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Title:
METHOD FOR OPERATING A HIGH-PRESSURE PUMP IN A COMMON RAIL SYSTEM, AND DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/206603
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a high-pressure pump (100) for generating high pressure in a common rail system of an internal combustion engine, comprising an electronic controller (9) which carries out a quantity control process via at least two electric suction valves (1; 1'). In order to detect the installation position of the high-pressure pump (100) and the assignment of the electric suction valve (1; 1') during a motor start-up, one of the electric suction valves (1; 1') is switched off, and the resulting change in the rail pressure curve is detected by a sensor and assigned to the electric suction valve (1; 1') relating to said change, and on the basis of the unique assignment of one of the electric suction valves (1; 1'), the suction valves are thereafter actuated in the correct angular position.

Inventors:
RUDOLF, Vinzent (Im Kirchtal 5, Benningen Am Neckar, 71726, DE)
VEIT, Guenter (Heimentaele 26, Rottenburg, 72108, DE)
SCHULER, Dieter (Berglenstr. 16, Stuttgart, 70188, DE)
Application Number:
EP2019/058608
Publication Date:
October 31, 2019
Filing Date:
April 05, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F02D41/38; F02M59/36; F02M65/00; F02D41/06; F02D41/20
Foreign References:
EP3020946A12016-05-18
US20070169750A12007-07-26
DE102016212671A12018-01-18
Other References:
None
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckpumpe (100) zur

Hochdruckerzeugung in einem Common- Rail-System eines

Verbrennungsmotors, mit einer elektronischen Steuereinrichtung (9), welche über mindestens zwei elektrische Säugventile (1; ) der Hochdruckpumpe (100) eine Mengensteuerung vornimmt, wobei zur Hochdruckerzeugung das jeweilige elektrische Säugventil (1; ) durch die Steuereinrichtung (9) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung der Einbaulage der

Hochdruckpumpe (100) sowie der Zuordnung des elektrischen Säugventils (1; ) während des Motorstartes, eines der elektrischen Säugventile (1; ) durch die Steuereinrichtung (9) nicht angesteuert wird, und die daraus resultierende Änderung des Raildruckverlaufes per Sensorik erkannt und diesem betroffenen elektrischen Säugventil (1; ) zugeordnet wird, und dass aufgrund der eindeutigen Zuordnung eines der elektrischen Säugventile (1; ), diese hernach in der korrekten Winkellage angesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die so erhaltene Information automatisch in die Berechnung der winkelsynchronen Ansteuerung der beiden elektrischen

Säugventile (1; ) einbezogen, und in die Steuerung der Fördermenge zur Raildruckregelung herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Funktion zeitlich in den

Startvorgang eines Motors so integriert wird, dass keine Startverzögerung des Motors entsteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass im Startvorgang zunächst beide elektrische Säugventile (1; ) dauerbestromt angesteuert werden, um ein möglichst schnelles Erreichen des Druckes zur Freigabe der Einspritzung zu ermöglichen, wodurch sich ein stufenförmiger Anstieg des Raildruckes ausbildet.

5. Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen des Druckes zur Freigabe der Einspritzung eines der beiden elektrischen Säugventile (1; ) durch die

Steuereinrichtung (9) nicht angesteuert wird, während das andere weiterhin dauerbestromt angesteuert wird, wodurch sich der Raildruckverlauf in einen Wechsel aus einer Druckanstiegsphase und einer Phase ohne Druckanstieg verändert, wobei sodann der Druckanstieg dem angesteuerten elektrischen Säugventil (1; ), und die Phase ohne Druckanstieg dem nicht angesteuerten elektrischen Säugventil (1; ) zugeordnet werden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter automatischer Erkennung der korrekten Zuordnung der beiden elektrischen Säugventile (1; ), die

Raildruckregelung eingeschaltet, und die beiden elektrischen Säugventile (1; ) winkelsynchron selektiv angesteuert werden.

