WO2008128841A2 - Verfahren und vorrichtung zur regelung eines hochdruckspeicherdrucks eines einspritzsystems einer brennkraftmaschine. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Hochdruckspeicherdrucks eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine. Mittels einer Vordruckregeleinheit wird anhand eines Kennfelds oder einer mathematischen Funktion der Druckwert in einer Niederdruckleitung geregelt. Dabei geht als Eingangsgröße in die Vordruckregeleinheit der kontinuierlich gemessene Druckwert im Hochdruckspeicher ein.

Description

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Hochdruckspeicherdrucks eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine.

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 Brenn- kraftmaschine durch Injektoren, insbesondere durch Piezoin- jektoren. Dabei ist die Güte der Verbrennung vom Druck eines den Injektoren vorgeschalteten Hochdruckspeichers abhängig. Um eine möglichst hohe spezifische Leistung der Brennkraftmaschine und gleichzeitig eine geringe Schadstoffemissionen zu erreichen, muss der Druck dieses Hochdruckspeichers geregelt werden. Dabei können bei einer Verwendung einer Hochdruckpumpe und eines Druckspeichers für den Kraftstoff Einspritzdrücke von 300 bis 2000 bar erreicht werden.

Die Druckregelung des Hochdruckspeichers kann dabei auf unterschiedliche Weisen realisiert werden. Diese kann je nach Ausführung des Einspritzsystems mit einem Druckregelventil im Hochdruckbereich und einem Volumenregelventil auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe, oder nur durch ein Volumenre- gelventil auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe erfolgen. Im Folgenden wird ausschließlich auf den zweiten Fall, d.h. auf die Druckregelung anhand eines Volumenregelventils, eingegangen. Die Regelung des Hochdruckspeicherdrucks erfolgt dabei durch die Regelung des Volumenstroms im Niederdruckbe- reich der Hochdruckpumpe. Diese Volumenstromregelung ist sowohl abhängig vom Systembedarf, welcher durch die eingespritzte Kraftstoffmenge in den Brennraum bestimmt wird, als auch von der Kraftstoffmenge, die durch Schaltleckageverluste aus den Injektoren austritt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 196 30 938 Al ist eine Vorrichtung bekannt, bei der der Hochdruckspeicherdruck mit einem Volumenstromregelventil, einer Vorförderpumpe und einem zur Vorförderpumpe parallel angeordneten Vordruckregelventil geregelt wird. Das Vordruckregelventil stellt dabei einen vorgebbaren konstanten Vordruck nach der Vorförderpumpe ein. Die Regelung des Druckwerts im Hochdruckspeicher erfolgt dabei durch das Volumenstromregelventil, das den einer Hoch- druckpumpe zugeführten Volumenstrom regelt. Da das Volumenstromregelventil auch kleinste Kraftstoffmengen bei niedriger Drehzahl und damit niedrigem Vordruck bereitstellen muss, kommt es bei steigender Drehzahl und damit steigendem Vordruck zu mehr oder weniger großen Regelungsproblemen.

Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, damit die Regelung des Hochdruckspeicherwerts kostengünstiger und im Leerlauf stabiler betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren bzw. durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch eine alleinige Regelung des Druckwerts in einer Niederdruckleitung durch das Vordruckregelventil auf das Volumenstromregelventil zur Regelung des in den Hoch- druckspeicher zugeführten Volumenstroms verzichtet werden kann. Die Regelung des Einspritzsystems wird daher vereinfacht und ist durch den Entfall des Volumenstromregelventils kostengünstiger. Dabei sind durch die Niederdruckleitung ein Kraftstofftank an eine Niederdruckpumpe und diese mit einer Hochdruckpumpe hydraulisch verbunden. Ferner ist eine stabile Regelung bei Leerlauf und damit kleinen Einspritzmengen möglich, da hier das Vordruckregelventil teilweise geöffnet ist und somit aufgrund des sich in der Niederdruckleitung ein- stellenden Druckwerts, die für den Hochdruckspeicher benötigte Kraftstoffmenge bereitgestellt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Regelung des Druckwerts in der Niederdruck- leitung durch das Vordruckregelventil den Wirkungsgrad der Pumpe erhöht, da der Druck in der Niederdruckleitung betriebspunktabhängig an den erforderlichen Wert angepasst werden kann, und der Druckwert in der Niederdruckleitung nur bei einer Volllast der Brennkraftmaschine seinen Maximalwert er- reicht.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1: ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems mit einer Regelung des Druckwerts in einer Niederdruckleitung durch eine Vordruckregeleinheit,

Figur 2: einen Volumenstromverlauf durch die Hochdruckpumpe, abhängig vom Regelsignal des Vordruckregelventils.

