WO2013076095A1 - Verfahren zum betreiben eines einspritzsystems - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an injection system of a motor vehicle, which is designed as an adjuster system with volume flow control via a normally open inlet valve and a high-pressure pump, a high pressure accumulator, a high pressure sensor, injectors and a control unit.
  • a pressure relief valve (PLV) has been provided to protect the system and the components in the high pressure area, which prevents excessive pressure build-up.
  • PLV pressure relief valve
  • This is usually a mechanical overpressure valve, which is connected to the high-pressure components, such as the high-pressure pump, the high-pressure accumulator (rail) or the injectors, and excess Fuel quantities from the high pressure system, for example, in the pump return or in a separate return, abêtt.
  • the adjuster system described above uses for rail pressure control (pressure control in the high-pressure accumulator) only a volume flow control of the high-pressure pump via the aforementioned inlet valve.
  • the present invention has for its object to provide a method of the type described above, in which with very little effort, a critical pressure build-up in the high pressure region in case of failure of an intake valve can be prevented.
  • This object is achieved in a method of the type specified in that upon detection of an error case of the inlet valve, which leads to the unwanted or premature closure thereof, this already closed during the suction phase of the high-pressure pump by energization and only during a, a corresponding funding requirement part of Suction phase is opened again, whereby the flow rate of the high-pressure pump can be regulated or at least reduced as needed.
  • the valve is not energized in controlled operation.
  • the inlet valve is thus kept open during the entire suction phase of the high-pressure pump, for example via a spring and the adjacent inlet pressure. At a defined time during the delivery phase, the inlet valve is energized and thus closed. Thus, the amount of fuel present at this time in the displacement chamber is compressed and conveyed into the high-pressure region. Does it now come with such a normally open intake valve to a fault fall, for example, a spring break, closes due to the no longer existing spring force the intake valve unintentionally without energization, due to the pressure in the displacer during movement of the pump displacer from the bottom to the top dead center of the high-pressure pump (pressure in the displacement> inlet pressure). The high-pressure pump thus unintentionally promotes more fuel in the high pressure range as desired, which can lead to the problems indicated at the outset.
  • the inlet valve is already closed during the suction phase of the high-pressure pump by energization and opened again only during a, corresponding to a delivery requirement part of the suction phase. This already prevents the intake of the fuel to a corresponding proportion or minimized.
  • the delivery rate of the high-pressure pump can thus still be regulated or reduced or minimized via the amount of fuel flowing into the displacement chamber during the suction phase of the high-pressure pump.
  • the error case is preferably detected by comparing a system pressure value or system pressure increase gradient measured by the high-pressure sensor in the high-pressure region with a corresponding limit value. Also, exceeding a Difference distance can be determined to a predetermined target pressure. If the error is detected in this way by the control unit, this causes an energization of the inlet valve, which leads to an at least partial opening during the suction phase and thus to the desired pressure reduction in the high-pressure region as a function of the requested injection quantity and thus a control the pump capacity allows.
  • the injection system is operated without pressure relief valve in the high pressure range.
  • a pressure relief valve in the high pressure region of the injection valve can be saved, since it can not come to a critical pressure build-up in the high pressure range due to the mentioned error case.
  • the injection system can thus be carried out particularly inexpensively but still robust in the event of a fault.
  • the inlet valve can be energized beyond the suction phase or permanently energized.
  • the inlet pressure (before the inlet valve) of a prefeed pump can be reduced in order to further optimize the equilibrium of forces at the inlet valve in the closed state in favor of avoiding the cylinder filling of the high-pressure pump.
  • FIG. 1 shows a schematic hydraulic circuit diagram of a
  • Figure 2 is a schematic representation of a normally open digital inlet valve of the high-pressure pump of the injection system.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a Steuerein unit with corresponding inputs and outputs and a flow chart of the invention
  • the injection system of a motor vehicle shown schematically in FIG. 1, has a fuel line 3 coming from a fuel tank, which leads to a high-pressure pump (HPP) 1.
  • the high-pressure pump has a digital inlet valve 2 and an outlet valve 4.
  • the under low pressure, supplied via line 3 fuel is supplied by means of the high-pressure pump 1 via a high-pressure line 5 a high-pressure accumulator (common rail) 6 and discharged from this memory 6 to individual injectors 9.
  • the high pressure accumulator 6, a high pressure sensor 7 and a pressure relief valve (PLV) 8 are assigned.
