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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung
einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung
einen Niederdruckkreis, eine Hochdruckpumpe, die eingangsseitig
gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen
Kraftstoffspeicher fördert,
ein Volumenstromsteuerventil, das der Hochdruckpumpe zugeordnet
ist und einen elektromechanischen Druckregulator, der mit dem Kraftstoffspeicher
und dem Niederdruckkreis wirkverbunden ist und der Kraftstoff aus
dem Kraftstoffspeicher in den Niederdruckkreis absteuern kann, umfasst.
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An
Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, werden hohe
Anforderungen gestellt. Die Schadstoffemissionen unterliegen gesetzlichen
Bestimmungen und der Kunde verlangt nach einem geringen Kraftstoffverbrauch,
einem sicheren und zuverlässigen
Betrieb und nach geringen Wartungskosten. Die Kraftstoffzuführeinrichtung
der Brennkraftmaschine hat einen großen Einfluss darauf, dass die
Anforderungen erfüllt
werden können.
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In
der
DE 195 48 278
A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine beschrieben, die einen Niederdruckkreis, eine
Hochdruckpumpe, einen Kraftstoffspeicher und einen elektromechanischen
Druckregulator aufweist. Der Kraftstoff wird von wenigstens einer
Pumpe von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich gefördert. Ein
Drucksensor erfasst den Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich. Es
ist wenigstens ein erstes und ein zweites Stell glied zur Beeinflussung
des Kraftstoffdruckes im Hochdruckbereich vorgesehen. Damit lässt sich
eine Mengen- bzw. Volumenregelung durchführen. Dabei wird aber nicht
zwischen verschiedenen Betriebsarten der Brennkraftmaschine umgeschaltet,
vielmehr sind die Regelkreise für
beide Betriebsarten parallel ausgeführt.
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In
der
DE 199 03 272
A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs beschrieben, bei dem Kraftstoff
von einer Pumpe in einen Druckspeicher gepumpt und von Einspritzventilen
direkt in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Dabei wird von
der Pumpe innerhalb einer geringen Zeitdauer, insbesondere innerhalb
weniger Umdrehungen der Brennkraftmaschine ein für die Einspritzung des Kraftstoffes
ausreichender Druck in dem Druckspeicher erzeugt. Es erfolgt eine
Druckregelung mittels eines elektromechanischen Druckreglers, als
auch eine Mengenregelung über
die Förderleistung
der Niederdruckpumpe.
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Die
DE 198 53 823 A1 beschreibt
die Steuerung der Fördermenge
in den Hochdruckbereich mittels Drehzahlsteuerung einer elektrischen
Niederdruckpumpe für
das Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere
eines Kraftfahrzeugs. Diese Steuerung erfolgt mittels eines Kennfelds,
dessen Kalibrierung durch einen Soll-/Ist- Vergleich des Rail-Drucks
erfolgt. Des Weiteren wird ein elektromagnetisches Drucksteuerventil
am Rail vorgeschlagen, um einen Druckaufbau während des Kalibriervorgangs
zu unterbinden.
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In
der
EP 1 327 766 A2 ist
ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei
eine reine Mengenregelung für
den Rail-Druck erfolgt und die Mengenregelung in erster Linie abhängig von
diskreten Motordrehzahlbereichen geschieht. Mittels einer elektrisch
steuerbaren Volumenstromdrossel mit elektromagnetischer Betätigungseinrichtung
wird die aus dem Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich geförderte Kraftstoffmenge
reguliert. Es wird ein Hysteresebereich geschaffen, um ein ständiges Umschalten
im Grenzbereich zu verhindern.
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Aus
der
DE 101 49 237
A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung des Kraftstoffes bekannt, welche eine Mengenregelung
beschreibt, die von verschiedenen Kennfeldern gesteuert wird, welche
betriebspunktabhängig
ausgewählt
werden. Nach einem Wechsel der Betriebsart wird ein weiteres Umschalten
für eine
bestimmte Zeit unterdrückt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
das einen zuverlässigen
und sicheren Betrieb von Kraftstoffzuführeinrichtungen der eingangs
genannten Art in verschiedenen Betriebsarten ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Steuern einer
Kraftstoffzuführeinrichtung
einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung
einen Niederdruckkreis, eine Hochdruckpumpe, die eingangsseitig
gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher
fördert,
ein Volumenstromsteuerventil, das der Hochdruckpumpe zugeordnet
ist und einen elektromechanischen Druckregulator, der mit dem Kraftstoffspeicher
und dem Niederdruckkreis wirkverbunden ist und der Kraftstoff aus
dem Kraftstoffspeicher in den Niederdruckkreis absteuern kann, umfasst.
Bei dem Verfahren wird eine Regeldifferenz ermittelt aus einer Differenz
eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks und eines erfassten Kraftstoffdrucks.
In einer ersten Betriebsart wird mittels eines ersten Reglers ein
Stellsignal für
das Volumenstromsteuerventil erzeugt, wobei dem ersten Regler die Regeldifferenz
zugeführt
wird. In einer zweiten Betriebsart wird mittels eines zweiten Reglers
ein Stellsignal für
den elektromechanischen Druckregulator erzeugt, wobei dem zweiten
Regler die Regeldifferenz zugeführt
wird. Es wird von der ersten Betriebsart auf die zweite Betriebsart
umgeschaltet, wenn der erfasste Kraftstoffdruck um einen ersten
vorgegebenen Betrag oder um einen ersten vorgegebenen Faktor größer ist
als der vorgegebene Kraftstoffdruck.
