DE102011083628A1 - Storage injection system and method for pressure control of a storage injection system - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Speichereinspritzsystem eines Kraftfahrzeuges sowie ein Verfahren zur Druckregelung eines solchen Speichereinspritzsystems beschrieben. Das System weist einen einzigen volumenstrombasierten Druckregler sowohl für ein Volumenstromventil als auch für ein Hochdruckablassventil auf. Das Hochdruckablassventil ist als schaltbares Hochdruckvolumenstromventil ausgebildet, dessen Ventilkörper durch Ansteuerung des einzigen Druckreglers zwischen einer Schließ- und Öffnungsstellung hin- und herbewegbar ist. Bei dem Verfahren zur Druckregelung wird das Hochdruckablassventil so geregelt, dass es genau die vom Druckregler geforderte Kraftstoffablassmenge abführt.A storage injection system of a motor vehicle and a method for pressure control of such a storage injection system are described. The system has a single flow-based pressure regulator for both a flow valve and a high-pressure relief valve. The high-pressure relief valve is designed as a switchable high-pressure volume flow valve whose valve body can be moved back and forth by actuating the single pressure regulator between a closed and open position. In the method of pressure control, the high-pressure relief valve is controlled so that it discharges exactly what is required by the pressure regulator fuel drain.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Speichereinspritzsystem eines Kraftfahrzeuges mit einer Hochdruckpumpe, einem Hochdruckspeicher, Injektoren und einer Steuereinheit, bei dem ein volumenstrombasierter Druckregler über ein Volumenstromventil die Kraftstoffliefermenge der Hochdruckpumpe sein Hochdruckablassventil Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher abgelassen wird.The present invention relates to a storage injection system of a motor vehicle with a high-pressure pump, a high-pressure accumulator, injectors and a control unit, in which a volume flow-based pressure regulator via a volume flow valve, the fuel delivery amount of the high-pressure pump is discharged high-pressure discharge valve fuel from the high-pressure accumulator.
Ein derartiges Speichereinspritzsystem (Common-Rail-System) ist bekannt. Die Hochdruckpumpe liefert Kraftstoff in den Hochdruckspeicher, aus dem die Injektoren Kraftstoff entnehmen und dem Brennraum zumessen. Je nach Lastzustand es Motors wird ein unterschiedliches Druckniveau im Druckspeicher benötigt, welches über die Hochdruckpumpe eingeregelt wird.Such a storage injection system (common rail system) is known. The high-pressure pump supplies fuel into the high-pressure accumulator, from which the injectors take fuel and meter it to the combustion chamber. Depending on the load condition of the engine, a different pressure level is required in the accumulator, which is regulated by the high-pressure pump.
In modernen Einspritzsystemen wird über die Liefermenge der Hochdruckpumpe der Druck im Hochdruckspeicher eingeregelt. Hierzu findet ein Volumenstromventil Verwendung. Liefert die Hochdruckpumpe die Menge, welche dem Injektorverbrauch entspricht, bleibt der Druck im Hochdruckspeicher konstant. Um Druck aufzubauen, muss die Hochdruckpumpe mehr Kraftstoff in den Hochdruckspeicher liefern, als von den Injektoren entnommen wird. Bei Druckabbau muss aus dem Hochdruckspeicher mehr Kraftstoff entnommen werden, als die Hochdruckpumpe liefert. Da in der Schubphase des Motors die Injektoren nicht einspritzen und diese in modernen Einspritzsystemen nur sehr geringe bis keine Leckage aufweisen, muss der Druck mit einem zusätzlichen Hochdruckablassventil abgebaut werden.In modern injection systems, the pressure in the high-pressure accumulator is regulated by the delivery quantity of the high-pressure pump. For this purpose, a flow valve is used. If the high-pressure pump delivers the quantity which corresponds to the injector consumption, the pressure in the high-pressure accumulator remains constant. To build up pressure, the high pressure pump must deliver more fuel into the high pressure accumulator than is taken from the injectors. When pressure is reduced, more fuel must be withdrawn from the high-pressure accumulator than the high-pressure pump supplies. Since the injectors do not inject during the engine's overrun phase and they only have very little to no leakage in modern injection systems, the pressure must be reduced with an additional high-pressure relief valve.
