DE10036773A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems einer direkt einspritzenden BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems (11) einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine (1), wobei Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (12) in einen Niederdruckbereich (ND) des Kraftstoffzumesssystems (11) gefördert wird, Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich (ND) von mindestens zwei bedarfsgesteuerten Hochdruckpumpen (14, 15) in einen Hochdruckspeicher (16) gefördert wird, ein in dem Hochdruckspeicher (16) herrschender Einspritzdruck (p_r) durch Variation der Förderraten (q_1, q_2) der Hochdruckpumpen (14, 15) geregelt wird und Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (16) in Brennräume (4) der Brennkraftmaschine (1) eingespritzt wird. Um Schwankungen des Einspritzdrucks (p_r) aufgrund von unterschiedlichen Förderkennlinien der Hochdruckpumpen (14, 15) zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die Förderraten (q_1, q_2) für jede der Hochdruckpumpen (14, 15) auf den gleichen Wert (q_1 = q_2) korrigiert werden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems einer
direkteinspritzenden Brennkraftmaschine. Dabei wird
Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter in einen
Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems gefördert.
Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich wird von mindestens
zwei bedarfsgesteuerten Hochdruckpumpen in einen
Hochdruckspeicher gefördert. Ein in dem Hochdruckspeicher
herrschender Einspritzdruck wird durch Variation der
Förderraten der Hochdruckpumpen geregelt. Schließlich wird
Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in Brennräume der
Brennkraftmaschine eingespritzt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftstoffzumesssystem
einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine. Das
Kraftstoffzumesssystem weist einen
Kraftstoffvorratsbehälter und mindestens eine
Vorförderpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus dem
Kraftstoffvorratsbehälter in einen Niederdruckbereich des
Kraftstoffzumesssystems auf. Des weiteren weist das
Kraftstoffzumesssystem mindestens zwei bedarfsgesteuerte
Hochdruckpumpen zum Fördern von Kraftstoff aus dem
Niederdruckbereich in einen Hochdruckspeicher auf. Ein
Steuergerät regelt bzw. steuert einen in dem
Hochdruckspeicher herrschenden Einspritzdruck durch
Variation der Förderraten der Hochdruckpumpen. Über
Kraftstoffeinspritzventile wird Kraftstoff aus dem
Hochdruckspeicher in Brennräume der Brennkraftmaschine
eingespritzt.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine
direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit einem
Kraftstoffzumesssystem der oben beschriebenen Art. Die
Erfindung betrifft schließlich auch ein Steuergerät für
eine solche direkteinspritzende Brennkraftmaschine.
Direkteinspritzende Brennkraftmaschinen der eingangs
genannten Art mit eingangs erwähnten
Kraftstoffzumesssystemen sind aus dem Stand der Technik
beispielsweise in Form von Brennkraftmaschinen mit Benzin-
Direkteinspritzung (BDE) bekannt. Das
Kraftstoffzumesssystem weist eine üblicherweise als
Elektrokraftstoffpumpe ausgebildete Vorförderpumpe auf, die
Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter in einen
Niederdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems fördert.
Mindestens zwei Hochdruckpumpen des Kraftstoffzumesssystems
fördern Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich mit Hochdruck
in einen Hochdruckspeicher. Durch den Einsatz von
mindestens zwei Hochdruckpumpen kann auch bei
Brennkraftmaschinen mit einem relativ großen Hubraum bzw.
bei Brennkraftmachinen mit sechs oder mehr Zylindern stets
eine zuverlässige Kraftstoffversorgung sichergestellt
werden. Ein Kraftstoffzumesssystem mit zwei oder mehr
Hochdruckpumpen ist beispielsweise aus der DE 100 23 033
bekannt, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.
Der Hochdruckspeicher ist beispielsweise als eine
Verteilerleiste eines Common-Rail(CR)-
Kraftstoffzumesssystems ausgebildet. Von dem
Hochdruckspeicher münden Einspritzventile ab, über die
Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher mit dem dort
herrschenden Einspritzdruck (Raildruck) in Brennräume der
Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die
Einspritzventile werden von einem Steuergerät der
Brennkraftmaschine angesteuert. Das Steuergerät hat des
Weiteren die Aufgabe, über einen Druckregelkreis einen in
dem Hochdruckspeicher herrschenden Einspritzdruck zu
regeln. Eine Erhöhung des Einspritzdrucks kann durch
geeignetes Ansteuern der Hochdruckpumpen, also durch
Erhöhung der Kraftstoffzufuhr in den Hochdruckspeicher,
erzielt werden. Eine Reduzierung des Einspritzdrucks kann
durch geeignetes Ansteuern eines aus dem Hochdruckspeicher
abzweigenden Steuerventils, also durch Erhöhung des
Kraftstoffablaufs aus dem Hochdruckspeicher, oder durch
Reduktion der Förderleistung der Hochdruckpumpen erzielt
werden. Das Steuerventil ist beispielsweise als ein
Mengensteuerventil (bei 1-Zylinder-Kolben-Hochdruckpumpen)
oder als ein Drucksteuerventil (bei 3-Zylinder-
Radialkolben-Hochdruckpumpen) ausgebildet.
