WO2010012571A1 - Verfahren zur steuerung einer hochdruck-kraftstoffpumpe - Google Patents

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WO2010012571A1
WO2010012571A1 PCT/EP2009/058605 EP2009058605W WO2010012571A1 WO 2010012571 A1 WO2010012571 A1 WO 2010012571A1 EP 2009058605 W EP2009058605 W EP 2009058605W WO 2010012571 A1 WO2010012571 A1 WO 2010012571A1
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inlet valve
self
controlling
phase position
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PCT/EP2009/058605
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Uwe Jung
Janos Radeczky
Michael Wirkowski
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Continental Automotive Gmbh
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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 for controlling a high-pressure fuel pump, as it can be used, for example, in connection with common rail injection systems.
  • Common rail injection systems are already known. These are injection systems for internal combustion engines in which a high-pressure pump brings the fuel to a high pressure level. The pressurized fuel fills a piping system, which is constantly under pressure during engine operation.
  • Such a common rail injection system is known from DE 102006 023 470 Al.
  • the system described therein includes a high pressure fuel pump for delivering fuel, a high pressure fuel accumulator connected to the high pressure fuel pump for storing fuel at an injection pressure to the environment of the common rail injection system, at least one injector connected to the high pressure fuel accumulator of fuel in at least one combustion chamber, a return line for returning fuel from the injector to the high pressure fuel pump at a return pressure to the environment of the common rail injection system, and an adjusting means for adjusting the return pressure.
  • Another common rail injection system is known from DE 10 2006 026 928 Al.
  • the system described therein includes a fuel tank, a high pressure fuel pump, a rail conduit, an accumulator, an injector, and a digital controller.
  • a volume flow control valve is arranged, which is controlled by the digital control via a Volumenstromregelventilan Kunststofftechnisch becomes.
  • the high-pressure fuel pump has at least one displacement unit. During operation of the injection system, it supplies an injection pressure in the rail line at the injector.
  • the state of the art also includes phase-ganged pumps equipped with electrically actuated inlet valves, in which the inlet valve is open when de-energized.
  • phasenanroughriche pumps are known in which the inlet valve is closed in the de-energized state.
  • the inlet valve is held closed by a spring.
  • such pumps are self-controlling by the spring design and the pressure conditions in front of and behind the inlet valve.
  • a high-pressure pump such a pump is not very suitable, since said self-control in the event of a drive failure, which may be caused for example by the drop of a plug, undesirably leads to a full demand of the pump.
  • phase-gapped pumps equipped with electrically operated inlet valves in which the valve is normally closed and the spring force is greater than the force of the pressure difference (pressure in front of and behind the valve)
  • the pump can not pump without an electric actuation of the inlet valve.
  • a start of the internal combustion engine ie after the presence of a start signal
  • first a detection of the phase position of the plunger of the pump must be made in order to make a synchronization of the electrical control of the intake valve with the rotation of the crankshaft.
  • the object of the invention is to show a way in which the disadvantages described above can be eliminated.
  • a high-pressure fuel pump having an electrically controllable electromechanical, closed in the de-energized state and held by the force of a spring in the closed state intake valve, an outlet valve and a displacer, the inlet valve after the presence of a Startbekerses first in a self-controlling operating mode, during which a determination of the phase position of the displacer takes place, and switched after the determination of the phase position of the displacer to a non-self-controlling mode of the intake valve.
  • the inlet valve is a function of the pressure difference between the in a
  • Pressure difference is generated in an advantageous manner by a movement of the displacer or by the pressure produced by a prefeed pump.
  • the inlet valve In order to bring the inlet valve into the self-controlling operating mode after the presence of a start command, the inlet valve is controlled by means of a force acting on an actuator such that the spring force holding the inlet valve in the closed state is compensated. This has the consequence that even comparatively small pressure differences are sufficient to bring the inlet valve from the closed to the open state and vice versa.
  • a determination of the at the time of entering the Startbetationes still unknown phase position of the Verdrangers takes place. This is preferably done by an evaluation of the pressure profile occurring during the Verdrangerhus in the pressure build-up chamber of the high-pressure fuel pump. In this case, transitions of the pressure characteristic from an increasing course to a flat course and from a flat course to a rising course are detected in an advantageous manner.
  • the inlet valve is electrically controlled in dependence on the phase position of the displacer.
  • the inlet valve is open when the decanter moves down. If the displacer is moving upwards, the inlet valve is preferably closed and the outlet valve is opened.
  • the high-pressure fuel pump calls for fuel as soon as the crankshaft rotates due to an operation of the starter.
  • a recognition of the crankshaft angle already taking place at this time, ie the pump phase, is not necessary.
  • a full claim is favored and consequently the fastest possible pressure build-up possible.
  • This also applies in the case of non-recognition of the pump phase, since in this case, when a definable pressure threshold is exceeded, the activation of the inlet valve can take place in such a way that a fuel demand is prevented.