  • This injection system corresponds to the prior art.
  • This is a so-called adjuster system, which is used for Rail pressure control (pressure control in the high-pressure accumulator 6) only a volume flow control of the high pressure pump 1 via the mentioned digital inlet valve 2 is used.
  • In this inlet valve 2 is a normally open inlet valve, which is held by a spring in the open state.
  • the pressure limiting valve (PLV) 8 is provided, which is a mechanical pressure relief valve that shuts off excess fuel from the high pressure system into the pump return.
  • FIG. 2 schematically shows the structure of such a normally open digital inlet valve 2.
  • a valve element 10 interacts with a valve seat 11 and controls a corresponding fuel flow opening.
  • Figure 2 shows the valve in the open state. This state is effected by a spring 12, wherein the valve is de-energized in this state, ie the associated electromagnet 13 is not energized. Closing of the valve 2 is effected by the electromagnet 13 against the force of the spring 12.
  • the digital inlet valve 2 is in the normally open state in the embodiment of the prior art shown in FIG.
  • the corresponding functions are controlled by the control unit 20 shown schematically in FIG.
  • Step 24 to error mode The switching from the regular control operation of the digital intake valve 2 to the error control operation is shown in step 25.
  • the control unit 20 controls the intake valve 2 in the error control operation so that the intake valve 2 is already energized during the suction phase and only during a part of the suction phase, corresponding to a need for supply, by turning off the energization, reopened, thereby the capacity of the High-pressure pump to regulate or at least reduce.
  • the intake of fuel is at least partially avoided or minimized, thus reducing or minimizing the delivery rate of the high-pressure pump via the amount of fuel flowing into the displacement chamber during the suction phase of the high-pressure pump and thus avoiding excessive pressure build-up in the high-pressure accumulator.
  • the pressure limiting valve 8 shown in Figure 1 in the embodiment of the prior art can therefore be omitted in carrying out the method according to the invention.
  • control unit (ECU) 20 of temperature sensor, high-pressure sensor 7, etc. are shown schematically, with 22 the corresponding outputs to the digital inlet valve 2, the pre-feed pump, etc.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems eines Kraftfahrzeuges, das als Einstellersystem mit Volumenstromregelung über ein stromlos offenes Einlassventil ausgebildet ist, beschrieben. Bei Detektion eines Fehlerfalles des Einlassventils, der zum ungewollten Schließen desselben führt, wird dieses bereits während der Saugphase der Hochdruckpumpe durch Be- stromung geschlossen und während eines, einem Förderbedarf entsprechenden Teils der Saugphase wieder geöffnet wird, um dadurch die Förderleistung der Hochdruckpumpe zu regeln oder zumindest zu reduzieren. Hierdurch können entsprechende Sicher-heitsmaßnahmen, wie beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil im Hochdruckbereich, entfallen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems eines Kraftfahrzeuges, das als Einstellersystem mit Volumenstromregelung über ein stromlos offenes Einlassventil ausgebildet ist und eine Hochdruckpumpe, einen Hochdruckspeicher, einen Hochdrucksensor, Injektoren und eine Steuereinheit aufweist.
Bei Einspritzsystemen können im Fehlerfall unzulässige Druckerhöhungen im System auftreten. Insbesondere können bei modernen Einspritzsystemen, die Hochdruckpumpen aufweisen, welche über ein digitales Einlassventil gesteuert werden, Probleme bei einem derartigen Einlassventil auftreten. Speziell kann bei einem stromlos offenen Einlassventil, das von einer Feder im offenen Zustand gehalten wird, bei Federbruch durch ein ungewolltes oder zu frühes Schließen des Ventils während der Lieferphase der Hochdruckpumpe ein unerwünschter Druckaufbau im Hochdruckbereich resultieren, bedingt durch eine ungewollte Förderleistung bzw. Vollförderung der Hochdruckpumpe bis zu einem kritischen Druckniveau. Ein solcher Fehler kann zu einem ungewollten Druckaufbau im Hochdruckvolumen führen, welcher das System schädigen und ggf. zu externen Leckagen führen kann.
Um derartige Beschädigungen zu vermeiden, hat man zum Schutz des Systems und der Komponenten im Hochdruckbereich ein Druckbegrenzungsventil (PLV) vorgesehen, das einen übermäßigen Druckaufbau verhindert. Es handelt sich hierbei in der Regel um ein mechanisches Überdruckventil, das mit den hochdruckführenden Komponenten, beispielsweise der Hochdruckpumpe, dem Hochdruckspeicher (Rail) oder den Injektoren, verbunden wird und überschüssige Kraftstoffmengen aus dem Hochdrucksystem, beispielsweise in den Pumpenrücklauf oder in einen separaten Rücklauf, absteuert.