Das Steuergerät weist einen Druckregler auf. Die Regelung
des in dem Hochdruckspeicher herrschenden Einspritzdrucks
erfolgt beispielsweise über einen geschlossenen Regelkreis
mit einer Vorsteuerung. Aus dem Ausgangssignal der Regelung
und dem Vorsteuersignal wird ein Ansteuersignal für das
Steuerventil der Hochdruckpumpen gebildet. Nach dem Stand
der Technik werden die Steuerventile von allen
Hochdruckpumpen mit dem gleichen Ansteuersignal
angesteuert, das jedoch um einen Winkel verschoben ist, der
zwischen den Nocken der Hochdruckpumpen liegt.
Bei einer derartigen Ansteuerung der Steuerventile wird
nicht berücksichtigt, dass die Hochdruckpumpen aufgrund von
Fertigungstoleranzen, Verschleiß, Temperaturschwankungen
o. ä. unterschiedliche Förderkennlinien und somit trotz
gleicher Ansteuerung unterschiedliche Förderraten aufweisen
können. Das wirkt sich dahingehend aus, dass der in dem
Hochdruckspeicher herrschende Einspritzdruck nach der
Förderung einer stärkeren Hochdruckpumpe (mit einer
größeren Förderrate) höher ist als nach der Förderung einer
schwächeren Hochdruckpumpe (mit einer niedrigeren
Förderrate). Diese Unterschiede im Druckniveau können dazu
führen, dass unterschiedliche Kraftstoffmengen in die
Brennräume eingespritzt werden. Außerdem kann die
Druckregelung durch das schwankende Druckniveau in dem
Hochdruckspeicher zu Schwingungen angeregt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
Kraftstoffzumesssystemen mit mehreren bedarfsgesteuerten
Hochdruckpumpen, die versetzt zueinander angesteuert
werden, den in dem Hochdruckspeicher herrschenden
Einspritzdruck auf einem möglichst konstanten Druckniveau
zu halten.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend
von dem Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems der
eingangs genannten Art vor, dass die Förderraten der oder
jeder Hochdruckpumpe auf den gleichen Wert korrigiert
werden.
Es ist denkbar, zunächst für jede Hochdruckpumpe eine die
Förderkennlinie charakterisierende Größe zu ermitteln. Eine
solche Größe ist beispielsweise die Förderrate der
einzelnen Hochdruckpumpen oder der in dem Hochdruckspeicher
im Anschluß an eine Förderung der einzelnen Hochdruckpumpen
herrschender Einspritzdruck. Anhand der charakterisierenden
Größen wird ermittelt, ob die Förderraten der
Hochdruckpumpen unterschiedliche Werte aufweisen und um
wieviel die einzelnen Förderraten korrigiert werden müssen,
damit sie den gleichen Wert aufweisen. Dann werden die
Förderraten auf den gleichen Wert korrigiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden also die
Förderraten der einzelnen Hochdruckpumpen erlernt und in
der Ansteuerung adaptiv berücksichtigt, um ein von den
Förderkennlinien der Hochdruckpumpen unabhängiges
Druckniveau in dem Hochdruckspeicher zu erzielen. Das
Niveau des in dem Hochdruckspeicher herrschenden
Einspritzdrucks ist unabhängig von Fertigungstoleranzen,
Temperaturschwankungen und Förderverlusten aufgrund von
Alterungserscheinungen oder Verschleiß.