  • the inventive method is particularly advantageous if the high-pressure fuel pump is installed in a ratio not equal to 1: 1 to the crankshaft. In this case, there would be an even greater delay in the build-up of pressure, since in this case the rail pressure behavior had to be measured and analyzed to detect the pump phase position, but there would be a pressure build-up only if the intake valve could be meaningfully activated, ie with suitable pump phase position.
  • the pumping phase can be detected by analyzing the rail pressure build-up at the first start at the end of the production line through the auto-intake mode.
  • a saddle point of the pressure buildup characteristic, d. H. a transition between a rising course and a flat course of the pressure characteristic, the top dead center of the pump piston movement equated.
  • the determined phase position is stored and called as an adaptation value at each subsequent start.
  • FIG. 1 a first sketch to explain a device for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a second sketch to explain a device for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a third sketch to explain a device for carrying out the method according to the invention.
  • Figure 4 diagrams for explaining the detection of the phase position of the plunger.
  • FIG. 1 shows a first sketch for explaining a device for carrying out the method according to the invention.
  • the illustrated device has a control unit 9. This provides at its output a control signal s available, which is provided for driving a switch 8. As an input signal, in dependence of which the control unit 9 determines the control signal s, the control unit 9 receives information about the crankshaft angle ⁇ of the pump crankshaft.
  • the switch 8 is preferably realized in the form of a field effect transistor. One terminal of the switch 8 is connected to ground. The ground remote terminal of the switch 8 is connected to an actuator coil 7. The ground remote terminal of the switch 8 is further connected via a Zener diode 10 to ground.
  • the illustrated device has a high-pressure fuel pump 1.
  • This is provided with an inlet valve 2, a low-pressure channel 3, a cylinder 4, an outlet valve 5 and a displacer 6.
  • the displacer 6 is preferably a plunger.
  • the inlet valve 2 is an electromechanical valve, which includes a closure element 2a, a spring 2b and an actuator 2c.
  • the actuator 2c cooperates with the actuator coil 7 and is pressed at a current flow through the actuator coil 7 in Figure 1 to the right, so that the inlet valve 2 is open. If no current flows through the actuator coil 7, then the inlet valve 2 is in the closed state.
  • the characteristic of the spring 2b and / or the spring preload is selected such that the inlet valve is held in the closed state in the absence of current flow through the actuator coil 7, regardless of the pressure conditions in the low pressure passage 3 and the pressure buildup chamber 4a of the high-pressure fuel pump 1.
  • Der Input 3a of the low-pressure channel 3 is connected to a fuel tank, not shown, from which the high-pressure fuel pump via a prefeed pump fuel is supplied.
  • the output 3b of the low-pressure channel 3 is connected, for example, to a pressure-limiting valve.
  • the cylinder 4 has the pressure buildup chamber 4a and a high pressure chamber 4b. Between the pressure buildup chamber 4a and the high pressure chamber 4b, the exhaust valve 5 is arranged so that when the exhaust valve 5 is open, fuel is supplied from the pressure buildup chamber 4a to the high pressure chamber 4b.
  • Within the pressure buildup chamber 4a of the plunger 6 is movably mounted. By moving the plunger 6 downward, the pressure in the pressure buildup chamber 4a is lowered. Upon movement of the plunger 6 upwards, i. in the conveying direction, the pressure in the pressure build-up chamber 4a is increased.
  • the plunger 6 cooperates in a known manner with the pump crankshaft.
  • the instantaneous position of the plunger 6, i. whose phase angle is described by the crankshaft angle ⁇ . Information about the instantaneous crankshaft angle is supplied to the control unit 9 as an input signal.
  • the outlet valve 5 is a mechanical valve which has a closure element 5a and a spring 5b. This valve is opened when the pressure in the Pressure build-up chamber 4a of the cylinder 4 is greater than the sum of the closing force caused by the spring 5b of the exhaust valve 5 and the force caused by the pressure prevailing in the high-pressure chamber 4b, and closed again when the pressure in the pressure build-up chamber 4a becomes smaller again as the said sum.
  • the inlet valve 2 is shown in the open state, said open state was passed from the control unit 9 by issuing the control signal s in the way.
  • this opened state as indicated by the arrow drawn in the pressure buildup chamber 4a, fuel is conveyed from the low pressure passage 3 into the pressure buildup chamber 4a.
  • the plunger 6 moves - as indicated by the arrow below the plunger 6 - down, so that the pressure in the pressure build-up chamber 4a is lowered and fuel is sucked from the low pressure passage in the pressure buildup chamber 4a.
  • FIG. 2 shows a second sketch to explain a device according to the invention.
  • the illustrated device differs from the device shown in FIG. 1 in that the inlet valve 2 is in the closed state and the outlet valve 5 is in the opened state. Furthermore, the plunger 6 is in its upward movement, ie in the conveying direction. This is illustrated in FIG. 2 by the arrow below the plunger 6. By the plunger 6 moving upward, the pressure in the pressure buildup chamber 4a is increased.
  • the device described with reference to FIGS. 1 and 2 has the advantage that the inlet valve is not opened and closed in the sense of a self-control by the pressure conditions in the low-pressure channel 3 and the pressure build-up chamber 4 a, but exclusively by an electrical control which is triggered by the control unit 9 emanates.
