DE102007005685A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Regelgröße für eine Druckregelung eines Hochdruckspeichers in einem Einspritzsystem - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Regelgröße einer Druckregelung eines Hochdruckspeichers eines Einspritzsystems. Dazu wird ein Solldruckgradientenwert im Hochdruckspeicher, abhängig vom maximal möglichen Istdruckgradientenwert, ermittelt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Regelgröße für eine Druckregelung eines Hochdruckspeichers in einem Einspritzsystem gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 oder 2.
- Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zum Betrieb einer Brennkraftmaschine sind generell seit vielen Jahren bekannt. Bei einem sogenannten Common-Rail Einspritzsystem erfolgt die Kraftstoffzuführung in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine durch Injektoren, insbesondere durch Piezoinjektoren. Dabei ist die Güte der Verbrennung vom Hochdruckspeicherdruck abhängig. Um eine möglichst hohe spezifische Leistung der Brennkraftmaschine und gleichzeitig eine geringe Schadstoffemission zu erreichen, muss der Druck eines Hochdruckspeichers geregelt werden. Dabei können bei einer Verwendung einer Hochdruckpumpe und eines Druckspeichers für den Kraftstoff Einspritzdrücke von 1600 bis 1800 bar erreicht werden.
- Die Druckregelung des Hochdruckspeichers kann dabei auf unterschiedliche Weisen realisiert werden. Diese kann je nach Ausführung des Einspritzsystems mit einem Druckregelventil im Hochdruckbereich und einem Volumenregelventil auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe, oder nur durch ein Volumenregelventil auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe erfolgen. Im folgenden wird ausschließlich auf den zweiten Fall, d. h auf die Druckregelung anhand eines Volumenregelventils, eingegangen. Die Regelung des Hochdruckspeicherdrucks erfolgt dabei durch die Regelung des Volumenstroms im Niederdruckbe reich der Hochdruckpumpe. Diese Volumenstromregelung ist sowohl abhängig vom Systembedarf, welcher durch die eingespritzte Kraftstoffmenge in den Brennraum bestimmt wird, als auch von der Kraftstoffmenge, die durch Schaltleckageverluste aus den Injektoren austritt.
- Der Druck des Hochdruckspeichers wird dabei durch die von der Pumpe zugeführte Kraftstoffmenge und die über ein Einspritzen in den Brennraum und/oder über Schaltleckage austretende Kraftstoffmenge bestimmt.
- Die Größe eines Istdruckgradientenwerts des Hochdruckspeichers ist daher von der Kraftstoffmengendifferenz zwischen der Kraftstoffmenge, die von der Pumpe in den Hochdruckspeicher gefördert wird, und der Kraftstoffmenge die eingespritzt und/oder über Schaltleckageverluste aus dem Injektor ausgetreten ist, abhängig.
- Ist nun ein Solldruckgradientenwert größer als der für diesen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine mögliche Istdruckgradientenwert, so kommt es zu einer Druckabweichung im Hochdruckspeicher, der durch die Druckregelung nicht entgegengewirkt werden kann. Ein maximaler Druckabfall und damit ein maximaler Istdruckgradientenwert ergibt sich beispielsweise dann, wenn die Pumpe keinen Kraftstoff mehr in den Hochdruckspeicher fördert, gleichzeitig aber die maximal mögliche Kraftstoffmenge aus dem Injektor über Schaltleckage und/oder Einspritzen in den Brennraum austritt. Sollte nun der geforderte Solldruckgradientwert größer sein, als der maximal mögliche Istdruckgradientwert, kommt es z. B. zu einem irrtümlichen Anstieg des Integralteils eines PID-Reglers und das Regelverhalten wird daher unkalkulierbar.
- Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die Güte der Druckregelung im Hochdruckspeicher zu verbessern.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
- Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Höhe des Solldruckgradientenwerts nun abhängig vom Istdruckgradientenwert ist. Dadurch wird ein im Vergleich zum Istdruckgradientenwert höherer Solldruckgradientenwert verhindert und die Güte der Regelung damit verbessert.
- Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 : ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems zur Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, -
2 : einen Druckverlauf im Hochdruckspeicher, bei dem der Solldruckverlauf unabhängig vom Istdruckverlauf ist, -
3 einen Druckverlauf im Hochdruckspeicher, bei dem der Solldruckverlauf abhängig vom Istdruckverlauf ist. -
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge. Dabei besteht das Einspritzsystem aus einem Kraftstofftank1 , einer Niederdruckpumpe2 , die Kraftstoff aus dem Tank fördert, einem Volumenstromregelventil3 mit Rückführleitung5 zum Kraftstofftank1 , einer Hochdruckpumpe4 , die Kraftstoff einem Hochdruckspeicher6 zuführt sowie aus Injektoren7 ,7' und7'' zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, welcher in der Zeichnung nicht dargestellt ist. - Mittels einer Niederdruckpumpe
2 wird Kraftstoff aus dem Kraftstofftank1 gefördert und dann einer Hochdruckpumpe4 zugeführt. Die Hochdruckpumpe4 speist dann einen Hochdruckspeicher6 mit dem aus der Niederdruckpumpe2 zugeführten Kraftstoff. Dabei können sich im Hockdruckspeicher6 Drücke bis 1800 bar aufbauen. Über Injektoren7 ,7' , und7'' kann der Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher6 in einen Brennraum eingespritzt werden. Um den Druck innerhalb des Hochdruckspeichers6 regeln zu können, ist zwischen der Niederdruckpumpe2 und der Hochdruckpumpe4 ein Volumenstromregelventil3 mit einer Rückführleitung5 zum Kraftstofftank angeordnet. Mit Hilfe des Volumenstromregelventils3 wird das Ansaugvolumen der Hochdruckpumpe2 geregelt und somit der Druck im Hochdruckspeicher6 bestimmt. -
2 zeigt einen Druckverlauf im Hochdruckspeicher, bei dem der Solldruckverlauf unabhängig vom Istdruckverlauf ist. Dabei ist der zeitliche Druckverlauf p im Hochdruckspeicher für einen Solldruck S und einen Istdruck I aufgetragen. - Bis zum Zeitpunkt t0 herrscht im Hochdruckspeicher ein konstanter Druck p_h vor. Innerhalb des Zeitraums t0 und t1 soll der Druck im Hochdruckspeicher, entsprechend dem Solldruckverlauf S, vom Druckwert p_h auf einen Druckwert p_s beispielsweise linear abfallen. Der Solldruckgradientenwert ist dabei innerhalb des Zeitraums t0 und t1 konstant und vom Istdruckgradientenwert unabhängig. Der Istdruckverlauf I fällt ab dem Zeitpunkt t0 ebenfalls, wie der Solldruck S, nahezu linear und erreicht den Druckwert p_s zum Zeitpunkt t2.
- Da der Solldruckgradientenverlauf in diesem Fall vom Istdruckgradientenverlauf unabhängig ist, und der Solldruckgradientenwert aufgrund des stärkeren Abfalls des Solldruck verlaufs S, im Vergleich zum Istdruckverlauf, größer ist, als der maximale Istdruckgradientenwert, wird das Regelverhalten innerhalb des Einspritzsystems unkalkulierbar. Dies ist insbesondere daran ersichtlich, dass der Druck des Hochdruckspeichers ab dem Zeitpunkt t2 den Solldruck p_s unterschreitet und bis zum Zeitpunkt t3 mehrmals um den Solldruck p_s schwankt. Erst ab dem Zeitpunkt t3 finden keine Schwankungen des Istdrucks I mehr statt und erst dann ist der gewünschte Solldruck p_s eingestellt.
