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WO2008003717A1 - Verfahren zum abbau eines raildrucks in einem common-rail einspritzsystem - Google Patents

Verfahren zum abbau eines raildrucks in einem common-rail einspritzsystem Download PDF

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WO2008003717A1
WO2008003717A1 PCT/EP2007/056748 EP2007056748W WO2008003717A1 WO 2008003717 A1 WO2008003717 A1 WO 2008003717A1 EP 2007056748 W EP2007056748 W EP 2007056748W WO 2008003717 A1 WO2008003717 A1 WO 2008003717A1
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Uwe Jung
Janos Radeczky
Michael Wirkowski
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Siemens Vdo Automotive Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for reducing a rail pressure in a common rail with a high-pressure pump, egg ⁇ nem fuel tank, a flow control valve and a dependent on the type of internal combustion engine number of piezo zoinjektoren.
  • 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.
  • a high injection pressure is advantageous because on the one hand a high specific power of the internal combustion engine and on the other hand, a low emission of pollutants can be achieved.
  • a high-pressure pump and a pressure accumulator for the fuel injection pressures of 1600 to 1800 bar can be achieved.
  • the rail pressure control of the common rail injection system is carried out by electrically differently actuated valves, which are commonly referred to as a flow control valve, pressure control valve and pressure relief valve.
  • the pressure relief valve has, according to the pressure control valve, the task to limit the pressure in the rail.
  • the pressure relief valve is a mechanically, electrically non-controllable component.
  • the system can be operated with the flow control valve, the pressure control valve and the pressure relief valve or with the pressure relief valve and the flow control valve or the pressure control valve. Failure of the flow control valve or the pressure control valve can therefore high rail pressures, which can lead to creeping or immediate destruction of the system.
  • the rail pressure is measured by means of a pressure sensor and an actual signal is generated therefrom.
  • WEL ches the desired pressure value within the rails is formed a difference setpoint value which serves to Steue ⁇ tion of a pressure control valve.
  • This pressure control valve connects a separate outlet of the rail to a return line leading to the tank.
  • the the present invention is based task be ⁇ stands now is to improve a method for reducing the rail pressure of the common rail injection system so that a pressure regulating valve can be saved, or the built-egg nes relief valve is superfluous.
  • the advantage of the invention is that an overrunning ⁇ th of the maximum rail pressure can be prevented by a time-controllable post-injection of the fuel into the combustion chamber in a simple manner.
  • Nacheinspritzung is expediently chosen so that no or at most a very low torque is generated to any acceleration of the engine by the additional To prevent fuel injection.
  • varying the injection timing for the injection can be so ⁇ reach a desired torque neutrality.
  • the injection amount and the associated pressure reduction inside the rails are limited, however, since the fuel to be ⁇ nem exit from the combustion chamber must be completely burned. This combustion is necessary because otherwise would not be ensured in the Ausschie ⁇ phase, that the entire un ⁇ burned fuel is pushed out of the combustion chamber.
  • multiple operating cycles of the internal combustion engine would accumulate so ⁇ with more and more unburned fuel in the combustion chamber, which lead to an ignition of this unburned gas mixture and, consequently, the internal combustion engine would suddenly accelerating.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a piezoelectric injector, which is used in a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a piezo injector. About the piezoelectric element 1, the injection of the fuel is controlled in the combustion chamber.
  • the energization of the piezoelectric injector is chosen so that in addition to the energization of the piezoelectric injector for the main ⁇ injection takes place a time downstream energization of the piezo zoinjektors for the secondary injection.
  • the time of energization for the secondary injection is chosen such that the running behavior of the internal combustion engine does not change as much as possible.
  • the piezoelectric element 1 is positively connected to a first piston 7, at the opposite end of a spring 8 is provided with a second piston 6 is in contact. Via the spring 8, a power transmission from the first piston 7 to the second piston 6 is made possible.
  • the second piston 6 abuts a sealing element 5 at the end opposite the spring 8.
  • This sealing member 5 seals a control chamber 4 which communicates with an inlet channel 2 for the fuel in Verbin ⁇ dung, of an exhaust passage 3 from an inflow of fuel from the control chamber 4 and / or the Einlasska- Nals 2 into the outlet channel 3 is thus not possible.
  • the sealing member 5 is pressed by means of a in the intake passage 2 viewed before ⁇ spring 9 against the second piston. 6
  • This spring 9 thus serves to push back the sealing element 5 into an initial position when no force is exerted by the second piston 6 on the sealing element 5.
  • the inlet channel 2 is connected to the control chamber 4, and enters through the inlet channel 2 fuel from the common rail in the piezo injector, the pressure in the control chamber 4 corresponds to the pressure in the inlet channel 2.
  • About the pressure conditions in the control chamber 4 is a Deflection of the nozzle needle (not shown in the figure), and an associated leakage of the fuel from the piezo injector, controlled.
  • the piezoelectric element 1 In the position shown in FIG. 1, the piezoelectric element 1 is not energized. An inflow of the fuel from the inlet channel 2 and / or the control chamber 4 into the outlet channel 3 is thus not possible.
  • the piezoelectric element 1 If the piezoelectric element 1 is energized, this expands and exerts a force on the first piston 7 via the positive connection.
  • This first piston 7 transmits, via the spring 8, the force on the second piston 6.
  • the second piston 6 in turn exerts a force on the sealing element 5 and displaces it so far that the control chamber 4 and the outlet channel 3 no longer is separated by the sealing element 5.

