DE10162989C1 - Schaltungsanordnung zum Regeln einer regelbaren Kraftstoffpumpe, Verfahren zum Regeln einer Förderleistung und Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer regelbaren Kraftstoffpumpe - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Regeln einer regelbaren Kraftstoffpumpe, Verfahren zum Regeln einer Förderleistung und Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer regelbaren KraftstoffpumpeInfo
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Abstract
Es wird eine Schaltungsanordnung zum Steuern einer regelbaren Kraftstoffpumpe beschrieben, bei der das Fördervolumen der Kraftstoffpumpe über eine Vorsteuerung eines Soll-Fördervolumens festgelegt wird. Durch die Vorgabe eines Soll-Fördervolumens wird eine schnelle Steuerung der Kraftstoffpumpe möglich. Die Schaltungsanordnung weist zudem einen PI-Regler auf, dessen Integralanteil zur Überprüfung der Funktionsweise der Kraftstoffpumpe mit einer Vergleichsschwelle verglichen wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Vorrichtung und aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum einen eine schnelle Steuerung der Fördermenge der Kraftstoffpumpe ermöglicht und zum anderen eine präzise Beurteilung der Funktionsfähigkeit der Kraftstoffpumpe bereitgestellt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Regeln
einer regelbaren Kraftstoffpumpe gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1, ein Verfahren zum Regeln einer Förderleis
tung einer regelbaren Kraftstoffpumpe gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 5 und ein Verfahren zum Überprüfen der
Funktionsfähigkeit einer regelbaren Kraftstoffpumpe gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Regelbare Kraftstoffpumpen werden in verschiedenen Bereichen
der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt, um eine definierte
Kraftstoffmenge einem Einspritzventil oder einem Kraftstoff
speicher zuzuführen.
Insbesondere moderne Einspritzsysteme, die einen Kraftstoff
speicher verwenden, mit dem Einspritzventile mit einem Kraft
stoff mit einem vorgegebenen Druck versorgt werden, weisen
regelbare Kraftstoffpumpen auf, die den Kraftstoffspeicher
auf einem vorgegebenen Kraftstoffdruck halten. Entsprechende
Einspritzsysteme werden sowohl bei Benzinmotoren als auch bei
Dieselmotoren eingesetzt. Bei Benzinmotoren werden Drücke im
Kraftstoffspeicher im Bereich von 1 bis 200 bar bereitge
stellt. Bei modernen Dieseleinspritzsystemen werden Drücke im
Bereich von bis zu 2000 bar bereitgestellt. Der Druck, der im
Kraftstoffspeicher eingestellt wird, hängt von der Last und
der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab und kann zwischen 500
und 2000 bar variieren. Die Anpassung des Kraftstoffdruckes
wird dadurch vorgenommen, dass von der regelbaren Kraftstoff
pumpe mehr oder weniger Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher
gepumpt wird, als von den Einspritzventilen aus dem Kraft
stoffspeicher entnommen wird. Auf diese Weise ist eine rela
tiv langsame Anpassung des Kraftstoffdruckes an einen ge
wünschten niedrigen Kraftstoffdruck möglich.
Zum Erreichen einer vorteilhaften Energiebilanz ist es zweck
mäßig, so wenig wie möglich überflüssigen Kraftstoff auf ei
nen hohen Druck zu verdichten und anschließend den Druck wie
der abzusenken. Dazu ist eine genaue und schnelle Regelung
der Förderleistung der Kraftstoffpumpe erforderlich.
Aus der Offenlegungsschrift DE 196 34 982 A1 ist eine Ein
spritzanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine
Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe aufweist, die Kraft
stoff in einen Kraftstoffspeicher fördert. Der Kraftstoff
speicher steht mit Einspritzventilen und einem Drucksensor in
Verbindung, der an ein Steuergerät angeschlossen ist. Die
Einspritzventile werden ebenfalls von dem Steuergerät ange
steuert. Weiterhin steht der Kraftstoffspeicher mit einem
Druckstellglied in Verbindung. Das Druckstellglied kann in
Form eines Druckregelventils oder in Form einer regelbaren
Pumpe ausgebildet sein. Zur Steuerung des Kraftstoffdruckes
im Kraftstoffspeicher wird das Druckstellglied durch einen
Regler und eine Vorsteuereinheit angesteuert.
Die Vorsteuereinheit ermittelt aufgrund eines Druck-
Sollwertes, der in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der
Brennkraftmaschine festgelegt wird, einen Vorsteuerwert zur
Ansteuerung des Druckstellgliedes. Der Regler ermittelt auf
grund einer Druckdifferenz zwischen dem Druck-Sollwert und
einem Druck-Istwert einen Regelwert, der ebenfalls zur An
steuerung des Druckstellgliedes verwendet wird. Der Regler
weist einen Proportionalanteil und einen Integralanteil auf.