Dieses Hochdruckablassventil ist in üblichen Speichereinspritzsystemen als kraftbasiertes Hochdruckventil (PCV = Pressure Control Valve) ausgebildet, das zum Druckabbau verwendet wird. Über den zugehörigen Elektromagneten des Ventils wird eine Kraft eingestellt, welche zu einem bestimmten Hochdruck führt. Der entstehende Staudruck am Schließkörper des PCV, verursacht durch den ausströmenden Volumenstrom, steht mit der Magnetkraft im Gleichgewicht. Somit ist die aufgewendete Kraft äquivalent zum Druck.This high-pressure relief valve is formed in conventional accumulator injection systems as a force-based high pressure valve (PCV = Pressure Control Valve), which is used for pressure reduction. About the associated solenoid of the valve, a force is set, which leads to a certain high pressure. The resulting dynamic pressure on the closing body of the PCV, caused by the outflowing volume flow, is in equilibrium with the magnetic force. Thus, the applied force is equivalent to the pressure.
Problematisch ist bei dieser Ausführungsform eines Speichereinspritzsystems der Umschaltvorgang zwischen dem Volumenstromventil, das die Hochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgt, und dem kraftbasierten Hochdruckablassventil (PCV). Da die beiden Ventile nach physikalisch unterschiedlichen Prinzipien arbeiten (einerseits wird über den Öffnungsquerschnitt der Volumenstrom bestimmt, andererseits wird über die Kraft des Ventils der Hochdruck im Speicher eingestellt), benötigt man zwei Regler, zwischen denen hin- und hergeschaltet werden muss. Jeder Umschaltvorgang verursacht jedoch Druckschwankungen im Hochdruckspeicher. Darüber hinaus wird ein zusätzlicher Volumenstrom über das PCV benötigt, damit die Druckregelung funktioniert, was energetisch schlecht ist. Der zusätzliche Volumenstrom addiert zum Systemverbrauch wird am Volumenstromventil (VCV = Volume Control Valve) eingestellt und dementsprechend gleichermaßen von der Hochdruckpumpe komprimiert, nur um ihn anschließend über das PCV wieder aus dem Hochdruckspeicher abzulassen.The problem with this embodiment of a storage injection system, the switching between the flow valve, which supplies the high-pressure pump with fuel, and the force-based high-pressure relief valve (PCV). Since the two valves work according to physically different principles (on the one hand the volumetric flow is determined via the opening cross section, and on the other hand the high pressure is set in the memory via the force of the valve), two regulators are required, between which it is necessary to switch back and forth. Each switching process, however, causes pressure fluctuations in the high-pressure accumulator. In addition, an additional volume flow via the PCV is needed for the pressure control to work, which is energetically poor. The additional volume flow added to the system consumption is set on the volume flow valve (VCV = Volume Control Valve) and accordingly compressed by the high-pressure pump, only to release it from the high-pressure accumulator via the PCV.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Speichereinspritzsystem der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das sich durch einen besonders einfachen Aufbau auszeichnet.The present invention has for its object to provide a storage injection system of the type described above, which is characterized by a particularly simple structure.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Speichereinspritzsystem der angegebenen Art dadurch gelöst, dass das System einen einzigen volumenstrombasierten Druckregler sowohl für das Volumenstromventil als auch für das Hochdruckablassventil aufweist und dass das Hochdruckablassventil als schaltbares Hochdruckvolumenstromventil ausgebildet ist, dessen Ventilkörper durch Ansteuerung des einzigen Druckreglers zwischen einer Schließ- und Öffnungsstellung hin- und herbewegbar ist.This object is achieved in a storage injection system of the specified type in that the system has a single volume flow-based pressure regulator for both the flow valve and the high pressure relief valve and that the high pressure relief valve is designed as a switchable high pressure volume flow valve whose valve body by controlling the single pressure regulator between a closing - And opening position is reciprocable.
Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Speichereinspritzsystem findet ein einziger volumenstrombasierter Druckregler Verwendung. Um den Hochdruck zu regeln, ist es nicht mehr erforderlich, wie in den bisherigen Speichereinspritzsystemen, zwischen zwei physikalisch unterschiedlichen Regelprinzipien hin- und herzuschalten. Durch das einheitliche Regelkonzept ergibt sich eine verbesserte Druckregelperformance.In the inventively designed storage injection system, a single volume flow-based pressure regulator is used. To regulate the high pressure, it is no longer necessary, as in the previous storage injection systems, between two physically different control principles back and forth. The uniform control concept results in improved pressure control performance.
Als Hochdruckablassventil findet ein einfaches schaltbares Hochdruckvolumenstromventil Verwendung, dessen Ventilkörper lediglich zwei Stellungen einnehmen kann, nämlich eine Schließstellung und eine Öffnungsstellung. Der Ventilkörper wird zwischen diesen beiden Stellungen hin- und herbewegt, um die zugehörige Ablassleitung vollständig zu sperren und vollständig zu öffnen. Mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Hochdruckablassventil kann genau die vom Volumenstromregler geforderte Menge aus dem Hochdruckspeicher abgelassen werden. Zum Ablassen der geforderten Menge öffnet das Hochdruckablassventil, und die Druckdifferenz (Hochdruck – Umgebungsdruck) über der Ablassbohrung bestimmt den abfließenden Volumenstrom. Die Ablassbohrung ist hierbei die Drosselstelle, und es tritt kein Staudruck am Ventilkörper auf, der dem Speicherdruck entspricht. Über die Ansteuerzeit des Hochdruckablassventils (Öffnungszustand des Ventils) wird dann die vom Regler geforderte Ablassmenge eingestellt.As a high-pressure relief valve is a simple switchable high-pressure volume flow valve use, the valve body can take only two positions, namely a closed position and an open position. The valve body is reciprocated between these two positions to completely lock and fully open the associated drain line. With the high-pressure relief valve provided according to the invention, it is precisely the amount required by the volumetric flow regulator that can be discharged from the high-pressure accumulator. To discharge the required quantity, the high-pressure relief valve opens, and the pressure difference (high-pressure - ambient pressure) above the drainage hole determines the outflowing volume flow. The drain hole here is the throttle point, and there is no back pressure on the valve body, which corresponds to the accumulator pressure. The activation time of the high-pressure relief valve (opening state of the valve) is then used to set the discharge volume required by the regulator.
Wenn von Öffnungszustand bzw. Offenstellung des Ventils die Rede ist, ist nicht unbedingt die Soll-Endlage des Ventilkörpers gemeint. Vielmehr kann der Ventilkörper auch eine einem ballistischen Bereich entsprechende Endlage einnehmen (vor der Soll-Endlage). When the opening state or open position of the valve is mentioned, not necessarily the desired end position of the valve body is meant. Rather, the valve body can also assume a ballistic area corresponding end position (before the desired end position).
Es findet somit ein einfaches und kostengünstiges Ventil als Hochdruckablassventil Verwendung, welches eine vom Hochdruckregler angeforderte Ablassmenge präzise aus dem Hochdruckspeicher mithilfe der Information eines Hochdrucksensors realisiert. Beim Druckabbau wird nur die notwendige Kraftstoffmenge aus dem Hochdruckspeicher abgelassen, welche zur Erreichung des Drucksollwertes erforderlich ist.It thus finds a simple and inexpensive valve as a high pressure relief valve use, which realizes a requested by the high pressure regulator discharge precisely from the high pressure accumulator using the information of a high pressure sensor. During pressure reduction, only the necessary amount of fuel is drained from the high-pressure accumulator, which is required to achieve the pressure setpoint.
