DE102011088108A1 - Method for operating a piston pump - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckkolbenpumpe einer Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Kolben, ein in einem Niederdruckzulauf angeordnetes Einlassventil und ein in einem Hochdruckauslass angeordnetes Rückschlagventil, wobei der Kolben zwischen einem Unteren Totpunkt und einem Oberen Totpunktes oszilliert, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil im Nullförderbetrieb kurzzeitig geschlossen und wieder geöffnet wird, und dass der Schließimpuls des Einlassventils ein kurzzeitiges Öffnen des Rückschlagventils bedingt, welches mit einer Schließverzögerung Δt behaftet ist.Method for operating a high-pressure piston pump of a fuel delivery device of an internal combustion engine, comprising a piston, an inlet valve arranged in a low-pressure inlet and a check valve arranged in a high-pressure outlet, the piston oscillating between a bottom dead center and a top dead center, characterized in that the inlet valve in the zero-delivery operation briefly is closed and reopened, and that the closing pulse of the inlet valve causes a brief opening of the check valve, which is associated with a closing delay .DELTA.t.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenpumpe, ein Computerprogramm, ein Speichermedium und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung.The invention relates to a method for operating a piston pump according to the preamble of
Es sind Kraftstoffeinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen bekannt, die Kolbenpumpen mit einem als Mengensteuerventil ausgeführten Einlassventil und einem als Rückschlagventil ausgeführten Auslassventil umfassen. Diese Kolbenpumpen werden häufig von einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine angetrieben. Die Kolbenpumpe fördert den von einem Niederdrucksystem zur Verfügung gestellten Kraftstoff in ein Rail, der auch als Common Rail bezeichnet wird, und erhöht dabei den Druck des Kraftstoffs.There are known fuel injection systems for internal combustion engines, comprising piston pumps with an inlet valve designed as a quantity control valve and an outlet valve designed as a check valve. These piston pumps are often driven by a camshaft of an internal combustion engine. The piston pump delivers the fuel provided by a low-pressure system into a rail, which is also referred to as a common rail, thereby increasing the pressure of the fuel.
Das Rail gehört zum Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems und versorgt die Einspritzventile der Brennkraftmaschine mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff. Ein Drucksensor erfasst den im Rail herrschenden Druck und übermittelt ihn an ein elektronisches Steuer- und/oder Regelgerät. Das Steuer- und/oder Regelgerät steuert unter anderem in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung und des Drucks im Rail die Fördermenge der Kolbenpumpe. Dies geschieht durch eine geeignete Ansteuerung des Einlassventils, das dadurch geöffnet beziehungsweise geschlossen wird. Durch das Öffnen und Schließen des Einlassventils wird die von der Kolbenpumpe geförderte Kraftstoffmenge gesteuert.The rail belongs to the high-pressure region of the fuel injection system and supplies the injection valves of the internal combustion engine with high-pressure fuel. A pressure sensor detects the pressure prevailing in the rail and transmits it to an electronic control and / or regulating device. The control and / or regulating device controls, inter alia, depending on the accelerator pedal position and the pressure in the rail, the flow rate of the piston pump. This is done by a suitable control of the inlet valve, which is thereby opened or closed. By opening and closing the inlet valve, the amount of fuel delivered by the piston pump is controlled.
Wenn die Kraftstoffförderung zum Beispiel durch das Abstellen der Brennkraftmaschine oder eine Schubabschaltung unterbrochen wird, bleibt ein zuletzt eingestellter Druck im Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems erhalten. If the fuel delivery is interrupted, for example, by the shutdown of the internal combustion engine or a fuel cut, a last set pressure in the high pressure region of the fuel injection system is maintained.