7. Einrichtung mit einer Hochdruckpumpe (100) zur Hochdruckerzeugung in einem Common- Rail-System eines Verbrennungsmotors, mit einer

elektronischen Steuereinrichtung (9), welche über mindestens zwei elektrische Säugventile (1; ) der Hochdruckpumpe (100) eine Mengensteuerung vornimmt, wobei zur Hochdruckerzeugung das jeweilige elektrische Säugventil (1; ) durch die Steuereinrichtung (9) angesteuert wird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung der Einbaulage der

Hochdruckpumpe (100) sowie der Zuordnung des elektrischen Säugventils (1; ) während des Motorstartes, mittels eines Steuergerätes (10) der

Steuereinrichtung (9) eines der elektrischen Säugventile (1; ) nicht angesteuert wird, und die daraus resultierende Änderung des Raildruckverlaufes per Sensorik erkannt und diesem betroffenen elektrischen Säugventil (1; ) zugeordnet wird, und dass aufgrund der eindeutigen Zuordnung eines der elektrischen

Säugventile (1; ) diese hernach in der korrekten Winkellage ansteuerbar sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass im Steuergerät (10) eine Speichereinrichtung implementiert ist, die zumindest kurzzeitig die Daten eines Raildruckverlaufes aufzeichnet, so dass dieser elektronisch plausibilisierbar ist.

9. Common- Rail-System eines Verbrennungsmotors mit einer Einrichtung mit Hochdruckpumpe (100) gemäß einem der Ansprüche 7 und 8.

Description:
Beschreibung

Titel

Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckpumpe in einem Common- Rail-System, sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckpumpe zur Hochdruckerzeugung in einem Common- Rail-System eines

Verbrennungsmotors, mit einer elektronischen Steuereinrichtung, welche über ein elektrisches Säugventil eine Mengensteuerung vornimmt, sowie einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gemäß Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7.

Stand der Technik

Zur Hochdruckerzeugung in Common- Rail-Systemen werden Hochdruckpumpen verschiedener Bauarten eingesetzt. Im Zusammenspiel mit einem oder mehreren Stellern, sowie einem Raildrucksensor und einer elektrischen Steuereinrichtung (ECU), lässt sich eine Regelung des Raildruckes darstellen. Dabei kommt der Mengensteuerung der Pumpe eine besondere Bedeutung für die Güte der Regelung zu. Jedes verwendete elektrische Säugventil wird von jeweils einer Endstufe eines Steuergerätes angesteuert.

Allgemein bekannter Stand der Technik sind Common- Rail-Systeme mit

Hochdruckpumpen, mit oben erwähnten elektrischen Säugventilen, insbesondere Pumpen mit mehr als einem Element, typischerweise Zwei-Stempel-Pumpen, mit entsprechend zwei elektrischen Säugventilen.

Die elektrischen Säugventile der Zwei-Stempel-Pumpen sind identisch ausgeführt und besitzen identische, nicht codierte Stecker für den elektrischen Anschluss. Die übliche Betriebsstrategie der elektrischen Saugventil-Pumpen besteht darin, während des Startes des Motors die elektrischen Säugventile für einige Hübe dauerhaft zu bestromen, was zur Vollförderung der Pumpe führt, und danach durch winkelsynchrone Ansteuerung eine geregelte Fördermenge einzustellen.

Es existiert bereits eine Funktion, die anhand des Raildruckverlaufes während der Phase der Dauerbestromung die Winkellage der Pumpe detektieren kann. Eine Unterscheidung der beiden Elemente ist jedoch nicht möglich.

Dadurch, dass die Stecker der beiden elektrischen Säugventile einer Pumpe, wie oben bereits ausgeführt, identisch sind, besteht die Möglichkeit einer

Vertauschung, so dass die Zuordnung zu den Endstufen des Steuergerätes falsch ist.