Vorzugsweise ist das Hochdruckablassventil ein digitales Hochdruckablassventil. Hiermit lässt sich durch Hin- und Herschalten die Ablassbohrung des Hochdruckspeichers öffnen und schließen, so dass durch Ansteuerung des Ventils die vom Regler geforderte Ablassmenge präzise abgeführt werden kann.Preferably, the high pressure relief valve is a digital high pressure relief valve. This can be opened and closed by the drain hole of the high-pressure accumulator open and close, so that by controlling the valve required by the regulator discharge amount can be precisely dissipated.
In Weiterbildung der Erfindung ist im Gehäuse des Hochdruckspeichers eine Ablassbohrung angeordnet, die vom Ventilkörper des Hochdruckablassventils geöffnet oder geschlossen wird. Bei dieser Ausführungsform ist daher das Hochdruckablassventil direkt am Hochdruckspeicher angeordnet, so dass sich eine einfache und raumsparende Bauweise ergibt.In a further development of the invention, a drainage hole is arranged in the housing of the high pressure accumulator, which is opened or closed by the valve body of the high pressure relief valve. In this embodiment, therefore, the high-pressure relief valve is arranged directly on the high pressure accumulator, so that there is a simple and space-saving design.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die vom Ventilkörper geöffnete und geschlossene Ablassbohrung als Drossel im Ventil selbst angeordnet, beispielsweise in einem im Ventilgehäuse angeordneten Plättchen.In another embodiment, the open and closed drain hole from the valve body is arranged as a throttle in the valve itself, for example in a plate arranged in the valve body.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Druckregelung eines Speichereinspritzsystems eines Kraftfahrzeuges, das eine Hochdruckpumpe, einen Hochdruckspeicher, Injektoren und eine Steuereinheit aufweist, bei dem ein volumenstrombasierter Druckregler über ein Volumenstromventil die Kraftstoffliefermenge der Hochdruckpumpe und damit den Druck im Hochdruckspeicher regelt und bei dem über ein Hochdruckablassventil Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher abgelassen wird.The present invention further relates to a method for pressure control of a storage injection system of a motor vehicle having a high-pressure pump, a high-pressure accumulator, injectors and a control unit, in which a volume flow-based pressure regulator via a volume flow valve, the fuel delivery amount of the high-pressure pump and thus the pressure in the high-pressure accumulator controls and in the over a high-pressure relief valve fuel is discharged from the high-pressure accumulator.
Ein derartiges Verfahren ist bekannt und wird mit dem eingangs beschriebenen bekannten Speichereinspritzsystem durchgeführt. Wie erwähnt, finden hierbei ein Volumenstromventil (VCV) und ein kraftbasiertes Hochdruckventil (PCV) Verwendung, die nach physikalisch unterschiedlichen Prinzipien arbeiten, so dass für die beiden Ventile zwei unterschiedliche Regler benötigt werden, zwischen denen hin- und hergeschaltet werden muss.Such a method is known and is carried out with the known storage injection system described above. As mentioned, a volumetric flow valve (VCV) and a force-based high-pressure valve (PCV) are used, which operate according to physically different principles, so that two different regulators are required for the two valves, between which must be switched back and forth.
Zur Überwindung der Nachteile eines derartigen Verfahrens schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass der volumenstrombasierte Druckregler zusätzlich zum Volumenstromventil das Hochdruckablassventil derart regelt, dass bei einem geforderten Druckabbau im Hochdruckspeicher über die Ansteuerzeit zum Öffnen des Hochdruckablassventils genau die vom Druckregler geforderte Kraftstoffablassmenge eingestellt wird.To overcome the disadvantages of such a method, the present invention proposes that the volume flow-based pressure regulator in addition to the flow control valve, the high-pressure relief valve controls that at a required pressure reduction in the high-pressure accumulator over the drive time to open the high-pressure relief valve exactly the required by the pressure regulator fuel drainage is set.
Vorzugsweise regelt der volumenstrombasierte Druckregler dabei ein digitales Hochdruckablassventil.Preferably, the volume flow-based pressure regulator controls a digital high-pressure relief valve.