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Das
Verfahren hat den Vorteil, dass ein zu großer Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher
vermieden werden kann und dadurch ein Überdruckventil, das an dem
Kraftstoffspeicher vorgesehen sein kann und das Kraftstoff aus dem
Kraftstoffspeicher ablässt,
bevor der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher so groß wird,
dass die Kraftstoffzuführeinrichtung
dadurch beschädigt
werden könnte,
geschont wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass Toleranzen oder Defekte
von Komponenten der Kraft stoffzuführeinrichtung ausgeglichen
werden können,
die andernfalls falsche Kraftstoffdrücke im Kraftstoffspeicher verursachen
könnten.
Dadurch wird ein sicherer und zuverlässiger Betrieb der Kraftstoffzuführeinrichtung ermöglicht.
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Vorteilhafterweise
wird von der zweiten Betriebsart auf die erste Betriebsart umgeschaltet, wenn
der erfasste Kraftstoffdruck um einen zweiten vorgegebenen Betrag
oder um einen zweiten vorgegebenen Faktor kleiner ist als der vorgegebene
Kraftstoffdruck. Dies hat den Vorteil, dass ein zu kleiner Kraftstoffdruck
im Kraftstoffspeicher vermieden werden kann, der eine unzureichende
Zumessung von Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine
zur Folge haben kann.
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Die
Erfindung zeichnet sich ferner aus durch ein Verfahren zum Steuern
einer Kraftstoffzuführeinrichtung
einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung
einen Niederdruckkreis, eine Hochdruckpumpe, die eingangsseitig
gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher
fördert,
ein Volumenstromventil, das der Hochdruckpumpe zugeordnet ist und
einen elektromechanischen Druckregulator, der mit dem Kraftstoffspeicher
und dem Niederdruckkreis wirkverbunden ist und der Kraftstoff aus
dem Kraftstoffspeicher in den Niederdruckkreis absteuern kann, umfasst.
In dem Verfahren wird eine Regeldifferenz ermittelt aus einer Differenz
eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks und eines erfassten Kraftstoffdrucks.
In einer ersten Betriebsart wird mittels eines ersten Reglers ein
Stellsignal für
das Volumenstromsteuerventil erzeugt, wobei dem ersten Regler die
Regeldifferenz zugeführt
wird. In einer zweiten Betriebsart wird mittels eines zweiten Reglers
ein Stellsignal für den
elektromechanischen Druckregulator erzeugt, wobei dem zweiten Regler
die Regeldifferenz zugeführt
wird. Von der zweiten Be triebsart wird auf die erste Betriebsart
umgeschaltet, wenn der erfasste Kraftstoffdruck um einen zweiten
vorgegebenen Betrag oder um einen zweiten vorgegebenen Faktor kleiner
ist als der vorgegebene Kraftstoffdruck.
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Dieses
Verfahren hat den Vorteil, dass ein zu kleiner Kraftstoffdruck im
Kraftstoffspeicher vermieden werden kann, der eine unzureichende
Zumessung von Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine
zur Folge haben kann. Das Verfahren hat ferner den Vorteil, dass
Toleranzen und Defekte von Komponenten der Kraftstoffzuführeinrichtung
ausgeglichen werden können.
Dies ermöglicht
einen sicheren und zuverlässigen
Betrieb der Kraftstoffzuführeinrichtung.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird abhängig von
einem Förderstrom
der Hochdruckpumpe von der ersten Betriebsart auf die zweite Betriebsart
umgeschaltet, wenn der Förderstrom
der Hochdruckpumpe kleiner ist als eine untere Umschaltschwelle
des Förderstroms
und von der zweiten Betriebsart auf die erste Betriebsart umgeschaltet,
wenn der Förderstrom
der Hochdruckpumpe größer ist
als eine obere Umschaltschwelle des Förderstroms. Dadurch kann auf
einfache Weise sichergestellt werden, dass der vorgegebene Kraftstoffdruck
erreicht werden kann. Dieses Verfahren ist besonders effizient,
da nur so viel Kraftstoff von der Hochdruckpumpe in den Kraftstoffspeicher
gefördert wird,
wie zur Einstellung oder zur Aufrechterhaltung des Kraftstoffdrucks
im Kraftstoffspeicher benötigt wird.
