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 Kraftstoffpumpe

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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.
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.
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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