WO2008003717A1 - Verfahren zum abbau eines raildrucks in einem common-rail einspritzsystem - Google Patents
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Abstract
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abbau des Raildrucks durch Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine erfolgt, wobei die Einspritzzeitpunkte derart bestimmt sind, dass kein oder nur ein geringes Drehmoment in der Brennkraftmaschine erzeugt wird. Auch kann der Raildruck dadurch abgebaut werden, dass die Schaltleckageverluste eines Piezoinjektors durch geeignetes Ansteuern erhöht werden.
Description
Beschreibung
Verfahren zum Abbau eines Raildrucks in einem Common-Rail EinspritzSystem.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau eines Raildrucks in einem Common Rail mit einer Hochdruckpumpe, ei¬ nem Kraftstofftank, einem Volumenstromregelventil und einer von der Art der Brennkraftmaschine abhängigen Anzahl von Pie- zoinjektoren .
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zum Betrieb einer Brennkraftmaschine sind generell seit vielen Jahren bekannt. Bei einem sogenannten Common-Rail Einspritzsystem erfolgt die KraftstoffZuführung in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine durch Injektoren, insbesondere durch Piezoin- jektoren. Dabei ist ein hoher Einspritzdruck vorteilhaft, da hierdurch einerseits eine hohe spezifische Leistung der Brennkraftmaschine und andererseits eine geringe Emission von Schadstoffen erreicht werden kann. Bei Verwendung einer Hochdruckpumpe und eines Druckspeichers für den Kraftstoff können Einspritzdrücke von 1600 bis 1800 bar erreicht werden.
Die Raildruckregelung des Common-Rail Einspritzsystems er- folgt durch elektrisch unterschiedlich betätigte Ventile, die üblicherweise als Volumenstromregelventil, Druckregelventil und Überdruckventil bezeichnet werden. Das Überdruckventil hat, entsprechend dem Druckregelventil, die Aufgabe, den Druck im Rail zu begrenzen. Im Gegensatz zum Druckregelventil handelt es sich beim Überdruckventil um eine mechanisch, e- lektrisch nicht ansteuerbare Komponente.
Konzeptspezifisch kann das System mit dem Volumenstromregelventil, dem Druckregelventil und dem Überdruckventil oder mit dem Überdruckventil und dem Volumenstromregelventil oder dem Druckregelventil betrieben werden. Ein Versagen des Volumenstromregelventils oder des Druckregelventils kann daher zu
hohen Raildrücken führen, die zur schleichenden oder sofortigen Zerstörung des Systems führen können.
Aus der Druckschrift DE 199 46 506 Cl ist ein Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen im Drucksystem einer an einem
Verbrennungsmotor zu verwendenden Kraftstoff-Einspritzanlage bekannt. Dabei wird zunächst der Raildruck mit Hilfe eines Drucksensors gemessen und daraus ein Ist-Signal erzeugt. Aus diesem Ist-Signal und einem gespeicherten Soll-Signal, wel- ches den gewünschten Druckwert innerhalb des Rails darstellt wird eine Sollwert-Istwert Differenz gebildet, die zur Steue¬ rung eines Druckregelventils dient. Dieses Druckregelventil verbindet einen gesonderten Auslass des Rails mit einer zum Tank führenden Rücklaufleitung. Weiterhin ist bei dem bekann- ten Verfahren vorgesehen, dass das Ansaugvolumen einer Hochdruckpumpe zur Versorgung mehrerer Kraftstoffinjektoren aus einem Kraftstoff-Druckspeicher mit Hilfe eines Volumenstromregelventils, abhängig von den Steuervorgaben für den Motorbetrieb, steuerbar ist.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe be¬ steht nun darin, ein Verfahren zum Abbau des Raildrucks des Common Rail Einspritzsystems so zu verbessern, dass ein Druckregelventil eingespart werden kann, bzw. der Einbau ei- nes Überdruckventils überflüssig wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ne¬ bengeordneten Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausges¬ taltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn- zeichnet.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Überschrei¬ ten des höchstzulässigen Raildrucks durch eine zeitlich steuerbare Nacheinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum in einfacher Weise verhindert werden kann. Der Zeitpunkt der