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Abstract

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abbau des Raildrucks durch Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine erfolgt, wobei die Einspritzzeitpunkte derart bestimmt sind, dass kein oder nur ein geringes Drehmoment in der Brennkraftmaschine erzeugt wird. Auch kann der Raildruck dadurch abgebaut werden, dass die Schaltleckageverluste eines Piezoinjektors durch geeignetes Ansteuern erhöht werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Abbau eines Raildrucks in einem Common-Rail EinspritzSystem.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau eines Raildrucks in einem Common Rail mit einer Hochdruckpumpe, ei¬ nem Kraftstofftank, einem Volumenstromregelventil und einer von der Art der Brennkraftmaschine abhängigen Anzahl von Pie- zoinjektoren .
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 ein hoher Einspritzdruck vorteilhaft, da hierdurch einerseits eine hohe spezifische Leistung der Brennkraftmaschine und andererseits eine geringe Emission von Schadstoffen erreicht werden kann. Bei Verwendung einer Hochdruckpumpe und eines Druckspeichers für den Kraftstoff können Einspritzdrücke von 1600 bis 1800 bar erreicht werden.
Die Raildruckregelung des Common-Rail Einspritzsystems er- folgt durch elektrisch unterschiedlich betätigte Ventile, die üblicherweise als Volumenstromregelventil, Druckregelventil und Überdruckventil bezeichnet werden. Das Überdruckventil hat, entsprechend dem Druckregelventil, die Aufgabe, den Druck im Rail zu begrenzen. Im Gegensatz zum Druckregelventil handelt es sich beim Überdruckventil um eine mechanisch, e- lektrisch nicht ansteuerbare Komponente.
Konzeptspezifisch kann das System mit dem Volumenstromregelventil, dem Druckregelventil und dem Überdruckventil oder mit dem Überdruckventil und dem Volumenstromregelventil oder dem Druckregelventil betrieben werden. Ein Versagen des Volumenstromregelventils oder des Druckregelventils kann daher zu hohen Raildrücken führen, die zur schleichenden oder sofortigen Zerstörung des Systems führen können.
Aus der Druckschrift DE 199 46 506 Cl ist ein Verfahren zum Erkennen von Fehlfunktionen im Drucksystem einer an einem
Verbrennungsmotor zu verwendenden Kraftstoff-Einspritzanlage bekannt. Dabei wird zunächst der Raildruck mit Hilfe eines Drucksensors gemessen und daraus ein Ist-Signal erzeugt. Aus diesem Ist-Signal und einem gespeicherten Soll-Signal, wel- ches den gewünschten Druckwert innerhalb des Rails darstellt wird eine Sollwert-Istwert Differenz gebildet, die zur Steue¬ rung eines Druckregelventils dient. Dieses Druckregelventil verbindet einen gesonderten Auslass des Rails mit einer zum Tank führenden Rücklaufleitung. Weiterhin ist bei dem bekann- ten Verfahren vorgesehen, dass das Ansaugvolumen einer Hochdruckpumpe zur Versorgung mehrerer Kraftstoffinjektoren aus einem Kraftstoff-Druckspeicher mit Hilfe eines Volumenstromregelventils, abhängig von den Steuervorgaben für den Motorbetrieb, steuerbar ist.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe be¬ steht nun darin, ein Verfahren zum Abbau des Raildrucks des Common Rail Einspritzsystems so zu verbessern, dass ein Druckregelventil eingespart werden kann, bzw. der Einbau ei- nes Überdruckventils überflüssig wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ne¬ bengeordneten Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausges¬ taltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn- zeichnet.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Überschrei¬ ten des höchstzulässigen Raildrucks durch eine zeitlich steuerbare Nacheinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum in einfacher Weise verhindert werden kann. Der Zeitpunkt der
Nacheinspritzung wird dabei zweckmäßig so gewählt, dass kein oder allenfalls ein sehr geringes Drehmoment erzeugt wird, um ein etwaiges Beschleunigen des Motors durch die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung zu verhindern. Durch Variation des Einspritzzeitpunktes für die Nacheinspritzung lässt sich so¬ mit eine angestrebte Drehmomentneutralität erreichen. Die Einspritzmenge und der damit verbundene Druckabbau innerhalb des Rails sind jedoch begrenzt, da der Kraftstoff bis zu sei¬ nem Austritt aus dem Brennraum vollständig verbrannt sein muss. Diese Verbrennung ist notwendig, da in der Ausschie¬ bephase sonst nicht gewährleistet wäre, dass der gesamte un¬ verbrannte Brennstoff aus dem Brennraum geschoben wird. Bei mehreren Arbeitszyklen der Brennkraftmaschine würde sich so¬ mit immer mehr unverbrannter Brennstoff im Brennraum ansammeln, der zu einer Zündung dieses unverbrannten Gasgemisches führen und infolgedessen die Brennkraftmaschine schlagartig Beschleunigen würde.
