DE102008021384B3

DE102008021384B3 - Überlagerte Druckregelung des Common-Rail-Systems

Info

Publication number: DE102008021384B3
Application number: DE102008021384A
Authority: DE
Inventors: Hui Li
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2008-04-29
Filing date: 2008-04-29
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2028-04-30
Also published as: CN102016278A; WO2009132898A1; US8528522B2; CN102016278B; US20110041808A1

Abstract

Verfahren zur Druckregelung einer Common-Rail-Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, die eine Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff in einen Common-Rail-Kraftstoffspeicher, der mit einem Injektor in Verbindung steht, ein stromauf der Hochdruckpumpe angeordnetes Volumenstromsteuerventil, mit dem ein Kraftstoffvolumenstrom durch das Volumenstromsteuerventil in die Hochdruckpumpe einstellbar ist, und ein Drucksteuerventil stromab der Hochdruckpumpe aufweist, wobei die Druckregelung in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt über einen Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus (VCV closed-loop control mode) oder einen Drucksteuerventil-Regelungsmodus (PCV closed-loop control mode) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Durchführung des Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus in Transient-Phasen der Drucksteuerventil-Regelungsmodus aktiviert und durchgeführt wird und der Druck auf einen Sollwert abgebaut wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckregelung einer Common-Rail-Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, die eine Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff in einen Common-Rail-Kraftstoffspeicher, der mit einem Injektor in Verbindung steht, ein stromauf der Hochdruckpumpe angeordnetes Volumenstromsteuerventil, mit dem ein Kraftstoffvolumenstrom durch das Volumenstromsteuerventil in die Hochdruckpumpe einstellbar ist, und ein Druck-steuerventil stromab der Hochdruckpumpe aufweist, wobei die Druckregelung in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt über einen Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus (VCV closed-loop control mode) oder einen Drucksteuerventil-Regelungsmodus (PCV closed-loop control mode) durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftma-schine, kommen Einspritzanlagen zum Einsatz, die in den letzten Jahren immer mehr als sogenannte „Common-Rail”-Anlagen ausgeführt sind. Bei diesen werden die in den Brennräumen angeordneten Injektoren aus einem gemeinsamen Kraftstoffspeicher, dem Common-Rail, mit Kraftstoff versorgt. Der einzuspritzende Kraftstoff liegt dabei derzeit im Kraftstoffspeicher unter einem Druck von bis zu 2.000 bar vor.
In Bezug auf die Genauigkeit des zur Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlichen Einspritzdrucks von derartigen Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen werden immer höhere Anforderungen gestellt. Entsprechenden Verfahren zur Druckregelung kommt daher eine immer größer werdende Bedeutung zu.
Aus der DE 10 2006 018 164 B3 ist ein Verfahren zur Druckregelung einer Common-Rail-Einspritzanlage der eingangs beschriebenen Art bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird mit einem stromauf der Hochdruckpumpe angeordneten Volumenstromsteuerventil der Kraftstoffvolumenstrom in die Hochdruckpumpe eingestellt. Über ein stromab der Hochdruckpumpe angeordnetes Drucksteuerventil erfolgt eine Druck-steuerung. Es ist immer nur ein Regelungsmodus, d. h. entweder ein Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus (VCV closed-loop control mode) oder ein Drucksteuerventil-Regelungsmodus (PCV closed-loop control mode) möglich.
Wenn die Druckregelung in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt über einen Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus (VCV closed-loop control mode) durchgeführt wird, muss man in Transient-Phasen, beispielsweise beim Schubbetrieb oder bei negativen Sollwertgradienten, immer mit großen Überschwingungen rechnen, weil das Volumenstromsteuerventil bzw. die Hochdruckpumpe sehr träge ist. Es versteht sich, dass hierunter das Druckregelverhalten leidet.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung des Kraftstoffdruckes in einem Hochdruckspeicher ist in der DE 196 18 932 A1 beschrieben. Durch eine Kombination aus Volumenstromregelung und Druckregelung werden die Vorteile der Volumenstromregelung und der Druckregelung miteinander verbunden. Die Druckregelung wird aktiviert, wenn die Druckdifferenz aus Solldruck und Istdruck über einem vorgegebenen Wert liegt. In Abhängigkeit von dem Reglereingriff des Druckreglers wird der Reglereingriff des Volumenstromreglers korrigiert oder die Regelung gestoppt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs wiedergegebenen Art zu schaffen, mit dem ein besonders gutes Druckregelverhalten, insbesondere bei dynamischen Vorgängen, erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass während der Durchführung des Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus (VCV closed-loop control mode) bei Bedarf der Drucksteuerventil- Regelungsmodus (PCV closed-loop control mode) aktiviert und kurzzeitig durchgeführt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt daher eine kurzzeitige Betätigung der Drucksteuerventil-Regelung im Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus. Diese Betätigung führt das Druckregelsystem nicht in die Instabilität, bewirkt jedoch im Bedarfsfall, insbesondere in Transient-Phasen, einen sehr raschen Abbau des Drucks auf den Sollwert, da die Drucksteuerventil-Regelung eine wesentlich höhere Dynamik besitzt als die Volumenstromsteuerventil-Regelung. Damit lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein besonders gutes Druckregelverhalten bei dynamischen Vorgängen erzielen.
