WO2008110403A1 - Verfahren und vorrichtung zur volumenstromregelung eines einspritzsystems - Google Patents

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    • F02M63/0275—Arrangement of common rails
    • F02M63/028—Returnless common rail system

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling the volume flow of an injection system according to the features of the preamble of patent claim 1 or 4.
  • Fuel injectors for operating an internal combustion engine have generally been known for many years.
  • the fuel supply into the respective combustion chamber of the internal combustion engine is effected by injectors, in particular by piezo injectors.
  • the quality of combustion depends on the high-pressure accumulator pressure.
  • the pressure of a high-pressure accumulator must be regulated. When using a high pressure pump and a pressure accumulator for the fuel injection pressures of 1600 to 1800 bar can be achieved.
  • the pressure control of the high pressure accumulator can be realized in different ways. This can vary depending on
  • the volume flow control can be done by means of slide valves. However, these are not suitable for a volume flow control, as they inherently have gap leakage losses over the piston. These gap leakage losses are greater than the consumption of the injection system in idle or in overrun operation.
  • a shut-off device such as. For example, a ball that is pressed into a seat completely shuts off the flow rate and thus prevents any splitting losses.
  • the pressure acting on the obturator has an influence on the necessary energization of the valve. Therefore, a change in pressure leads to a shift of a stored valve characteristic.
  • the necessary energization of the valve depending on the volume flow to be set, is deposited.
  • the object underlying the present invention is now to take into account changes in the pressure acting on the obturator in the valve characteristic.
  • the volumetric flow which arises as a function of the energization is determined and stored in a characteristic map.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an injection system for controlling the fuel to be injected
  • FIG. 2 shows a sectional view of a seat valve
  • FIG. 3 shows the displacement of a valve characteristic as a function of the pressure acting on the shut-off element.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an injection system for controlling the fuel injection quantity.
  • the injection system consists of a low-pressure pump 2, which promotes fuel from a volume flow control valve 3 with return line 5 to the fuel tank 1, from a high-pressure pump 4, which supplies fuel to a high-pressure accumulator 6, from a measuring unit 8, which determines the pressure before the flow control valve 3 , and injectors 7, 1 'and I' 1 for injecting the fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine, which is not shown in the drawing. It has proved to be particularly advantageous to use a seat valve for the volume flow control valve 3.
  • the high-pressure pump 4 then feeds a high-pressure accumulator 6 with the fuel supplied from the low-pressure pump 2. It can be build up pressure of up to 1800 bar in the high pressure accumulator.
  • fuel is injected from the high-pressure accumulator 6 into a combustion chamber via injectors 7, 1 ', and I' 1 .
  • injectors 7, 1 ', and I' 1 To regulate the pressure within the high-pressure accumulator 6, the provided between the low-pressure pump 2 and the high-pressure pump 4 volumetric flow control valve 3, eg seat valve, with a return line 5 to the fuel tank.
  • the regulation of the volume flow control valve 3 is effected by an energization of an actuator of the volume flow control valve 3, depending on the pressure measured in the measuring unit 8. With the aid of the volume flow control valve 3, the suction volume of the low pressure pump 2 is controlled and thus the pressure in the high pressure accumulator 6 is determined.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a poppet valve.
  • a ball element 1 provided in this exemplary embodiment ensures that a volume flow rate between the inlet space 12 and the outlet space 13 is prevented.
  • the fuel is supplied from the low-pressure pump 2 to the inlet space 12.
  • About the outflow chamber 13 of the fuel via a return line to the fuel tank.
  • the ball element 1 is held in the starting position by a spring 11 in the closed position, so that a volume flow from the inlet space 12 into the outflow space 13 is prevented.
  • the ball element 1 can be printed in the inlet space 12. In this case, the ball element 1 is printed further into the inlet space 12, the stronger the actuator 10 is energized.
  • the volume flow can be regulated.
  • the actuator 10 must be energized more to push the ball element 1 against the self-adjusting flow direction in the same position, as in the case that the pressure is not increased.
  • a lower energization of the actuator will be necessary to push the ball element in the same position, as in the case that the pressure not increased.
  • Figure 3 shows the displacement of a valve characteristic, depending on the pressure acting on the obturator.
  • the volume flow curve Q depending on the current I of the actuator shown.
  • the volume flow profile Vl corresponds to the curve at an outlet pressure pl in the inlet space. As soon as the pressure pl in the inlet space increases, a higher current flow I of the actuator is necessary so that the same volume flow Q can flow through the seat valve. At a higher pressure pl in the inlet space, a new volume flow profile V 1 'arises.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Volumenstromregelung eines Einspritzsystems. Zur Volumen-Stromregelung kommt dabei ein Sitzventil (3) zum Einsatz. Dabei wird der Einfluss des vor dem Sitzventil (3) herrschenden Drucks bei der Volumenstromregelung berücksichtigt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Volumenstromregelung eines Einspritzsystems .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Volumenstromregelung eines Einspritzsystems gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 oder 4.