Ferner ist vorgesehen, dass der Raildruckabbau über Schaltle¬ ckageverluste erfolgt, die mit Hilfe der Piezoinjektoren steuerbar sind. Diese Schaltleckageverluste lassen sich vor¬ zugsweise durch eine Parametrierung der Ansteuerenergie des Piezoinjektors entsprechend festlegen. Dabei sind die Schalt¬ leckageverluste umso höher, je geringer die Ansteuerenergie ist. Diese Ansteuerenergie wird zweckmäßig so gewählt, dass über die Düsennadel kein Brennstoff aus dem Injektor aus¬ tritt, gleichzeitig aber Schaltleckageverluste auftreten. Der Piezoinjektor wird dabei, wie bei der drehmomentneutralen
Nacheinspritzung, außerhalb des Arbeitstaktes der Brennkraft¬ maschine angesteuert. Der über die Schaltleckage austretende Kraftstoff wird schließlich dem Tank über eine Rückführlei¬ tung zugeführt.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 den schematischen Aufbau eines Piezoinjektors, der in einem gemäß der Erfindung arbeitenden Verfahren verwendet wird. In Figur 1 ist der schematische Aufbau eines Piezoinjektors dargestellt. Über das Piezoelement 1 wird die Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum gesteuert.
Bei einer Bestromung des Piezoelements 1 dehnt sich dieses aus und führt dazu, dass sich die Stellung der Düsennadel (in der Zeichnung nicht dargestellt) so verändert, dass Kraft¬ stoff aus dem Piezoinjektor austreten kann. Umgekehrt wird im unbestromten Zustand des Piezoinjektors ein Austreten von Kraftstoff verhindert.
Die Bestromung des Piezoinjektors ist dabei so gewählt, dass zusätzlich zur Bestromung des Piezoinjektors für die Haupt¬ einspritzung eine zeitlich nachgelagerte Bestromung des Pie- zoinjektors für die Nebeneinspritzung erfolgt. Der Zeitpunkt der Bestromung für die Nebeneinspritzung ist derart gewählt, dass sich das Laufverhalten der Brennkraftmaschine möglichst nicht verändert.
Das Piezoelement 1 ist formschlüssig mit einem ersten Kolben 7 verbunden, an dessen gegenüberliegendem Ende eine Feder 8 vorgesehen mit einem zweiten Kolben 6 in Kontakt steht. Über die Feder 8 wird eine Kraftübertragung vom ersten Kolben 7 an den zweiten Kolben 6 ermöglicht. Der zweite Kolben 6 liegt an dem der Feder 8 gegenüberliegenden Ende an einem Dichtelement 5 an. Dieses Dichtelement 5 dichtet eine Kontrollkammer 4, welche mit einem Einlasskanal 2 für den Kraftstoff in Verbin¬ dung steht, von einem Auslasskanal 3 ab Ein Einströmen des Kraftstoffs von der Kontrollkammer 4 und/oder des Einlasska- nals 2 in den Auslasskanal 3 ist somit nicht möglich.
Das Dichtelement 5 wird mittels einer im Einlasskanal 2 vor¬ gesehenen Feder 9 gegen den zweiten Kolben 6 gedrückt. Diese Feder 9 dient also dazu das Dichtelement 5 in eine Ausgangs- position zurückzuschieben, wenn keine Kraft vom zweiten Kolben 6 auf das Dichtelement 5 ausgeübt wird. Da der Einlasskanal 2 mit der Kontrollkammer 4 verbunden ist, und durch den Einlasskanal 2 Kraftstoff aus dem Common Rail in den Piezoinjektor eintritt, entspricht der Druck in der Kontrollkammer 4 dem Druck im Einlasskanal 2. Über die Druck- Verhältnisse in der Kontrollkammer 4 wird ein Auslenken der Düsennadel (in der Figur nicht dargestellt), und ein damit verbundenes Austreten des Kraftstoffes aus dem Piezoinjektor, gesteuert .
Bei der in Figur 1 dargestellten Position ist das Piezoele- ment 1 nicht bestromt. Ein Einströmen des Brennstoffes aus dem Einlasskanal 2 und/oder der Kontrollkammer 4 in den Auslasskanal 3 ist somit nicht möglich.
Wenn dass das Piezoelement 1 bestromt wird, dehnt sich dieses aus und übt über die formschlüssige Verbindung eine Kraft auf den ersten Kolben 7 aus. Dieser erste Kolben 7 überträgt, ü- ber die Feder 8, die Kraft auf den zweiten Kolben 6. Der zweite Kolben 6 wiederum übt eine Kraft auf das Dichtelement 5 aus und verschiebt dieses so weit, dass die Kontrollkammer 4 und der Auslasskanal 3 nicht mehr durch das Dichtelement 5 getrennt wird. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Auslasskanal 3 auf der einen Seite und der Kontrollkammer 4 und dem Einlasskanal 2 auf der anderen Seite strömt Kraftstoff über den Auslasskanal 4 in den Tank (in der Figur nicht dargestellt) . Die ausgeströmte Menge des Kraftstoffes entspricht dabei den Schaltleckageverlusten des Piezoinjektors .
Sobald das Piezoelement nicht mehr bestromt wird, wird keine Kraft mehr vom zweiten Kolben 6 auf das Dichtelement 5 ausge¬ übt. Die Feder 9 schiebt das Dichtelement 5 in die Ausgangs¬ position zurück und unterbindet somit ein weiteres Einströmen des Kraftstoffes von der Kontrollkammer 4 und/oder dem Einlasskanal 2 in den Auslasskanal 3.