  • the control unit 9 opens and closes the inlet valve 2 in dependence on the instantaneous position of the plunger 6, i. depending on the pump crank angle. Within the limits of the maximum possible flow rate and of said pump crank angle, it can regulate the delivered fuel quantity as a function of the respectively existing requirements. In particular, it can change the start of delivery and the end of delivery by a suitable control of the switch 8 as a function of any existing requirements and thereby regulate the fuel delivery rate and the pressure in the system.
  • the end of the suction of fuel from the low pressure passage 3 into the pressure buildup chamber 4 is brought about by the closing of the intake valve 2. Then, the pressure prevailing in the pressure build-up chamber pressure is increased so that it is greater than the sum of the caused by the spring 5b Closing force and the force caused by the pressure prevailing in the high pressure chamber 4b, the exhaust valve 5 is opened to print fuel from the pressure buildup chamber 4a into the high pressure chamber 4b.
  • the intake valve is initially operated in a self-controlling mode after the presence of a Startbetrayses until the crankshaft angle ⁇ , d. H. the phase angle of the plunger 6, is determined. Only then does a changeover to a non-self-controlling operating mode of the intake valve take place, in which the intake valve, as described above, is actuated exclusively electrically and in dependence on the crankshaft angle.
  • the intake valve is electrically controlled in such a way that the force by means of which the actuator 2c of the intake valve 2 works against the force of the spring 2b which keeps the intake valve 2 closed balances the force of the spring ,
  • Figure 3 in which the force of the actuator with Fl and the force of the spring with F2 is designated.
  • the electrical control described above has the consequence that after the presence of a Startbeineses the opening and closing of the intake valve 2 in dependence on the prevailing between the pressure in the low pressure passage 3 and the pressure in the pressure buildup chamber 4a pressure difference .DELTA.p. Is the Pressure in the low-pressure passage 3 larger than the pressure in the pressure build-up chamber 4a, then the inlet valve 2 is opened by this pressure difference.
  • This above-mentioned pressure difference .DELTA.p can be brought about by printing the fuel from the fuel tank, not shown, with a higher pressure in the low-pressure duct caused by a not-yet-called forecasting pump.
  • the said pressure difference ⁇ p can also be brought about by the plunger 6 moving downwards in the pressure buildup chamber 4a, as illustrated by the arrow shown in FIG. 1 below the plunger 6.
  • FIG. 4 shows diagrams for explaining the detection of the phase position of the plunger 6, as first performed after the input of a start command.
  • the time t is plotted along the ordinate of the build-up in the pressure buildup chamber 4a and the time t and along the abscissa in the lower diagram, the movement of the plunger 6 as a function of the piston angle.
  • the pressure characteristic curve measured by means of a pressure sensor not shown initially has a linearly increasing area B1, then a transition U1 from the linearly rising area B1 into a flat area B2 and then again a transition U2 from the flat area B2 into one again has a linearly increasing region B3.
  • the phase position of the plunger 6 and thus the crankshaft angle ⁇ can be detected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Hochdruck- Kraftstoff pumpe, die ein elektrisch ansteuerbares elektromechanisches, im stromlosen Zustand geschlossenes und durch die Kraft einer Feder (2b) im geschlossenen Zustand gehaltenes Einlassventil (2a), ein Auslassventil (5a) und einen Verdränger (6) aufweist. Das Einlassventil wird nach dem Vorliegen eines Startbefehles in einer selbststeuernden Betriebsart betrieben. In der selbststeuernden Betriebsart wird der Raildruck ohne Kenntnis der Phasenlage des Verdrängers aufgebaut. Während dieser selbststeuernden Betriebsart erfolgt eine Ermittlung der Phasenlage des Verdrängers. Nach Ermittlung der Phasenlage des Kolbens oder Verdrängers wird auf eine nicht selbststeuernde Betriebsart des Einlassventils umgeschaltet.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Steuerung einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit Common-Rail-Einspritzsystemen verwendet werden kann .
Common-Rail-Einspritzsysteme sind bereits bekannt. Es handelt sich dabei um Einspritzsysteme für Verbrennungsmotoren, bei denen eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau bringt. Der unter Druck stehende Kraftstoff füllt ein Rohrleitungssystem, welches bei Motorbetrieb ständig unter Druck steht.
Ein derartiges Common-Rail-Einspritzsystem ist aus der DE 102006 023 470 Al bekannt. Das dort beschriebene System weist eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe zum Fördern von Kraftstoff, einen an die Hochdruck-Kraftstoffpumpe angeschlossenen HochdruckkraftstoffSpeicher zum Speichern von Kraftstoff unter einem Einspritzdruck gegenüber der Umgebung des Com- mon-Rail-Einspritzsystems, mindestens einen an den HochdruckkraftstoffSpeicher angeschlossenen Injektor zum Abgeben von Kraftstoff in mindestens einen Brennraum, eine Rückleitung zum Rückleiten von Kraftstoff vom Injektor zur Hochdruck-Kraftstoffpumpe unter einem Rückleitdruck gegenüber der Umgebung des Common-Rail-Einspritzsystems und ein Einstellmittel zum Einstellen des Rückleitdruckes auf.