Bei vertauscht aufgesteckten Kabeln ist eine winkelsynchrone Ansteuerung der elektrischen Säugventile nicht korrekt möglich, die Raildruckregelung wäre dadurch nicht möglich und würde zu Fehlern im System, d.h. zum Abstellen oder nicht Starten des Motors führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Pumpeneinbaulage und die korrekte Zuordnung des elektrischen Säugventils zur jeweiligen Ansteuer- Endstufe automatisch erkennen zu können, und dies unter Vermeidung einer Startverzögerung zu bewerkstelligen.

Offenbarung der Erfindung

Die übliche Betriebsstrategie einer mit zwei elektrischen Säugventilen betriebenen Hochdruckpumpe besteht darin, dass während der Startphase des Motors die elektrischen Säugventile für einige Hübe dauerbestromt werden, was zur besagten Vollförderung der Pumpe führt, um danach durch winkelsynchrone Ansteuerung eine geregelte Fördermenge einzustellen.

Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckpumpe zur

Hochdruckerzeugung in einem Common- Rail-System eines Verbrennungsmotors, mit einer elektronischen Steuereinrichtung, welche über mindestens zwei elektrische Säugventile (eSV) eine Mengensteuerung vornimmt, besteht die Erfindung darin, dass zur Erkennung der Einbaulage der

Hochdruckpumpe sowie der Zuordnung des elektrischen Säugventils (eSV) während des Motorstartes, eines der elektrischen Säugventile abgeschaltet wird, und die daraus resultierende Änderung des Raildruckverlaufes sensortechnisch erkannt und diesem betroffenen elektrischen Säugventil zugeordnet wird, und dass aufgrund der eindeutigen Zuordnung eines der elektrischen Säugventile, diese hernach in der korrekten Winkellage angesteuert werden.

Es soll so also die Zuordnung der elektrischen Säugventile zu der jeweiligen Endstufe des Steuergerätes detektiert werden, und die winkelsynchrone

Ansteuerung der elektrischen Säugventile entsprechend der erkannten

Zuordnung umgeschaltet werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist daher angegeben, dass die so erhaltene Information automatisch in die Berechnung der winkelsynchronen Ansteuerung der beiden elektrischen Säugventile einbezogen, und in die

Steuerung der Fördermenge zur Raildruckregelung herangezogen wird.

Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass die genannte Funktion zeitlich in den Startvorgang eines Motors so integriert wird, dass keine Startverzögerung entsteht. So nimmt das System automatisch die Erfassung als auch den

Korrektureingriff so schnell vor, dass der Betreiber oder Fahrer keinerlei

Verzögerungen bemerken kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass im Startvorgang zunächst beide elektrische Säugventile dauerbestromt werden, um ein möglichst schnelles Erreichen des Druckes zur Freigabe der Einspritzung zu ermöglichen, wodurch sich ein stufenförmiger Anstieg des Raildruckes ausbildet.

Weiterhin vorteilhaft ist nun ausgestaltet, dass nach Erreichen des Druckes zur Freigabe der Einspritzung eines der beiden elektrischen Säugventile

abgeschaltet, während das andere weiterhin dauerbestromt wird, wodurch sich der Raildruckverlauf in einen Wechsel aus einer Druckanstiegsphase und einer Phase ohne Druckanstieg verändert, wobei sodann der Druckanstieg dem bestromten elektrischen Säugventil, und die Phase ohne Druckanstieg dem unbestromten elektrischen Säugventil zugeordnet werden kann.

Vorteilhaft ist daher die Ausgestaltung, dass nach erfolgter automatischer Erkennung der korrekten Zuordnung der beiden elektrischen Säugventile, die Raildruckregelung eingeschaltet, und die beiden elektrischen Säugventile winkelsynchron selektiv angesteuert werden.