Bei der sogenannten Schubabschaltung bleiben die Einspritzventile geschlossen und die Brennkraftmaschine dreht sich. Wenn die Schubabschaltung beendet und die Brennkraftmaschine wieder in den Normalbetrieb übergeht, dann erfolgt dies in der Regel mit kleinen Einspritzmengen und niedrigem Einspritzdruck, um eine geringe Geräuschentwicklung und einen sanften Übergang zwischen den Betriebszuständen zu erreichen. Bei leckagefreien Systemen steht, wenn nichts dagegen unternommen wird, am Ende der Schubabschaltung noch ein hoher Druck im Rail an und es kommt zu einer unerwünschten erhöhten Geräuschentwicklung bei den ersten Kraftstoffeinspritzungen.In the so-called fuel cut, the injectors remain closed and the engine rotates. When the fuel cut is completed and the engine returns to normal operation, this is typically done with small injection quantities and low injection pressure to achieve low noise and smooth transition between operating conditions. In leak-free systems, if nothing is done, there is still a high pressure in the rail at the end of the fuel cut and there is an undesirable increased noise in the first fuel injections.
Das Abstellen der Brennkraftmaschine und deren anschließender Wiederanlauf mit hohem Druck im Rail, d. h. ohne zuvor erfolgten Druckabbau, kann Schäden an der Kraftstoffhochdruckpumpe verursachen oder erfordert teure Abhilfemaßnahmen. The shutdown of the internal combustion engine and its subsequent restart with high pressure in the rail, d. H. without prior depressurization, can cause damage to the high-pressure fuel pump or requires expensive remedial action.
Durch den hohen Druck im Rail beim Abstellen der Brennkraftmaschine können außerdem durch die OBD-Gesetzgebung (OBD = On Board Diagnose) vorgeschriebene Tests nicht durchgeführt werden.Due to the high pressure in the rail when switching off the internal combustion engine can also be performed by the OBD legislation (OBD = on-board diagnostics) prescribed tests not.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Kolbenpumpe, ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.The problem underlying the invention is solved by a method according to
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass eine kostengünstige Möglichkeit zum Druckabbau im Rail über die Kolbenpumpe im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine geschaffen wird. Dadurch werden kostspielige Druckregelventile oder blankshotfähige Einspritzventile überflüssig. Als „blankshotfähig“ wird ein Einspritzventil bezeichnet, wenn bei einer kurzen Ansteuerung nur eine Steuermenge an Kraftstoff in den Kraftstoffrücklauf entweicht und dabei keine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum erfolgt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Einlassventil im Schubbetrieb dauernd geöffnete Einlassventil in der Förderphase, d. h. wenn sich der Kolben vom Unteren Totpunkt (UT) zum Oberen Totpunkt (OT) bewegt, kurz vor OT geschlossen, um einen aktiv gesteuerten Druckabbau im Rail zu erreichen. An advantage of the method according to the invention is that a cost-effective possibility for pressure reduction in the rail via the piston pump in overrun operation of the internal combustion engine is provided. As a result, expensive pressure control valves or blankshotfähige injectors are unnecessary. As "blankshotfähig" an injection valve is referred to, when escapes only a control amount of fuel in the fuel return in a short drive and there is no injection of fuel into the combustion chamber. In the method according to the invention, the intake valve in the overrun mode continuously open inlet valve in the delivery phase, d. H. When the piston moves from bottom dead center (UT) to top dead center (TDC), it closes just before TDC to achieve actively controlled pressure reduction in the rail.