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Vorteilhafterweise
wird die untere Umschaltschwelle des Förderstroms und die obere Umschaltschwelle
des Förderstroms
aus einem Fehlerwert des Kraftstoffflusses ermittelt, der resultiert
aus einem Leckfluss durch das Volumenstromsteuerventil in seiner
geschlossenen Stellung und einem Leckagefluss aus dem Kraftstoffspeicher
heraus, wenn der elektromechanische Druckregulator geschlossen ist und
kein Kraftstoff zugemessen werden soll. Die Kraftstoffzuführeinrichtung
kann effizienter betrieben werden, wenn der Fehlerwert des Kraftstoffflusses bekannt
ist und für
die Steuerung der Kraftstoffzuführeinrichtung
berücksichtigt
wird. Durch die Berücksichtigung
des Fehlerwerts des Kraftstoffflusses können Toleranzen und Defekte
von Komponenten der Kraftstoffzuführeinrichtung sowie der Leckfluss des
Volumenstromsteuerventils ausgeglichen werden und so ein zuverlässiger Betrieb
der Kraftstoffzuführeinrichtung
sichergestellt werden.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung wird der Fehlerwert des Kraftstoffflusses
ermittelt abhängig von
mindestens zwei mit zeitlichem Abstand erfassten Kraftstoffdrücken, die
in einer dritten Betriebsart erfasst werden, in der kein Kraftstoff
zugemessen werden soll und das Volumenstromsteuerventil und der
elektromechanische Druckregulator so angesteuert werden, dass das
Volumenstromsteuerventil und der elektromechanische Druckregulator
geschlossen sind. Auf diese Weise ist eine sehr genaue Messung des
Fehlerwerts des Kraftstoffflusses möglich.
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Günstigerweise
wird, um den Fehlerwert des Kraftstoffflusses zu ermitteln, der
Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher auf einen ersten vorgegebenen Kraftstoffdruck
geregelt, so dass der Betrag der Regeldifferenz kleiner ist als
ein vorgegebener Schwellenwert, wird ein erster Kraftstoffdruck
erfasst, wird die dritte Betriebsart eingestellt und die Betriebsartumschaltung
gesperrt, wird ein zweiter Kraftstoffdruck erfasst, und wird der
Fehlerwert des Kraftstoffflusses ermittelt abhängig von einer Zeitdauer und
einer Differenz des zweiten erfassten Kraftstoffdrucks und des ersten
erfassten Kraftstoffdrucks. Dieses Verfahren ermöglicht eine sehr einfache Bestimmung des
Leckflusses.
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Günstigerweise
wird der zweite Kraftstoffdruck erfasst, wenn der Kraftstoffdruck
im Kraftstoffspeicher größer oder
gleich einem zweiten vorgegebenen Kraftstoffdruck ist, dessen Wert
größer ist
als der des ersten vorgegebenen Kraftstoffdrucks. Dieses Verfahren
ist besonders effizient, wenn der Leckfluss des Volumenstromsteuerventils
sehr groß ist und
der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher schnell größer wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der zweite Kraftstoffdruck
erfasst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer. Dieses Verfahren
ist effizient, wenn der Leckfluss des Volumenstromsteuerventils
klein ist, oder wenn Leckagen in der Kraftstoffzuführeinrichtung
bestehen, so dass der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher nur
sehr langsam größer oder
möglicherweise
kleiner wird.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass nach einem
Umschalten von der ersten Betriebsart auf die zweite Betriebsart
oder von der zweiten Betriebsart auf die erste Betriebsart die Umschaltung
der Betriebsart für
mindestens eine Sperrzeitdauer gesperrt ist. Dies hat den Vorteil,
dass instabile Betriebszustände
durch häufiges
Umschalten zwischen den Betriebsarten vermieden werden kann.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffzuführeinrichtung,
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2 ein
Kombinationsventil, das ein Volumenstromsteuerventil und einen elektromechanischen
Druckregulator mit einem gemeinsamen Stellantrieb umfasst,
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3 die
Kennlinie des Kombinationsventils aus 2,
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4 das
Blockschaltbild einer Regeleinrichtung zur Regelung des Kraftstoffdrucks
in einem Kraftstoffspeicher,
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5 ein
Ablaufdiagramm zur Steuerung der Umschaltung von Betriebszuständen der
Kraftstoffzuführeinrichtung,
und
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6 ein
Ablaufdiagramm zur Ermittlung des Fehlerwerts des Kraftstoffflusses.
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Elemente
gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Eine
Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1,
einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen
Abgastrakt 4. Der Motorblock 2 umfasst mehrere
Zylinder, welche Kolben und Pleuelstangen haben, über die
sie mit einer Kurbelwelle 21 gekoppelt sind.
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Der
Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil,
einem Gasauslassventil und Ventilantrieben. Der Zylinderkopf 3 umfasst
ferner ein Einspritzventil 34 und eine Zündkerze.
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Ferner
ist eine Zuführeinrichtung 5 für Kraftstoff
vorgesehen. Sie umfasst einen Kraftstofftank 50, der über eine
erste Kraftstoffleitung mit einer Niederdruckpumpe 51 verbunden
ist. Die Kraftstoffleitung mündet
in einen Schwalltopf 50a. Ausgangsseitig ist die Niederdruckpumpe 51 mit
einem Zulauf 53 einer Hochdruckpumpe 54 wirkverbunden.
Ferner ist auch ausgangsseitig der Niederdruckpumpe 51 ein mechanischer
Regulator 52 vorgesehen, welcher ausgangsseitig über eine
weitere Kraftstoffleitung mit dem Kraftstofftank 50 verbunden
ist. Die Niederdruckpumpe 51, der mechanische Regulator 52,
die Kraftstoffleitung, die weitere Kraftstoffleitung und der Zulauf 53 bilden
einen Niederdruckkreis.