-
3 zeigt einen Druckverlauf im Hochdruckspeicher, bei dem der Istdruckgradientenwert abhängig vom Solldruckgradientenwert ist. Dabei ist der zeitliche Druckverlauf p im Hochdruckspeicher für einen Solldruck S und einen Istdruck I aufgetragen. - Ab dem Zeitpunkt t0 fällt der Solldruckverlauf vom Druck p_h bis zum Zeitpunkt t1 auf den Druck p_s. Der Abfall des Solldrucks ist in diesem Fall nicht linear und vom Istdruckgradientenwert abhängig.
- Der Solldruckgradientwert wird in einer ersten Ausführungsform aus einem hinterlegten Kennfeld entnommen. Dabei wird abhängig vom Istdruck im Hochdruckspeicher und vom Differenzwert, der Kraftstoffmenge, die dem Hochdruckspeicher von der Pumpe zugeführt wird, und der Kraftstoffmenge die durch Schaltleckage und Einspritzen in den Brennraum austritt, der Solldruckgradientenwert aus dem Kennfeld ermittelt.
- Bei einer zweiten Ausführungsform zur Bestimmung des Solldruckgradientenwerts ist vorgesehen, dass der Differenzwert zwischen der Kraftstoffmenge, die dem Hochdruckspeicher von der Pumpe zugeführt wird, und der Kraftstoffmenge, die durch Schaltleckage und Einspritzen in den Brennraum austritt, mit einem Faktor multipliziert wird. Dieser Faktor wird aus einer Division eines Elastizitätsmodulwertes des Hochdruckspeichers und eines gesamten hydraulischen Volumens des Hochdruckbereichs gebildet. Der Elastizitätsmodulwert ist dabei beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegt und von der Temperatur und dem Istdruck im Hochdruckspeicher abhängig.
- Der Istdruckverlauf I zeigt, dass der Druck p_h ebenfalls ab dem Zeitpunkt t0 fällt und den Drucksollwert p_s zum Zeitpunkt t2 erreicht. Da der Solldruckgradientenwert nun vom Istdruckgradientenwert abhängt, und somit der Solldruckgradientenwert zu keinem Zeitpunkt größer ist als der Istdruckgradientenwert, kommt es nach dem Zeitpunkt t2 zu keiner Unter- oder Überschreitung des Solldrucks p_s durch den Istdruckverlauf I.
Claims (3)
- Verfahren zur Bestimmung einer Regelgröße für eine Druckregelung eines Hochdruckspeichers in einem Einspritzsystem, insbesondere in einem Common Rail Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einer Pumpe zur Zufuhr einer Kraftstoffmenge in den Hochdruckspeicher und einer Messeinheit zum Ermitteln eines Druckwerts im Hochdruckspeicher, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom ermittelten Druckwert im Hochdruckspeicher und einem Differenzwert zwischen der Kraftstoffmenge, die aus dem Injektor, infolge einer Schaltleckage und/oder eines Einspritzens in die Brennkraftmaschine, austritt, und der Kraftstoffmenge, die in den Hochdruckspeicher durch die Pumpe gefördert wird, aus einem hinterlegten Kennfeld ein Solldruckgradientenwert ermittelt wird.
- Verfahren zur Bestimmung einer Regelgröße für eine Druckregelung eines Hochdruckspeichers in einem Einspritzsystem, insbesondere eines Common Rail Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine, mit einer Pumpe zur Zufuhr einer Kraftstoffmenge in den Hochdruckspeicher und einer Messeinheit zum Ermitteln eines Druckwerts im Hochdruckspeicher, dadurch gekennzeichnet, dass ein Solldruckgradientenwert durch Multiplikation eines Faktors mit einem Differenzwert zwischen der Kraftstoffmenge, die aus dem Injektor infolge einer Schaltleckage und/oder eines Einspritzens in die Brennkraftmaschine austritt, und der Kraftstoffmenge, die in den Hochdruckspeicher durch die Pumpe gefördert wird, ermittelt wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor mittels einer Division eines vom Hochdruckspeicherdruck und Hochdruckspeichertemperatur abhängigen Elastizitätsmoduls des Hochdruckspeichers und eines hydraulischen Volumens des gesamten Hochdruckbereichs des Einspritzsystems berechnet wird.
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