Bei der Adaption der Förderraten ist es unerheblich, ob die
Förderraten nach oben oder nach unten korrigiert werden;
wichtig ist allein, dass sie auf den gleichen Wert
korrigiert werden. Wenn die Förderraten nach unten, also
auf einen niedrigen Wert, korrigiert werden, ist damit zu
rechnen, dass der in dem Hochdruckspeicher herrschende
Einspritzdruck abfällt. Dieser Druckabfall wird von der
Druckregelung ausgeregelt, indem die Förderraten sämtlicher
Hochdruckpumpen gleichermaßen angehoben werden. Ebenso wird
der Einspritzdruck von der Druckregelung abgesenkt, wenn es
zu einem Druckanstieg aufgrund der Adaption der Förderraten
der Hochdruckpumpen in dem Hochdruckspeicher kommt. Bei der
vorliegenden Erfindung werden also gewissermaßen einer
übergeordneten Regelung des Einspritzdrucks für jede der
Hochdruckpumpen eine Regelung der Förderrate auf einen
gemeinsamen Wert unterlagert.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Unterschiede im
Niveau des in dem Hochdruckspeicher herrschenden
Einspritzdrucks ausgeglichen werden. Dadurch wird stets
eine konstante Kraftstoffmenge in die Brennräume der
Brennkraftmaschine eingespritzt. Das führt zu einem
besonders gleichmäßigen Motorlauf bei geringem
Geräuschniveau, geringen Abgasemissionen und geringem
Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine. Außerdem wird
durch das erfindungsgemäße Verfahren verhindert, dass die
Druckregelung zu Schwingungen angeregt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass zur Korrektur der
Förderraten der Hochdruckpumpen den Hochdruckpumpen
zugeordnete Steuerventile mit korrigierten Ansteuersignalen
angesteuert werden. Die Steuerventile sind bspw. als
Mengensteuerventile (bei 1-Zylinder-Kolben-Hochdruckpumpen)
oder als Drucksteuerventile (bei 3-Zylinder-Radialkolben-
Hochdruckpumpen) ausgebildet. Die im Rahmen der
Druckregelung ermittelten und bis auf einen zeitlichen
Versatz zueinander für alle Hochdruckpumpen identischen
Ansteuersignale für die Steuerventile werden also derart
korrigiert, dass die tatsächlichen Förderraten der
Hochdruckpumpen gleich groß sind. Zur Korrektur der
Ansteuersignale wird vorteilhafterweise die Dauer der
Ansteuerung der Steuerventile variiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass die korrigierten
Ansteuersignale für die Steuerventile aus dem in dem
Hochdruckspeicher herrschenden Einspritzdruck für jede der
Hochdruckpumpen einzeln aus einem gemeinsamen
Ansteuersignal ermittelt werden, das für jede der
Hochdruckpumpen gesondert adaptiert wird. Statt aus dem
Einspritzdruck können die korrigierten Ansteuersignale auch
aus anderen, den Verlauf der Förderkennlinie einer
Hochdruckpumpe charakterisierenden Größe ermittelt werden.
Vorteilhafterweise wird für jede Hochdruckpumpe der im
Anschluss an eine Förderung der Hochdruckpumpe in dem
Hochdruckspeicher herrschende Einspritzdruck ermittelt und
der Hochdruckpumpe zugeordnet, die zuletzt gefördert hat.
Aus den ermittelten Einspritzdrücken kann die Förderrate
der einzelnen Hochdruckpumpen bestimmt werden, wenn die
Eigenschaften und Kenngrößen des Kraftstoffzumesssystems
bekannt sind. Die Förderraten können bspw. mit Hilfe von
Kennfeldern aus den in dem Hochdruckspeicher herrschenden
Einspritzdrücken ermittelt werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass für jede
Förderrate aus der Differenz der Förderrate und einem
Mittelwert für alle Förderraten ein Korrekturwert ermittelt
wird. Vorteilhafterweise werden die Korrekturwerte zu dem
gemeinsamen Ansteuersignal hinzuaddiert. Vorzugsweise
werden die Korrekturwerte über die Zeit aufintegriert,
bevor sie zu dem gemeinsamen Ansteuersignal hinzuaddiert
werden. Durch die Integration der Korrekturwerte können
Schwingungen in dem Kraftstoffzumesssystem stark gedämpft
und sogar ganz verhindert werden. Insbesondere wird
vorgeschlagen, dass jeder Korrekturwert einem eigenen
Integrator zugeführt wird, d. h. für jede Hochdruckpumpe
ist ein eigener Integrator vorgesehen.
Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
Korrekturwerte oder die aufintegrierten Korrekturwerte nach
der Adaption gespeichert werden und die Integratoren beim
nächsten Fahrzyklus mit den gespeicherten Werten
initialisiert werden.