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Die
Niederdruckpumpe 51 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass
sie während
des Betriebs der Brennkraftmaschine immer eine ausreichend hohe Kraftstoffmenge
liefert, die gewährleistet,
dass ein vorgegebener Niederdruck nicht unterschritten wird.
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Der
Zulauf 53 ist hin zu der Hochdruckpumpe 54 geführt, welche
ausgangsseitig den Kraftstoff hin zu einem Kraftstoffspeicher 55 fördert. Die
Hochdruckpumpe 54 wird in der Regel von der Nockenwelle
angetrieben und fördert
somit bei konstanter Drehzahl der Kurbelwelle 21 ein konstantes
Kraftstoffvolumen in den Kraftstoffspeicher 55.
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Die
Einspritzventile 34 sind mit dem Kraftstoffspeicher 55 wirkverbunden.
Der Kraftstoff wird somit den Einspritzventilen 34 über den
Kraftstoffspeicher 55 zugeführt.
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In
dem Vorlauf der Hochdruckpumpe 54, das heißt stromaufwärts der
Hochdruckpumpe 54, ist ein Volumenstromsteuerventil 56 vorgesehen,
mittels dessen der Volumenstrom eingestellt werden kann, der der
Hochdruckpumpe 54 zugeführt
wird. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Volumenstromsteuerventils 56 kann
ein vorgegebener Kraftstoffdruck FUP_SP im Kraftstoffspeicher 55 eingestellt
werden.
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Zusätzlich ist
die Kraftstoffzuführeinrichtung 5 mit
einem elektromagnetischen Druckregulator 57 ausgangsseitig
des Kraftstoffspeichers 55 und mit einer Rückführleitung
in den Niederdruckkreis versehen. Wird ein Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55 größer als
der durch entsprechende Ansteuerung des elektromechanischen Druckregulators 57 vorgegebene
Kraftstoffdruck FUP_SP, dann öffnet
der elektromechanische Druckregulator 57 und Kraftstoff wird
aus dem Kraftstoffspeicher 55 in den Niederdruckkreis abgelassen.
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Alternativ
kann auch das Volumenstromsteuerventil 56 in die Hochdruckpumpe 54 integriert
sein, oder der elektromechanische Druckregulator 57 und das
Volumenstromsteuerventil 56 werden über einen gemeinsamen Stellantrieb
eingestellt, wie es beispielhaft in 2 dargestellt
und weiter unten näher erläutert ist.
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Ferner
ist der Brennkraftmaschine eine Steuereinrichtung 6 zugeordnet,
der wiederum Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen
und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt
abhängig von
mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die
dann in entsprechende Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern
mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
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Die
Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber, welcher die
Stellung eines Fahrpedals erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor,
welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst und welchem dann eine Motordrehzahl
zugeordnet wird, ein Luftmassenmesser und ein Kraftstoffdrucksensor 58,
welcher einen Kraftstoffdruck FUP_AV in dem Kraftstoffspeicher 55 erfasst.
Je nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der Sensoren oder auch
zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
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Die
Stellglieder sind beispielsweise als Gaseinlass- oder Gasauslassventile,
Einspritzventile 34, Zündkerze,
Drosselklappe, Niederdruckpumpe 51, Volumenstromsteuerventil 56 oder
auch als elektromechanischer Druckregulator 57 ausgebildet.
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Bevorzugt
hat die Brennkraftmaschine auch weitere Zylinder, denen dann entsprechende
Stellglieder zugeordnet sind.
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2 zeigt
ein Kombinationsventil 7, das einen Stellantrieb 70,
das Volumenstromsteuerventil 56 und den elektromechanischen
Druckregulator 57 umfasst. Das Kombinationsventil 7 hat
einen Auslass 71, der mit dem Einlass der Hochdruckpumpe 54 wirkverbunden
ist, einen Anschluss 72, der mit dem Zulauf 53 wirkverbunden
ist, und einen Einlass 73, der mit dem Kraftstoffspeicher 55 wirkverbunden
ist. Das Volumenstromsteuerventil 56 umfasst den Anschluss 72,
den Auslass 71, einen Ventilsteller 74 und den
Stellantrieb 70. Der elektromechanische Druckregulator 57 umfasst
den Einlass 73, den Anschluss 72, den Ventilsteller 74,
eine Feder 75, einen Ventilverschluss 76 und den
Stellantrieb 70.
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Der
Stellantrieb 70 bewegt abhängig von einem Stellsignal
PWM den Ventilsteller 74 in axialer Richtung. Die Feder 75 ist
zwischen dem Ventilsteller 74 und dem Ventilverschluss 76 angeordnet
und abhängig
von der axialen Position des Ventilstellers 74 vorgespannt.
Der Ventilsteller 74 ist so ausgebildet, dass in dem Bereich
einer ersten axialen Verschiebung des Ventilstellers 74 in
Richtung zu der Feder 75 ausgehend von seiner axialen Position,
in die er durch die Feder 75 gedrückt wird ohne ein Beaufschlagen
des Stellantriebs 70 mit dem Stellsignal PWM, der Kraftstofffluss
im Wesentlichen unterbunden ist. In diesem Zustand strömt von dem
Anschluss 72 lediglich ein Leckfluss hin zu dem Auslass 71.
