmten Zeitkon- stanten ab, wobei die Zeitkonstante vorzugsweise zwischen 0,5 Sekunden und 10 Sekunden liegt.
Ferner umfasst die Erfindung auch eine entsprechende Ein- Spritzanlage mit einer Steuereinheit, die den Aktor entsprechend ansteuert.
Bei einer derartigen Einspritzanlage erfolgt die Hochdruckregelung in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlagen vorzugs- weise ohne ein zusätzliches Hochdruckregelventil neben dem Volumenstromregelventil .
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusam- men mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine,
Fig. 2A und 2B Druckabbaukurven bei verschiedenen Drücken in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage und für verschiedene Wiederholungszahlen sowie
Fig. 3 ein Kennfeld zur Festlegung der Wiederholungszahl für den Druckabbau in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem Druck in dem Hochdruckbereich.
Die schematisierte Darstellung in Figur 1 zeigt eine weitgehend herkömmlich aufgebaute Einspritzpumpe 1 (DCP - Diesel Common Rail Pump) zur Kraftstoffversorgung eines Dieselmo- tors, wobei der Dieselmotor zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Die Einspritzpumpe 1 weist eine Niederdruckpumpe 2 auf, die über eine Antriebswelle 3 von einem Motor 4 angetrieben wird und Kraftstoff über eine Ansaugleitung 5 aus einem Kraftstofftank ansaugt, wobei der Kraftstofftank zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Die Niederdruckpumpe 2 speist einen Niederdruckbereich der Einspritzpumpe 1 mit Kraftstoff, wobei der Druck in dem Niederdruckbereich durch ein Niederdruckregelventil 6 auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt wird.
In dem Niederdruckbereich der Einspritzpumpe 1 ist weiterhin ein Volumenstromregelventil 7 (VCV - Volumetrie Control VaI- ve) angeordnet, das sowohl den Kraftstoffvolumenstrom als auch den Druck einstellt, wie noch detailliert beschrieben wird.
Das Volumenstromregelventil 7 verbindet die Niederdruckpumpe 2 mit einer Hochdruckpumpe 8, die ebenfalls von der An- triebswelle 3 mechanisch angetrieben wird und den von der
Niederdruckpumpe 2 zugeführten Kraftstoff unter Hochdruck in einen Druckspeicher 9 (Common Rail) pumpt.
Aus dem Druckspeicher 9 werden mehrere Injektoren 10-13 mit Kraftstoff versorgt, der den zur Einspritzung in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlichen Einspritzdruck aufweist .
Die Hochdruckpumpe 8 weist darüber hinaus eine Kraftstoff- rückleitung 14 auf, über die leckagebedingter Kraftstoff in den Niederdruckbereich der Einspritzpumpe 1 zurückgeführt wird. In der Kraftstoffrückleitung 14 ist eine Parallelschaltung eines Strömungswiderstands 15 mit einer Reihenschaltung aus einem Rückschlagventil 16 und einem weiteren Strömungswi- derstand 17 angeordnet. Darüber hinaus weisen die Injektoren 10-13 jeweils eine verschiebbar gelagerte Düsennadel auf, die in Abhängigkeit von ihrer Stellung eine Einspritzdüse freigibt oder versperrt. Der mechanische Antrieb der Düsennadel erfolgt hierbei je- weils durch den Kraftstoffdruck, der in einem Steuerraum herrscht, wobei der auf die Düsennadel wirkende und diese in den Ventilsitz drückende Kraftstoffdruck in dem Steuerraum durch ein Steuerventil in eine Rückleitung 18 abgelassen werden kann, wobei die Rückleitung 18 über ein Rückschlagventil 19 in den Kraftstofftank der Brennkraftmaschine mündet. Bei jedem Einspritzvorgang fließt also ein Teil des in dem Druckspeicher 9 befindlichen Kraftstoffs über die einzelnen Steuerventile in den Injektoren 10-13 in die Rückleitung 18 und von dort in den Kraftstofftank, wodurch der Kraftstoffdruck in den Druckspeicher 9 herabgesetzt wird. Die Steuerventile der einzelnen Injektoren 10-13 werden hierbei durch eine e- lektronische Motorsteuerung 20 (engl. ECU - Electronic Control Unit) angesteuert, wobei die Motorsteuerung 20 über einen Drucksensor 21 auch den Druck in dem Druckspeicher 9 misst und das Volumenstromregelventil 7 so ansteuert, dass sich in dem Druckspeicher 9 der gewünschte Einspritzdruck einstellt, wie im Folgenden beschrieben wird.