Vorteilhafterweise wird die Korrektur der Förderraten der
Hochdruckpumpen bei Last- oder Druckdynamik unterbrochen.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass Last- und Druckdynamik
in die Korrektur der Förderraten der Hochdruckpumpen
kompensierend eingerechnet wird.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden
Erfindung wird ausgehend von dem Kraftstoffzumesssystem
einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine der eingangs
genannten Art vorgeschlagen, dass das
Kraftstoffzumesssystem Mittel zum Korrigieren der
Förderraten jeder der Hochdruckpumpen auf den gleichen Wert
aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass das
Kraftstoffzumesssystem Mittel zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
Als noch eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden
Erfindung wird ausgehend von einer direkteinspritzenden
Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art
vorgeschlagen, dass das Kraftstoffzumesssystem nach
Anspruch 13 oder 14 ausgebildet ist.
Schließlich wird als eine weitere Lösung der Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ausgehend von einem Steuergerät für
eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine der eingangs
genannten Art vorgeschlagen, dass das Steuergerät Mittel
zum Korrigieren der Förderraten jeder der Hochdruckpumpen
auf den gleichen Wert aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Steuergerät Mittel
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines
Steuerelements, das für ein Steuergerät einer direkt
einspritzenden Brennkraftmaschine, insbesondere eines
Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem
Steuerelement ein Programm abgespeichert, das auf einem
Rechengerät, insbesondere auf einem Microprozessor,
ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die
Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes
Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm
versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung
darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das
Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere
ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen,
beispielsweise ein Read-Only-Memory oder ein Flash-Memory.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der
Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen
oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger
Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren
Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw.
Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es
zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine;
Fig. 2 einen Verlauf eines geregelten Einspritzdrucks
eines aus dem Stand der Technik bekannten
Kraftstoffzumesssystems ohne Adaption der
Förderraten;
Fig. 3 einen Verlauf eines geregelten Einspritzdrucks
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffzumesssystems
mit Adaption der Förderraten; und
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen
Verfahrens gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform.
In Fig. 1 ist eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine 1
eines Kraftfahrzeugs dargestellt, bei der ein Kolben 2 in
einem Zylinder 3 hin- und herbewegbar ist. Der Zylinder 3
ist mit einem Brennraum 4 versehen, der u. a. durch den
Kolben 2, ein Einlassventil 5 und ein Auslassventil 6
begrenzt ist. Mit dem Einlassventil 5 ist ein Ansaugrohr 7
und mit dem Auslassventil 6 ein Abgasrohr 8 gekoppelt.
Im Bereich des Einlassventils 5 und des Auslassventils 6
ragen ein Einspritzventil 9 und eine Zündkerze 10 in den
Brennraum 4. Über das Einspritzventil 9 kann Kraftstoff in
den Brennraum 4 eingespritzt werden. Mit der Zündkerze 10
kann der Kraftstoff in dem Brennraum 4 entzündet werden.
Der Kolben 2 wird durch die Verbrennung des Kraftstoff in
dem Brennraum 4 in eine Hin- und Herbewegung versetzt, die
auf eine nicht dargestellte Kurbelwelle übertragen wird und
auf diese ein Drehmoment ausübt.
Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Kraftstoffzumesssystem
11 auf, durch das der über das Einspritzventil 9 in den
Brennraum 4 einzuspritzende Kraftstoff zugemessen wird. Das
Kraftstoffzumesssystem 11 weist einen
Kraftstoffvorratsbehälter 12 auf, aus dem von einer als
Elektrokraftstoffpumpe ausgebildeten Vorförderpumpe 13
Kraftstoff in einen Niederdruckbereich ND des
Kraftstoffzumesssystems 11 gefördert wird. Zwei
Hochdruckpumpen 14, 15 fördern Kraftstoff aus dem
Niederdruckbereich ND in einen Hochdruckspeicher 16. Die
Hochdruckpumpen 14, 15 sind als 1-Zylinder-Hochdruckpumpen
mit jeweils zwei Rückschlagventilen 17 und einem
Mengensteuerventil 18 ausgebildet. Durch die
Mengensteuerventile 18 kann eine Mengensteuerleitung 19
geöffnet bzw. geschlossen werden. Bei einer geöffneten
Mengensteuerleitung 19 wird der angesaugte Kraftstoff
wieder in den Niederdruckkreislauf zurückgeschoben, anstatt
in den Hochdruckkreislauf gefördert zu werden. Die
Mengensteuerventile 18 werden mittels Ansteuersignalen T
angesteuert. Alternativ können die Hochdruckpumpen 14, 15
auch als 3-Zylinder-Radialkolbenpumpen mit jeweils einem
Drucksteuerventil ausgebildet sein, das mittels des
Ansteuersignals T angesteuert wird.