In dem Be reich einer zweiten axialen Verschiebung des Ventilstellers 74 durch
ein entsprechendes Beaufschlagen des Stellantriebs 70 mit
dem Stellsignal PWM wird der Anschluss 72 mit dem Auslass 71 hydraulisch
gekoppelt. Abhängig
von dem Stellsignal PWM kann in dem zweiten Bereich der axialen
Verschiebung des Ventilstellers 74 ein verschieden großer Volumenstrom
von dem Zulauf 53 in den Anschluss 72 hin zum
Auslass 71 und zu der Hochdruckpumpe 54 fließen.
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Wenn
die durch den Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher 55 hervorgerufene
Kraft größer ist als
die durch die Vorspannung der Feder hervorgerufene und auf den Ventilverschluss 76 ausgeübte Kraft,
wird der Einlass 73 mit dem Anschluss 72 hydraulisch
gekoppelt, so dass Kraftstoff von dem Kraftstoffspeicher 55 in
den Einlass 73 hin zum Auslass 72 in den Zulauf 53 fließen kann.
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Der
Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55, der zu einem Öffnen des
elektromechanischen Druckregulators mindestens erforderlich ist,
kann durch Erhöhen
oder Verringern des Stellsignals PWM eingestellt werden. Der Stellantrieb 70 erhöht oder
verringert entsprechend die Kraft, die über den Ventilsteller 74 auf
die Feder 75 einwirkt und die Feder 75 vorspannt.
Die durch die Vorspannung der Feder 75 hervorgerufene Kraft
schließt
den elektromechanischen Druckregulator, wenn die durch den Kraftstoffdruck
im Kraftstoffspeicher 55 auf den Ventilverschluss 76 ausgeübte Kraft
kleiner ist.
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3 zeigt
Kennlinien des in 2 dargestellten Kombinationsventils 7.
Eine Druckkurve 80 zeigt den Zusammenhang zwischen dem
Stellsignal PWM in Ampere und dem Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55 in
bar. Wird bei gegebenem Stellsignal PWM der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55 über den
durch die Druckkurve 80 vorgegebenen Wert erhöht, so öffnet der
elektromechanische Druckregulator 57 und verringert durch
Ablassen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 55 in
den Zulauf 53 den Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55.
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Für Werte
des Stellsignals PWM, die größer sind
als ein Schwellenwert, der in diesem Ausführungsbeispiel einen Wert von
etwa 0,5 Ampere hat, öffnet
sich das Volumenstromsteuerventil 56 und ermöglicht einen
in Liter pro Minute angegebenen Kraftstofffluss. Das Diagramm zeigt
eine obere Flusskurve 81, die eine obere Toleranzgrenze
für das Kombinationsventil 7 darstellt,
eine untere Flusskurve 82, die eine untere Toleranzgrenze
für das
Kombinationsventil 7 darstellt, und eine mittlere Flusskurve 83,
die den Mittelwert zwischen oberer und unterer Flusskurve darstellt.
Die Flusskurven 81, 82 und 83 zeigen,
dass bei diesem Ausführungsbeispiel
unterhalb des Schwellenwerts, also wenn das Volumenstromsteuerventil 56 im
Wesentlichen geschlossen ist, noch der Leckfluss fließen kann.
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In 4 ist
ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung dargestellt, die zur
Regelung des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 verwendet
werden kann, die ein Kombinationsventil 7 umfasst, wie
es beispielhaft in 2 ausgeführt ist. Die Regelung des Kraftstoffdrucks
im Kraftstoffspeicher 55 erfolgt abhängig davon, in welcher Betriebsart
die Kraftstoffzuführeinrichtung 5 aktuell
betrieben wird.
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In
einer ersten Betriebsart wird der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55 abhängig von
der von der Hochdruckpumpe 54 geförderten Kraftstoffmenge eingestellt.
Das Volumenstromsteuerventil 56 ist geöffnet und die geförderte Kraft stoffmenge
ist abhängig
von der Ansteuerung des Volumenstromsteuerventils 56. In
dieser Betriebsart ist der elektromechanische Druckregulator 57 geschlossen.
Wenn mehr Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher 55 gefördert als
zugemessen wird, dann steigt der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55.
Wenn weniger Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher 55 gefördert als
zugemessen wird, dann sinkt entsprechend der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55.
Diese erste Betriebsart wird Mengenregelung VC genannt.
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In
einer zweiten Betriebsart ist das Volumenstromsteuerventil 56 geschlossen.
Durch das Volumenstromsteuerventil 56 fließt nur der
Leckfluss. Ist der elektromechanische Druckregulator 57 geschlossen
und wird weniger Kraftstoff zugemessen als durch den Leckfluss in
den Kraftstoffspeicher 55 gefördert wird, dann steigt der
Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55, bis der elektromechanische
Druckregulator 57 öffnet
und Kraftstoff in den Zulauf 53 absteuert. Dadurch wird
der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55 auf den durch
den elektromechanischen Druckregulator 57 vorgegebenen
Kraftstoffdruck begrenzt. Diese zweite Betriebsart wird deshalb
Druckregelung PC genannt.