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zum Betrieb einer Brennkraftmaschine sind generell seit vielen Jahren bekannt. Bei einem sogenannten Common-Rail Einspritzsystem erfolgt die KraftstoffZuführung in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine durch Injektoren, insbesondere durch Piezoin- jektoren. Dabei ist die Güte der Verbrennung vom Hochdruckspeicherdruck abhängig. Um eine möglichst hohe spezifische Leistung der Brennkraftmaschine und gleichzeitig eine geringe Schadstoffemissionen zu erreichen, muss der Druck eines Hochdruckspeichers geregelt werden. Dabei können bei einer Ver- wendung einer Hochdruckpumpe und eines Druckspeichers für den Kraftstoff Einspritzdrücke von 1600 bis 1800 bar erreicht werden .
Die Druckregelung des Hochdruckspeichers kann dabei auf un- terschiedliche Weisen realisiert werden. Diese kann je nach
Ausführung des Einspritzsystems mit einem Druckregelventil im Hochdruckbereich und einem Volumenregelventil auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe, oder nur durch ein Volumenregelventil auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe erfol- gen. Im folgenden wird ausschließlich auf den zweiten Fall, d.h auf die Druckregelung anhand eines Volumenregelventils, eingegangen. Die Regelung des Hochdruckspeicherdrucks erfolgt dabei durch die Regelung des Volumenstroms im Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe. Diese Volumenstromregelung ist so- wohl abhangig vom Systembedarf, welcher durch die eingespritzte Kraftstoffmenge in den Brennraum bestimmt wird, als auch von der Kraftstoffmenge, die durch Schaltleckageverluste aus den Injektoren austritt.
Die Volumenstromregelung kann dabei mittels Schieberventilen erfolgen. Diese sind jedoch für eine Volumenstromregelung nicht geeignet, da sie prinzipbedingt Spaltleckageverluste über den Kolben aufweisen. Diese Spaltleckageverluste sind dabei großer, als der Verbrauch des Einspritzsystems im Leerlauf oder im Schubbetrieb.
Bei der Volumenstromregelung mittels eines Sitzventils sperrt ein Absperrorgan, wie z.B. eine Kugel, die in einen Sitz ge- druckt wird, den Volumenstromdurchfluss komplett ab und verhindert somit auftretende Spaltungsverluste. Beim Sitzventil hat jedoch der auf das Absperrorgan wirkende Druck einen Ein- fluss auf die notwendige Bestromung des Ventils. Daher fuhrt eine Änderung des Drucks zu einer Verschiebung einer hinter- legten Ventilkennlinie. In der Ventilkennlinie ist dabei die notwendige Bestromung des Ventils, abhangig vom einzustellenden Volumenstrom, hinterlegt.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe be- steht nun darin, Änderungen des auf das Absperrorgan wirkenden Drucks in der Ventilkennlinie zu berücksichtigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass auf das Absperrorgan wirkende Druckanderungen berücksichtigt werden, und sich damit eine verbesserte Regelgüte des Einspritzsystems einstellen lässt.
Dabei wird für unterschiedliche auf das Absperrorgan wirkende Drücke der sich in Abhängigkeit von der Bestromung einstellende Volumenstrom ermittelt und in einem Kennfeld hinterlegt.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen nä- her erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1: ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems zur Regelung des einzuspritzenden Kraftstoffs, Figur 2: eine Schnittansicht eines Sitzventils, Figur 3: die Verschiebung einer Ventilkennlinie abhängig von dem auf das Absperrorgan wirkenden Drucks.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge . Dabei besteht das Einspritzsystem aus einer Niederdruckpumpe 2, die Kraftstoff aus fördert, aus einem Volumenstromregelventil 3 mit Rückführleitung 5 zum Kraftstofftank 1, aus einer Hochdruckpumpe 4, die Kraftstoff einem Hochdruckspeicher 6 zuführt, aus einer Messeinheit 8, die den Druck vor dem Volumenstromregelventil 3 ermittelt, und aus Injektoren 7, 1' und I'1 zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, welcher in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, für das Volumenstromregelventil 3 ein Sitzventil zu verwenden.