Es wird angestrebt, den Druck womöglich immer über den Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus zu regeln. Dies gewährt eine bessere Energieeffizienz des Hydrauliksystems. Erfindungsgemäß wird während dieses Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus eine Drucksteuerventil-Regelung bei Bedarf aktiviert und kurzzeitig durchgeführt.
Eine kurzzeitige Betätigung der Drucksteuerventil-Regelung im Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus leitet das Druckregelsystem nicht in die Instabilität.
In Weiterbildung der Erfindung ist während des Volumenstromventil-Regelungsmodus (VCV closed-loop control mode) der Drucksteuerventil-Regelungsmodus (PCV closed-loop control mode) normalerweise deaktiviert und wird nur als Offset-Steuerung (PCV-Offset) betrieben. Hierbei arbeitet daher die Drucksteuerventil-Regelung im Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus nur gesteuert. Bei Bedarf wird bei dieser Ausführungsform während des Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus (VCV closed-loop control mode) von Offset- Steuerung (PCV-Offset) auf Drucksteuerventil-Regelungs-modus (PCV closed-loop control mode) umgeschaltet.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Die Vorrichtung weist eine Druckregelungseinheit auf, die während des Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus (VCV closed-loop control mode) bei Bedarf den Drucksteuerventil-Regelungsmodus (PCV closed-loop control mode) aktiviert und kurzzeitig durchführt.
Vorzugsweise deaktiviert die Druckregelungseinheit während des Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus normalerweise den Drucksteuerventil-Regelungsmodus und betreibt diesen nur als Offset-Steuerung (PCV-Offset). Bei Bedarf schaltet die Druckregelungseinheit während des Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus von Offset-Steuerung (PCV-Offset) auf Drucksteuerventil-Regelungsmodus um und umgekehrt.
Vorzugsweise weist die Druckregelungseinheit einen Common-Rail-Druck-Koordinationsblock auf, der in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt einen Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus oder einen Drucksteuerventil-Regelungsmodus auswählt. Die Druckregelungseinheit besitzt ferner vorzugsweise einen Drucksteuerventil-Koordinationsblock, der von Offset-Steuerung (PCV-Offset) auf Drucksteuerventil-Regelungs-modus und umgekehrt umschaltet. Hierzu weist die Druckregelungseinheit zweckmäßigerweise einen Schalter mit Rampe oder exponentiellem Übergang auf.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Common-Rail-Einspritzanlage;
2 eine Blockdarstellung eines Teiles einer Druckregelungseinheit; und
3 eine Blockdarstellung eines weiteren Teiles einer Druckregelungseinheit.
Die in 1 schematisch dargestellte Einspritzanlage besitzt einen Kraftstofftank 7, von dem eine Vorlaufleitung 11 über ein Filter 8 zu einer Vorförderpumpe 1 führt, die die Kraftstoffförderung durchführt. Parallel zur Vorförderpumpe 1 ist ein Vordruckregelventil 10 geschaltet. Die Vorlaufleitung 11 passiert dann ein Volumenstromsteuerventil 2, mit dem ein Kraftstoffvolumenstrom in einer stromab davon angeordneten Hochdruckpumpe 3 einstellbar ist. Die Hochdruckpumpe 3 fördert den Kraftstoff in einen Common-Rail-Speicher 5, der mit diversen Injektoren 6 in Verbindung steht.
In einer Kraftstoffrücklaufleitung 13 ist ein Drucksteuerventil 4 stromauf der Hochdruckpumpe 3 angeordnet. Der zurückgeführte Kraftstoff gelangt durch die Rücklaufleitung 13 über ein Filter 12 in den Kraftstofftank 7 zurück.
Zur Druckregelung dieser Common-Rail-Einspritzanlage findet eine nichtdargestellte Druckregelungseinheit Verwendung, die in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt entweder einen Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus, bei dem das Volumenstromsteuerventil 2 entsprechend eingestellt wird, oder einen Drucksteuerventil-Regelungsmodus, bei dem das Drucksteuerventil 4 eingestellt wird, durchführt. Hierzu weist die Druckregelungseinheit einen Common-Rail-Druckregelungs-Koordinationsblock 20 auf, der in Abhängigkeit vom Betriebs punkt entscheidet, welche Regelung aktiv ist. Die Drucksteuerventil-Regelung ist bei 21 angedeutet, während die Volumenstromsteuerventil-Regelung bei 22 angedeutet ist.
Die Druckregelungseinheit ist bestrebt, den Druck der Einspritzanlage immer über die Volumenstromsteuerventil-Regelung 22 zu regeln. In diesem Modus arbeitet die Drucksteuerventil-Regelung nur im Steuermodus, d. h. bei der Drucksteuerventil-Regelung handelt es sich hierbei um eine Offset-Steuerung.
3 zeigt, dass die Druckregelungseinheit einen Drucksteuerventil-Koordinationsblock 30 besitzt, der bei Bedarf von Offset-Steuerung (PCV-Offset) 31 auf Drucksteuerventil-Regelungsmodus 32 und umgekehrt umschaltet. Wenn der Drucksteuerventil-Regelungsmodus 32 deaktiviert ist, ist die Drucksteuerventil-Regelung eine Offset-Steuerung 31, die sich aus PCV_PCTL (von Drucksteuerventil-Vorsteuerung 33), PCV_AD (von Drucksteuerventil-Adaption 34) und PCV_Offset zusammensetzt.
Die entsprechende Umschaltung von Offset-Steuerung 31 auf Drucksteuerventil-Regelungsmodus 32 wird über einen Schalter 35 mit Rampe oder exponentiellem Übergang durchgeführt.