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4 zeigt
zwei Regelkreise, zwischen denen abhängig von der aktuell eingestellten
Betriebsart der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 mittels
eines Schalters LV_MS umgeschaltet werden kann. Ist die aktuell
eingestellte Betriebsart die erste Betriebsart, also die Mengenreglung
VC, dann steht der Schalter LV_MS in der Position VC. Ist die aktuell
eingestellte Betriebsart die zweite Betriebsart, also die Druckregelung
PC, dann steht der Schalter LV_MS in der Position PC.
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Aus
der Differenz zwischen dem vorgegeben Kraftstoffdruck FUP_SP und
dem erfassten Kraftstoffdruck FUP_AV wird eine Regeldifferenz FUP_DIF
bestimmt. Die Regeldifferenz FUP_DIF wird bei der Mengenregelung
VC einem Regler in Block B1 zugeführt. Dieser Regler ist vorzugsweise als
PI-Regler ausgebildet. In dem Block B1 wird ein Reglerwert FUEL_MASS_FB_CTRL
des ersten Reglers bestimmt. Abhängig
von dem vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP_SP und dem erfassten Kraftstoffdruck
FUP_AV wird in einem Block B2 ein Vorsteuerwert FUEL_MASS_PRE einer
zu fördernden Kraftstoffmasse
FUEL_MASS_REQ ermittelt. Der Vorsteuerwert FUEL_MASS_PRE der zu
fördernden Kraftstoffmasse
FUEL_MASS_REQ, der Reglerwert FUEL_MASS_FB_CTRL des ersten Reglers,
eine einzuspritzende Kraftstoffmasse MFF und ein Adaptionswert FUEL_MASS_ADAPT
werden aufsummiert zu der zu fördernden
Kraftstoffmasse FUEL_MASS_REQ. In einem Block B3 wird abhängig von
der zu fördernden
Kraftstoffmasse FUEL_MASS_REQ ein Stellsignal PWM_VC bei Mengenregelung
VC bestimmt. Der Block B3 umfasst vorzugsweise ein Kennfeld. Ein
Block B4 repräsentiert
die in 1 dargestellte Kraftstoffzuführeinrichtung 5 mit
dem in 2 dargestellten Kombinationsventil 7.
Das Stellsignal PWM, das bei Mengenregelung VC gleich dem Stellsignal
PWM_VC bei Mengenregelung VC ist, ist die Eingangsgröße des Blocks
B4. Die Ausgangsgröße des Blocks
B4 ist der erfasste Kraftstoffdruck FUP_AV, der beispielsweise mittels
des Kraftstoffdrucksensors 58 erfasst wird.
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Bei
Druckregelung PC wird die Regeldifferenz FUP_DIF einem zweiten Regler
in einem Block B5 zugeführt.
Der Regler in dem Block B5 ist vorzugsweise als PI-Regler ausgeführt. In
einem Block B6 wird abhängig
von dem vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP_SP ein Vorsteuerwert PWM_PRE
für ein Stellsignal
PWM_PC bei Druckregelung PC bestimmt, zu dem ein in dem Block B5
er mittelter Reglerwert PWM_FB_CTRL des zweiten Reglers addiert wird.
Die Summe ist das Stellsignal PWM_PC bei Druckregelung PC. Bei Druckregelung
PC ist das Stellsignal PWM gleich dem Stellsignal PWM_PC bei Druckregelung
PC. Der Block B6 umfasst vorzugsweise ein Kennfeld.
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In
einem Block B7 wird der Adaptionswert FUEL_MASS_ADAPT ermittelt
abhängig
von einem Reglerzustand des ersten Reglers in dem Block B1. Beispielsweise
kann ein Betrag eines Integralanteils des ersten Reglers um einen
Betrag verkleinert und der Adaptionswert abhängig von diesem Betrag korrigiert
werden, wenn eine vorgegebene Betriebsbedingung, beispielsweise
ein stationärer
Betriebszustand, vorliegt.
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Die
Kennfelder der Blöcke
B3 und B6 werden bevorzugt vorab durch Versuche an einem Motorprüfstand,
durch Simulationen oder durch Fahrversuche ermittelt. Alternativ
können
auch beispielsweise auf physikalischen Modellen basierende Funktionen verwendet
werden.
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Das
in 4 dargestellte Blockdiagramm ist eine bevorzugte
Ausführungsform
einer Regeleinrichtung für
eine Kraftstoffzuführeinrichtung 5 mit
einem Kombinationsventil 7 nach 2 und Kennlinien
nach 3. Falls das Volumenstromsteuerventil 56 und
der elektromechanische Druckregulator 57 jedoch jeweils
einen eigenen Stellantrieb haben, dann wirkt das Stellsignal PWM_VC
bei Mengenregelung VC auf den Stellantrieb des Volumenstromsteuerventils 56 und
das Stellsignal PWM_PC bei Druckregelung PC auf den Stellantrieb
des elektromechanischen Druckregulators 57. Dem Block B4
werden folglich anstelle des gemeinsamen Stellsignals PWM sowohl
das Stellsignal PWM_VC bei Mengenregelung VC als auch das Stellsignal
PWM_PC bei Druckregelung PC zugeführt. Die Regelkreise für die erste und
die zweite Betriebsart arbeiten in diesem Fall vorzugsweise parallel,
so dass auf den in 4 dargestellten Schalter LV_MS
verzichtet werden kann. Den Blöcken
B1 und B5 wird gleichzeitig die Regeldifferenz FUP_DIF zugeführt.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das die Steuerung der Betriebsartumschaltung
der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 darstellt.