Zur Überwachung des Kraftstoffdruckes wird das Ansteuersignal
des Druckstellgliedes oder Anteile des Ansteuersignals ver
wendet. Es wird ein Druckabfall erkannt, wenn das Ansteuer
signal oder Anteile des Ansteuersignals von einem für den Be
triebspunkt typischen Wert abweichen. Auf diese Weise ist ein
Verfahren zur Überwachung des Kraftstoffdruckes im Kraft
stoffspeicher möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsan
ordnung zum Steuern einer regelbaren Kraftstoffpumpe für ein
Einspritzsystem bereitzustellen, das eine verbesserte Funkti
onsweise aufweist.
Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Ver
fahren zum Regeln der Förderleistung einer regelbaren Kraft
stoffpumpe bereitzustellen, das eine präzise Einstellung der
Förderleistung ermöglicht.
Zudem besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren
zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit der regelbaren Kraft
stoffpumpe bereitzustellen.
Die Aufgaben der Erfindung werden durch die Schaltungsanord
nung zum Regeln einer regelbaren Kraftstoffpumpe für ein Ein
spritzsystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch
ein Verfahren zum Regeln der Förderleistung einer regelbaren
Kraftstoffpumpe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 und durch
ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer re
gelbaren Kraftstoffpumpe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9
bereitgestellt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in
den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Vorteil der Schaltungsanordnung zum Regeln einer regelba
ren Kraftstoffpumpe besteht darin, dass die Vorsteuereinheit
abhängig von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ein
Soll-Fördervolumen festlegt, und dass die Vorsteuereinheit
das Soll-Fördervolumen bei der Ermittlung des Vorsteuerwertes
berücksichtigt. Durch die Festlegung eines Soll-
Fördervolumens in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine wird eine schnelle und präzise Vor
steuerung der zu fördernden Kraftstoffmenge erreicht.
Vorzugsweise berücksichtigt die Vorsteuereinheit eine Kraft
stofftemperatur bei der Ermittlung des Vorsteuerwertes. Auf
diese Weise wird eine präzise Vorgabe des Vorsteuerwertes er
reicht. Dadurch werden unterschiedlich große Kraftstofftempe
raturen ausgeglichen. Die Kraftstofftemperatur beeinflusst im
wesentlichen die Kraftstoffdichte und dadurch die pro Förder
volumen der Kraftstoffpumpe geförderte Kraftstoffmenge. Für
die Verbrennung der Brennkraftmaschine ist es insbesondere
zur Einhaltung strenger Abgasgrenzwerte erforderlich, dass
eine genau bemessene Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Somit
führt die Berücksichtigung der Kraftstofftemperatur zu einer
präzisen Kraftstoffeinspritzung und damit zur Einhaltung auch
von strengen Abgasgrenzwerten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der
Vorsteuerwert und der Regelwert in Form eines Pulsweiten
modulierten Steuersignals abgegeben, das auf eine Batterie
spannung normiert wird, mit der die Kraftstoffpumpe angetrie
ben wird. Die Ansteuerung der Kraftstoffpumpe mit einem Puls
weiten-modulierten Steuersignal ist ein übliches Steuerver
fahren für eine elektrisch betriebene Kraftstoffpumpe, die
mit der Batteriespannung versorgt wird. Die Normierung des
Pulsweiten-modulierten Steuersignals sorgt dafür, dass abhän
gig von der tatsächlichen Batteriespannung die Stromstärke
eingestellt wird, die der gewünschten Förderleistung ent
spricht. Somit wird eine weitere Präzisierung des Fördervolu
mens erreicht.
Eine zusätzliche Verbesserung der erfindungsgemäßen Schal
tungsanordnung wird dadurch erreicht, dass aus dem integralen
Anteil des Regelwertes ein adaptiver Anteil für die Vorsteu
ereinheit gebildet wird und bei der Ermittlung des Vorsteuer
wertes berücksichtigt wird. Auf diese Weise wird die Vorsteu
erung adaptiv an langfristige Änderungen des Fördervolumens
der Kraftstoffpumpe angepasst. Somit wird auch bei einer Än
derung der Fördercharakteristik der Kraftstoffpumpe eine prä
zise Vorsteuerung aufrecht erhalten.
Vorzugsweise stellen die bei der Ermittlung des Soll-
Fördervolumens berücksichtigten Betriebsbedingungen die Last,
d. h. die Gaspedalstellung, und/oder die Drehzahl der Brenn
kraftmaschine dar.
Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung die
Möglichkeit, ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähig
keit der regelbaren Kraftstoffpumpe bereitzustellen. In einer
ersten Ausführungsform wird die Funktionsfähigkeit der regel
baren Kraftstoffpumpe dadurch überprüft, dass der integrale
Regelwert mit einem oberen Vergleichswert verglichen wird und
eine Fehlfunktion erkannt, wenn der integrale Regelwert den
oberen Vergleichswert überschreitet. Überschreitet der integ
rale Regelwert den oberen Vergleichswert, so ist dies ein An
zeichen für eine zeitlich lang andauernde Abweichung von dem
Sollwert und damit ein Anzeichen für eine Abweichung von der
optimalen Fördercharakteristik. Somit besteht eine Fehlfunk
tion der Kraftstoffpumpe.
Nach einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird der integra
le Regelwert mit einem unteren Vergleichswert verglichen und
eine Fehlfunktion der Kraftstoffpumpe erkannt, wenn der in
tegrale Regelwert den unteren Vergleichswert unterschreitet.
Auch die Unterschreitung eines unteren Vergleichswertes zeigt
eine wesentliche Abweichung von der Fördercharakteristik der
Kraftstoffpumpe an, so dass eine Fehlfunktion der Kraftstoff
pumpe vorliegt.
Eine weitere Verbesserung des Überprüfungsverfahrens wird da
durch erreicht, dass die Vergleichswerte von der Motortempe
ratur abhängen. Dadurch wird eine präzisere Vorgabe der Ver
gleichswerte ermöglicht, so dass Abweichungen in der Förder-
Nach einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird der integra
le Regelwert mit einem unteren Vergleichswert verglichen und
eine Fehlfunktion der Kraftstoffpumpe erkannt, wenn der in
tegrale Regelwert den unteren Vergleichswert unterschreitet.
Auch die Unterschreitung eines unteren Vergleichswertes zeigt
eine wesentliche Abweichung von der Fördercharakteristik der
Kraftstoffpumpe an, so dass eine Fehlfunktion der Kraftstoff
pumpe vorliegt.
Eine weitere Verbesserung des Überprüfungsverfahrens wird da
durch erreicht, dass die Vergleichswerte von der Motortempe
ratur abhängen. Dadurch wird eine präzisere Vorgabe der Ver
gleichswerte ermöglicht, so dass Abweichungen in der Förder
charakteristik der Kraftstoffpumpe, die durch die Temperatur
bedingt werden, berücksichtigt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens zum
Regeln der Förderleistung einer regelbaren Kraftstoffpumpe
gemäß Anspruch 5 wird dadurch erreicht, dass aus dem integra
len Regelwert ein adaptiver Anteil für eine Vorsteuerung des
Soll-Fördervolumens ermittelt wird und bei der Berechnung des
Vorsteuerwertes berücksichtigt wird. Auf diese Weise wird ei
ne adaptive Anpassung des Vorsteuerwertes möglich. Somit kann
auch eine Änderung der Fördercharakteristik, die sich bei
spielsweise aufgrund von Abnutzungserscheinungen einstellt,
bei dem Regelverfahren berücksichtigt werden. Damit ist das
erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 5 auch bei einer
langen Lebensdauer der Kraftstoffpumpe und einer Abnutzung
der Kraftstoffpumpe präzise und führt zu einer schnellen Ein
stellung des benötigten Fördervolumens.
Versuche haben gezeigt, dass es vorteilhaft ist, für die Bil
dung des adaptiven Anteils den adaptiven Anteil nur in einem
festgelegten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zu bil
den. Vorzugsweise liegt der Drehzahlbereich zwischen 1000 und
5000 Umdrehungen pro Minute. Bei zu niedrigen und zu hohen
Drehzahlen ist die Bildung des adaptiven Anteiles aufgrund
von größeren Streuungen in der Fördercharakteristik schwer
durchführbar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher er
läutert. Es zeigen
Fig. 1 ein erstes Einspritzsystem,
Fig. 2 ein zweites Einspritzsystem, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanord
nung zum Steuern einer regelbaren Kraftstoffpumpe.
Fig. 1 zeigt eine regelbare Kraftstoffpumpe 1, die an einen
Kraftstofftank 2 über eine Versorgungsleitung 5 angeschlossen
ist. Die Kraftstoffpumpe 1 steht mit einem Ausgang mit einer
Zuleitung 3 in Verbindung, die zu einer Hochdruckpumpe 4 ge
führt ist. Ein Ausgang der Hochdruckpumpe 4 ist zu einem
Kraftstoffspeicher 11 geführt. An den Kraftstoffspeicher 11
sind mehrere Einspritzventile 12 angeschlossen. Die Ein
spritzventile 12 sind Zylindern einer Brennkraftmaschine 10
zugeordnet. Die Brennkraftmaschine 10 weist eine Vielzahl von
Sensoren 24 auf, die über Sensorleitungen 14 mit einer Steu
ereinheit 8 in Verbindung stehen. Die Einspritzventile 12
sind über eine Steuerleitung 13 mit der Steuereinheit 8 ver
bunden.