Im Hinblick auf eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist angegeben, dass zur Erkennung der Einbaulage der Hochdruckpumpe sowie der Zuordnung des elektrischen

Säugventils (eSV) während des Motorstartes, mittels eines Steuergerätes eines der elektrischen Säugventile abgeschaltet wird, und die daraus resultierende, mit einem oder jeweils einem Raildrucksensor ermittelte Änderung des

Raildruckverlaufes erkannt und diesem betroffenen elektrischen Säugventil zugeordnet wird, und dass aufgrund der eindeutigen Zuordnung eines der elektrischen Säugventile, diese hernach in der korrekten Winkellage ansteuerbar sind.

Diesbezüglich ist vorteilhaft ausgestaltet, dass im Steuergerät eine

Speichereinrichtung implementiert ist, die zumindest kurzzeitig die Daten eines Raildruckverlaufes aufzeichnet, so dass dieser elektronisch plausibilisiert werden kann.

Bei Hochdruckpumpen neuerer Generation wird ein elektrisches Säugventil (eSV) zur Mengensteuerung verwendet. Dieses sitzt nicht, wie eine

Zumesseinheit im Zulauf der Hochdruckpumpe, sondern ist mit dem

hydraulischen Einlassventil des jeweiligen Pumpenelements der

Hochdruckpumpe kombiniert. Damit ist eine unmittelbare Beeinflussung jedes Kompressionshubes der Pumpe möglich. Das elektrische Säugventil wird durch eine Feder niedergehalten und steht stromlos offen. Das bedeutet, die

Hochdruckpumpe kann keinen Kraftstoff in das Raildrucksystem fördern, weil der Pumpenraum durch das hydraulische Einlassventil zwar befüllt wird, das elektrische Säugventil aber das Schließen des hydraulischen Einlassventils verhindert und damit der Kraftstoff wieder in den Ansaugpfad zurückgeschoben wird.

Um eine Pumpenförderung zu erzielen muss das elektrische Säugventil bei befülltem Pumpenraum bestromt und damit geschlossen werden. Damit kann sich das hydraulische Einlassventil schliessen, und es findet eine Kompression im Pumpenraum durch den Pumpenkolben statt, so dass komprimierter Kraftstoff über das hydraulische Auslassventil in das angeschlossene Common-Rail- System ausgeschoben werden kann. Der Schließzeitpunkt während der

Verdichtungsphase, genannt Förderbeginnwinkel, bestimmt die Fördermenge der Hochdruckpumpe.

Für Systeme mit großen Motoren und hohem Kraftstoffverbrauch werden sogenannte Zweistempel Pumpen genutzt. Diese besitzen zwei

Pumpenelemente mit jeweils einem elektrischen Säugventil und können dadurch eine doppelt so große Menge wie eine Einstempel-Pumpe in das Rail fördern. Beide elektrischen Säugventile sind identisch ausgeführt und besitzen den identischen nicht codierten Stecker für den elektrischen Anschluss.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:

Figur 1 einen grundsätzlichen Aufbau einer Hochdruckpumpe mit elektrischem

Säugventil,

Figur 2 eine graphische Darstellung des Verlaufs des Pumpdrucks über den

Pumpenwinkel.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Um nach Figur 1 eine Pumpenförderung zu erzielen, muss ein

elektromagnetischer Aktor 2 des elektrischen Säugventils 1; bei befülltem Pumpenraum 6 bestromt werden. Der elektromagnetische Aktor 2 umfasst eine Spule und einen Anker 3, der in Öffnungsrichtung auf das hydraulische

Einlassventil 4 wirkt. Der Anker 3 wird durch eine Feder zum hydraulischen Einlassventil 4 gedrückt, so dass dieses in stromlosem Zustand der Spule geöffnet gehalten wird. Bei Bestromung der Spule wird der Anker 3 gegen die Kraft der Feder vom hydraulischen Einlassventil 4 wegbewegt und das hydraulische Einlassventil 4 kann schließen. Wenn das hydraulische

Einlassventil 4 schließt kann eine Kompression im Pumpenraum 6 durch den Pumpenkolben 7 stattfinden. Durch die nun im Pumpenraum 6 vorherrschende hydraulische Kraft bleibt das hydraulische Einlassventil 4 auch geschlossen wenn der elektromagnetische Aktor 2 stromlos ist. Die elektromagnetischen Aktoren 2 werden jeweils über eine Endstufe 11 bzw. 12 eines Steuergeräts 10 der Steuereinrichtung 9 angesteuert.

