WO2013076095A1

WO2013076095A1 - Verfahren zum betreiben eines einspritzsystems

Info

Publication number: WO2013076095A1
Application number: PCT/EP2012/073132
Authority: WO
Inventors: Hans Riepl; Tobias Ritsch
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-05-30
Also published as: US20140379238A1; DE102011087055A1; DE102011087055B4; US9086029B2; CN103958883A; CN103958883B

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.