Die Steuereinheit 8 steht zudem über eine Datenleitung mit
einem Speicher 9 in Verbindung. Weiterhin ist ein Drucksensor
6 an der Zuleitung 3 angeschlossen, der wiederum über eine
zweite Sensorleitung 15 an die Steuereinheit 8 angeschlossen
ist. Die Kraftstoffpumpe 1 ist als elektrisch regelbare
Kraftstoffpumpe ausgebildet und steht über eine zweite Steu
erleitung 16 mit der Steuereinheit 8 in Verbindung. Parallel
zur Kraftstoffpumpe 1 ist ein Sicherheitsventil 7 geschaltet,
das mit der Versorgungsleitung 5 und mit der Zuleitung 3 ver
bunden ist. Das Sicherheitsventil 7 lässt Kraftstoff aus der
Zuleitung zur Versorgungsleitung 5 zurückfließen, wenn der
Druck in der Zuleitung 3 einen vorgegebenen Maximaldruck ü
berschreitet. Die Kraftstoffpumpe 1 wird von einem elektri
schen Motor angetrieben, der von einer Batterie 17 mit Strom
versorgt wird. Vorzugsweise weist die Kraftstoffpumpe 1 eine
zweite Steuereinheit auf, die Steuersignale der Steuereinheit
8 zur Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 1 verwendet.
Die Hochdruckpumpe 4 ist als mechanische Hochdruckpumpe aus
gebildet und wird von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
10 angetrieben. Damit ist das Fördervolumen der Hochdruckpum
pe 4 nicht unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine
direkt über die Hochdruckpumpe 4 regelbar. Eine Steuerung der
von der Hochdruckpumpe 4 geförderte Kraftstoffmenge hängt so
mit von dem Kraftstoffdruck in der Zuleitung 3 ab.
Für ein energetisch effizientes Einspritzsystem ist es wün
schenswert, dass die Hochdruckpumpe 4 nur so viel Kraftstoff
auf den gewünschten hohen Kraftstoffdruck bringt und in den
Kraftstoffspeicher 11 einspeist, wie von den Einspritzventi
len 12 benötigt wird. Dazu ist es erforderlich, dass der
Kraftstoffdruck in der Zuleitung 3 präzise eingestellt wird.
Die Steuereinheit 8 weist im Speicher 9 Programme zur Steue
rung des Kraftstoffdruckes in der Zuleitung 3 auf, die von
Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 10 abhängen. Die
von den Einspritzventilen 12 in die Brennräume der Zylinder
einzuspritzenden Kraftstoffmengen hängen von der Drehzahl der
Brennkraftmaschine 10 und der Last, d. h. von dem Fahrerwunsch
bzw. von der Gaspedalstellung ab. Weiterhin muss der Kraft
stoff für eine saubere und effiziente Verbrennung abhängig
von der Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 mit
unterschiedlichen Drücken eingespritzt werden. Somit ist auch
der Druck, der im Kraftstoffspeicher 11 einzustellen ist, von
der Last und der Drehzahl abhängig.
Die Brennkraftmaschine 10 liefert die Drehzahl und die Last
über die Sensorleitung 14 an die Steuereinheit 8. Die Steuer
einheit 8 ermittelt aufgrund der zugeführten Last und der
Drehzahl mit im Speicher 9 abgelegten Programmen einen Druck-
Sollwert für die Zuleitung 3. Gleichzeitig misst die Steuer
einheit 8 mit Hilfe des Drucksensors 6 einen Druck-Istwert.
Aufgrund der Differenz zwischen dem Istdruck und dem Soll
druck in der Zuleitung 3 steuert die Steuereinheit 8 die För
derleistung der Kraftstoffpumpe 1 über die zweite Steuerlei
tung 16.
Die Batterie 17 steht über eine Spannungsleitung 25 mit der
Steuereinheit 8 in Verbindung. Auf diese Weise wird der Steu
ereinheit 8 die Spannung der Batterie 17 mitgeteilt.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Einspritzsys
tems, bei dem der Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 1 in den
Kraftstoffspeicher 11 gepumpt wird. In dieser Ausführungsform
wird auf die Hochdruckpumpe 4 verzichtet. Dabei kann entweder
im Kraftstoffspeicher 11 ein geringerer Kraftstoffdruck vor
herrschen oder die Kraftstoffpumpe 1 ist in entsprechender
Weise als regelbare Hochdruckpumpe ausgebildet. Der Aufbau
des Einspritzsystems der Fig. 2 entspricht dem Aufbau des
Einspritzsystems der Fig. 1.
Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Regeleinheit 18,
die in der Steuereinheit 8 vorzugsweise integriert ist. Die
Regeleinheit 18 weist eine Vorsteuereinheit 19 und einen PI-
Regler 20 auf. Die Vorsteuereinheit 19 weist als erstes Ein
gangssignal einen geforderten Volumenstrom V1, vorzugsweise
als zweites Eingangssignal eine Kraftstofftemperatur T1 und
vorzugsweise als drittes Eingangssignal einen Druck-Sollwert
P1 auf. Der geforderte Volumenstrom V1 wird in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 10 auf
grund der im Speicher 9 abgelegten Kennlinien berechnet. Vor
zugsweise werden als Betriebsbedingungen die Last und die
Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 verwendet. Der geforderte
Volumenstrom V1 ist in der Weise festgelegt, dass für eine
festgelegte Anzahl von folgenden Einspritzvorgängen die zum
Einspritzen benötigten Kraftstoffmengen mit dem für die Ein
spritzung unter den gegebenen Betriebsbedingungen benötigten
Druck von der Kraftstoffpumpe 1 bzw. von der Kraftstoffpumpe
1 und der Hochdruckpumpe 4 dem Kraftstoffspeicher 11 zur Ver
fügung gestellt wird. Für eine präzise Berechnung des Volu
menstromes wird von der Vorsteuereinheit 19 vorzugsweise die
Kraftstofftemperatur des einzuspritzenden Kraftstoffes und
der Druck-Sollwert P1 berücksichtigt, bei dem die folgenden
Einspritzvorgänge stattfinden sollen. Die Vorsteuereinheit 19
ermittelt aufgrund des geforderten Volumenstromes V1, der
Kraftstofftemperatur T1 und dem Druck-Sollwert P1 in Abhän
gigkeit von abgelegten Kennfeldern einen Vorsteuerwert VW,
der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines
Pulsweiten-modulierten Signals ausgegeben wird.
Parallel zur Vorsteuereinheit 19 ermittelt der PI-Regler 20
aufgrund eines von den Betriebsbedingungen der Brennkraftma
schine abhängigen Druck-Sollwertes P1 und dem vom Drucksensor
6 gemessenen Druck-Istwertes einen Regelwert RW, der vom PI-
Regler 20 ausgegeben wird. Der Regelwert wird ebenfalls in
Form eines Pulsweiten-modulierten Signals ausgegeben. Der
Vorsteuerwert VW und der Regelwert RW werden einer Addierein
heit 21 zugeführt und aufsummiert. Die Summe aus dem Vorsteu
erwert VW und dem Regelwert RW bildet ein Steuersignal S1.
Das Steuersignal S1 wird in einer Korrektureinheit 22 einer
Normung in bezug auf die vorliegende Batteriespannung unter
zogen. Dabei wird das Steuersignal S1, das in dem dargestell
ten Ausführungsbeispiel als Pulsweiten-moduliertes Signal
ausgebildet ist, in der Pulsweite in der Weise angepasst,
dass bei der vorherrschenden Batteriespannung an der Batterie
17, die von der Kraftstoffpumpe 1 zu fördernde Kraftstoffmen
ge gefördert wird. Die von der Kraftstoffpumpe 1 zu fördernde
Kraftstoffmenge hängt von der elektrischen Leistung ab, die
der Kraftstoffpumpe zugeführt wird. Die elektrische Leistung
des elektrischen Motors der Kraftstoffpumpe 1 hängt sowohl
von der Batteriespannung als auch der Pulsdauer des Pulswei
ten-Signals ab. Somit wird durch die Korrektureinheit 22 da
für gesorgt, dass trotz schwankender Batteriespannung die
Kraftstoffpumpe 1 die von der Regeleinheit 18 festgelegte
Kraftstoffmenge fördert. Die Korrektureinheit 22 gibt das
korrigierte Steuersignal S2 über die zweite Steuerleitung 16
an die Kraftstoffpumpe 1.
Die Steuereinheit 8 kann in einer anderen Ausführungsform mit
der Regeleinheit 18 auch andere Arten von Steuersignalen er
zeugen, die nicht in Form eines Pulsweiten-modulierten Sig
nals vorliegen. In diesen Fällen ist eine Anpassung des Steu
ersignals an die Batteriespannung mit der Korrektureinheit 22
nicht erforderlich.
Die Vorsteuereinheit 19 berechnet die aktuell benötigte För
derleistung nach folgender Formel:
wobei mit VA der aktuell geforderte Volumenstrom der Kraft
stoffpumpe in Liter pro Stunde, mit m(ts) die einzuspritzende
Kraftstoffmasse in mg pro Segment, mit ts die Segmentzeit in
ms und mit ρ die Dichte des Kraftstoffs in mg pro cm3 be
zeichnet ist. Die aktuell benötigte Förderleistung berechnet
sich aus der in den Zylinder durch ein Einspritzventil einzu
spritzenden Kraftstoffmasse, der dafür zur Verfügung stehen
den Segmentzeit und der Dichte des Kraftstoffs.