Claims

Patentansprüche
1) Verfahren zum Abbau eines sicherheitskritisch hohen Raildrucks in einem Commonrail Einspritzssystems mit einer Hochdruckpumpe, einem Kraftstofftank, einem Volumenstrom¬ regelventil und einer von der Art der Brennkraftmaschine abhängigen Anzahl von Piezoinjektoren,
- wobei eine der Haupteinspritzung folgende Nacheinsprit¬ zung des Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine zu einem Zeitpunkt erfolgt, dass die Nacheinspritzung auf das Laufverhalten der Brennkraftma¬ schine keinen Einfluss nimmt und,
- die Ansteuerung des jeweiligen Piezoinjektors in der Weise erfolgt, dass der aus dem Piezoinjektor zum Tank strömende Kraftstoff erhöht wird,
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des jeweiligen Piezoinjektors, die zur Erhö¬ hung des ausströmenden Kraftstoffes führt, gleichzeitig mit der Nacheinspritzung erfolgt.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Piezoinjektoren so parametriert wird, dass die Ansteuerenergie möglichst gering ist.
4) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffmenge für die Nachein¬ spritzung so gewählt wird, dass der Brennstoff bis zur Auss¬ chiebephase des Gasgemisches aus dem Brennraum verbrannt ist.
PCT/EP2007/056748 2006-07-04 2007-07-04 Verfahren zum abbau eines raildrucks in einem common-rail einspritzsystem WO2008003717A1 (de)

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