Die Bearbeitung beginnt mit einem Schritt S1, der vorzugsweise mit
dem Start der Brennkraftmaschine ausgeführt wird. Der Schritt S1 kann
weitere, hier nicht dargestellte, Schritte enthalten, wie zum Beispiel
eine Initialisierung von Variablen zur Festlegung eines definierten
Ausgangszustands der Kraftstoffzuführeinrichtung 5.
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In
einem Schritt S2 wird überprüft, ob eine Differenz
aus einer aktuellen Zeit t und einer Zeit t_MS der letzten Betriebsartumschaltung
größer ist als
eine Sperrzeitdauer T_MS_WAIT. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so
wird der Schritt S2 nach einer Wartezeitdauer T_W wiederholt. Seit
der letzten Betriebsartumschaltung muss also mindestens die Sperrzeitdauer
T_MS_WAIT verstrichen sein, bevor die Betriebsart erneut umgeschaltet
werden kann. Ist die Bedingung in dem Schritt S2 jedoch erfüllt, so wird
die Bearbeitung in einem Schritt S3 fortgesetzt.
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In
dem Schritt S3 wird sowohl ein Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks
als auch ein Förderstrom
MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54 überprüft. Der Fehlerwert FUP_ERR
des Kraftstoffdrucks ist abhängig
von einem Betrag oder einem Faktor, um den der erfasste Kraftstoffdruck
FUP_AV größer oder kleiner
ist als der vorgegebene Kraftstoffdruck FUP_SP und ist in diesem
Ausführungsbeispiel
so definiert, dass der Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks größer ist,
wenn der vorgegebene Kraftstoffdruck FUP_SP größer ist als der erfasste Kraftstoffdruck
FUP_AV, als wenn der vorgegebene Kraftstoffdruck FUP_SP kleiner
ist als der erfasste Kraftstoffdruck FUP_AV. Der Fehlerwert FUP_ERR
des Kraftstoffdrucks ist beispielsweise ein Quotient aus dem vorgegebenen
Kraftstoffdruck FUP_SP und dem erfassten Kraftstoffdruck FUP_AV
oder die Differenz zwischen dem vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP_SP
und dem erfassten Kraftstoffdruck FUP_AV. Ist der Fehlerwert FUP_ERR
des Kraftstoffdrucks kleiner als eine vorgegebene untere Toleranzgrenze FUP_ERR_BOL
für den
Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks oder ist der Fehlerwert
FUP_ERR des Kraftstoffdrucks größer oder
gleich der vorgegebenen unteren Toleranzgrenze FUP_ERR_BOL für den Fehlerwert
FUP_ERR des Kraftstoffdrucks und kleiner oder gleich einer vorgegebenen
oberen Toleranzgrenze FUP_ERR_TOL für den Fehlerwert FUP_ERR des
Kraftstoffdrucks und ist der Förderstrom
MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54 gleichzeitig kleiner als
eine untere Umschaltschwelle MFF_PUMP_BOL des Förderstroms MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54,
dann wird die Bearbeitung in einem Schritt S4 fortgesetzt, in dem
die Betriebsart der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 auf
Druckregelbetrieb PC umgeschaltet wird. Ist die Bedingung in dem Schritt
S3 nicht erfüllt,
dann wird ein Schritt S5 ausgeführt.
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In
dem Schritt S5 werden wiederum der Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks
und der Förderstrom
MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54 überprüft. Ist der Fehlerwert FUP_ERR
des Kraftstoffdrucks größer als
eine vorgegebene obere Toleranzgrenze FUP_ERR_TOL für den Fehlerwert FUP_ERR
des Kraftstoffdrucks oder ist der Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks
größer oder gleich
der vorgegebenen unteren Toleranzgrenze FUP_ERR_BOL für den Fehlerwert
FUP_ERR des Kraftstoffdrucks und kleiner oder gleich der vorgegebenen
oberen Toleranzgren ze FUP_ERR_TOL für den Fehlerwert FUP_ERR des
Kraftstoffdrucks und ist der Förderstrom
MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54 gleichzeitig größer als
eine obere Umschaltschwelle MFF_PUMP_TOL des Förderstroms MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54,
dann wird die Bearbeitung in einem Schritt S6 fortgesetzt, in dem die
Betriebsart der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 auf Mengenregelbetrieb
VC umgeschaltet wird. Ist die Bedingung in dem Schritt S5 nicht
erfüllt,
dann wird die Bearbeitung nach der Wa0rtezeitdauer T_W mit dem Schritt
S2 fortgesetzt.
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Nach
der Umschaltung der Betriebsart in dem Schritt S4 oder in dem Schritt
S6 wird jeweils ein Schritt S7 ausgeführt, in dem die aktuelle Zeit
t als die Zeit der letzten Betriebsartumschaltung t_MS gespeichert
wird, wenn zuvor von der ersten Betriebsart auf die zweite Betriebsart
oder von der zweiten Betriebsart auf die erste Betriebsart umgeschaltet
wurde. Nach dem Schritt S7 wird die Bearbeitung, wiederum nach der
Wartezeitdauer T_W, in dem Schritt S2 fortgeführt.