Vorzugsweise kann eine Korrektur der benötigten Förderleis
tung durchgeführt werden, um beispielsweise externe Einflüsse
wie zum Beispiel eine Leckage zu berücksichtigen. Dazu wird
der geforderte Volumenstrom VG nach folgender Formel berech
net:
VG = VA + VD,
wobei VA der aktuell geforderte Volumenstrom der Kraftstoff
pumpe in Liter pro Stunde und VD einen adaptiven Volumenstrom
der Kraftstoffpumpe in Liter pro Stunde bezeichnet, der durch
eine Leckage erforderlich ist.
Anhand des geforderten Volumenstromes kann das Tastverhältnis
für die Ansteuerung der Kraftstoffpumpe und damit ein Vor
steuerwert VW aus einer entsprechenden Kennlinie bestimmt
werden, die im Speicher 9 abgelegt ist.
Die Vorsteuereinheit 19 korrigiert vorzugsweise den geforder
ten Volumenstrom VG in Abhängigkeit von der Kraftstofftempe
ratur und dem für die folgende Einspritzung geforderten
Kraftstoff-Solldruck. Die Kraftstofftemperatur wird dazu bei
spielsweise über einen Temperatursensor 23 gemessen, der ne
ben dem Kraftstoff-Drucksensor 6 an der Zuleitung 3 angeord
net ist. Der Temperatursensor 23 steht dabei über eine Sen
sorleitung mit der Steuereinheit 8 in Verbindung. Im Speicher
9 ist eine Kennlinie abgelegt, in der ein Korrekturfaktor K1
ermittelbar ist, mit dem der geforderte Volumenstrom in Ab
hängigkeit von der Kraftstofftemperatur zu multiplizieren
ist. Weiterhin ist eine Kennlinie für einen zweiten Korrek
turfaktor K2 im Speicher 9 abgelegt, der in Abhängigkeit von
dem Kraftstoff-Solldruck den Faktor festlegt, mit dem der ge
forderte Volumenstrom VG zu multiplizieren ist.
Vorzugsweise sind die Korrekturen in Abhängigkeit von der
Kraftstofftemperatur und von dem Kraftstoff-Solldruck in Form
einer Funktion im Speicher 9 abgelegt, die von der Kraft
stofftemperatur und vom Kraftstoff-Solldruck abhängt. Zur
Korrektur des geforderten Volumenstromes VG wird eine Multi
plikation mit der Korrekturfunktion F (T, p) durchgeführt.
Die Temperatur T wird dabei in °C und der Kraftstoff-
Solldruck p in hPa gemessen. Somit berechnet sich der Vor
steuerwert VW nach folgender Formel:
VW = VG.F(T, p).
Als Eingang für den PI-Regler 20 wird ein von Betriebsbedin
gungen der Brennkraftmaschine abhängiger Kraftstoffdruck-
Sollwert PI und der vom Drucksensor 6 gemessene Kraftstoff
druck-Istwert PI verwendet. Der Drucksollwert PI ist in Kenn
linienfelder abhängig von Betriebsbedingungen der Brennkraft
maschine abgelegt. Der PI-Regler 20 ermittelt aufgrund der
Druckdifferenz zwischen dem Druck-Sollwert und dem Druck-
Istwert einen Proportionalanteil PA, der eine Funktion der
Differenz zwischen dem Druck-Sollwert und dem Druck-Istwert
darstellt. Der Druck-Sollwert und der Druck-Istwert werden in
hPa festgelegt. Weiterhin ermittelt der PI-Regler 20 einen
Integralanteil, der ebenfalls eine Funktion zwischen der
Druckdifferenz des Druck-Sollwertes und des Druck-Istwertes
ist. Beispielsweise berechnet sich der Regelwert, der vom PI-
Regler 20 ausgegeben wird, nach folgender Formel:
wobei mit Δp die Differenz zwischen dem Druck-Istwert und
dem Druck-Sollwert, mit K ein vorgegebener Verstärkungsfaktor
und mit Tn eine vorgebbare Nachstellzeit bezeichnet ist. Da
bei ist der Proportionalanteil mit K × Δp und der Integral
anteil mit
festgelegt.
Der Verstärkungsfaktor K und die Nachstellzeit Tn werden in
Abhängigkeit von der gewünschten Regelcharakteristik festge
legt.
Der Regelwert RW und der Vorsteuerwert VW werden in der Ad
diereinheit 21 zu einem Steuersignal S1 aufaddiert. In der
Korrektureinheit 22 wird das Steuersignal S1 nach folgender
Formel in ein korrigiertes Steuersignal S2 umgewandelt.
wobei mit UB die an der Batterie 17 anliegende Batteriespan
nung und mit UN eine nominale Spannung bezeichnet ist, nach
der das erste Steuersignal S1 ausgelegt ist.