Claims

Verfahren zur Druckregelung einer Common-Rail-Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, die eine Hochdruckpumpe zur Förderung von Kraftstoff in einen Common-Rail-Kraftstoffspeicher, der mit einem Injektor in Verbindung steht, ein stromauf der Hochdruckpumpe angeordnetes Volumenstromsteuerventil, mit dem ein Kraftstoffvolumenstrom durch das Volumenstromsteuerventil in die Hochdruckpumpe einstellbar ist, und ein Drucksteuerventil stromab der Hochdruckpumpe aufweist, wobei die Druckregelung in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt über einen Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus (VCV closed-loop control mode) oder einen Drucksteuerventil-Regelungsmodus (PCV closed-loop control mode) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Durchführung des Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus in Transient-Phasen der Drucksteuerventil-Regelungsmodus aktiviert und durchgeführt wird und der Druck auf einen Sollwert abgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Volumenstromventil-Regelungsmodus der Drucksteuerventil-Regelungsmodus normalerweise deaktiviert ist und nur als Offset-Steuerung (PCV-Offset) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bedarf während des Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus von Offset-Steuerung auf Drucksteuerventil-Regelungsmodus umgeschaltet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Druckregelungseinheit, mit der während des Volumenstromsteuerventil-Regelungsmodus in Transient-Phasen der Drucksteuerventil-Regelungsmodus aktivierbar und durchführbar ist, wodurch der Druck auf einen Sollwert abbaubar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelungseinheit während des Volumenstromventil-Regelungsmodus den Drucksteuerventil-Regelungsmodus deaktiviert und nur als Offset-Steuerung betreibt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelungseinheit bei Bedarf während des Volumenstromsteuerventilregelungsmodus von Offset-Steuerung auf Drucksteuerventil-Regelungs-modus umschaltet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelungseinheit einen Common-Rail-Druck-Koordinationsblock (20) aufweist, der in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt einen Volumenstromsteuerventil-Rege-lungsmodus (22) oder einen Drucksteuerventil-Rege-lungsmodus (21) auswählt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelungseinheit einen Drucksteuerventil-Koordinationsblock (30) besitzt, der von Offset-Steuerung (31) auf Drucksteuerventil-Regelungsmodus (32) und umgekehrt umschaltet
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksteuerventil-Koordinationsblock (30) einen Schalter (35) mit Rampe oder exponentiellem Übergang aufweist.