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Die
untere Umschaltschwelle MFF_PUMP_BOL und die obere Umschaltschwelle MFF_PUMP_TOL
des Förderstroms
MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54 können abhängig von dem Leckfluss des
Volumenstromsteuerventils 56 und einem möglichen
Leckagefluss aus dem Kraftstoffspeicher 55 heraus ermittelt
werden, so dass Toleranzen und mögliche
Fehler und Defekte in Komponenten der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 ausgeglichen
werden können,
damit die Hochdruckpumpe 54 nur so wenig Kraftstoff wie
möglich,
aber so viel Kraftstoff wie nötig,
in den Kraftstoffspeicher 55 zu fördern braucht.
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In 6 ist
ein Ablaufdiagramm dargestellt, das die Schritte zur Bestimmung
eines Fehlerwerts Q_ERR des Kraftstoffflusses in der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 zeigt.
Die Bearbeitung beginnt mit einem Schritt S11, der vorzugsweise
ausgeführt
wird, wenn sich die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb befindet,
also wenn sich die Kurbelwelle 21 dreht ohne dass Kraftstoff
zugemessen wird. Ferner kann der Schritt S11 weitere, hier nicht
dargestellte, vorbereitende Schritte umfassen. In einem Schritt
S12 wird ein erster Kraftstoffdruck FUP_SP1 eingestellt. Der erste
Kraftstoffdruck FUP_SP1 ist vorzugsweise kleiner als der aktuelle
Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55. Nachdem der erste
Kraftstoffdruck FUP_SP1 so eingestellt ist, dass der Betrag der
Regeldifferenz FUP_DIF kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert,
wird ein erster Kraftstoffdruck FUP_AV1 und eine erste Zeit t1 in
einem Schritt S13 erfasst. Anschließend wird in einem Schritt
S14 eine dritte Betriebsart der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 eingestellt
und gleichzeitig verhindert, dass die Betriebsart automatisch umgeschaltet
wird.
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In
der dritten Betriebsart werden alle Ventile der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 so
angesteuert, dass sie geschlossen sind. Diese Betriebsart kann zum
Beispiel dadurch eingestellt werden, dass auf Druckregelbetrieb
PC umgeschaltet wird und gleichzeitig der vorgegebene Kraftstoffdruck
FUP_SP auf einen so großen
Wert gesetzt wird, dass der elektromechanische Druckregulator 57 geschlossen
ist. In dem Druckregelbetrieb PC ist das Volumenstromsteuerventil 56 so
angesteuert, dass es geschlossen ist. Die Einspritzventile 34 sind
ebenfalls so angesteuert, dass sie geschlossen sind, da kein Kraftstoff zugemessen
werden soll. Änderungen
des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffspeicher 55 können so
nur durch den Leckfluss des Volumenstromsteuerventils 56 oder
durch den möglichen
Leckagefluss aus dem Kraftstoffspeicher 55 heraus verursacht
werden.
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In
einem Schritt S15 wird solange gewartet, bis der Kraftstoffdruck
im Kraftstoffspeicher 55 größer oder gleich einem zweiten
vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP_SP2 ist oder bis eine vorgegebene Zeitdauer
verstrichen ist. Dann wird in einem Schritt S16 ein zweiter Kraftstoffdruck
FUP_AV2 und eine zweite Zeit t2 erfasst. In einem Schritt S17 wird
eine Differenz FUP_AV_DIF aus dem zweiten erfassten Kraftstoffdruck
FUP_AV2 und dem ersten erfassten Kraftstoffdruck FUP_AV1 und eine
Zeitdauer T aus der zweiten Zeit t2 und der ersten Zeit t1 ermittelt. Der
Fehlerwert Q_ERR des Kraftstoffflusses wird in Abhängigkeit
von der Differenz FUP_AV_DIF der erfassten Kraftstoffdrücke und
der Zeitdauer T ermittelt. Der Fehlerwert Q_ERR des Kraftstoffflusses
kann zusätzlich
abhängig
von einem Volumen V_RAIL des Kraftstoffspeichers 55, einer
Kraftstoffdichte r und einer Kraftstoffkompressibilität b ermittelt
werden. Der Fehlerwert Q_ERR des Kraftstoffflusses repräsentiert
die Bilanz der Kraftstoffzuflüsse
in den Kraftstoffspeicher 55 und der Kraftstoffabflüsse aus
dem Kraftstoffspeicher 55, wenn alle Ventile der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 so
angesteuert werden, dass die Ventile geschlossen sein sollten.
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In
einem Schritt S18 wird die dritte Betriebsart abgeschaltet und auf
die in der 5 beschriebene Umschaltung der
Betriebsarten umgeschaltet. Der ermittelte Fehlerwert Q_ERR des
Kraftstoffflusses kann, vorzugsweise nach einer Überprüfung auf möglicherweise in der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 vorhandene
Fehler und Defekte, in die Steuerung der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 übernommen
werden. Der ermittelte Fehlerwert Q_ERR des Kraftstoffflusses kann
so bei dem weiteren Betrieb der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 berücksichtigt
werden.