Wenn, wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, das Einlassventil im Schubbetrieb auf dem Weg des Pumpenkolbens vom Unteren Totpunkt UT zum Oberen Totpunkt (OT) kurzzeitig geschlossen wird, dann komprimiert der Kolben den im Pumpenraum befindlichen Kraftstoff, so dass eine dynamische Druckerhöhung eintritt, die groß genug ist um das Rückschlagventil, das den Hochdruckauslass der Kolbenpumpe gegen ein Rail verschließt, wenigstens teilweise zu öffnen. Andererseits soll das Rückschlagventil nur kurz geöffnet werden, um zu verhindern, dass Kraftstoff aus dem Pumpenraum in das Rail gefördert wird. Das Einlassventil kann nur nach OT öffnen, wenn der Druck im Pumpenraum durch die Bewegung des Kolbens in Richtung UT abgenommen hat. Sobald das Einlassventil wieder öffnet, fällt der Druck im Pumpenraum stark ab. If, as provided in the inventive method, the intake valve in overrun on the way of the pump piston from bottom dead center UT to top dead center (TDC) is briefly closed, then the piston compresses the fuel located in the pump chamber, so that a dynamic pressure increase occurs is large enough to at least partially open the check valve, which closes the high-pressure outlet of the piston pump against a rail. On the other hand, the check valve should only be opened briefly to prevent fuel from being pumped from the pump chamber into the rail. The inlet valve can only open after TDC when the pressure in the pump room is due to the movement of the piston in direction UT has decreased. As soon as the inlet valve opens again, the pressure in the pump chamber drops sharply.
Weil das Rückschlagventil aufgrund seiner Massenträgheit dem Druckabfall nur mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung folgt, gibt es einen kurzen Moment in dem das Rückschlagventil noch geöffnet ist und der Druck im Pumpenraum niedriger ist als der Druck im Rail. Durch diese Druckdifferenz fließt eine kleine Menge Kraftstoff aus dem Rail in den Pumpenraum. In Folge dessen wird der Druck im Rail abgebaut und das Rail wird wirkungsvoll druckentlastet.Because the check valve follows the pressure drop due to its inertia only with a certain time delay, there is a brief moment in which the check valve is still open and the pressure in the pump chamber is lower than the pressure in the rail. Due to this pressure difference, a small amount of fuel flows from the rail into the pump chamber. As a result, the pressure in the rail is reduced and the rail is effectively depressurized.
Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt daher ein bevorzugt elektrisch gesteuertes Einlassventil an der Kolbenpumpe.The method according to the invention therefore requires a preferably electrically controlled inlet valve on the piston pump.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Zeitraum, während dem das Einlassventil geschlossen ist, so kurz ist, dass wenig oder kein Kraftstoff gefördert wird. Der Zweck des Schließens des Einlassventils ist nicht die Förderung von Kraftstoff in das Hochdrucksystem beziehungsweise das Rail der Brennkraftmaschine, sondern es soll damit die Möglichkeit geschaffen werden, dass sich kurzzeitig ein Druck im Pumpenraum der Kolbenpumpe aufbaut, der das Rückschlagventil öffnet.According to the invention, it is provided that a period during which the inlet valve is closed is so short that little or no fuel is delivered. The purpose of closing the inlet valve is not the promotion of fuel in the high pressure system or the rail of the engine, but it should thus be created the possibility that briefly builds up a pressure in the pump chamber of the piston pump, which opens the check valve.
Ergänzend wird vorgeschlagen, dass eine Schließverzögerung des Rückschlagventils so gewählt ist, dass eine zurückfließende Kraftstoffmenge groß, gegenüber einer geförderten Kraftstoffmenge, ist. Aufgrund seiner Trägheit benötigt das Rückschlagventil eine gewisse Zeit, um sich zu schließen. Während dieser Schließverzögerung, gelangt Kraftstoff aus dem Rail in den Pumpenraum. Wird die Schließverzögerung so gewählt, dass die aus dem Rail in den Pumpenraum zurückfließende Kraftstoffmenge größer ist als die während des geschlossenen Einlassventils geförderte Kraftstoffmenge, wird der Druck im Rail vorteilhaft abgebaut. Selbstverständlich ist bei der Auslegung der Schließverzögerung des Rückschlagventils darauf zu achten, dass die normale Funktionsweise der Kolbenpumpe, nämlich die Förderung von Kraftstoff in das Rail davon nicht beeinträchtigt wird.In addition, it is proposed that a closing delay of the check valve is selected so that a returning amount of fuel is large compared to a supported amount of fuel. Due to its inertia, the check valve takes some time to close. During this closing delay, fuel passes from the rail into the pump room. If the closing delay is selected such that the amount of fuel flowing back from the rail into the pump chamber is greater than the quantity of fuel delivered during the closed intake valve, the pressure in the rail is advantageously reduced. Of course, when designing the closing delay of the check valve to ensure that the normal operation of the piston pump, namely the promotion of fuel in the rail is not affected.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Schließverzögerung des Rückschlagventils erhöht wird. Dadurch erhöht sich eine Kraftstoffmenge, die während des Schließens des Rückschlagventils in den Pumpenraum zurückströmt. Somit wird vorteilhafterweise mehr Druck im Rail abgebaut.An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that a closing delay of the check valve is increased. This increases an amount of fuel that flows back into the pump chamber during the closing of the check valve. Thus, advantageously more pressure in the rail is reduced.
Ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Einlassventil ohne Ansteuerung geschlossen ist. Das Einlassventil wird folglich im stromlosen Zustand durch Federkraft geschlossen. Für die Erfindung sind auch Einlassventiltypen, die im stromlosen Zustand durch Federkraft geöffnet werden, verwendbar. Dadurch wird das erfindungsgemäße Verfahren auf verschieden Kolbenpumpen anwendbar.In addition, it is proposed that the inlet valve is closed without activation. The inlet valve is thus closed in the de-energized state by spring force. Also suitable for the invention are inlet valve types which are opened by spring force when de-energized. As a result, the method according to the invention is applicable to different piston pumps.
Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass bei dem Rückschlagventil eine Schließverzögerung konstruktiv erhöht wird. Durch eine Erhöhung der Schließverzögerung wird die Kraftstoffmenge, die aus dem Rail in den Pumpenraum zurückfließt erhöht und folglich der Druckabbau im Rail vergrößert. Durch konstruktive Maßnahmen wird die Schließzeit des Rückschlagventils wirksam verzögert oder gar in Grenzen einstellbar dargestellt. Somit wird es möglich, die Schließverzögerung so zu wählen, dass eine maximale Kraftstoffmenge aus dem Rail in den Pumpenraum zurückströmen kann, ohne dass die normale Funktionsweise der Kolbenpumpe durch eine verzögerte Schließzeit beeinträchtigt wird.A further embodiment consists in that a closing delay is constructively increased in the check valve. Increasing the closing delay increases the amount of fuel that flows back from the rail into the pump chamber and consequently increases the pressure reduction in the rail. By constructive measures, the closing time of the check valve is effectively delayed or even displayed adjustable within limits. Thus, it becomes possible to choose the closing delay so that a maximum amount of fuel from the rail can flow back into the pump chamber, without the normal operation of the piston pump is affected by a delayed closing time.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency and regardless of their formulation or representation in the description or in the drawing.
Es zeigen:Show it:
In
Das als Mengensteuerventil ausgebildete Einlassventil
Die vorangehend beschriebene Kraftstofffördereinrichtung
Wenn sich der Kolben
Abhängig von dem Druck im Common Rail
In
Das Einlassventil
Die Elektrokraftstoffpumpe
Sobald das Einlassventil
Den hochdruckseitigen Auslass
Wenn sich der Kolben
Wenn kein Kraftstoff gefördert werden soll, beispielsweise bei einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine (Nullförderung), bleibt das Einlassventil
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Einlassventil
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie bereits erwähnt, im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine das Einlassventil
Wichtig ist dabei, die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils
Darunter angeordnet ist eine zweite Kurve
Unterhalb der zweiten Kurve
Direkt oberhalb der Abszissenachse ist eine vierte Kurve
In der zeitlichen Abfolge des Diagramms ist zunächst ein normaler Förderhub des Pumpenelements dargestellt. Zu einem Zeitpunkt t1 wird das Einlassventil
Der Kolben
Der neue Zyklus soll zur Erläuterung der Erfindung als Nullförderung ausgeführt werden; so dass das Einlassventil
Zu einem Zeitpunkt t3, kurz bevor der Kolben
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