WO2010009931A1 - Ansteuerung eines kraftstoffinjektors im überdruck- oder fehlerfall - Google Patents

Ansteuerung eines kraftstoffinjektors im überdruck- oder fehlerfall Download PDF

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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

Definitions

  • the invention relates to a method and a device according to the preamble of claim 1 or 4.
  • Such a drive method for a fuel injector has become known, for example, from DE 102 50 720 A1.
  • This known from DE 102 50 720 A1 injector comprises a nozzle body slidably guided in a nozzle needle, which opens or closes one or more injection openings of the nozzle body for injection with fuel under high pressure, a connected to a high-pressure side control chamber, on the pressure of the movement Nozzle needle is controlled, a switching valve that either blocks or opens the connection of the control chamber to a low pressure side, and a piezoelectric actuator module for opening the switching valve against the applied pressure and against a sealing spring.
  • a pressure control valve is used, on the one hand to set the desired rail pressure and on the other hand to limit the pressure in the injection system in case of failure.
  • a pressure control valve is used, on the one hand to set the desired rail pressure and on the other hand to limit the pressure in the injection system in case of failure.
  • Robert Bosch GmbH R. 323264 usually the switching valve opened by the piezoelectric actuator against the rail pressure or a sealing spring. Depending on the design, a large pressure increase in the event of a fault in a force-loaded valve leads to an increased seal or, in the case of a force-balanced valve, to a persistence in the sealing position. A deliberate self-opening and thus an automatic pressure reduction can not take place.
  • the fuel injector switching valve moves to a partial or full stroke.
  • the rising rail pressure can be limited and reduced via the open switching valve.
  • a controlled emergency operation can be ensured and the availability of the associated vehicle can be ensured.
  • An overload of the injection system and a risk of leakage to the outside can be avoided.
  • the stroke of the switching valve is proportional to the drive voltage of the piezoelectric actuator. Depending on the balance of the hydraulically acting forces, the switching valve can be more or less placed in a partial stroke.
  • Fig. 1 shows a suitable for carrying out the control method according to the invention common rail injection system.
  • the common rail injection system 1 shown schematically in FIG. 1 comprises a high-pressure pump 2 which delivers fuel from a tank 3 under high pressure into a high-pressure fuel accumulator (common rail) 4, a plurality of injectors 5 connected to the high-pressure accumulator 4 Fig. 1 is shown only one, for injecting the fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, a control unit 6 which controls the injectors 5 for fuel injection, and a connected to the control unit 6 pressure sensor 7 for measuring the pressure in the high-pressure accumulator.
  • a high-pressure pump 2 which delivers fuel from a tank 3 under high pressure into a high-pressure fuel accumulator (common rail) 4, a plurality of injectors 5 connected to the high-pressure accumulator 4 Fig. 1 is shown only one, for injecting the fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, a control unit 6 which controls the injectors 5 for fuel injection, and a connected to the control unit 6 pressure sensor 7 for measuring the pressure in the high-pressure accumulator.
  • the fuel injector 5 includes:
  • a nozzle needle 7 which is axially displaceably guided in a one-part or multi-part injector body 6 and which releases or closes one or more injection openings 8 of the injector body 6 for injection with high-pressure fuel,
  • control space 10 connected to the high-pressure accumulator 4 via a high-pressure line 9, via the pressure of which the movement of the nozzle needle 7 is controlled,
  • a switching valve 11 whose displaceably guided valve closing member 12 either blocks or opens the connection of the control chamber 10 to a low pressure chamber 14 connected to a leakage line 13,
  • a piezoelectric actuator module 15 for actuating the switching valve 11, and a hydraulic coupler 16, via which the actuator module 15 is hydraulically coupled in movement with the valve closing member 13 of the switching valve 11.
  • Robert Bosch GmbH R. 323264 Low pressure chamber 14 whereby the nozzle needle 7 by the pressure prevailing in the control chamber 10 high pressure in their injection openings 8 closing position.
  • the switching valve 11 releases the connection of the control chamber 10 to the low pressure side, whereby the pressure in the control chamber 10 is reduced and the nozzle needle 7 opens.
  • the injection system 1 In the case of an overpressure in the injection system 1 to limit or reduce the increasing pressure, the injection system 1, no separate pressure regulating or -begrenzungsventil, but the controller 6 is programmed, in the case of a measured in the injection system 1 overpressure or detected by the control unit 6 other Fault the piezoelectric actuator 15 for a partial or full stroke of the switching valve 11 to control. About the open switching valve 11 then the pressure in the control chamber 10 pressure can be limited and reduced. In the illustrated embodiment, the pressure in the high-pressure accumulator 4 is measured with the pressure sensor 7, whereby the ruling in the high-pressure accumulator 4 rail pressure can be limited and reduced via the open switching valve 11.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors (5) eines Einspritzsystems (1) für Brennkraftmaschinen, wobei der Kraftstoffinjektor (5) einen ansteuerbaren Piezoaktor (15) zum Schalten eines die Einspritzung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff steuernden Schaltventils (11) des Kraftstoffinjektors (5) aufweist, wird im Falle einer Störung oder eines im Einspritzsystem (1) detektierten Überdruckes der Piezoaktor (15) für einen Teil- oder Vollhub des Schaltventils (11) angesteuert.