Der Hochdruckspeicher 16 ist als eine Speicherleiste eines
Common-Rail(CR)-Kraftstoffzumesssystems ausgebildet. An dem
Hochdruckspeicher 16 ist ein Drucksensor 24 angeordnet, der
den in dem Hochdruckspeicher 16 herrschenden Einspritzdruck
erfasst und ein entsprechendes Ausgangssignal p_r erzeugt.
Aus dem Hochdruckspeicher 16 münden mehrere - im
vorliegenden Fall vier - Einspritzventile 9, über die
Kraftstoff in die Brennräume 4 der Zylinder 3 der
Brennkraftmaschine 1 eingespritzt wird. Zum Einspritzen von
Kraftstoff werden die Einspritzventile 9 mit einem
entsprechenden Ansteuersignal ES angesteuert. Die Zündkerze
10 wird durch ein Ansteuersignal ZW angesteuert.
Um den Druck in dem Niederdruckbereich ND des
Kraftstoffzumesssystems 11 auf einem vorgebbaren Wert zu
halten, ist in dem Niederdruckbereich ND ein
Niederdruckregler 20 angeordnet, über den Kraftstoff aus
dem Niederdruckbereich ND zurück in den
Kraftstoffvorratsbehälter 12 fließen kann, falls der Druck
in dem Niederdruckbereich ND einen vorgebbaren Druckwert
übersteigt. Zwischen der Vorförderpumpe 13 und den
Hochdruckpumpen 14, 15 ist ein Filter 21 angeordnet.
Ein Steuergerät 22 ist von Eingangssignalen 23
beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene Betriebsgrößen
der Brennkraftmaschine 1 darstellen. Das Steuergerät 22 ist
beispielsweise mit einem Luftmassensensor, einem Lambda-
Sensor, einem Drehzahlsensor oder dem Drucksensor 24
verbunden. Das Steuergerät 22 erzeugt Ausgangssignale 25,
mit denen über Aktoren bzw. Steller das Verhalten der
Brennkraftmaschine 1 beeinflusst werden kann. Das
Steuergerät 22 ist beispielsweise mit dem Einspritzventil 9
(Ansteuersignal Es), der Zündkerze 10 (Ansteuersignal ZW),
den Mengensteuerventilen 18 (Ansteuersignal T) oder einer
in dem Ansaugrohr 7 angeordneten Drosselklappe verbunden
und erzeugt die zu deren Ansteuerung erforderlichen
Signale.
Das Steuergerät 22 ist u. a. dazu vorgesehen, die
Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 zu steuern und/oder
zu regeln. Das Steuergerät 22 steuert bzw. regelt die von
dem Einspritzventil 9 in den Brennraum 4 eingespritzte
Kraftstoffmasse insbesondere im Hinblick auf einen geringen
Kraftstoffverbrauch und/oder eine geringe
Schadstoffemission. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät 22
mit einem Mikroprozessor versehen, der in einem
Steuerelement, insbesondere einem Read-Only-Memory oder
einem Flash-Memory, ein Programm abgespeichert hat, das
dazu geeignet ist, die genannte Steuerung bzw. Regelung
durchzuführen. In dem Steuerelement ist des Weiteren ein
Programm gespeichert, das zur Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Die Brennkraftmaschine 1 aus Fig. 1 kann in einer Vielzahl
von Betriebsarten betrieben werden. So ist es
beispielsweise möglich, die Brennkraftmaschine in einem
Homogenbetrieb, einem Schichtbetrieb oder einem homogenen
Magerbetrieb zu betreiben. Zwischen den genannten
Betriebsarten der Brennkraftmaschine 1 kann umgeschaltet
werden. Derartige Umschaltungen werden von dem Steuergerät
22 durchgeführt.
Das in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffzumesssystem 11
zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es nur einen
Kraftstoffkreislauf zum Zumessen von Kraftstoff in
sämtliche Brennräume 4 der Brennkraftmaschine 1 aufweist.
In diesem einen Kraftstoffkreislauf sind beide
Hochdruckpumpen 14, 15 angeordnet. Beide Hochdruckpumpen
14, 15 werden über einen gemeinsamen Druckregelkreis
unabhängig voneinander durch das Steuergerät 22
angesteuert. Ein Anstieg des Einspritzdrucks p_r ergibt
sich durch eine Förderung von Kraftstoff der
Hochdruckpumpen 14, 15 in den Hochdruckspeicher 16. Ein
Druckabfall ist nach der Einspritzung von Kraftstoff in den
Brennraum 4 zu verzeichnen. Eine derartige
direkteinspritzende Brennkraftmaschine 1 ist beispielsweise
aus der DE 100 23 033 bekannt, auf die ausdrücklich Bezug
genommen wird.