Versuche haben gezeigt, dass es für die Schnelligkeit der
Steuerung der Kraftstoffpumpe vorteilhaft ist, den Integral
anteil zu überwachen und bei Vorliegen eines über einen vor
gegebenen Zeitraum annähernd konstanten Integralanteils, den
konstanten Integralanteil in die Vorsteuereinheit 19 als a
daptiven Volumenstromanteil zu übernehmen. Zur Bestimmung ei
nes adaptiven Vorsteuerwertes wird vorzugsweise der Integral
anteil über eine vorgegebene Zeitdauer überwacht. Liegt der
Integralanteil während der Zeitdauer über einem vorgegebenen
Grenzwert, dann wird der Grenzwert als adaptiver Anteil zu
dem Vorsteuerwert addiert. Dabei wird der Integralanteil ent
sprechend einer festgelegten Kennlinie, die im Speicher 9 ab
gelegt ist, in einen entsprechenden zusätzlichen, geforderten
Volumenstrom V2 umgerechnet, der von der Vorsteuereinheit 19
zusätzlich zum geforderten Volumenstrom V1 bei der Ermittlung
des Vorsteuerwertes VW berücksichtigt wird. Auf diese Weise
können Abweichungen in der Fördercharakteristik der Kraft
stoffpumpe, die beispielweise durch eine langsame Abnutzung
der Kraftstoffpumpe auftreten, in die Vorsteuerung übertragen
werden. Somit gibt die Vorsteuerung auch bei einer Änderung
der Fördercharakteristik der Kraftstoffpumpe einen passenden
Vorsteuerwert. Dadurch ist eine schnelle und präzise Steue
rung des Fördervolumens möglich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, den Integralanteil des PI-Reglers 20
und, falls bereits vorhanden, den aus dem Integralanteil des
PI-Reglers hervorgegangenen adaptiven Anteil des Volumenstro
mes zu überwachen und mit definierten Schwellwerten zu ver
gleichen. Als definierte Schwellwerte kann ein oberer
Schwellwert und ein unterer Schwellwert verwendet werden. So
wohl bei Überschreiten des oberen Schwellwertes als auch bei
Unterschreiten des unteren Schwellwertes liegt eine Fehlfunk
tion der Kraftstoffpumpe vor. Der obere und der untere
Schwellwert sind in der Weise festgelegt, dass bei einer kor
rekten Funktionsweise der Kraftstoffpumpe der Integralanteil
und bei Vorliegen eines adaptiven Anteils die Summe aus dem
Integralanteil und dem adaptiven Anteil weder der obere
Schwellwert überschritten, noch der untere Schwellwert unter
schritten wird. Somit kann durch eine einfache Überprüfung
des Integralanteils eine Fehlfunktion der Kraftstoffpumpe er
kannt werden.
Vorzugsweise sind der obere und der untere Schwellwert von
der Motortemperatur abhängig. Zudem hat es sich als vorteil
haft erwiesen, die Bildung des adaptiven Anteiles nur in ei
nem vorgegebenen Drehzahlbereich zuzulassen. Vorzugsweise
wird die Bildung des adaptiven Anteils für Drehzahlen in ei
nem Bereich von 1000 bis 5000 Umdrehungen pro Minute zugelas
sen.
Weiterhin haben Versuche gezeigt, dass die Überprüfung der
korrekten Funktionsweise der Kraftstoffpumpe durch den Ver
gleich des Integralanteils bzw. durch den Vergleich der Summe
aus dem Integralanteil und dem adaptiven Anteil bei einem
Kaltstart oder einem Heißstart der Brennkraftmaschine mit
speziell für einen Heißstart oder Kaltstart festgelegten Ver
gleichsschwellen durchgeführt werden müssen. Die Vergleichs
schwellen werden experimentell ermittelt. Für die Definition
des Kaltstarts und für die Definition des Heißstarts sind ei
ne untere Temperatur und eine obere Temperatur der Brenn
kraftmaschine im Speicher 9 abgelegt. Die Temperatur der
Brennkraftmaschine wird üblicherweise mit der Temperatur der
Kühlflüssigkeit gleichgesetzt. Zur Messung der Temperatur der
Kühlflüssigkeit ist ein entsprechender zweiter Temperatursen
sor im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine vorgesehen.