Description

R. 323264
SB00245 Rk/mp
08.07.2008
ANSTEUERUNG EINES KRAFTSTOFFINJEKTORS IM ÜBERDRUCK- ODER FEHLERFALL
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. 4.
Ein solches Ansteuerverfahren für einen Kraftstoffinjektor ist beispielsweise durch die DE 102 50 720 A1 bekannt geworden. Dieser aus DE 102 50 720 A1 bekannte Injektor umfasst eine in einem Düsenkörper verschiebbar geführte Düsennadel, die eine oder mehrere Einspritzöffnungen des Düsenkörpers für eine Einspritzung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff freigibt oder verschließt, einen an eine Hochdruckseite angeschlossenen Steuerraum, über dessen Druck die Bewegung der Düsennadel gesteuert wird, ein Schaltventil, das die Verbindung des Steuerraums zu einer Niederdruckseite entweder sperrt oder öffnet, und ein piezoelektrisches Aktormodul zum Öffnen des Schaltventils gegen den anstehenden Druck und gegen eine Dichtfeder.
Bei Common Rail-Injektoren mit Piezoaktoren wird in der Regel im Einspritzsystem ein Druckregelventil verwendet, um einerseits den gewünschten Raildruck einzustellen und andererseits im Fall einer Störung den Druck im Einspritzsystem zu begrenzen. Bei heute bekannten Common Rail-Injektoren mit Piezoaktoren wird
Robert Bosch GmbH R. 323264 in der Regel das Schaltventil durch den Piezoaktor gegen den Raildruck oder eine Dichtfeder geöffnet. Je nach konstruktiver Gestaltung führt ein großer Druckanstieg im Fehlerfall bei einem kraftbeaufschlagten Ventil zu einer erhöhten Abdichtung oder bei einem kraftausgeglichenen Ventil zu einem Verharren in der Dichtposition. Ein gewolltes Selbstöffnen und damit ein selbsttätiger Druckabbau können somit nicht stattfinden.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird im Falle einer Störung, wie z.B. im Fall eines erkannten Fehlers oder eines Überdruckes im Einspritzsystem, das Schaltventil des Kraftstoffinjektors in einen Teil- oder Vollhub bewegt. Damit kann der ansteigende Raildruck begrenzt und über das geöffnete Schaltventil abgebaut werden. Mit dieser Sicherheitsfunktion kann ein gesteuerter Notfahrbetrieb gewährleistet und die Verfügbarkeit des zugehörigen Fahrzeugs sichergestellt werden. Eine Überlastung des Einspritzsystems und eine Gefahr von Undichtheit nach außen können vermieden werden. Um das Schaltventil in einen Teilhub zu bringen, genügt es, die Ansteuerspannung des Piezoaktors nicht wie bei einem Vollhub des Schaltventils auf 100% einzustellen, sondern auf einen geringeren Wert zwischen 30...60%. Der Hub des Schaltventils ist proportional zur Ansteuerspannung des Piezoaktors. Je nach Ausgleich der hydraulisch wirkenden Kräfte kann das Schaltventil mehr oder weniger in einen Teilhub gestellt werden.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Ansteuerverfahrens sind: - Druckbegrenzungsfunktion für Common Rail-Injektoren mit Piezoaktoren und mit kraftbeaufschlagten oder kraftausgeglichenen Schaltventilen, so dass ein Druckregel- oder -begrenzungsventil im Einspritzsystem entfallen kann. Robustheitssteigerung eines Einspritzsystems im Fehlerfall „Überdruck". Die Ansteuerung von bereits in Serie befindlichen Injektoren kann leicht so angepasst werden, dass das Schaltventil im erkannten Fehlerfall einen Volloder Teilhub ausführt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Robert Bosch GmbH R. 323264 Zeichnung
Fig. 1 zeigt ein zum Durchführen des erfindungsgemäßen Ansteuerverfahrens geeignetes Common Rail-Einspritzsystem.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in Fig. 1 schematisch gezeigte Common Rail-Einspritzsystem 1 umfasst eine Hochdruckpumpe 2, die aus einem Tank 3 Kraftstoff unter hohem Druck in einen Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Common Rail) 4 fördert, mehrere mit dem Hochdruckspeicher 4 verbundene Injektoren 5, von den in Fig. 1 nur einer gezeigt ist, zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, ein Steuergerät 6, das die Injektoren 5 für eine Kraftstoffeinspritzung ansteuert, sowie einen an das Steuergerät 6 angeschlossenen Drucksensor 7 zum Messen des Drucks im Hochdruckspeicher 4.
Der Kraftstoffinjektor 5 umfasst:
- eine in einem ein- oder mehrteiligen Injektorkörper 6 axial verschiebbar geführte Düsennadel 7, die eine oder mehrere Einspritzöffnungen 8 des Injektorkörpers 6 für eine Einspritzung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff freigibt oder verschließt,
- einen an den Hochdruckspeicher 4 über eine Hochdruckleitung 9 angeschlossenen Steuerraum 10, über dessen Druck die Bewegung der Düsennadel 7 gesteuert wird,
- ein Schaltventil 11 , dessen verschiebbar geführtes Ventilschließglied 12 die Verbindung des Steuerraums 10 zu einem an eine Leckageleitung 13 angeschlossenen Niederdruckraum 14 entweder sperrt oder öffnet,
- ein piezoelektrisches Aktormodul 15 zum Betätigen des Schaltventils 11 , und - einen hydraulischen Koppler (Übersetzer) 16, über den das Aktormodul 15 mit dem Ventilschließglied 13 des Schaltventils 11 hydraulisch bewegungsgekoppelt ist.
In der geschlossenen Ventilstellung des Schaltventils 11 , d.h. bei stromlosem Aktormodul 15, sperrt das Schaltventil 11 die Verbindung des Steuerraums 10 zum
Robert Bosch GmbH R. 323264 Niederdruckraum 14, wodurch die Düsennadel 7 durch den im Steuerraum 10 herrschenden Hochdruck in ihrer die Einspritzöffnungen 8 verschließenden Stellung ist. In der geöffneten Ventilstellung des Schaltventils 11 , d.h. bei bestromtem Aktormodul 15, gibt das Schaltventil 11 die Verbindung des Steuerraums 10 zur Niederdruckseite frei, wodurch sich der Druck im Steuerraum 10 reduziert und die Düsennadel 7 öffnet.
Um z.B. im Falle eines Überdrucks im Einspritzsystem 1 den ansteigenden Druck zu begrenzen oder abzubauen, weist das Einspritzsystem 1 kein separates Druckregel- oder -begrenzungsventil auf, sondern das Steuergerät 6 ist programmiert, im Falle eines im Einspritzsystem 1 gemessenen Überdruckes oder einer vom Steuergerät 6 festgestellten sonstigen Störung den Piezoaktor 15 für einen Teil- oder Vollhub des Schaltventils 11 anzusteuern. Über das geöffnete Schaltventil 11 kann dann der im Steuerraum 10 anstehende Druck begrenzt und abgebaut werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird mit dem Drucksensor 7 der Druck im Hochdruckspeicher 4 gemessen, wodurch der im Hochdruckspeicher 4 herrschende Raildruck über das geöffnete Schaltventil 11 begrenzt und abgebaut werden kann.
Robert Bosch GmbH R. 323264