Ein weiteres Common-Rail-Einspritzsystem ist aus der DE 10 2006 026 928 Al bekannt. Das dort beschriebene System enthält einen Kraftstofftank, eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, eine Rail-Leitung, einen Druckspeicher, einen Injektor und eine digitale Steuerung. In der Zuführleitung zwischen dem Kraftstofftank und der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist ein Volumenstromregelventil angeordnet, welches von der digitalen Steuerung über eine Volumenstromregelventilansteuerleitung angesteuert wird. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe weist mindestens eine Verdrangereinheit auf. Sie liefert im Betrieb des Einspritzsystems einen in der Rail-Leitung an dem Injektor anliegenden Einspritzdruck.
Zum Stand der Technik gehören des weiteren mit elektrisch betätigten Einlassventilen ausgestattete phasenanschnittge- steuerte Pumpen, bei denen das Einlassventil im stromlosen Zustand geöffnet ist.
Ferner sind bereits mit elektrisch betätigten Einlassventilen ausgestatte phasenanschnittgesteuerte Pumpen bekannt, bei denen das Einlassventil im stromlosen Zustand geschlossen ist. Dabei wird das Einlassventil durch eine Feder geschlossen gehalten. Ohne elektrische Ansteuerung sind derartige Pumpen durch die Federauslegung und die Druckverhaltnisse vor und hinter dem Einlassventil selbststeuernd. Als Hochdruckpumpe ist eine derartige Pumpe wenig geeignet, da die genannte Selbststeuerung im Falle eines Ansteuerungsausfalles, der beispielsweise durch das Abfallen eines Steckers verursacht werden kann, in unerwünschter Weise zu einer Vollforderung der Pumpe fuhrt. Bei derartigen Pumpen ist es bereits bekannt, ein Überdruckventil zu verwenden, um zu verhindern, dass auf Grund der genannten Vollforderung der Pumpe das hydraulische System zum Bersten kommt.
Bei mit elektrisch betätigten Einlassventilen ausgestatteten phasenanschnittgesteuerten Pumpen, bei denen das Ventil stromlos geschlossen ist und die Federkraft großer ist als die Kraft aus der Druckdifferenz (Druck vor und hinter dem Ventil) , kann die Pumpe nicht ohne eine elektrische Ansteuerung des Einlassventils pumpen. Dies hat zur Folge, dass nach einem Anlassen des Verbrennungsmotors, d. h. nach dem Vorliegen eines Startsignals, zunächst eine Erkennung der Phasenlage des Plungers der Pumpe erfolgen muss, um eine Synchronisation der elektrischen Ansteuerung des Einlassventils mit der Drehung der Kurbelwelle vornehmen zu können. Dies wiederum hat zur Folge, dass der Druckaufbau und damit auch der Motorstart verzögert erfolgen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Weg aufzuzeigen, wie die vorstehend beschriebenen Nachteile beseitigt werden können .
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zur Steuerung einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die ein elektrisch ansteuerbares elektromechanisches, im stromlosen Zustand geschlossenes und durch die Kraft einer Feder im geschlossenen Zustand gehaltenes Einlassventil, ein Auslassventil und einen Verdränger aufweist, das Einlassventil nach dem Vorliegen eines Startbefehles zunächst in einer selbststeuernden Betriebsart betrieben, während welcher eine Ermittlung der Phasenlage des Verdrängers erfolgt, und nach erfolgter Ermittlung der Phasenlage des Verdrängers auf eine nicht- selbststeuernde Betriebsart des Einlassventils umgeschaltet.
In der selbststeuernden Betriebsart wird das Einlassventil in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem in einem
Niederdruckkanal und dem in einer Druckaufbaukammer der
Hochdruck-Kraftstoffpumpe herrschenden Druck gesteuert. Diese
Druckdifferenz wird in vorteilhafter Weise durch eine Bewegung des Verdrängers oder durch den von einer Vorförderpumpe her- vorgerufenen Druck erzeugt.
Um das Einlassventil nach dem Vorliegen eines Startbefehles in die selbststeuernde Betriebsart zu bringen, wird mittels einer auf einen Aktuator wirkenden Kraft das Einlassventil derart angesteuert, dass die das Einlassventil im geschlossenen Zustand haltende Federkraft kompensiert wird. Dies hat zur Folge, dass bereits vergleichsweise geringe Druckunterschiede ausreichen, um das Einlassventil vom geschlossenen in den geöffneten Zustand und umgekehrt zu bringen. Wahrend dieses Betriebes des Einlassventils in der selbststeuernden Betriebsart erfolgt eine Ermittlung der zum Zeitpunkt der Eingabe des Startbefehles noch unbekannten Phasenlage des Verdrangers . Dies geschieht vorzugsweise durch eine Auswertung des wahrend der Verdrangerbewegung auftretenden Druckverlaufes in der Druckaufbaukammer der Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Dabei werden in vorteilhafter Weise Übergänge der Druckkennlinie von einem ansteigenden Verlauf zu einem flachen Verlauf und von einem flachen Verlauf zu einem ansteigenden Verlauf detektiert.