Mittels einer Niederdruckpumpe 2 wird Kraftstoff aus dem
Kraftstofftank 1 gefördert und über ein Volumenstromregelventil 3 einer Hochdruckpumpe 4 zugeführt. Die Hochdruckpumpe 4 speist anschließend einen Hochdruckspeicher 6 mit dem aus der Niederdruckpumpe 2 zugeführten Kraftstoff. Dabei können sich im Hockdruckspeicher 6 Drucke bis 1800 bar aufbauen. Über Injektoren 7, 1' , und I'1 wird schließlich Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 6 in einen Brennraum eingespritzt. Zur Regelung des Drucks innerhalb des Hochdruckspeichers 6 dient das zwischen der Niederdruckpumpe 2 und der Hochdruckpumpe 4 vorgesehene Volumenstromregelventil 3, z.B. Sitzventil, mit einer Ruckfuhrleitung 5 zum Kraftstofftank. Die Regelung des Volumenstromregelventils 3 erfolgt dabei durch eine Bestro- mung eines Aktors des Volumenstromregelventils 3, abhangig von dem in der Messeinheit 8 gemessenen Drucks. Mit Hilfe des Volumenstromregelventils 3 wird das Ansaugvolumen der Niederdruckpumpe 2 geregelt und somit der Druck im Hochdruckspeicher 6 bestimmt.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht eines Sitzventils. Ein bei diesem Ausfuhrungsbeispiel vorgesehenes Kugelelement 1 sorgt dafür, dass ein Volumenstromdurchfluss zwischen dem Einlassraum 12 und dem Ausstromraum 13 unterbunden wird. Dem Einlassraum 12 wird dabei der Kraftstoff aus der Niederdruckpum- pe 2 zugeführt. Über den Ausstromraum 13 gelangt der Kraftstoff über eine Ruckfuhrleitung zum Kraftstofftank. Das Kugelelement 1 wird dabei in der Ausgangslage durch eine Feder 11 in der geschlossenen Position gehalten, so dass ein Volumenstrom vom Einlassraum 12 in den Ausstromraum 13 unterbun- den ist. Mittels eines Aktors 10 kann das Kugelelement 1 in den Einlassraum 12 gedruckt werden. Dabei wird das Kugelelement 1 umso weiter in den Einlassraum 12 gedruckt, je starker der Aktor 10 bestromt wird. Basierend auf der Druckdifferenz zwischen dem Druck pl im Einlassraum 12 und dem Druck p2 im Ausstromraum 13 kann der Volumenstrom geregelt werden. Dabei ist der Volumenstrom umso großer, je weiter das Kugelelement in den Einlassraum 12 gedruckt wird und/oder je großer die Druckdifferenz zwischen dem Einlassraum 12 und dem Ausstromraum 13 ist. Wenn der Druck pl im Einlassraum 12 ansteigt, muss der Aktor 10 stärker bestromt werden, um das Kugelelement 1 entgegen der sich einstellenden Strömungsrichtung in die gleiche Posi- tion zu drücken, als für den Fall, dass der Druck nicht erhöht wird. Für den nicht dargestellten Fall, dass sich das Kugelelement 11 in Strömungsrichtung öffnen lässt, wird bei einer Erhöhung des Drucks im Einlassraum eine geringere Bestromung des Aktors notwendig sein, um das Kugelelement in die gleiche Position zu drücken, wie für den Fall, dass der Druck nicht erhöht wird.
Figur 3 zeigt die Verschiebung einer Ventilkennlinie, abhängig von dem auf das Absperrorgan wirkenden Drucks. Dabei ist der Volumenstromverlauf Q, abhängig von der Bestromung I des Aktors dargestellt.
Der Volumenstromverlauf Vl entspricht dabei dem Verlauf bei einem Ausgangsdruck pl im Einlassraum. Sobald sich der Druck pl im Einlassraum erhöht, ist eine höhere Bestromung I des Aktors notwendig, damit der gleiche Volumenstrom Q über das Sitzventil strömen kann. Dabei stellt sich bei einem höheren Druck pl im Einlassraum ein neuer Volumenstromverlauf Vl' ein .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Volumenstromregelung mittels einer VoIu- mensstromregeleinheit in einem Einspritzsystem einer Ein- Spritzanlage einer Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der dem Einspritzsystem zugeführten Kraftstoffmenge sowie der durch Schaltleckageverluste aus dem System austretenden Kraftstoffmenge, dadurch gekennzeichnet, dass in die Regelung als weitere Regelgröße der jeweils aktuelle Druckwert am Eingang einer Volumenstromregeleinheit einbezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom gemessenen an der Regeleinheit anliegendendem Drucks, mittels eines hinterlegten Kennfelds ein einzustellender Regeleinheitenwert identifiziert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sich einzustellende Volumen- ström, abhängig vom an der Regeleinheit anliegendendem
Drucks, mittels einer Bestromung der Regeleinheit geregelt wird.
4. Vorrichtung zur Volumenstromregelung eines Einspritzsys- tems einer Einspritzanlage mit einer Druckmesseinheit und einer Volumenstromregeleinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenstromregeleinheit als Sitzventil ausgebildet ist.
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