Die in dem Steuergerät 22 implementierte Regelung des
Einspritzdrucks p_r erzeugt während des Betriebs der
Brennkraftmaschine 1 zunächst ein - bis auf einen
zeitlichen Versatz zueinander - identisches Ansteuersignal
T' für die beiden Hochdruckpumpen 14, 15. Beide
Hochdruckpumpen 14, 15 werden also mit der gleichen
Ansteuerzeit T angesteuert. In der Praxis ist es jedoch
häufig der Fall, dass die beiden Hochdruckpumpen 14, 15
unterschiedliche Förderkennlinien aufweisen. Die
unterschiedlichen Förderkennlinien sind beispielsweise
durch Fertigungstoleranzen, Verschleiß oder
Temperaturschwankungen verursacht. Wenn die Hochdruckpumpen
14, 15 mit unterschiedlichen Förderkennlinien mit dem
gleichen Ansteuersignal T angesteuert werden, führt das
dazu, dass das Druckniveau in dem Hochdruckspeicher nach
der Förderung der stärkeren Hochdruckpumpe 14 höher ist als
nach der Förderung der schwächeren Hochdruckpumpe 15.
Aufgrund der Schwankungen des Druckniveaus werden
unterschiedliche Kraftstoffmengen in die Brennräume 4
eingespritzt und zudem kann die Regelung des
Einspritzdrucks p_r zu Schwingungen angeregt werden.
In Fig. 2 ist der Verlauf des Einspritzdrucks p_r über der
Zeit t eines Kraftstoffzumesssystems 11 ohne Adaption der
Förderraten q dargestellt, dessen Hochdruckpumpen 14, 15
unterschiedliche Förderkennlinien aufweisen. Es ist
deutlich zu erkennen, dass in dem Hochdruckspeicher 16 nach
der Förderung der Hochdruckpumpe 14 ein höheres Druckniveau
als nach der Förderung der Hochdruckpumpe 15 herrscht.
Diese Schwankungen des Druckniveaus sind in Fig. 2 durch
eine mit 26 bezeichnete gestrichelte Linie veranschaulicht.
Um die Schwankungen des Niveaus des Einspritzdrucks p_r im
Anschluss an die Förderung der Hochdruckpumpen 14, 15 zu
eliminieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die
Ansteuersignale T' für jede der Hochdruckpumpen 14, 15
individuell zu adaptieren, so dass jede Hochdruckpumpe 14,
15 die gleiche Förderrate q_1 = q_2 aufweist.
In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf des Einspritzdrucks p_r
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffzumesssystems 11 mit
adaptierten Förderraten q der Hochdruckpumpen 14, 15
dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich im
Anschluss an die Förderung der Hochdruckpumpen 14, 15
jeweils das gleiche Druckniveau in dem Hochdruckspeicher 16
einstellt. Dadurch wird sichergestellt, dass stets die
gleiche Kraftstoffmenge in dem Brennraum 4 eingespritzt
wird. Außerdem wird die Druckregelung nicht zu Schwingungen
angeregt.
Die Adaption der Förderraten q der Hochdruckpumpen 14, 15
des Kraftstoffzumesssystems 11 erfolgt nach dem in Fig. 4
dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren. Von der in dem
Steuergerät 22 implementierten Druckregelung, die durch
Funktionsblock 30 repräsentiert ist, wird zunächst ein
gemeinsames Ansteuersignal T' für beide Hochdruckpumpen 14,
15 ermittelt. Das Ansteuersignal T' wird nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren für jede der Hochdruckpumpen
14, 15 gesondert adaptiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt bei Funktionsblock
31. Zunächst wird in Funktionsblock 32 im Anschluss an die
Förderung der Hochdruckpumpe 14 der Einspritzdruck p_r1
bestimmt und der Hochdruckpumpe 14 zugeordnet. Ebenso wird
in Funktionsblock 33 im Anschluss an die Förderung der
Hochdruckpumpe 15 der Einspritzdruck p_r2 bestimmt und der
Hochdruckpumpe 15 zugeordnet.
Aus den ermittelten Einspritzdrücken p_r1, p_r2 werden in
Funktionsblöcken 34, 35 für jede der Hochdruckpumpen 14, 15
die Förderraten q_1, q_2 ermittelt. Das kann bspw. mit
Hilfe von Kennfeldern geschehen. Aus den Förderraten q_1,
q_2 wird in einem Funktionsblock 36 ein Mittelwert q_m für
alle Förderraten q_1, q_2 der Hochdruckpumpen 14, 15
gebildet. Anschließend werden für jede Hochdruckpumpe 14,
15 in Funktionsblöcken 37, 38 ein Korrekturwert k_1, k_2
aus der Differenz der Förderrate q_1, q_2 und dem
Mittelwert q_m gebildet.