In vorteilhafter Weise wird mittels eines Drucksensors im Hochdruckbereich des Systems (z. B. Rail) überprüft, ob der dort auftretende Druck einen vorgegebenen Maximaldruck übersteigt. Ist dies der Fall, dann erfolgt ein Schließen des Eingangs- ventils.
In der nicht selbststeuernden Betriebsart wird das Einlassventil in Abhängigkeit von der Phasenlage des Verdrangers elektrisch gesteuert. Vorzugsweise ist dabei das Einlassventil geöffnet, wenn sich der Verdranger nach unten bewegt. Bewegt sich der Verdranger nach oben, dann ist das Einlassventil vorzugsweise geschlossen und das Auslassventil geöffnet.
Mittels des erfindungsgemaßen Verfahrens wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Hochdruck-Kraftstoffpumpe Kraftstoff fordert, sobald sich die Kurbelwelle aufgrund einer Betätigung des Anlassers dreht. Eine bereits zu diesem Zeitpunkt erfolgende Erkennung des Kurbelwellenwinkels, d. h. der Pumpenphase, ist nicht notwendig. Somit wird eine Vollforderung begünstigt und folglich ein schnellstmöglicher Druckaufbau ermöglicht. Dies gilt auch im Falle einer Nichterkennung der Pumpenphase, da in diesem Fall beim Überschreiten einer festlegbaren Druckschwelle die Ansteuerung des Einlassventils derart erfolgen kann, dass eine Kraftstoffforderung unterbunden wird. Ist die Pumpenphase erkannt, dann wird auf einen nicht selbststeuernden Betrieb umgeschaltet, in welchem das Einlassventil rein elektrisch angesteuert wird und in welchem das Einlassventil bei fehlender elektrischer Ansteuerung durch die Kraft einer Feder im ge- schlossenen Zustand gehalten wird, d. h. durch Druckdifferenzen zwischen dem Druck im Niederdruckkanal und dem Druck in der Druckaufbaukammer nicht geöffnet werden kann. Eine derartige Auslegung der Federkraft ist vorteilhaft, da im Falle eines auf einem Defekt beruhenden Ansteuerausfalls bei hoher Drehzahl ein Bersten des Systems verhindert wird bzw. da ein eventuelles zusatzliches Überdruckventil eingespart wird.
Das erfindungsgemaße Verfahren ist insbesondere auch dann von Vorteil, wenn die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einem Übersetzungsverhältnis ungleich 1:1 zur Kurbelwelle eingebaut ist. In diesem Fall käme es zu einer noch größeren Verzögerung beim Druckaufbau, da in diesem Falle zur Erkennung der Pumpenpha- senlage das Raildruckverhalten gemessen und analysiert werden musste, wobei es aber erst dann zu einem Druckaufbau käme, wenn das Einlassventil sinnvoll angesteuert werden kann, also bei geeigneter Pumpenphasenlage .
In Systemen, bei denen die Hochdruck-Kraftstoffpumpe zwar in einem Verhältnis von 1:1 zur Kurbelwelle, aber nicht gephast eingebaut ist, ist beim ersten Start am Produktionsbandende durch den Selbstansaugmodus eine Detektion der Pumpenphase durch eine Analyse des Raildruckaufbaus möglich. Hierbei wird ein Sattelpunkt der Druckaufbaukennlinie, d. h. ein Übergang zwischen einem ansteigenden Verlauf und einem flachen Verlauf der Druckkennlinie, dem oberen Totpunkt der Pumpenkolbenbewegung gleichgesetzt. Die ermittelte Phasenlage wird gespeichert und bei jedem weiteren Start als Adaptionswert aufgerufen.
In Systemen, bei denen die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einem Verhältnis ungleich 1:1 zur Kurbelwelle eingebaut ist, ist bei jedem Neustart eine Erkennung der Pumpenphasenlage notwendig. Sie kann im anfanglichen Selbstansaugmodus, d. h. in der anfanglichen selbststeuernden Betriebsart, vorgenommen werden. Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
Figur 1 eine erste Skizze zur Erläuterung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 eine zweite Skizze zur Erläuterung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 3 eine dritte Skizze zur Erläuterung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Figur 4 Diagramme zur Erläuterung der Detektion der Phasenlage des Plungers .
Die Figur 1 zeigt eine erste Skizze zur Erläuterung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die dargestellte Vorrichtung weist eine Steuereinheit 9 auf. Diese stellt an ihrem Ausgang ein Steuersignal s zur Verfügung, welches zur Ansteuerung eines Schalters 8 vorgesehen ist. Als Eingangssignal, in dessen Abhängigkeit die Steuereinheit 9 das Steuersignal s ermittelt, empfängt die Steuereinheit 9 eine Information über den Kurbelwellenwinkel ω der Pumpenkurbelwelle. Der Schalter 8 ist vorzugsweise in Form eines Feldeffekttransistors realisiert. Ein Anschluss des Schalters 8 ist mit Masse verbunden. Der masseferne Anschluss des Schalters 8 ist mit einer Aktorspule 7 verbunden. Der masseferne Anschluss des Schalters 8 ist des weiteren über eine Zenerdiode 10 mit Masse verbunden.