Die Ansteuerzeit des Hochdruckablassventils ist vom Hochdruck im Hochdruckspeicher abhängig und wird vorzugsweise in einem Kennfeld hinterlegt, auf das der Druckregler zurückgreift. Zweckmäßigerweise erfolgt die Ansteuerung des Hochdruckablassventils entsprechend der Reglertaktzeit in kleinen Zeitabständen.The actuation time of the high-pressure relief valve is dependent on the high pressure in the high-pressure accumulator and is preferably stored in a map, which is accessed by the pressure regulator. Appropriately, the control of the high-pressure relief valve takes place in accordance with the controller cycle time in small time intervals.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in der folgenden Weise ab. In der Druckabbauphase gibt der volumenstrombasierte Druckregler einen negativen Volumenstrom aus. Das Volumenstromventil (VCV) liefert dann um diesen Betrag weniger in den Hochdruckspeicher als das System (Injektoren) verbraucht. Wenn nun in der Schubphase des Motors die Injektoren nichts mehr aus dem Hochdruckspeicher entnehmen, schließt das VCV. Der volumenstrombasierte Druckregler (Volumenstromregler) fordert aber weiterhin einen negativen Volumenstrom, um den gewünschten Druckabbau zu realisieren. In diesem Fall wird nun über das Hochdruckablassventil, das vorzugsweise als digitales Hochdruckablassventil (DPDV = Digital Pressure Decay Valve) ausgebildet ist, genau die vom Regler geforderte Menge aus dem Hochdruckspeicher abgelassen. Zum Ablassen der geforderten Menge öffnet das DPDV, und die Druckdifferenz (Hochdruck – Umgebungsdruck) über der Ablassbohrung bestimmt den abfließenden Volumenstrom. Über die Ansteuerzeit des DPDV wird dann die vom Regler geforderte Ablassmenge eingestellt.The process according to the invention proceeds in the following manner. In the pressure reduction phase, the volume flow-based pressure regulator outputs a negative volume flow. The flow control valve (VCV) then supplies less by that amount into the high-pressure accumulator than the system consumes (injectors). If the injectors no longer remove anything from the high-pressure accumulator during the engine's overrun phase, the VCV closes. The volume-flow-based pressure regulator (volumetric flow controller) still requires a negative volume flow in order to achieve the desired pressure reduction. In this case, the amount demanded by the regulator is now discharged from the high-pressure accumulator via the high-pressure discharge valve, which is preferably designed as a digital high-pressure discharge valve (DPDV). To discharge the required quantity, the DPDV opens, and the pressure difference (high pressure - ambient pressure) above the drainage hole determines the outgoing flow rate. The discharge quantity required by the regulator is then set via the actuation time of the DPDV.
Die Ansteuerzeit des DPDV für die Ablassmenge ist abhängig vom Hochdruck und der Kraftstofftemperatur und wird vorzugsweise in einem Kennfeld hinterlegt. Zweckmäßigerweise erfolgt die Ansteuerung des DPDV entsprechend der Reglertaktzeit in kleinen Zeitabständen (sinnvoll ist hierbei beispielsweise segmentsynchron zum Motor), um einen möglichst gleichmäßigen Druckabbau zu erzeugen.The actuation time of the DPDV for the discharge amount is dependent on the high pressure and the fuel temperature and is preferably stored in a map. Appropriately, the control of the DPDV takes place in accordance with the controller cycle time in small time intervals (it makes sense, for example, segment synchronous to the engine) to produce the most uniform possible pressure reduction.