Das vorstehend beschriebene EinstellerSystem verwendet zur Raildruckregelung (Druckregelung im Hochdruckspeicher) einzig eine Volumenstromregelung der Hochdruckpumpe über das erwähnte Einlassventil .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, bei dem mit besonders geringem Aufwand ein kritischer Druckaufbau im Hochdruckbereich im Fehlerfall eines Einlassventils verhindert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass bei Detektion eines Fehlerfalles des Einlassventils, der zum ungewollten oder vorzeitigen Schließen desselben führt, dieses bereits während der Saugphase der Hochdruckpumpe durch Bestromung geschlossen und nur während eines, einem Förderbedarf entsprechenden Teils der Saugphase wieder geöffnet wird, wodurch die Förderleistung der Hochdruckpumpe nach Bedarf geregelt oder zumindest reduziert werden kann . Während der Saugphase einer Hochdruckpumpe, ausgeführt mit einem stromlos offenen Einlassventil wird das Ventil im geregelten Betrieb nicht bestromt. Das Einlassventil wird somit während der gesamten Saugphase der Hochdruckpumpe offengehalten, beispielsweise über eine Feder und den anliegenden Zulaufdruck. Zu einem definierten Zeitpunkt während der Lieferphase wird das Einlassventil bestromt und damit geschlossen. Damit wird die zu diesem Zeitpunkt im Verdrängerraum befindliche Menge Kraftstoff komprimiert und in den Hochdruckbereich gefördert. Kommt es nunmehr bei einem derartigen stromlos offenen Einlassventil zu einem Fehler- fall, beispielsweise einem Federbruch, so schließt aufgrund der nicht mehr vorhandenen Federkraft das Einlassventil bereits ungewollt auch ohne Bestromung, aufgrund des Drucks im Verdrängerraum während der Bewegung des Pumpenverdrängers vom unteren auf den oberen Totpunkt der Hochdruckpumpe (Druck im Verdrängerraum > Zulaufdruck) . Die Hochdruckpumpe fördert somit ungewollt mehr Kraftstoff in den Hochdruckbereich wie gewünscht, was zu den eingangs aufgezeigten Problemen führen kann.
Nach Detektion dieses Fehlerfalles wird erfindungsgemäß das Einlassventil bereits während der Saugphase der Hochdruckpumpe durch Bestromung geschlossen und nur während eines, einem Förderbedarf entsprechenden Teils der Saugphase wieder geöffnet. Damit wird bereits das Ansaugen des Kraftstoffes zu einem entsprechenden Anteil vermieden oder minimiert. In diesem Fehlerfall kann somit dennoch die Förderleistung der Hochdruckpumpe über die während der Saugphase der Hochdruckpumpe in den Verdrängerraum strömende Kraftstoffmenge geregelt bzw. reduziert oder minimiert werden.
In anderen Worten wird somit, während eines über die Steuereinheit des Einspritz Systems detektierten Fehlerfalles, die Bestromung eines stromlos offenen Einlassventils von der Lieferphase der Hochdruckpumpe in die Saugphase der Hochdruckpumpe verlagert. Durch diese für den Fehlerfall geänderte Ansteuerung des Einlassventils bleibt die Kraftstofffördermenge und somit der Druck im Hochdruckbereich des System auch im Fehlerfall, beispielsweise bei einer gebrochenen Feder, noch bedingt regelbar oder kann zumindest reduziert werden.
Vorzugsweise wird der Fehlerfall durch Vergleich eines vom Hochdrucksensor im Hochdruckbereich gemessenen Systemdruckwertes oder Systemdruckanstiegsgradienten mit einem entsprechenden Grenzwert detektiert . Auch kann das Überschreiten eines Differenzabstandes zu einem vorgegebenen Solldruck ermittelt werden. Wenn der Fehlerfall auf diese Weise von der Steuer- ein- heit detektiert wird, bewirkt diese eine Bestromung des Einlassventils, die in Abhängigkeit von der angeforderten Einspritzmenge zu einem zumindest teilweisen Öffnen während der Saugphase und damit zur gewünschten Druckreduzierung im Hochdruckbereich führt und somit eine Regelung der Pumpenförderleistung ermöglicht .