Nacheinspritzung wird dabei zweckmäßig so gewählt, dass kein oder allenfalls ein sehr geringes Drehmoment erzeugt wird, um ein etwaiges Beschleunigen des Motors durch die zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung zu verhindern. Durch Variation des Einspritzzeitpunktes für die Nacheinspritzung lässt sich so¬ mit eine angestrebte Drehmomentneutralität erreichen. Die Einspritzmenge und der damit verbundene Druckabbau innerhalb des Rails sind jedoch begrenzt, da der Kraftstoff bis zu sei¬ nem Austritt aus dem Brennraum vollständig verbrannt sein muss. Diese Verbrennung ist notwendig, da in der Ausschie¬ bephase sonst nicht gewährleistet wäre, dass der gesamte un¬ verbrannte Brennstoff aus dem Brennraum geschoben wird. Bei mehreren Arbeitszyklen der Brennkraftmaschine würde sich so¬ mit immer mehr unverbrannter Brennstoff im Brennraum ansammeln, der zu einer Zündung dieses unverbrannten Gasgemisches führen und infolgedessen die Brennkraftmaschine schlagartig Beschleunigen würde.
Ferner ist vorgesehen, dass der Raildruckabbau über Schaltle¬ ckageverluste erfolgt, die mit Hilfe der Piezoinjektoren steuerbar sind. Diese Schaltleckageverluste lassen sich vor¬ zugsweise durch eine Parametrierung der Ansteuerenergie des Piezoinjektors entsprechend festlegen. Dabei sind die Schalt¬ leckageverluste umso höher, je geringer die Ansteuerenergie ist. Diese Ansteuerenergie wird zweckmäßig so gewählt, dass über die Düsennadel kein Brennstoff aus dem Injektor aus¬ tritt, gleichzeitig aber Schaltleckageverluste auftreten. Der Piezoinjektor wird dabei, wie bei der drehmomentneutralen
Nacheinspritzung, außerhalb des Arbeitstaktes der Brennkraft¬ maschine angesteuert. Der über die Schaltleckage austretende Kraftstoff wird schließlich dem Tank über eine Rückführlei¬ tung zugeführt.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 den schematischen Aufbau eines Piezoinjektors, der in einem gemäß der Erfindung arbeitenden Verfahren verwendet wird.
In Figur 1 ist der schematische Aufbau eines Piezoinjektors dargestellt. Über das Piezoelement 1 wird die Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum gesteuert.
Bei einer Bestromung des Piezoelements 1 dehnt sich dieses aus und führt dazu, dass sich die Stellung der Düsennadel (in der Zeichnung nicht dargestellt) so verändert, dass Kraft¬ stoff aus dem Piezoinjektor austreten kann. Umgekehrt wird im unbestromten Zustand des Piezoinjektors ein Austreten von Kraftstoff verhindert.
Die Bestromung des Piezoinjektors ist dabei so gewählt, dass zusätzlich zur Bestromung des Piezoinjektors für die Haupt¬ einspritzung eine zeitlich nachgelagerte Bestromung des Pie- zoinjektors für die Nebeneinspritzung erfolgt. Der Zeitpunkt der Bestromung für die Nebeneinspritzung ist derart gewählt, dass sich das Laufverhalten der Brennkraftmaschine möglichst nicht verändert.
Das Piezoelement 1 ist formschlüssig mit einem ersten Kolben 7 verbunden, an dessen gegenüberliegendem Ende eine Feder 8 vorgesehen mit einem zweiten Kolben 6 in Kontakt steht. Über die Feder 8 wird eine Kraftübertragung vom ersten Kolben 7 an den zweiten Kolben 6 ermöglicht. Der zweite Kolben 6 liegt an dem der Feder 8 gegenüberliegenden Ende an einem Dichtelement 5 an. Dieses Dichtelement 5 dichtet eine Kontrollkammer 4, welche mit einem Einlasskanal 2 für den Kraftstoff in Verbin¬ dung steht, von einem Auslasskanal 3 ab Ein Einströmen des Kraftstoffs von der Kontrollkammer 4 und/oder des Einlasska- nals 2 in den Auslasskanal 3 ist somit nicht möglich.