Sobald vom Druckregler wieder ein positiver Volumenstrom angefordert wird (Druckabbau ist erfolgt), wird das DPDV nicht mehr angesteuert (geschlossen) und übernimmt das VCV wieder die Druckregelung. As soon as a positive volume flow is requested again from the pressure regulator (pressure reduction has taken place), the DPDV is no longer actuated (closed) and the VCV takes over the pressure regulation again.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Hochdruckventilen (PCV) wird beim Druckabbau nur die notwendige Kraftstoffmenge aus dem Hochdruckspeicher abgelassen, welche zur Erreichung des Drucksollwertes erforderlich ist. Wie vorstehend beschrieben, benötigt das PCV zur Druckregelung einen Volumenstrom über das Ventil. Dieser Volumenstrom ist wesentlich höher, als für einen Druckabbau notwendig wäre, was energetisch sehr schlecht ist, da die zusätzliche Menge vorher komprimiert werden musste. Weiterhin arbeitet das PCV beim Stand der Technik nach einem physikalisch anderen Prinzip wie das VCV, was ein Hin- und Herschalten zwischen zwei Reglern erfordert und eine saubere Druckregelung nur schwer beherrschbar macht.In contrast to the conventional high-pressure valves (PCV) only the necessary amount of fuel is drained from the high-pressure accumulator when pressure is reduced, which is required to achieve the pressure setpoint. As described above, the PCV requires a volume flow through the valve for pressure control. This volume flow is much higher than would be necessary for a pressure reduction, which is energetically very bad, since the additional amount had to be compressed beforehand. Furthermore, the PCV works in the prior art according to a physically different principle as the VCV, which requires a switching back and forth between two controllers and makes a clean pressure control difficult to control.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit Energie eingespart werden, da nur die notwendige Menge aus dem Hochdruckspeicher zur Erzielung des Druckabbaus während der Motorschubphase abgelassen wird. Es wird keine zusätzliche Menge abgelassen wie beim Einsatz eines PCV.Energy can thus be saved with the method according to the invention, since only the necessary amount is discharged from the high-pressure accumulator in order to achieve the pressure reduction during the engine overrun phase. There is no additional amount drained as when using a PCV.
Um den Hochdruck zu regeln, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr notwendig, wie in den bisherigen Speichereinspritzsystemen zwischen zwei physikalisch unterschiedlichen Regelprinzipien hin- und herzuschalten. Ferner wird eine Kosteneinsparung durch Einsatz eines einfachen Ventils (Digitalventils), durch eine vereinfachte Regler-Kalibration und durch ein vereinfachtes Regelkonzept in der Funktionsentwicklung erreicht.To regulate the high pressure, it is no longer necessary with the inventive method, as in the previous storage injection systems between two physically different control principles back and forth. Furthermore, a cost saving by using a simple valve (digital valve), achieved by a simplified controller calibration and by a simplified control concept in the function development.
Mit dem erfindungsgemäß eingesetzten Hochdruckablassventil lässt sich somit keine variable Kraftstoffablassmenge einstellen, sondern das Ventil kann lediglich vollständig schließen oder vollständig öffnen, d. h. der Ventilkörper kann keine Zwischenstellung einnehmen. Die Abführung der vom Druckregler vorgegebenen Ablassmenge erfolgt daher allein durch Einstellung einer bestimmten Öffnungszeit, während der sich das Ventil im vollständig geöffneten Zustand befindet. Die Ansteuerzeit des Hochdruckablassventils bestimmt daher den abzulassenden Volumenstrom. Wie erwähnt, wie das Ventil vorzugsweise taktweise angesteuert, d. h. taktweise geöffnet und geschlossen, um die entsprechende Ablassmenge abzuführen.Thus, with the high-pressure discharge valve used according to the invention, it is not possible to set a variable amount of fuel discharge, but the valve can only close completely or open completely, ie. H. the valve body can not assume an intermediate position. The discharge of the prescribed by the pressure regulator discharge rate is therefore only by setting a certain opening time, during which the valve is in the fully open state. The activation time of the high-pressure relief valve therefore determines the volume flow to be discharged. As mentioned, as the valve is preferably cyclically driven, d. H. intermittently opened and closed to discharge the appropriate discharge amount.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in conjunction with the drawing. Show it:
Dem Volumenstromventil
Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Speichereinspritzsystem findet als Hochdruckventil bzw. Hochdruckablassventil das in
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