Des Weiteren weist die dargestellte Vorrichtung eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 1 auf. Diese ist mit einem Einlassventil 2, einem Niederdruckkanal 3, einem Zylinder 4, einem Aus- lassventil 5 und einem Verdränger 6 versehen. Bei dem Verdränger 6 handelt es sich vorzugsweise um einen Plunger. Bei dem Einlassventil 2 handelt es sich um ein elektromecha- nisches Ventil, zu welchem ein Verschlusselement 2a, eine Feder 2b und ein Aktuator 2c gehören. Der Aktuator 2c wirkt mit der Aktorspule 7 zusammen und wird bei einem Stromfluss durch die Aktorspule 7 in der Figur 1 nach rechts gedrückt, so dass das Einlassventil 2 geöffnet ist. Fliesst kein Strom durch die Aktorspule 7, dann befindet sich das Einlassventil 2 im geschlossenen Zustand. Die Kennlinie der Feder 2b und/oder deren Federvorspannung ist derart gewählt, dass das Einlassventil bei fehlendem Stromfluss durch die Aktorspule 7 im geschlossenen Zustand gehalten wird, und zwar unabhängig von den Druckverhältnissen im Niederdruckkanal 3 und der Druckaufbaukammer 4a der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 1. Der Eingang 3a des Niederdruckkanals 3 ist mit einem nicht gezeichneten Kraftstofftank verbunden, aus welchem der Hochdruck-Kraftstoffpumpe über eine Vorförderpumpe Kraftstoff zugeführt wird. Der Ausgang 3b des Niederdruckkanals 3 ist beispielsweise mit einem Druckbegrenzungsventil verbunden.
Der Zylinder 4 weist die Druckaufbaukammer 4a und eine Hochdruckkammer 4b auf. Zwischen der Druckaufbaukammer 4a und der Hochdruckkammer 4b ist das Auslassventil 5 angeordnet, so dass bei geöffnetem Auslassventil 5 Kraftstoff aus der Druckaufbaukammer 4a in die Hochdruckkammer 4b befördert wird. Innerhalb der Druckaufbaukammer 4a ist der Plunger 6 beweglich gelagert. Durch eine Bewegung des Plungers 6 nach unten wird der Druck in der Druckaufbaukammer 4a erniedrigt. Bei einer Bewegung des Plungers 6 nach oben , d.h. in Förderrichtung, wird der Druck in der Druckaufbaukammer 4a erhöht. Der Plunger 6 wirkt in bekannter Weise mit der Pumpenkurbelwelle zusammen. Die momentane Position des Plungers 6, d.h. dessen Phasenlage, wird durch den Kurbelwellenwinkel ω beschrieben. Eine Information über den momentanen Kurbelwellenwinkel wird der Steuereinheit 9 als Eingangssignal zugeführt.
Bei dem Auslassventil 5 handelt es sich um ein mechanisches Ventil, welches ein Verschlusselement 5a und eine Feder 5b aufweist. Dieses Ventil wird geöffnet, wenn der Druck in der Druckaufbaukammer 4a des Zylinders 4 grösser wird als die Summe der durch die Feder 5b verursachten Schliesskraft des Auslassventils 5 und der Kraft, die durch den in der Hochdruckkammer 4b herrschenden Druck verursacht wird, und wieder geschlossen, wenn der Druck in der Druckaufbaukammer 4a wieder kleiner wird als die genannte Summe.
In der Figur 1 ist das Einlassventil 2 im geöffneten Zustand dargestellt, wobei dieser geöffnete Zustand von der Steuer- einheit 9 durch Ausgabe des Steuersignals s in die Wege geleitet wurde. In diesem geöffneten Zustand wird - wie es durch den in der Druckaufbaukammer 4a gezeichneten Pfeil angedeutet ist - Kraftstoff aus dem Niederdruckkanal 3 in die Druckaufbaukammer 4a befördert. Der Plunger 6 bewegt sich dabei - wie es durch den Pfeil unterhalb des Plungers 6 angedeutet ist - nach unten, so dass der Druck in der Druckaufbaukammer 4a erniedrigt und Kraftstoff aus dem Niederdruckkanal in die Druckaufbaukammer 4a gesaugt wird.
Hat der Plunger 6 seinen unteren Totpunkt erreicht, dann wird dies der Steuereinheit 9 signalisiert, die daraufhin die Ausgabe des Steuersignals s beendet. Dies hat zur Folge, dass der Schalter 8 in seinen geschlossenen Zustand gebracht wird, so dass auch der Stromfluss durch die Aktorspule 7 beendet wird. Dies wiederum bewirkt, dass der Aktuator 3, bei dem es sich beispielsweise um einen Solenoid handelt, nach links bewegt wird, so dass das Einlassventil 2 in seinen geschlossenen Zustand gebracht wird.