Claims (9)
1. Schaltungsanordnung zum Regeln einer regelbaren
Kraftstoffpumpe (1) für ein Einspritzsystem einer
Brennkraftmaschine (10),
wobei ein Regler (20) vorgesehen ist, der einen Sollwert eines Kraftstoffdruckes mit einem Istwert eines Kraftstoffdruckes vergleicht und abhängig von dem Differenzwert einen Regelwert für die Förderleistung der Kraftstoffpumpe (1) ermittelt,
wobei eine Vorsteuereinheit (19) vorgesehen ist,
wobei eine Addiereinheit (21) vorgesehen ist,
wobei die Addiereinheit ein Steuersignal aus dem Regelwert und dem Vorsteuerwert zur Regelung der Förderleistung der Kraftstoffpumpe (1) ermittelt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorsteuereinheit (19) abhängig von einem Sollfördervolumen einen Vorsteuerwert ermittelt,
dass der Regler (20) einen proportionalen Regelwertanteil und einen integralen Regelwertanteil aufweist,
dass die Schaltungsanordnung aus dem integralen Anteil einen adaptiven Anteil für das Sollfördervolumen ermittelt, wenn der integrale Anteil über eine vorgegebene Zeitdauer über einem vorgegebenen Grenzwert liegt, und dass der adaptive Anteil von der Vorsteuereinheit (19) als Teil des Vorsteuerwertes berücksichtigt wird.
wobei ein Regler (20) vorgesehen ist, der einen Sollwert eines Kraftstoffdruckes mit einem Istwert eines Kraftstoffdruckes vergleicht und abhängig von dem Differenzwert einen Regelwert für die Förderleistung der Kraftstoffpumpe (1) ermittelt,
wobei eine Vorsteuereinheit (19) vorgesehen ist,
wobei eine Addiereinheit (21) vorgesehen ist,
wobei die Addiereinheit ein Steuersignal aus dem Regelwert und dem Vorsteuerwert zur Regelung der Förderleistung der Kraftstoffpumpe (1) ermittelt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorsteuereinheit (19) abhängig von einem Sollfördervolumen einen Vorsteuerwert ermittelt,
dass der Regler (20) einen proportionalen Regelwertanteil und einen integralen Regelwertanteil aufweist,
dass die Schaltungsanordnung aus dem integralen Anteil einen adaptiven Anteil für das Sollfördervolumen ermittelt, wenn der integrale Anteil über eine vorgegebene Zeitdauer über einem vorgegebenen Grenzwert liegt, und dass der adaptive Anteil von der Vorsteuereinheit (19) als Teil des Vorsteuerwertes berücksichtigt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorsteuereinheit eine
Kraftstofftemperatur bei der Berechnung des
Sollfördervolumens berücksichtigt.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsteuerwert und der
Regelwert in Form eines pulsweiten-modulierten Steuersignals
ausgegeben werden, dass eine Korrektureinheit (22) vorgesehen
ist, dass die Korrektureinheit (22) das Steuersignal auf eine
Batteriespannung normiert, mit der die Kraftstoffpumpe (1)
angetrieben wird, um eine definierte elektrische Leistung des
pulsweiten-modulierten Steuersignals festzulegen.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Sollfördervolumen von den
Betriebsbedingungen Last und/oder die Drehzahl der
Brennkraftmaschine abhängt.
5. Verfahren zum Regeln einer Förderleistung einer regelbaren
Kraftstoffpumpe (1) für eine Brennkraftmaschine (10),
wobei ein Drucksollwert mit einem Druckistwert verglichen wird und aus dem Vergleich ein Regelwert ermittelt wird,
wobei die Kraftstoffpumpe mit dem Regelwert und mit einem Vorsteuerwert angesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Vorsteuerwert in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine (10) als Sollförderleistung für die Kraftstoffpumpe (1) ermittelt wird, dass aus dem integralen Regelwert ein adaptiver Anteil für die Vorsteuerung des Sollfördervolumens ermittelt wird, wenn der integrale Anteil über eine vorgegebene Zeitdauer über einem vorgegebenen Grenzwert liegt, und dass der adaptive Anteil bei der Berechnung des Vorsteuerwertes berücksichtigt wird.
wobei ein Drucksollwert mit einem Druckistwert verglichen wird und aus dem Vergleich ein Regelwert ermittelt wird,
wobei die Kraftstoffpumpe mit dem Regelwert und mit einem Vorsteuerwert angesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Vorsteuerwert in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine (10) als Sollförderleistung für die Kraftstoffpumpe (1) ermittelt wird, dass aus dem integralen Regelwert ein adaptiver Anteil für die Vorsteuerung des Sollfördervolumens ermittelt wird, wenn der integrale Anteil über eine vorgegebene Zeitdauer über einem vorgegebenen Grenzwert liegt, und dass der adaptive Anteil bei der Berechnung des Vorsteuerwertes berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Bildung des adaptiven Anteils nur in einem festgelegten
Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine (10) durchgeführt
wird.
7. Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer
regelbaren Kraftstoffpumpe (1), die mit einem integralen
Regelwert angesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der integrale Regelwert mit einem oberen oder unteren
Vergleichswert verglichen wird, und dass eine Fehlfunktion
erkannt wird, wenn der integrale Regelwert den oberen oder
unteren Vergleichswert überschreitet.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vergleichswerte von der Temperatur der Brennkraftmaschine
(10) abhängen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Überprüfung bei einem Kalt- oder
einem Heißstart mit festgelegten Vergleichswerten
durchgeführt wird.
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