Vorzugsweise wird das Einspritzsystem ohne Druckbegrenzungsventil im Hochdruckbereich betrieben. Ein solches Druckbegrenzungsventil im Hochdruckbereich des Einspritzventils kann eingespart werden, da es infolge des erwähnten Fehlerfalles nicht zu einem kritischen Druckaufbau im Hochdruckbereich kommen kann. Das Einspritzsystem kann somit besonders kostengünstig aber dennoch robust im Fehlerfallausgeführt werden.
Es ergibt sich auch ein Vorteil bei Verwendung in Kombination mit einem Druckbegrenzungsventil (PLV) , da in diesem Fall über die Saugphase der Hochdruckpumpe ein Druckbereich im Arbeitsbereich eingestellt werden kann und das Fahrzeug im normalen Arbeitsbereich weiterfahren kann. Ohne diese Funktion begrenzt das PLV den Druck, welcher im Fehlerfall nicht mehr geregelt werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Einlassventil über die Saugphase hinaus bestromt oder dauer- bestromt werden. Auch kann wahlweise der Zulaufdruck (vor dem Einlassventil) einer Vorförderpumpe reduziert werden, um das Kräftegleichgewicht am Einlassventil im geschlossenen Zustand zugunsten einer Vermeidung der Zylinderfüllung der Hochdruckpumpe weiter zu optimieren.
So kann im Fehlerfall, zum Beispiel dem Bruch und/oder dem Verkanten einer Ventilfeder im Ventil, die durch ungewolltes oder zu frühes Schließen des Ventils während der Lieferphase der Hochdruckpumpe resultierende Förderleistung der Pumpe durch Bestromung bereits während der Saugphase und gegebenenfallsdurch Bestromung über die Saugphase der Hochdruckpumpe hinaus oder durch Dauerbestromung des Einlassventils minimiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert . Es zeigen : Figur 1 ein schematisches Hydraulikschaltbild eines
Einspritzsystems (Common Rail Systems);
Figur 2 eine schematische Darstellung eines stromlos offenen digitalen Einlassventils der Hoch druckpumpe des Einspritzsystems; und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Steuerein heit mit entsprechenden Ein- und Ausgängen sowie einem Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen
Verfahrens .
Das in Figur 1 schematisch dargestellte Einspritzsystem eines Kraftfahrzeuges besitzt eine von einem Kraftstofftank kommende Kraftstoffleitung 3, die zu einer Hochdruckpumpe (HPP) 1 führt. Die Hochdruckpumpe weist ein digitales Einlassventil 2 und ein Auslassventil 4 auf. Der unter niedrigem Druck stehende, über die Leitung 3 zugeführte Kraftstoff wird mithilfe der Hochdruckpumpe 1 über eine Hochdruckleitung 5 einem Hochdruckspeicher (Common Rail) 6 zugeführt und von diesem Speicher 6 an einzelne Injektoren 9 abgegeben. Dem Hochdruckspeicher 6 sind ein Hochdrucksensor 7 sowie ein Druckbegrenzungsventil (PLV) 8 zugeordnet.
Dieses Einspritzsystem entspricht dem Stand der Technik. Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes EinstellerSystem, das zur Raildruckregelung ( Druckregelung im Hochdruckspeicher 6) einzig eine Volumenstromregelung der Hochdruckpumpe 1 über das erwähnte digitale Einlassventil 2 verwendet. Bei diesem Einlassventil 2 handelt es sich um ein stromlos offenes Einlassventil, das von einer Feder im offenen Zustand gehalten wird. Bei Federbruch oder bei einem Verkanten der Feder kann hierbei ein ungewolltes oder zu frühes Schließen des Ventils während der Lieferphase der Hochdruckpumpe 1 zu einem unerwünschten Druckaufbau im Hochdruckbereich führen. Um dies zu vermeiden, ist das Druckbe- grenzungsventil (PLV) 8 vorgesehen, bei dem es sich um ein mechanisches Überdruckventil handelt, das überschüssige Kraftstoffmengen aus dem Hochdrucksystem in den Pumpenrücklauf absteuert .
Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau eines derartigen stromlos offenen digitalen Einlassventils 2. Ein Ventilelement 10 wirkt hierbei mit einem Ventilsitz 11 zusammen und steuert eine entsprechende Kraftstoffdurchflussöffnung auf und zu. Figur 2 zeigt das Ventil im offenen Zustand. Dieser Zustand wird durch eine Feder 12 bewirkt, wobei sich das Ventil in diesem Zustand stromlos befindet, d.h. der zugehörige Elektromagnet 13 ist nicht erregt. Ein Schließen des Ventils 2 wird vom Elektromagneten 13 gegen die Kraft der Feder 12 bewirkt. Während der Saugphase der Hochdruckpumpe 1 befindet sich das digitale Einlassventil 2 bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform des Standes der Technik im stromlos offenen Zustand. Die entsprechenden Funktionen werden durch die schematisch in Figur 3 dargestellte Steuereinheit 20 gesteuert. Erfindungsgemäß wird nunmehr bei Detektion eines Fehlerfalles des Einlassventils, der zum ungewollten Schließen desselben führt, dieses bereits während der Saugphase der Hochdruckpumpe bestromt und bei Bedarf zumindest teilweise wieder geöffnet, um auf diese Weise die Förderleistung der Hochdruckpumpe zu reduzie- ren und entsprechende Beschädigungen im Hochdruckbereich zu vermeiden. Dabei wird erfindungsgemäß so vorgegangen, wie dies im Ablaufdiagramm der Figur 3 dargestellt ist. Im Fall eines Fehlerfalles des digitalen Einlassventils 2 der Hochdruckpumpe 1 erfolgt eine Detektion dieses Fehlers über den vorgesehenen Hochdrucksensor 7 und die elektrische Steuereinheit (ECU) 20. Beispielsweise wird dabei ein zu hoher Druckanstiegsgradient oder ein zu hohes Druckniveau im Hochdruckspeicher detektiert. Dies erfolgt in Schritt 23 in Figur 3. Wenn die Steuereinheit 20 einen entsprechenden Fehler feststellt, schaltet sie gemäß
Schritt 24 auf Fehlerbetrieb um. Die Umschaltung vom regulären Steuerbetrieb des digitalen Einlassventils 2 auf Fehlersteuerbetrieb ist in Schritt 25 dargestellt. In Schritt 26 steuert die Steuereinheit 20 das Einlassventil 2 im Fehlersteuerbetrieb so, dass das Einlassventil 2 bereits während der Saugphase bestromt und nur während eines, einem Förderbedarf entsprechenden Teils der Saugphase, durch wieder abstellen der Bestromung, wieder geöffnet wird, um dadurch die Förderleistung der Hochdruckpumpe zu regeln oder zumindest zu reduzieren. Dadurch wird das Ansaugen von Kraftstoff zumindest teilweise vermieden bzw. minimiert, somit die Förderleistung der Hochdruckpumpe über die während der Saugphase der Hochdruckpumpe in den Verdrängerraum strömende Kraftstoffmenge reduziert oder minimiert und damit ein zu hoher Druckaufbau im Hochdruckspeicher vermieden. Das in Figur 1 bei der Ausführungsform des Standes der Technik gezeigte Druckbegrenzungsventil 8 kann daher bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entfallen.
Mit 21 sind die Eingänge der Steuereinheit (ECU) 20 von Tem- peratursensor , Hochdrucksensor 7 etc. schematisch dargestellt, mit 22 die entsprechenden Ausgänge zum digitalen Einlassventil 2, zur Vorförderpumpe etc.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems eines Kraftfahrzeuges, das als Einstellersystem mit Volumenstromregelung über ein stromlos offenes Einlassventil ausgebildet ist und eine Hochdruckpumpe, einen Hochdruckspeicher, einen Hochdrucksensor, Injektoren und eine Steuereinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Detektion eines Fehlerfalles des Einlassventils, der zum ungewollten oder zu frühen Schließen desselben führt, dieses bereits während der Saugphase der Hochdruckpumpe durch Bestromung geschlossen und nur während eines, einem Förderbedarf entsprechenden Teils der Saugphase wieder geöffnet wird um dadurch die Förderleistung der Hochdruckpumpe zu regeln oder zumindest zu reduzieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerfall durch Vergleich eines vom Hochdrucksensor im Hochdruckbereich gemessenen Systemdruckwertes oder Systemdruckanstiegsgradienten mit einem entsprechenden vorgegebenen Grenzwert detektiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem ohne Druckbegrenzungsventil im Hochdruckbereich betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil über die Saugphase hinaus bestromt oder dauerbestromt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufdruck (vor dem Einlassventil) einer Vorförderpumpe reduziert wird.
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