Falls die Motorsteuerung 20 über den Drucksensor 21 fest- stellt, dass der Druck in dem Druckspeicher 9 zu gering ist, so wird das Volumenstromregelventil 7 länger offen gehalten, so dass die Hochdruckpumpe 8 mehr Kraftstoff in den Druckspeicher 9 pumpt, wodurch der Druck in dem Druckspeicher 9 zunimmt .
Falls die Motorsteuerung 20 dagegen über den Drucksensor 21 feststellt, dass der Druck in dem Druckspeicher 9 zu groß ist, so steuert die Motorsteuerung 20 das Volumenstromregelventil 7 zu, so dass die Hochdruckpumpe 8 weniger Kraftstoff in den Druckspeicher 9 pumpt, was einer weiteren Drucksteigerung in dem Druckspeicher 9 entgegen wirkt. Darüber hinaus ermöglicht die Motorsteuerung 20 durch eine geeignete Ansteu- erung der Piezoaktoren in den Injektoren 10-13 einen schnellen Druckabbau in dem Druckspeicher 9, wie im Folgenden beschrieben wird.
Für einen schnellen Druckabbau in dem Druckspeicher 9 werden die Piezoaktoren der einzelnen Injektoren 10-13 jeweils für kurze Ansteuerzeiten angesteuert, wobei die Ansteuerzeiten so kurz bemessen sind, dass sich die Düsennadel der einzelnen Injektoren 10-13 nicht anhebt, so dass auch kein Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Während dieser kurzzeitigen Ansteuerung der Piezoaktoren der einzelnen Injektoren 10-13 öffnet sich jedoch das zugehörige Steuerventil, wodurch Kraftstoff aus dem Druckspeicher 9 über die Rückleitung 18 abfließt, was zu einem relativ schnellen Druckabbau in dem Druckspeicher 9 führt.
Die Kurven in den Figuren 2A und 2B zeigen den zeitlichen Verlauf des Druckabbaus in dem Druckspeicher 9, wobei die Kurven in Figur 2A von einem Anfangsdruck von ungefähr 1600 bar ausgehen, wohingegen die Kurven in Figur 2B von einem Anfangsdruck von ungefähr 1000 bar ausgehen. Aus dem Vergleich der beiden Diagramme ist ersichtlich, dass der Druckabbau in dem Druckspeicher 9 bei einem hohen Anfangsdruck wesentlich schneller erfolgt, was auch plausibel ist.
Darüber hinaus zeigen die verschiedenen Kurven den zeitlichen Verlauf des Druckabbaus für verschiedene Wiederholungszahlen der Ansteuerung der Piezoaktoren der einzelnen Injektoren 10- 13. So werden die Piezoaktoren bei den Kurven 22 pro Zyklus der Brennkraftmaschine nur einmal kurz angesteuert, was zu einem entsprechend langsamen Druckabfall in dem Druckspeicher 9 führt.
Die beiden Kurven 23 geben dagegen den zeitlichen Verlauf des Druckabbaus in dem Druckspeicher 9 für den Fall wieder, dass die Piezoaktoren der einzelnen Injektoren 10-13 bei jedem Zyklus der Brennkraftmaschine zweimal kurz angesteuert ("ge- toggelt") werden. Dementsprechend zeigen die Kurven 23 einen deutlich schnelleren Druckabbau in dem Druckspeicher 9.