Während des Motorstartes wird die Zuordnung der elektromagnetischen Aktoren 2 der elektrischen Säugventile 1; zu den Endstufen 11; 12 anhand dieser hydraulischen Kraft erkannt. Sobald ein Raildruckanstieg erkannt wird, bei dem dann die hydraulische Kraft im Pumpenelement groß genug ist, kann die Bestromung der Endstufe 11 bzw. 12 abgeschaltet werden. Anschließend verharrt das hydraulische Einlassventil 4 auf der momentanen Position und fällt erst hernach wieder in seine Öffnungsstellung zurück, wenn der Druck im Pumpenelement abgebaut ist. Dabei ist dann die rückstellende Kraft durch die Feder auf den Anker 3 größer als die hydraulische Kraft. Das Zurückfallen des Ankers 3 induziert eine elektrische Spannung im Anker 3, welche mit Hilfe eines Detektionsstromes erkannt werden kann. Der Stromkreis, welcher die induzierte Spannung misst, kann folglich nun einem definierten elektrischen Säugventil 1; zugeordnet werden.

In der Figur 2 ist der Betriebsablauf in drei Zonen eingeteilt. Im Startvorgang des Motors, werden zunächst die elektromagnetischen Aktoren 2 beider elektrischen Säugventile 1; dauerbestromt, um dabei ein möglichst schnelles Erreichen des Drucks zur Freigabe der Einspritzungen zu ermöglichen.

Dabei bildet sich ein stufenhaft ansteigender Raildruck aus, der die Zuordnung der Pumpennocken zum Winkelsystem erkennen lässt.

Nach Erreichen des Druckes zur Einspritzfreigabe wird der elektromagnetische Aktor 2 eines der beiden elektrischen Säugventile 1 nicht mehr bestromt, d.h. nicht mehr angesteuert, während der elektromagnetische Aktor 2 des anderen elektrischen Säugventils weiterhin dauerbestromt wird. Der Raildruckverlauf verändert sich dadurch in einen Wechsel aus Drucksanstiegsphase und Phase ohne Druckanstieg. Hierbei wird der Druckanstieg dem bestromten elektrischen Säugventil 1 die Phase ohne Druckanstieg dem unbestromten elektrischen Säugventil zugeordnet. Dies stellt die neue Betriebsphase dar.

Nach Erkennen der elektrischen Saugventil-Zuordnung wird die

Raildruckregelung eingeschaltet und die elektromagnetischen Aktoren 2 der elektrischen Säugventile 1; werden entsprechend den Anforderungen der Raildruckregelung winkelsynchron selektiv angesteuert.

Die zusätzliche Betriebsphase mit einem dauerbestromten und einem nicht bestromten elektrischen Säugventil 1; erfordert nur eine Dauer von wenigen Pumpenhüben. Dadurch ist der ungeregelte Druckanstieg in dieser Phase sehr begrenzt. Da während dieser Phase bereits eingespritzt werden kann, tritt keine Startverzögerung auf.

Kurz zusammenfassend bestehen die in Figur 2 dargestellten drei Phasen aus folgenden Funktionen:

1. Dauerbestromung der elektromagnetischen Aktoren 2 beider elektrischer Säugventile 1; G, über die jeweilige Endstufen 11, 12.

2. Nach Erfassung des ersten elektrischen Saugventiles 1, Abschalten der Dauerbestromung des elektrischen Aktors 2 des zweiten elektrischen Saugventiles , um Phasenlage zu erfassen.

3. Nächste erfasste Endstufe 11; 12 erlaubt die Bestimmung der Pumpphase, und Abwarten auf Meldung der Endstufe 11;12, weil ansonsten keine optimale Befüllung gewährleistet werden kann.