Durch die Beschaltung des massefernen Anschlusses des Schalters 8 mit der Zenerdiode 10 wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Aktuator 2c bei der Umschaltung vom Aktorspulenzustand „bestromt" in den Aktorspulenzustand „unbestromt" durch die Avalanchespannung der Zenerdiode 10 einem umgekehrten Spannungspotential ausgesetzt ist. Dies hat zur Folge, dass das Magnetfeld schneller zusammenbricht.
Die Figur 2 zeigt eine zweite Skizze zur Erläuterung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der in der Figur 1 gezeigten Vorrichtung dadurch, dass sich das Einlassventil 2 im geschlossenen Zustand und das Auslassventil 5 im geöffneten Zustand befindet. Des Weiteren befindet sich der Plunger 6 in seiner Aufwärtsbewegung, d. h. in Förderrichtung. Dies ist in der Figur 2 durch den Pfeil unterhalb des Plungers 6 veranschaulicht. Durch den sich nach oben bewegenden Plunger 6 wird der Druck in der Druckaufbaukammer 4a erhöht. Wird dieser Druck größer als die Summe der durch die Feder 5b verursachten Schließkraft und der Kraft, die durch den in der Hochdruckkammer 4b herrschenden Druck verursacht wird, dann wird das Auslassventil 5 geöffnet und es wird Kraftstoff aus der Druckaufbaukammer 4a in die Hochdruckkammer 4b des Zylinders 4 gedrückt, wie es durch den Pfeil in der Druckaufbaukammer 4a veranschaulicht ist.
Die anhand der Figuren 1 und 2 beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil, dass das Einlassventil nicht im Sinne einer Selbst- Steuerung durch die Druckverhältnisse im Niederdruckkanal 3 und der Druckaufbaukammer 4a geöffnet und geschlossen wird, sondern ausschließlich durch eine elektrische Ansteuerung, die von der Steuereinheit 9 ausgeht. Die Steuereinheit 9 öffnet und schließt das Einlassventil 2 in Abhängigkeit von der momentanen Position des Plungers 6, d.h. in Abhängigkeit vom Pumpenkurbelwinkel . Sie kann in den Grenzen der maximal möglichen Fördermenge und des genannten Pumpenkurbelwinkels die geförderte Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von jeweils vorliegenden Erfordernissen regeln. Insbesondere kann sie den Förderbeginn und das Förderende durch eine geeignete Ansteuerung des Schalters 8 in Abhängigkeit von jeweils vorliegenden Erfordernissen verändern und dadurch die Kraftstofffördermenge und den Druck im System regeln.
Im Allgemeinen wird das Ende des Ansaugens von Kraftstoff aus dem Niederdruckkanal 3 in die Druckaufbaukammer 4 durch das Schließen des Einlassventils 2 herbeigeführt. Wird dann der in der Druckaufbaukammer herrschende Druck so weit erhöht, dass er größer ist als die Summe der durch die Feder 5b verursachten Schließkraft und der Kraft, die durch den in der Hochdruckkammer 4b herrschenden Druck verursacht wird, dann wird das Auslassventil 5 geöffnet, um Kraftstoff aus der Druckaufbaukammer 4a in die Hochdruckkammer 4b zu drucken.
Um die elektrische Ansteuerung des Einlassventils vornehmen zu können, bedarf es nach dem Vorliegen eines Startbefehles zunächst einer Detektion der Phasenlage des Plungers 6, d. h. einer Erfassung des Kurbelwellenwinkels ω, um die oben beschriebene elektrische Ansteuerung in einer geeigneten Phasenlage des Plungers vornehmen zu können.
Um die durch diese Erfassung des Kurbelwellenwinkels bedingte Zeitverzogerung des Druckaufbaus und damit des Motorstarts zu verhindern, wird bei der vorliegenden Erfindung das Einlassventil nach dem Vorliegen eines Startbefehles zunächst solange in einer selbststeuernden Betriebsart betrieben, bis der Kurbelwellenwinkel ω, d. h. die Phasenlage des Plungers 6, ermittelt ist. Erst dann erfolgt eine Umschaltung auf eine nicht selbststeuernde Betriebsart des Einlassventils, bei welcher das Einlassventil, so wie es oben beschreiben wurde, ausschließlich elektrisch und in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel angesteuert wird.
Um nach einem Vorliegen eines Startbefehles die selbststeuernde Betriebsart durchfuhren zu können, wird das Einlassventil derart elektrisch angesteuert, dass die Kraft, mittels welcher der Aktuator 2c des Einlassventils 2 gegen die das Einlassventil 2 geschlossen haltende Kraft der Feder 2b arbeitet, die Kraft der Feder ausgleicht. Dies ist in der Figur 3 veranschaulicht, in welcher die Kraft des Aktuators mit Fl und die Kraft der Feder mit F2 bezeichnet ist.