Die anderen Kurven 24, 25 bzw. 26 zeigen dagegen den wesent- lieh schnelleren Druckabfall für den Fall, dass in jedem Zyklus der Brennkraftmaschine dreimal, viermal bzw. fünfmal eine Ansteuerung der Piezoaktoren der einzelnen Injektoren 10-13 erfolgt .
Die Wiederholungszahl der Ansteuerungen der Piezoaktoren der einzelnen Injektoren 10-13 bei jedem Zyklus wird hierbei in Abhängigkeit von dem Druck in dem Druckspeicher 9 und in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n bestimmt, wie aus dem Kennfeld hervorgeht, das in Figur 3 dargestellt ist.
In einem Betriebsbereich 27 bei einem Druck p>1600 bar erfolgt unabhängig von der Motordrehzahl in jedem Zyklus nur eine zweifache Ansteuerung der Piezoaktoren der einzelnen Injektoren 10-13, da aufgrund des hohen Kraftstoffdrucks in dem Betriebsbereich 27 keine größeren Wiederholungszahlen erforderlich sind.
In einem Betriebsbereich 28 mit einem Druck in dem Druckspeicher 9 zwischen 1500 bar und 1600 bar und einer Motordrehzahl n>3000 min"1 erfolgt dagegen eine dreifache Ansteuerung der einzelnen Piezoaktoren der Injektoren 10-13, um den gewünschten Druckabbau zu bewerkstelligen, da eine zweifache Ansteuerung dann aufgrund des geringeren Kraftstoffdrucks nicht mehr ausreicht .
In zwei anderen Betriebsbereichen 29, 30 erfolgt dagegen sogar eine vierfache Ansteuerung der Piezoaktoren der einzelnen Injektoren 10-13, um den gewünschten Druckabbau zu bewirken, da der Druckabbau in den Betriebsbereichen 29, 30 aufgrund des verringerten Drucks bzw. der verringerten Motordrehzahl weniger effektiv ist und demzufolge eine höhere Wiederholungszahl erforderlich ist. In dem Betriebsbereich 29 liegt der Druck in dem Druckspeicher 9 zwischen 1500 und 1600 bar, während die Motordrehzahl in dem Betriebsbereich 29 kleiner als 3000 min"1 ist.
In dem Betriebsbereich 30 liegt die Motordrehzahl dagegen zzwwiisscchheenn 33000000 uunndd 44000000 mmiinn"11,, wwäähhrreenncd der Druck in dem DruckSpeicher 9 kleiner als 1500 bar ist.
in einem weiteren Betriebsbereich 31 muss dagegen aufgrund des relativ geringen Drucks und der relativ geringen Motordrehzahl eine fünffache Ansteuerung der einzelnen Piezoakto- ren der Injektoren 10-13 erfolgen, um den gewünschten Druckabbau auch aufgrund der geringen Druck- und Drehzahlwerte zu ermöglichen. Der Betriebsbereich 31 liegt bei Drehzahlwerten von weniger als 3000 min"1 und einem Druck von weniger als 1500 bar.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Druckabbau im Hochdruckbereich einer Einspritzanlage, bei dem ein Aktor eines Injektors (10-13) mit einem Steuerventil und einer Einspritzdüse so angesteuert wird, dass die Einspritzdüse geschlossen bleibt, während das Steuerventil mindestens teilweise öffnet, wodurch Kraftstoff über das Steuerventil aus dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage abfließt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Aktor zum Druckabbau mit einer bestimmten Ansteuerdauer angesteuert wird, wobei die Ansteuerdauer so kurz ist, dass die Einspritzdüse während der Ansteuerdauer geschlossen bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h dass der Aktor zum Druckabbau wiederholt mit einer bestimmten Wiederholungszahl angesteuert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Schritte:
Ermittlung mindestens einer Betriebsgröße (n) der Ein- spritzanlage, - Festlegung der Ansteuerdauer und/oder der Wiederholungszahl für den Druckabbau in Abhängigkeit von der ermittelten Betriebsgröße (n) der Einspritzanlage.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Betriebsgröße (n) folgende Größe ist: die Motordrehzahl und/oder der Druck in dem Hochdruckbereich der Einspritzanlage und/oder - die in dem Injektor (10-13) herrschende Injektortemperatur und/oder die bisherige Betriebsdauer des Injektors (10-13) .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wiederholungszahl und/oder die Ansteuerdauer mit dem in dem Hochdruckbereich herrschenden Druck abnimmt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wiederholungszahl und/oder die Ansteuerdauer mit der Motordrehzahl (n) abnimmt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wiederholungszahl zwischen 2 und 6 liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wiederholungszahl gleich 2 ist, wenn die Motordrehzahl (n) größer als 4000 min"1 und der Druck größer als 1600 bar ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wiederholungszahl gleich 3 ist, wenn die Motordreh- zahl (n) größer als 3000 min"1 ist und der Druck zwischen 1500 bar und 1600 bar liegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wiederholungszahl gleich 4 ist, wenn die Motordrehzahl (n) kleiner als 3000 min"1 ist und der Druck zwischen 1500 bar und 1600 bar liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wiederholungszahl gleich 4 ist, wenn die Motordrehzahl (n) zwischen 3000 min"1 und 4000 min"1 liegt und der Druck kleiner als 1500 bar ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wiederholungszahl gleich 5 ist, wenn die Motordreh- zahl (n) kleiner als 3000 min"1 und der Druck kleiner als 1500 bar ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ansteuerdauer für den Druckabbau kürzer ist als die Ansteuerdauer für eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und/oder eine Nacheinspritzung.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Aktor beim Druckabbau mit einer bestimmten Ansteuerstärke angesteuert wird, wobei die Ansteuerdauer so kurz ist, dass die Einspritzdüse während der Ansteuerdauer unabhängig von der Ansteuerstärke geschlossen bleibt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Aktor ein Piezoaktor ist.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Druck während des Druckabbaus im Wesentlichen expo- nentiell mit einer bestimmten Zeitkonstanten abfällt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zeitkonstante zwischen 0,5 s und 10 s liegt.
18. Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit a) mindestens einem Injektor (10-13) , der einen Aktor, einen Kraftstoffrücklauf und eine Einspritzdüse aufweist, b) einem Hochdruckbereich zur Kraftstoffversorgung des Injektors (10-13), c) einer Steuereinheit (20) zur Ansteuerung des Aktors, d) wobei die Steuereinheit (20) den Aktor zum Druckabbau in dem Hochdruckbereich so ansteuert, dass sich der Kraft- stoffrücklauf öffnet, wodurch der Druck in dem Hochdruckbereich abfällt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, e) dass die Steuereinheit (20) den Aktor zum Druckabbau mit einer bestimmten Ansteuerdauer ansteuert, f) dass die Ansteuerdauer so kurz ist, dass die Einspritzdüse während der Ansteuerdauer geschlossen bleibt.
19. Einspritzanlage nach Anspruch 18, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a) ein Volumenstromregelventil (7) zur Einstellung der Menge des in den Hochdruckbereich gepumpten Kraftstoffs, b) einen Drucksensor (21), der den Druck in dem Hochdruckbereich misst, c) einen eingangsseitig mit dem Drucksensor (21) und aus- gangsseitig mit dem Volumenstromregelventil (7) verbundenen Regler (20), der den Druck in dem Hochdruckbereich durch eine Ansteuerung des Volumenstromregelventils (7) regelt .
20. Einspritzanlage nach Anspruch 18 oder 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Aktor ein Piezoaktor ist.
21. Einspritzanlage nach einem der Ansprüche 18 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hochdruckbereich zusätzlich zu dem Volumenstromregelventil (7) kein separates Hochdruckregelventil aufweist.
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