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems mit einer Regelung des Druckwerts in einer Niederdruckleitung durch eine Vordruckregeleinheit. Das Einspritzsystem besteht aus einem Kraftstofftank 1, aus einer Niederdruckpumpe 2, die von einem Antriebsstrang der Brennkraftmaschine angetrieben wird und Kraftstoff aus dem Tank fördert, aus einer Vordruckregeleinheit 3, die den Druck in einer Niederdruckleitung 8 regelt, aus einer Hochdruckpumpe 4, die ebenfalls von einem Antriebsstrang der Brennkraftmaschine angetrieben wird und Kraftstoff einem Hochdruckspeicher 6 zuführt, sowie aus In- jektoren 7, 7' und 1' ' zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, welcher in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Mittels einer Niederdruckpumpe 2 wird Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 1 gefördert und dann einer Hochdruckpumpe 4 zugeführt. Die Niederdruckpumpe 2 kann dabei innerhalb oder außerhalb des Kraftstofftanks 1 angeordnet sein. Der sich in der Niederdruckleitung 8 einstellende Druck kann betriebs- punktabhängig von der Vordruckregeleinheit 3 eingestellt werden. Die Hochdruckpumpe 4 speist dann einen Hochdruckspeicher 6 mit dem aus der Niederdruckpumpe 2 zugeführten Kraftstoff. Dabei können sich im Hockdruckspeicher 6 Drücke bis 2000 bar aufbauen. Über Injektoren 7, 7', und 1' ' kann der Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 6 in einen Brennraum eingespritzt werden .

Weiterhin wird über eine Messeinrichtung der Druck 5 im Hochdruckspeicher 6 kontinuierlich gemessen. Dieser gemessene Druck 5 dient als Eingangsgröße in die Vordruckregeleinheit 3. Die Vordruckregeleinheit 3 setzt sich dabei aus einem nicht dargestellten Volumenstromregelventil und einer nicht dargestellten Regeleinheit zusammen. Mittels der Regeleinheit wird, basierend auf dem gemessenen Druck 5, anhand eines hin- terlegten Kennfelds oder anhand einer mathematischen Funktion, ein Regelsignal bestimmt, das die Ventilöffnungsstellung des Vordruckregelventils bestimmt. Dabei ist die Ventilöffnungsstellung in einem Leerlaufbetrieb teilweise geöffnet und im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vollkommen offen. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Vordruckregelventil als Sitzventil oder als Schieberventil ausgebildet ist. Figur 2 zeigt einen Volumenstromverlauf V durch die Hochdruckpumpe, abhängig vom am Vordruckregelventil anliegenden Regelsignals I. Der Volumenstromverlauf VO durch die Hochdruckpumpe steigt dabei mit ansteigendem Regelsignalwert I. Ab dem Regelsignalwert Il weist der Volumenstromverlauf einen Volumenstromwert Vl auf. Dieser Volumenstromwert Vl entspricht dabei der geschlossenen Ventilstellung bei maximaler Befüllung der Hochdruckpumpe.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung eines Hochdruckspeicherwerts in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, bei dem ein in einer zu einer Hochdruckpumpe führenden, Niederdruckleitung kontinuierlich gemessener Hochdruckspeicherwert als Eingangsgröße zur Druckregelung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Hochdruckspeicherwerts in der Niederdruckleitung mittels eines hinterlegten Kennfelds oder einer mathematischen Funktion erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vordruckregeleinheit ein Vordruckregelventil aufweist, dessen Ventilstellung bei Volllast der Brennkraftmaschine geschlossen und/oder bei Leerlauf teilweise geöffnet ist.

4. Vorrichtung zur Regelung für einen in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine auftretenden Hochdruckspeicherwert, mit einer Messeinheit zur kontinuierlichen Druckmessung im Hochdruckspeicher, und mit einer Vor- druckregeleinheit zur Regelung des Druckwerts in einer zu einer Hochdruckpumpe führenden Niederdruckleitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwert in der Niederdruckleitung basierend auf dem kontinuierlich ermittelten Druckwert im Hochdruckspeicher regelbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vordruckregeleinheit als ein Sitzventil oder als ein Schieberventil ausgebildet ist.