DE102007005685B4

DE102007005685B4 - Verfahren zur Bestimmung einer Regelgröße für eine Druckregelung eines Hochdruckspeichers in einem Einspritzsystem

Info

Publication number: DE102007005685B4
Application number: DE102007005685A
Authority: DE
Inventors: Fredrik Dr. Borchsenius; Michael Wirkowski
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-02-06
Also published as: DE102007005685A1; WO2008095815A1; US8196564B2; US20100132668A1; CN101600872B; CN101600872A

Abstract

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.

Description

Verfahren zur Bestimmung einer Regelgröße für eine Druckregelung eines Hochdruckspeichers in einem Einspritzsystem.
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 Niederdruck bereich 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.
So ist zum Beispiel in Dokument DE 197 31 201 A1 ein Verfahren zum Regeln des Kraftstoffdruckes offenbart, bei dem zur Regelung des Kraftstoffdruckes ein Solldruck vorgegeben wird, der mit dem im Kraftstoffspeicher gemessenen Kraftstoffdruck verglichen wird und abhängig von der ermittelten Differenz, dem Kraftstoffspeicher eine entsprechende Kraftstoffmenge zugeführt wird, wobei diese Kraftstoffmenge abhängig von der vom Injektor abzugebenden Kraftstoffmenge bestimmt wird.
Auch der Gegenstand der Anmeldung DE 101 60 311 A1 umfasst ein Verfahren zur Druckregelung, wobei ein Istdruck im Hochdruckspeicher von einem Sensor erfasst wird und die Kraftstoffpumpe abhängig vom Istdruck angesteuert wird.
Die Größe eines Istdruckgradientenwerts des Hochdruckspeichers ist dabei 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 Kraftstofftank 1, einer Niederdruckpumpe 2, die Kraftstoff aus dem Tank fördert, einem Volumenstromregelventil 3 mit Rückführleitung 5 zum Kraftstofftank 1, einer Hochdruckpumpe 4, die Kraftstoff einem Hochdruckspeicher 6 zuführt sowie aus Injektoren 7, 7' und 7'' zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, welcher in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Mittels einer Niederdruckpumpe 2 wird Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 1 gefördert und dann einer Hochdruckpumpe 4 zugeführt. Die Hochdruckpumpe 4 speist dann einen Hochdruckspeicher 6 mit dem aus der Niederdruckpumpe 2 zugeführten Kraftstoff. Dabei können sich im Hockdruckspeicher 6 Drücke bis 1800 bar aufbauen. Über Injektoren 7, 7', und 7'' kann der Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 6 in einen Brennraum eingespritzt werden. Um den Druck innerhalb des Hochdruckspeichers 6 regeln zu können, ist zwischen der Niederdruckpumpe 2 und der Hochdruckpumpe 4 ein Volumenstromregelventil 3 mit einer Rückführleitung 5 zum Kraftstofftank angeordnet. Mit Hilfe des Volumenstromregelventils 3 wird das Ansaugvolumen der Hochdruckpumpe 2 geregelt und somit der Druck im Hochdruckspeicher 6 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

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.