Die Korrekturwerte k_1, k_2 werden in Funktionsblöcken 39,
40 über die Zeit aufintegriert. Dann werden die
integrierten Korrekturwerte k_1, k_2 in Funktionsblöcken
41, 42 zu dem gemeinsamen Ansteuersignal T' hinzuaddiert.
Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren beendet
(Funktionsblock 43).
Die Mengensteuerventile 18 der Hochdruckpumpen 14, 15
werden nicht unmittelbar mit dem von der Druckregelung im
Funktionsblock 30 erzeugten und für alle Hochdruckpumpen
14, 15 identischen Ansteuersignal T', sondern mit den für
jede Hochdruckpumpe 14, 15 individuell adaptierten
Ansteuersignalen T_1, T_2 angesteuert (Funktionsblock 44).
Genauer gesagt, wird das Mengensteuerventil 18 der
Hochdruckpumpe 14 mit dem adaptierten Ansteuersignal T_1
und das Mengensteuerventil 18 der Hochdruckpumpe 15 mit dem
adaptierten Ansteuersignal T_2 angesteuert.
Es wird vorgeschlagen, dass die Korrekturwerte k_1, k_2
oder die aufintegrierten Korrekturwerte k_1, k_2 nach der
Adaption gespeichert werden und die Integratoren
(Funktionsblöcke 39, 40) beim nächsten Fahrzyklus mit den
gespeicherten Werten initialisiert werden.
Es wird des weiteren vorgeschlagen, dass die Korrektur der
Förderraten q_1, q_2 der Hochdruckpumpen 14, 15 bei Last-
oder Druckdynamik unterbrochen. Alternativ wird
vorgeschlagen, dass Last- und Druckdynamik in die Korrektur
der Förderraten q_1, q_2 der Hochdruckpumpen 14, 15
kompensierend eingerechnet wird.
Claims (18)
1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffzumesssystems
(11) einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine (1),
wobei Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (12)
in einen Niederdruckbereich (ND) des
Kraftstoffzumesssystems (11) gefördert wird, Kraftstoff aus
dem Niederdruckbereich (ND) von mindestens zwei
bedarfsgesteuerten Hochdruckpumpen (14, 15) in einen
Hochdruckspeicher (16) gefördert wird, ein in dem
Hochdruckspeicher (16) herrschender Einspritzdruck (p_r)
durch Variation der Förderraten (q_1, q_2) der
Hochdruckpumpen (14, 15) geregelt wird und Kraftstoff aus
dem Hochdruckspeicher (16) in Brennräume (4) der
Brennkraftmaschine (1) eingespritzt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass die Förderraten (q_1, q_2) für jede
der Hochdruckpumpen (14, 15) auf den gleichen Wert (q_1 =
q_2) korrigiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass zur Korrektur der Förderraten (q_1, q_2) der
Hochdruckpumpen (14, 15) den Hochdruckpumpen (14, 15)
zugeordnete Steuerventile (18) mit korrigierten
Ansteuersignalen (T_1, T_2) angesteuert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass zur Korrektur der Ansteuersignale (T_1, T_2) die Dauer
der Ansteuerung der Steuerventile (18) variiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die korrigierten Ansteuersignale (T_1,
T_2) für die Steuerventile (18) aus dem in dem
Hochdruckspeicher (16) herrschenden Einspritzdruck (p_r_1,
p_r_2) für jede der Hochdruckpumpen (14, 15) einzeln aus
einem gemeinsamen Ansteuersignal (T') ermittelt werden, das
für jede der Hochdruckpumpen (14, 15) gesondert adaptiert
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass für jede Hochdruckpumpe (14, 15) der
im Anschluss an eine Förderung einer Hochdruckpumpe (14,
15) in dem Hochdruckspeicher (16) herrschende
Einspritzdruck (p_r) ermittelt und der Hochdruckpumpe (14,
15) zugeordnet wird, die zuletzt gefördert hat.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass für jede Förderrate (q_1; q_2) aus der Differenz der
Förderrate (q_1; q_2) und einem Mittelwert für alle
Förderraten (q_1, q_2) ein Korrekturwert (k_1; k_2)
ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Korrekturwerte (k_1, k_2) zu dem gemeinsamen
Ansteuersignal (T') hinzuaddiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Korrekturwerte (k_1, k_2) über die Zeit
aufintegriert werden, bevor sie zu dem gemeinsamen
Ansteuersignal (T') hinzuaddiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Korrekturwert (k_1, k_2) einem eigenen
Integrator zugeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte (k_1, k_2) oder die
aufintegrierten Korrekturwerte (k_1, k_2) nach der Adaption
gespeichert werden und die Integratoren beim nächsten
Fahrzyklus mit den gespeicherten Werten initialisiert
werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Korrektur der Förderraten (q_1,
q_2) der Hochdruckpumpen (14, 15) bei Last- oder
Druckdynamik unterbrochen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass Last- und Druckdynamik in die
Korrektur der Förderraten (q_1, q_2) der Hochdruckpumpen
(14, 15) kompensierend eingerechnet wird.