Die vorstehend beschriebene elektrische Ansteuerung hat zur Folge, dass nach dem Vorliegen eines Startbefehles das Offnen und Schließen des Einlassventils 2 in Abhängigkeit von der zwischen dem Druck im Niederdruckkanal 3 und dem Druck in der Druckaufbaukammer 4a herrschenden Druckdifferenz Δp erfolgt. Ist der Druck im Niederdruckkanal 3 großer als der Druck in der Druckaufbaukammer 4a, dann wird das Einlassventil 2 durch diese Druckdifferenz geöffnet. Diese vorstehend genannte Druckdifferenz Δp kann dadurch herbeigeführt werden, dass der Kraftstoff aus dem nicht gezeichneten Kraftstofftank mit einem von einer ebenfalls nicht gezeichneten Vorforderpumpe verursachten höheren Druck in den Niederdruckkanal gedruckt wird. Die genannte Druckdifferenz Δp kann auch dadurch herbeigeführt werden, dass sich der Plunger 6 in der Druckaufbaukammer 4a nach unten bewegt, wie es durch den in der Figur 1 unterhalb des Plungers 6 gezeichneten Pfeil veranschaulicht ist.
Ist der Druck in der Druckaufbaukammer 4a großer als der Druck im Niederdruckkanal 3, dann wird das Einlassventil 2 geschlossen.
Nach alledem erfolgt nach dem Vorliegen eines Startbefehles zunächst ein Betreiben des Einlassventils in einer selbststeuernden Betriebsart. Wahrend dieser selbststeuernden Betriebsart erfolgt eine Ermittlung der Phasenlage des Plungers 6. Ist diese Ermittlung der Phasenlage des Plungers 6 abgeschlossen, dann erfolgt eine Umschaltung in eine nicht selbststeuernde Betriebsart des Einlassventils, in welcher das Einlassventil ausschließlich elektrisch und in Abhängigkeit von der Phasenlage des Plungers angesteuert wird.
Die Figur 4 zeigt Diagramme zur Erläuterung der Detektion der Phasenlage des Plungers 6, wie sie nach Eingabe eines Startbefehls zunächst durchgeführt wird. Im oberen Diagram ist längs der Ordinate der sich in der Druckaufbaukammer 4a aufbauende Druck p und längs der Abszisse die Zeit t und im unteren Diagramm die Bewegung des Plungers 6 in Abhängigkeit vom Kolbenwinkel veranschaulicht. Aus dem oberen Diagramm ist ersichtlich, dass die mittels eines nicht gezeichneten Drucksensors gemessene Druckkennlinie zunächst einen linear ansteigenden Bereich Bl hat, dann einen Übergang Ul vom linear ansteigenden Bereich Bl in einen flachen Bereich B2 und dann wieder einen Übergang U2 vom flachen Bereich B2 in einen wiederum linear ansteigenden Bereich B3 aufweist. Im Bereich des Übergangs Ul befindet sich der obere Totpunkt der Plungerbewegung. Im Bereich des Übergangs U2 befindet sich der untere Totpunkt der Plungerbewegung. Durch diese Messung der Druckkennlinie und die Erkennung der Übergänge Ul und U2 kann die Phasenlage des Plungers 6 und damit der Kurbelwellenwinkel ω detektiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die ein elektrisch ansteuerbares elektromechanisches, im stromlosen Zustand geschlossenes und durch die Kraft einer Feder im geschlossenen Zustand gehaltenes Einlassventil (2), ein Auslassventil (5) und einen Verdränger (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (2) nach dem Vorliegen eines Startbe- fehles in einer selbststeuernden Betriebsart betrieben wird, während der selbststeuernden Betriebsart eine Ermittlung der Phasenlage des Verdrängers (6) erfolgt und nach Ermittlung der Phasenlage des Verdrängers auf eine nicht selbststeuernde Betriebsart des Einlassventils (2) um- geschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (2) in der selbststeuernden Betriebsart in Abhängigkeit von der Druckdifferenz (Δp) zwischen dem in einem Niederdruckkanal (3) und dem in einer Druckaufbaukammer (4a) der Hochdruck-Kraftstoffpumpe (1) herrschenden Druck gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz durch eine Bewegung des Verdrängers (6) oder durch den von einer Vorförderpumpe hervorgerufenen Druck erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (2) in der selbst- steuernden Betriebsart mittels einer auf einen Aktuator (2c) wirkenden Kraft derart angesteuert wird, dass die das Einlassventil (2) im geschlossenen Zustand haltende Federkraft kompensiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (2) in der selbststeuernden Betriebsart unabhängig von der Phasenlage des Verdrangers gesteuert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Phasenlage durch eine Auswertung des wahrend der Bewegung des Verdrangers auftretenden Druckverlaufes im Rail erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Auswertung des Druckverlaufes ein Übergang (Ul) der Druckkennlinie von einem ansteigendem Verlauf zu einem flachen Verlauf detektiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Auswertung des Druckverlaufes ein Übergang (U2) der Druckkennlinie von einem flachen Verlauf zu einem ansteigendem Verlauf detektiert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (2) in der selbststeuernden Betriebsart geschlossen wird, wenn ein Drucksensor im Rail einen einen vorgegebenen Maximaldruck übersteigenden Druckwert erfasst.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (2) in der nicht selbststeuernden Betriebsart in Abhängigkeit von der Phasenlage des Verdrangers gesteuert wird.
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