Claims

R. 323264SB00245 Rk/mp08.07.2008Patentansprüche
1. Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors (5) eines Einsphtzsystems
(I ) für Brennkraftmaschinen, wobei der Kraftstoffinjektor (5) einen ansteuerbaren Piezoaktor (15) zum Schalten eines die Einspritzung mit unter
Hochdruck stehendem Kraftstoff steuernden Schaltventils (11 ) des
Kraftstoffinjektors (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Störung oder eines im Einspritzsystem (1 ) detektierten Überdruckes der Piezoaktor (15) für einen Teil- oder Vollhub des Schaltventils
II 1 ) angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Störung oder eines im Einspritzsystem (1 ) detektierten Überdruckes der Piezoaktor (15) für einen Teilhub von ca. 30...60% des Vollhubes des
Schaltventils (11 ) angesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in einem Hochdruckspeicher (4) des Einspritzsystems (1 ) gemessen wird und der Piezoaktor (15) im Falle eines Überdrucks im Hochdruckspeicher (4) für einen Teil- oder Vollhub des Schaltventils (11 ) angesteuert wird.
4. Einspritzsystem (1 ) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher (4), mit mindestens einem mit dem Hochdruckspeicher (4) verbundenen Injektor (5) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum, wobei der mindestens eine Kraftstoffinjektor (5) einen ansteuerbaren Piezoaktor (15) zum Schalten eines die Einspritzung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff steuernden
Robert Bosch GmbH R. 323264 Schaltventils (11 ) des Kraftstoffinjektors (5) aufweist, und mit einem
Steuergerät (6), das den Piezoaktor (15) des mindestens einen Injektors (5) für eine Kraftstoffeinspritzung ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) programmiert ist, im Falle einer Störung oder eines im Einspritzsystem (1 ) detektierten Überdruckes den Piezoaktor (15) für einen
Teil- oder Vollhub des Schaltventils (11 ) anzusteuern.
Robert Bosch GmbH R. 323264
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