13. Kraftstoffzumesssystem (11) einer direkteinspritzenden
Brennkraftmaschine (1), mit einem Kraftstoffvorratsbehälter
(12), mindestens einer Vorförderpumpe (13) zum Fördern von
Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter (12) in einen
Niederdruckbereich (ND) des Kraftstoffzumesssystems (11),
mindestens zwei bedarfsgesteuerten Hochdruckpumpen (14, 15)
zum Fördern von Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich (ND)
in einen Hochdruckspeicher (16), einem Steuergerät (22) zur
Regelung eines in dem Hochdruckspeicher (16) herrschenden
Einspritzdrucks (p_r) durch Variation der Förderraten (q_1,
q_2) der Hochdruckpumpen (14, 15) und mit
Kraftstoffeinspritzventilen (9) zum Einspritzen von
Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (16) in Brennräume (4)
der Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass
das Kraftstoffzumesssystem (11) Mittel zum Korrigieren der
Förderraten (q_1, q_2) jeder der Hochdruckpumpen (14, 15)
auf den gleichen Wert (q_1 = q_2) aufweist.
14. Kraftstoffzumesssystem (11) nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kraftstoffzumesssystem (11) Mittel
zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 12 aufweist.
15. Direkteinspritzende Brennkraftmaschine (1) mit einem
Kraftstoffzumesssystem (11), das einen
Kraftstoffvorratsbehälter (12), mindestens eine
Vorförderpumpe (3) zum Fördern von Kraftstoff aus dem
Kraftstoffvorratsbehälter (12) in einen Niederdruckbereich
(ND) des Kraftstoffzumesssystems (11), mindestens zwei
bedarfsgesteuerte Hochdruckpumpen (14, 15) zum Fördern von
Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich (ND) in einen
Hochdruckspeicher (16), ein Steuergerät (22) zur Regelung
eines in dem Hochdruckspeicher (16) herrschenden
Einspritzdrucks (p_r) durch Variation der Förderraten (q_1,
q_2) der Hochdruckpumpen (14, 15) und
Kraftstoffeinspritzventile (9) zum Einspritzen von
Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (16) in Brennräume (4)
der Brennkraftmaschine (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass das Kraftstoffzumesssystem (11) nach Anspruch 13 oder
14 ausgebildet ist.
16. Steuergerät (22) für eine direkteinspritzende
Brennkraftmaschine (1) mit einem Kraftstoffzumesssystem
(11), das einen Kraftstoffvorratsbehälter (12), mindestens
eine Vorförderpumpe (3) zum Fördern von Kraftstoff aus dem
Kraftstoffvorratsbehälter (12) in einen Niederdruckbereich
(ND) des Kraftstoffzumesssystems (11), mindestens zwei
bedarfsgesteuerte Hochdruckpumpen (14, 15) zum Fördern von
Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich (ND) in einen
Hochdruckspeicher (16), das Steuergerät (22) zur Regelung
eines in dem Hochdruckspeicher (16) herrschenden
Einspritzdrucks (p_r) durch Variation der Förderrate (q_1,
q_2) der Hochdruckpumpen (14, 15) und
Kraftstoffeinspritzventile (9) zum Einspritzen von
Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (16) in Brennräume (4)
der Brennkraftmaschine (1) umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuergerät (22) Mittel zum Korrigieren der
Förderraten (q_1, q_2) auf den gleichen Wert (q_1 = q_2)
aufweist.
17. Steuergerät (22) nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) Mittel zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
12 aufweist.
18. Steuerelement, insbesondere Read-Only-Memory (ROM)
oder Flash-Memory, für ein Steuergerät (22) einer
direkteinspritzenden Brennkraftmaschine (1), auf dem ein
Programm abgespeichert ist, das auf einem Rechengerät,
insbesondere auf einem Mikroprozessor, ablauffähig und zur
Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
12 geeignet ist.
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