Das Dichtelement 5 wird mittels einer im Einlasskanal 2 vor¬ gesehenen Feder 9 gegen den zweiten Kolben 6 gedrückt. Diese Feder 9 dient also dazu das Dichtelement 5 in eine Ausgangs- position zurückzuschieben, wenn keine Kraft vom zweiten Kolben 6 auf das Dichtelement 5 ausgeübt wird.
Da der Einlasskanal 2 mit der Kontrollkammer 4 verbunden ist, und durch den Einlasskanal 2 Kraftstoff aus dem Common Rail in den Piezoinjektor eintritt, entspricht der Druck in der Kontrollkammer 4 dem Druck im Einlasskanal 2. Über die Druck- Verhältnisse in der Kontrollkammer 4 wird ein Auslenken der Düsennadel (in der Figur nicht dargestellt), und ein damit verbundenes Austreten des Kraftstoffes aus dem Piezoinjektor, gesteuert .
Bei der in Figur 1 dargestellten Position ist das Piezoele- ment 1 nicht bestromt. Ein Einströmen des Brennstoffes aus dem Einlasskanal 2 und/oder der Kontrollkammer 4 in den Auslasskanal 3 ist somit nicht möglich.
Wenn dass das Piezoelement 1 bestromt wird, dehnt sich dieses aus und übt über die formschlüssige Verbindung eine Kraft auf den ersten Kolben 7 aus. Dieser erste Kolben 7 überträgt, ü- ber die Feder 8, die Kraft auf den zweiten Kolben 6. Der zweite Kolben 6 wiederum übt eine Kraft auf das Dichtelement 5 aus und verschiebt dieses so weit, dass die Kontrollkammer 4 und der Auslasskanal 3 nicht mehr durch das Dichtelement 5 getrennt wird. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Auslasskanal 3 auf der einen Seite und der Kontrollkammer 4 und dem Einlasskanal 2 auf der anderen Seite strömt Kraftstoff über den Auslasskanal 4 in den Tank (in der Figur nicht dargestellt) . Die ausgeströmte Menge des Kraftstoffes entspricht dabei den Schaltleckageverlusten des Piezoinjektors .
Sobald das Piezoelement nicht mehr bestromt wird, wird keine Kraft mehr vom zweiten Kolben 6 auf das Dichtelement 5 ausge¬ übt. Die Feder 9 schiebt das Dichtelement 5 in die Ausgangs¬ position zurück und unterbindet somit ein weiteres Einströmen des Kraftstoffes von der Kontrollkammer 4 und/oder dem Einlasskanal 2 in den Auslasskanal 3.
Claims
Patentansprüche
1) Verfahren zum Abbau eines sicherheitskritisch hohen Raildrucks in einem Commonrail Einspritzssystems mit einer Hochdruckpumpe, einem Kraftstofftank, einem Volumenstrom¬ regelventil und einer von der Art der Brennkraftmaschine abhängigen Anzahl von Piezoinjektoren,
- wobei eine der Haupteinspritzung folgende Nacheinsprit¬ zung des Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine zu einem Zeitpunkt erfolgt, dass die Nacheinspritzung auf das Laufverhalten der Brennkraftma¬ schine keinen Einfluss nimmt und,
- die Ansteuerung des jeweiligen Piezoinjektors in der Weise erfolgt, dass der aus dem Piezoinjektor zum Tank strömende Kraftstoff erhöht wird,
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des jeweiligen Piezoinjektors, die zur Erhö¬ hung des ausströmenden Kraftstoffes führt, gleichzeitig mit der Nacheinspritzung erfolgt.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Piezoinjektoren so parametriert wird, dass die Ansteuerenergie möglichst gering ist.
4) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffmenge für die Nachein¬ spritzung so gewählt wird, dass der Brennstoff bis zur Auss¬ chiebephase des Gasgemisches aus dem Brennraum verbrannt ist.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 07765798 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 07765798 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |