DE102007006865A1

DE102007006865A1 - Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007006865A1
Application number: DE102007006865A
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr. Achleitner; Christoph FÖRSTER; Christoph KÖLLNER
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2008-08-14
Also published as: US20090150046A1

Abstract

Ein Steuerverfahren für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Druckspeicher (20, 40), in welchem Kraftstoff unter Druck gespeichert wird, um zumindest ein Einspritzventil mit druckbaufschlagtem Kraftstoff zu versorgen, und zumindest zwei Hochdruckpumpen (22, 33), welche mit dem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) derart gekoppelt sind, dass sie diesem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) sowohl gemeinsam als auch einzeln Kraftstoff zuführen können, wird bei Erfüllung zumindest einer Bedingung die Hochdruckpumpen (22, 33) in einem Sonderbetriebsmodus betrieben, in dem nur eine der Hochdruckpumpen (22, 33) dem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) Kraftstoff zuführt, und ansonsten die Hochdruckpumpen (22, 33) in einem Normalbetriebsmodus betrieben, in dem die mindestens zwei Hochdruckpumpen (22, 33) dem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) gemeinsam Kraftstoff zuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit einer Reglereinrichtung, welche derart ausgebildet ist, dass sie das Verfahren ausführen kann.
Bei modernen Brennkraftmaschinen ist ein Trend hin zu einer immer höheren Drehmoment- und Leistungsabgabe erkennbar. Eine Leistungssteigerung kann insbesondere durch Vergrößerung des Hubraums, meist verbunden mit einer Erhöhung der Zylinderzahl, und/oder durch Aufladung der Brennkraftmaschine mittels eines Abgasturboladers oder eines mechanischen Kompressors erreicht werden. Ferner kommt die so genannte Kraftstoff-Direkteinspritzung immer häufiger zum Einsatz. Dabei wird der Kraftstoff unter hohem Druck unmittelbar in den Brennraum eingespritzt. Zur Realisierung des dafür nötigen hohen Einspritzdruckes von ca. 150 bis 200 bar (bei Ottomotoren) werden spezielle Hochdruckpumpen eingesetzt. Zur Gewährleistung einer stabilen Verbrennung unter Volllast sind die Anforderungen bezüglich der Förderleistung der Hochdruckpumpen enorm. Gleichzeitig wird aufgrund des starken Wettbewerbs in der Automobilbranche intensiv versucht, die Herstellungskosten der Brennkraftmaschinen so gering wie möglich zu halten.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass bei leistungsstarken Brennkraftmaschinen mit zwei oder mehreren Zylinderbänken jeder Zylinderbank ein unabhängig arbeitendes Kraftstoffversorgungssystem zugeordnet ist. Dieses System erweist sich jedoch als sehr kostspielig, da alle für die Kraftstoffversorgung notwendigen Komponenten und Leitungen mehrfach vorgesehen sind. Ferner ist der Platzbedarf im Motorraum sehr groß. Diese Lösung erweist sich insbesondere im Falle eines Notbetriebs auch als relativ unflexibel, da bei Ausfall eines der Kraftstoffversorgungssysteme eine komplette Zylinderbank abgeschaltet oder mit niedrigem Druck betrieben werden muss.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Steuerverfahren und eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, durch welche eine größere Flexibilität hinsichtlich der Kraftstoffversorgung möglich ist und mittels denen die Herstellungskosten gesenkt werden können.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Brennkraftmaschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Steuerverfahren gemäß dem Anspruch 1 bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Druckspeicher, in welchem Kraftstoff unter Druck gespeichert wird, um zumindest ein Einspritzventil mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff zu versorgen. Die Brennkraftmaschine weist ferner zumindest zwei Hochdruckpumpen auf, welche mit dem mindestens einen Druckspeicher derart gekoppelt sind, dass sie diesem mindestens einen Druckspeicher sowohl gemeinsam als auch einzeln Kraftstoff zuführen können. Gemäß dem Verfahren werden bei Erfüllung zumindest einer Bedingung die Hochdruckpumpen in einem Sonderbetriebsmodus betrieben, in dem nur eine der Hockdruckpumpen dem mindestens einen Druckspeicher Kraftstoff zuführt. Ansonsten werden die Hochdruckpumpen in einem Normalbetriebsmodus betrieben, in dem die mindestens zwei Hochdruckpumpen dem mindestens einen Druckspeicher gemeinsam Kraftstoff zuführen.
Die Brennkraftmaschine, auf welche sich das Verfahren bezieht, weist sich durch eine kostengünstige und zuverlässige Lösung für die Kraftstoffversorgung des mindestens einen Druckspeichers aus. Dadurch, dass die Kraftstoffzufuhr für jeden Druckspeicher im Normalbetriebsmodus durch mindestens zwei Hochdruckpumpen durchgeführt wird, können auch bei Verwendung kostengünstiger und kompakter Einzylinderkolbenpumpen Druckpulsationen in den Druckspeichern spürbar reduziert und eine ausreichende Kraftstoffversorgung auch unter Volllast sichergestellt werden. Hingegen muss bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung zur Erreichung des gleichen Effekts pro Zylinderbank bzw. Druckspeicher jeweils eine teuere und größer dimensionierte Mehrzylinderkolbenpumpe vorgesehen werden.
Da gemäß dem Verfahren in Abhängigkeit von zumindest einer frei definierbaren Bedingung die Hochdruckpumpen im Sonderbetriebsmodus oder im Normalbetriebsmodus betrieben werden können, ergibt sich ferner eine sehr hohe Flexibilität. Muss bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylinderbänken eine Zylinderbank aufgrund eines Defekts abgeschaltet werden (durch Deaktivierung der Einspritzventile) so werden die übrigen Zylinderbänke im Normalbetriebsmodus weiterhin durch alle Hochdruckpumpen mit Kraftstoff versorgt, sodass die Brennkraftmaschine auch mit nur einer Zylinderbank eine höhere Leistungsabgabe erreichen kann. Andererseits ist es beispielsweise möglich, bei einem Defekt einer der Hochdruckpumpen, alle Zylinderbänke mit den restlichen funktionierenden Hochdruckpumpen zu versorgen, was sich positiv auf den Fahrkomfort auswirkt. Ferner ist es gemäß dem Verfahren möglich, bei einem Betrieb der Hochdruckpumpen im Sonderbetriebsmodus Einzeldiagnosen oder Kennlinienanpassungen für die einzelnen Hochdruckpumpen oder andere Komponenten durchzuführen.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 ist jeder der zumindest zwei Hochdruckpumpen jeweils ein steuerbares Ventil zugewiesen, mittels dem die von der jeweiligen Hochdruckpumpe in den Druckspeicher geförderte Kraftstoffmenge einstellbar ist. Ferner ist der Brennkraftmaschine eine Reglereinrichtung zugeordnet, welche mit den Ventilen gekoppelt ist und den Druck im Druckspeicher unter Vorgabe von jeweils einem Vorsteuerwert für jedes Ventil regelt. Gemäß dem Verfahren wird im Sonderbetriebsmodus zur Einstellung des Drucks im Druckspeicher zunächst ein Vorsteuerwert an das Ventil derjenigen Hochdruckpumpe, welche den mindestens einen Druckspeicher Kraftstoff zuführt, übermittelt und ein Korrekturwert für dieses Ventil ermittelt, um den Druck im Druckspeicher auf einen vorgegebenen Drucksollwert einzuregeln. Anschließend wird die Funktionsfähigkeit der jeweiligen Hochdruckpumpe basierend auf dem ermittelten Korrekturwert beurteilt.
In der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3 wird die jeweilige Hochdruckpumpe als defekt beurteilt, falls der zugehörige Korrekturwert einen vorgegebenen Grenzwertwert überschreitet.
Die Regelung des Drucks im Druckspeicher geschieht unter Vorgabe eines Vorsteuerwerts für die Ventile und einer anschließenden Regelung auf den Drucksollwert. Zur Ermittlung des Vorsteuerwerts ist in der Reglereinrichtung eine normierte Betriebscharakteristik der steuerbaren Ventile, beispielsweise in Form von Kennlinien, abgespeichert. Die Vorsteuerung der Ventile und die Einstellung des Drucks in den Druckspeichern basiert auch auf der Annahme, dass alle Hochdruckpumpen voll funktionsfähig sind. Aufgrund eines Defekts der Hochdruckpumpen oder der zugehörigen Ventile kann es deshalb nach der Vorgabe des Vorsteuerwerts zu einer signifikanten Abweichung vom Drucksollwert kommen. Der von der Reglereinrichtung daraufhin ermittelte Korrekturwert zum Ausgleich dieser Abweichung ist daher entsprechend groß und stellt daher ein Maß für die Funktionsfähigkeit der Hochdruckpumpen und der zugehörigen Ventile dar. Daher ist eine Beurteilung der Funktionsfähigkeit der jeweiligen Hochdruckpumpe und/oder des zugehörigen Ventils basierend auf einer Auswertung des zugehörigen Korrekturwerts möglich. Die Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 2 und 3 ermöglichen daher eine einfache und kostengünstige Beurteilung der Funktionsfähigkeit der einzelnen Hochdruckpumpen und der zugehörigen Ventile. Unter einem Defekt im Sinne des Anspruchs 3 ist jegliche Abweichung des Betriebsverhaltens der Hochdruckpumpen und/oder der zugehörigen Ventile von dem normalen Betriebsverhalten bei voller Funktionsfähigkeit zu verstehen. Dies kann beispielsweise durch Al terung, Abnützung oder Bruch einzelner Bauteile bedingt sein. Jedoch ist auch der totale Ausfall der Hochdruckpumpen und der Ventile eingeschlossen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 4 werden in dem Fall, dass eine der Hochdruckpumpen als defekt beurteilt wird, die Ventile im nachfolgenden Normalbetrieb derart angesteuert, dass die Hochdruckpumpen unterschiedliche Kraftstoffmengen in den mindestens einen Druckspeicher fördern.
Wird eine der Hochdruckpumpen und/oder das zugehörige Ventil als defekt erkannt, so werden im Normalbetrieb die Ventile derart angesteuert, dass beispielsweise eine verminderte Förderleistung der defekten Hochdruckpumpe durch die anderen Hochdruckpumpen kompensiert wird. Dadurch kann der Druck im Druckspeicher auch bei einer defekten Hochdruckpumpe auf den Drucksollwert eingestellt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 5 werden die Ventile derart angesteuert, dass sie sich in einem Betriebsbereich befinden, in dem ein im Wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen der Stellgröße für das jeweilige Ventil und der durch das jeweilige Ventil strömenden Kraftstoffmenge gilt.
Durch diese Ausgestaltung wird sichergestellt, dass sich alle Ventile innerhalb des linearen Betriebsbereichs befinden, was die Steuerung erheblich vereinfacht und präzisiert.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 6 ist den zumindest zwei Hochdruckpumpen jeweils ein steuerbares Ventil zugewiesen, mittels dem die von der jeweiligen Hochdruckpumpe in den Druckspeicher geförderte Kraftstoffmenge einstellbar ist. Ferner ist der Brennkraftmaschine eine Reglereinrichtung zugeordnet, welche mit den Ventilen gekoppelt ist und den Druck im Druckspeicher unter Vorgabe von jeweils einem Vorsteuerwert für jedes Ventil regelt. Gemäß dem Verfahren wird im Sonderbetriebsmodus zur Einstellung des Drucks im Druckspeicher zunächst ein Vorsteuerwert an das Ventil derjenigen Hochdruckpumpe, welche den mindestens einen Druckspeicher Kraftstoff zuführt, übermittelt und anschließend ein Korrekturwert für dieses Ventil ermittelt, um den Druck im Druckspeicher auf einen vorgegebenen Drucksollwert einzuregeln. Bei der nachfolgenden Regelung des Drucks im Druckspeicher im Normalbetriebsmodus wird die Vorsteuerung dieses Ventils unter Berücksichtigung dieses Korrekturwerts durchgeführt.
Die Regelung des Drucks im Druckspeicher geschieht unter Vorgabe eines Vorsteuerwerts für die Ventile und einer anschließenden Einregelung auf den Drucksollwert. Zur Ermittlung des Vorsteuerwerts ist in der Reglereinrichtung die normierte Betriebscharakteristik der steuerbaren Ventile, beispielsweise in Form von Kennlinien, abgespeichert. Aufgrund von Fertigungstoleranzen weicht die tatsächliche Betriebscharakteristik mancher Ventile von der normierten Betriebscharakteristik ab. In diesem Fall kann es bei der Regelung des Drucks im Druckspeicher zu einer relativ starken Belastung des I-Anteils der Reglereinrichtung und zu einer verzögerten Einstellung des Drucksollwerts kommen. Die Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 ermöglicht eine individuelle Anpassung der Vorsteuerung der Ventile ab die tatsächliche Betriebscharakteristik eines jeden einzelnen Ventils. Dazu wird für jedes Ventil im Sonderbetriebsmodus ein Korrekturwert ermittelt. Die einzelnen Korrekturwerte werden den Ventilen zugeordnet und abgespeichert. Da die Vorsteuerung der Ventile bei der nachfolgenden Regelung des Drucks im Normalbetriebsmodus die Korrekturwerte individuell berücksichtigt, wird eine Belastung des I-Anteils verhindert und eine schnelle Einstellung auf den Drucksollwert ermöglicht.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 7 werden die Verfahrensschritte gemäß den Ansprüchen 2 oder 6 bezüglich aller Ventile durchgeführt und die ermittelten Korrekturwerte den jeweiligen Ventilen zugeordnet.
Dadurch wird für jedes Ventil ein eindeutig zugeordneter Korrekturwert ermittelt, sodass eine individuelle Anpassung der Vorsteuerung möglich ist. Dies erhöht die Genauigkeit der Vorsteuerung.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 8 steuert die Reglereinrichtung während der Regelung des Drucks im Normalbetriebsmodus die Ventile derart an, dass jede Hochdruckpumpe dieselbe Kraftstoffmenge in den mindestens einen Druckspeicher fördert.
Dadurch wird sichergestellt, dass jede Hochdruckpumpe über die Lebenszeit der Brennkraftmaschine die gleiche Förderleistung erbringt und frühzeitige Defekte einzelner Hochdruckpumpen aufgrund einer ungleichmäßig verteilten Förderleistung werden vermieden. Dadurch kann die Betriebsicherheit der Brennkraftmaschine gesteigert werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 9 ist die zumindest eine Bedingung dann erfüllt, wenn sich das Ventil derjenigen Hochdruckpumpe, welche während des Sonderbetriebsmodus dem Druckspeicher Kraftstoff zuführen soll, im Sonderbetriebsmodus in einem Betriebsbereich betrieben werden kann, in dem ein im Wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen der Stellgröße für das Ventil und der Durchflussrate an Kraftstoff durch das Ventil gilt.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 10 ist die zumindest eine Bedingung dann erfüllt, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebsbereich befindet, in dem die Förderleistung einer der Hochdruckpumpen ausreicht, um den Druck im Druckspeicher auf den Drucksollwert einzustellen.
Durch die beiden Ausgestaltungen des Verfahrens nach den Ansprüchen 9 und 10 wird sichergestellt, dass nur dann in den Sonderbetriebsmodus geschalten wird, wenn die Anpassung der Betriebscharakteristik eines jeden Ventils sinnvoll durchge führt werden kann oder die Kraftstoffversorgung mittels nur einer Hochdruckpumpe sichergestellt werden kann.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 11 weist die Brennkraftmaschine zwei Druckspeicher auf und die zumindest eine Bedingung ist dann erfüllt, wenn eine der Hochdruckpumpen als defekt befunden wird.
Durch diese Ausgestaltung wird ein Notlaufbetrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht. Bei einer defekten Hochdruckpumpe wird durch Umschaltung in den Sonderbetriebsmodus eine Versorgung aller Druckspeicher durch die andere, funktionierende Hochdruckpumpe bis zu einer bestimmten Lastgrenze ermöglicht. Dadurch müssen nicht einzelne Zylinderbänke abgeschaltet oder mit niedrigem Druck betrieben werden, da im Sonderbetriebsmodus alle Druckspeicher durch nur eine Hochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgt werden können.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 12 ist die zumindest eine Bedingung dann erfüllt, wenn sich zumindest eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine über einen vorgegebenen Zeitraum nicht mehr als um einen vorgegebenen Grenzbetrag ändert.
Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Brennkraftmaschine in einem stationären Betriebspunkt befindet, was für die Genauigkeit der Ermittlung der Korrekturgrößen und die Anpassung der Vorsteuerung an die tatsächliche Betriebscharakteristik der Ventile vorteilhaft ist.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 13 wird bei Erfüllung einer weiteren Bedingung von dem Sonderbetriebsmodus wieder in den Normalbetriebsmodus umgeschaltet.
Dabei kann die weitere Bedingung gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 14 dann erfüllt sein, wenn die Brennkraftmaschine einen Betriebsbereich erreicht, in dem die Förderleistung der einen Hochdruckpumpe im Sonderbetriebsmodus nicht mehr aus reicht, um den Druck im Druckspeicher auf den Drucksollwert einzustellen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 15 kann die weitere Bedingung dann erfüllt sein, wenn sich das Ventil der Hochdruckpumpe in einem Betriebsbereich befindet, in dem kein linearer Zusammenhang zwischen der Stellgröße für das Ventil und der durch das Ventil strömenden Kraftstoffmenge mehr gilt.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 16 kann die weitere Bedingung dann erfüllt sein, wenn die Ermittlung des Korrekturwerts für das Ventil abgeschlossen ist.
Gemäß den Ausgestaltungen des Verfahrens nach den Ansprüchen 13 bis 16 wird von dem Sonderbetriebsmodus wieder in den Normalbetriebsmodus umgeschaltet, wenn die Kraftstoffversorgung mittels nur einer Hochdruckpumpe zur Erfüllung der Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine nicht mehr sichergestellt werden kann, die Ermittlung des Korrekturwerts aufgrund eines ungünstigen Betriebsbereichs des Ventils nicht sinnvoll ermittelt werden kann, oder die Ermittlung des Korrekturwerts bereits abgeschlossen ist.
Eine Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 17 weist mindestens einen Druckspeicher auf, in welchem Kraftstoff unter Druck gespeichert wird, um zumindest ein Einspritzventil mit druckbeaufschlagten Kraftstoff zu versorgen. Die Brennkraftmaschine umfasst ferner zumindest zwei Hochdruckpumpen, welche mit mindestens einem der Druckspeicher derart gekoppelt sind, dass sie diesen mindestens einen Druckspeicher sowohl gemeinsam als auch einzeln Kraftstoff zuführen können. Die Brennkraftmaschine weist ferner eine Reglereinrichtung auf, welche derart ausgebildet ist, dass die Kraftstoffmenge, welche von den Hochdruckpumpen in den Druckspeicher gefördert wird, einstellen kann. Bei Erfüllung zumindest einer Bedingung werden die Hochdruckpumpen in einem Sonderbetriebsmodus betrieben, in dem nur eine der Hochdruckpumpen den mindestens einen Druckspeicher Kraftstoff zuführt. Ansonsten werden die Hochdruckpumpen in einem Normalbetriebsmodus betrieben, in dem die zumindest zwei Hochdruckpumpen den mindestens einen Druckspeicher gemeinsam Kraftstoff zuführen.
Bezüglich der Vorteile der Brennkraftmaschine wird auf die Ausführungen zu Anspruch 1 verwiesen. Die dort aufgeführten Vorteile gelten analog für den Gegenstand des Anspruchs 17.
In einer Ausgestaltung der Brennkraftmaschine nach Anspruch 18 handelt es sich bei den Pumpen um Einzylinderkolbenpumpen.
Einzylinderkolbenpumpen weisen sich als kostengünstig und Platz sparend aus. Ferner werden durch die Verwendung von mehreren Einzylinderkolbenpumpen zur Versorgung des mindestens einen Druckspeichers mit Kraftstoff Druckschwankungen reduziert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine;
2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Brennkraftmaschine mit zwei Druckspeichern;
3 eine schematische Darstellung der Kennlinien der Ventile für die Hochdruckpumpen;
4 ein Ausführungsbeispiel eines Steuerverfahrens in Form eines Ablaufdiagramms;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steuerverfahrens in Form eines Ablaufdiagramms;
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Kraftstoffversorgungssystem schematisch dargestellt. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist die Darstellung stark vereinfacht ausgeführt.
Die Brennkraftmaschine 1 umfasst mindestens einen Zylinder 2 und einen in dem Zylinder 2 auf und ab bewegbaren Kolben 3. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst ferner einen Ansaugtrakt 27, in dem stromabwärts einer Ansaugöffnung 4 ein Lufttemperatursensor 32, ein Luftmassensensor 5, eine Drosselklappe 6 sowie ein Saugrohr 7 angeordnet sind. Der Ansaugtrakt 27 mündet in einem durch den Zylinder 2 und den Kolben 3 begrenzten Brennraum 30. Die zur Verbrennung nötige Frischluft wird über den Ansaugtrakt 27 in den Brennraum 30 eingeleitet, wobei die Frischluftzufuhr durch Öffnen und Schließen eines Einlassventils 8 gesteuert wird. Bei der hier dargestellten Brennkraftmaschine 1 handelt es sich um eine Brennkraftmaschine 1 mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei der der für die Verbrennung nötige Kraftstoff über ein Einspritzventil 9 unmittelbar in den Brennraum eingespritzt wird. Zur Auslösung der Verbrennung dient eine ebenfalls in dem Brennraum 30 ragende Zündkerze 10. Die Verbrennungsabgase werden über ein Auslassventil 11 in einen Abgastrakt 29 der Brennkraftmaschine 1 abgeführt und mittels eines im Abgastrakt 29 angeordneten Abgaskatalysators 12 gereinigt. Die Kraftübertragung an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) geschieht über eine mit dem Kolben 3 gekoppelte Kurbelwelle 13. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt ferner über einen Kühlmitteltemperatursensor 14 zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur T, einen Drehzahlsensor 15 zur Erfassung der Drehzahl der Kurbelwelle 13 sowie einen Lambda-Sensor 16 zur Erfassung der Abgaszusammensetzung.
Der Brennkraftmaschine 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem zugeordnet, welches einen Kraftstofftank 17 sowie eine darin angeordnete Kraftstoffpumpe 18 aufweist. Der Kraftstoff wird mittels der Kraftstoffpumpe 18 über eine Versorgungsleitung 19 einem Druckspeicher 20 zugeführt. Dabei handelt es sich um einen gemeinsamen Druckspeicher 20, von dem aus die Einspritzventile 9 für mehrere Zylinder 2 mit druckbeaufschlag tem Kraftstoff versorgt werden. In der Versorgungsleitung 19 sind ferner ein Kraftstofffilter 21, eine erste Hochdruckpumpe 22 mit einem zugeordneten ersten Ventil 31 und eine zweite Hochdruckpumpe 33 mit einem zugeordneten zweiten Ventil 34 angeordnet. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, handelt es sich bei den Ventilen 31, 34 um steuerbare Ventile 31, 34, deren Öffnungsgrad durch Beaufschlagung mit einem Erregerstrom einstellbar ist. Die Hochdruckpumpen 22, 33 dienen dazu, den durch die Kraftstoffpumpe 18 mit relativ niedrigem Druck (ca. 3 Bar) geförderten Kraftstoff dem Druckspeicher 20 mit hohem Druck zuzuführen (typischerweise 150 bis 200 bar). Die Hochdruckpumpen 22, 33 werden dabei mittels eines eigenen Antriebs (nicht dargestellt), beispielsweise eines Elektromotors, oder durch entsprechende Koppelung mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine 1 (nicht dargestellt) angetrieben. Bei den Hochdruckpumpen 22, 33 kann es sich um Einzylinder-Kolbenpumpen oder Mehrzylinder-Kolbenpumpen handeln. Die Hochdruckpumpen 22, 33 und ihre zugeordneten Ventilen 31, 34 sind in der Versorgungsleitung 19 parallel angeordnet. Die druckseitigen Ausgänge der Hochdruckpumpen 22, 33 werden in der gemeinsamen Versorgungsleitung 19 zusammengeführt, sodass der Druckspeicher 20, 40 sowohl von beiden Hochdruckpumpen 22, 33 gemeinsam oder nur von einer Hochdruckpumpe 22, 33 mit Kraftstoff versorgt werden kann. Zur Steuerung des Drucks im Druckspeicher 20 ist diesem ein Drucksteuerventil 23 zugeordnet, über welches der in dem Druckspeicher 20 befindliche Kraftstoff über eine Rückflussleitung 24 in den Kraftstofftank 17 zurückfließen kann. Zur Überwachung des Drucks im Druckspeicher 20 ist ferner ein Drucksensor 25 vorgesehen.
Der Brennkraftmaschine 1 ist eine Reglereinrichtung 26 zugeordnet, welche über Signal- und Datenleitungen mit allen Aktuatoren und Sensoren verbunden ist. In der Reglereinrichtung 26 sind kennfeldbasierte Motorsteuerungsfunktionen (KF1 bis KF5) softwaremäßig implementiert. Basierend auf den Messwerten der Sensoren und den kennfeldbasierten Motorsteuerungsfunktionen werden Steuersignale an die Aktuatoren der Brennkraftmaschine 1 und des Kraftstoffversorgungssystems ausge sendet. So ist die Reglereinrichtung 26 über die Daten- und Signalleitungen mit der Kraftstoffpumpe 18, dem Lufttemperatursensor 32, dem Luftmassensensor 5, der Drosselklappe 6, dem Drucksteuerventil 23, dem Drucksensor 25, dem Luftmassensensor 5, der Zündkerze 10, dem Einspritzventil 9, dem Kühlmitteltemperatursensor 14, dem Drehzahlsensor 15 und dem Lambda-Sensor 16 gekoppelt. Bei der Reglereinrichtung kann es sich beispielsweise um einen PID-Regler handeln.
2 ist eine vereinfachte Darstellung einer alternativen Ausgestaltung der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine 1. Die in 2 dargestellte Brennkraftmaschine 1 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Aufbau lediglich darin, dass sie zwei Zylinderbänke 35, 36 aufweist. Jede Zylinderbank 35, 36 verfügt über vier Zylinder bzw. vier Brennräume 30 sowie über einen jeweils zugeordneten Druckspeicher 20, 40. Jedem Brennraum 30 ist ein Einspritzventil 10 zugeordnet, welches von dem jeweiligen Druckspeicher 20, 40 mit druckbeaufschlagten Kraftstoff versorgt wird. Wie das Ausführungsbeispiel der 1 weist die Brennkraftmaschine 1 gemäß der 2 zwei Hochdruckpumpen 22, 33 mit jeweils zugeordneten Ventilen 31, 34 zur Versorgung der Druckspeicher 20, 40 mit Kraftstoff auf. Die Richtung des Kraftstoffflusses ist in 2 durch Pfeile dargestellt. Saugseitig sind die beiden Hochdruckpumpen 20, 40 mit dem Kraftstofftank (in 2 nicht dargestellt) verbunden. Druckseitig ist jede der Hochdruckpumpen 22, 33 über die gemeinsame Versorgungsleitung 19 mit beiden Druckspeichern 20, 40 verbunden. Dadurch wird gewährleistet, dass die Hochdruckpumpen 22, 33 sowohl einzeln als auch gemeinsam die Druckspeicher 20, 40 einer jeden Zylinderbank 35, 36 mit druckbeaufschlagten Kraftstoff versorgen können. In 2 ist ferner an einen der Druckspeicher der Drucksensor 25 angebracht. Es ist alternativ jedoch auch möglich beide Druckspeicher 35, 36 mit einem Drucksensor zu versehen.
Wie oben schon erwähnt wurde, handelt es sich bei den Ventilen 31, 34 um steuerbare Ventile 31, 34, deren Öffnungsgrad und damit die durchströmende Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von einem Erregerstrom von der Reglereinrichtung einstellbar ist. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die beiden Ventile 31, 34 baugleich sind. Die Betriebscharakteristik, dass heißt die Abhängigkeit der durch die Ventile 31, 34 strömenden Kraftstoffmenge VFF von dem Erregerstrom I, ist in 3 in Form eines Diagramms dargestellt. Eine Norm-Kennlinie V_NORM (in 3 als durchgezogene Linie dargestellt) dient als Basis für die Einstellung der durch die Ventile 31, 34 strömenden Kraftstoffmenge VFF zum Zwecke der Regelung des Drucks in den Druckspeichern. Die Norm-Kennlinie V_NORM wird in der Regel vom Hersteller basierend auf Messungen an einer begrenzten Anzahl Testexemplaren oder von Simulationen erstellt. Die tatsächliche Charakteristik der einzelnen Ventile 31, 34 kann aufgrund von Alterung oder Herstellungstoleranzen von der Norm-Kennlinie V_NORM abweichen. In 2 sind für das erste Ventil 31 und für das zweite Ventil 34 beispielhaft abweichende Kennlinien dargestellt. Die tatsächliche Charakteristik des ersten Ventils 31 ist als gestrichelte Linie V1_act und die tatsächliche Charakteristik des zweiten Ventils 34 als strichpunktierte Linie V2_act dargestellt.
Gemäß Norm-Kennlinie V_NORM muss zur Einstellung einer durch die Ventile 31, 34 strömenden Kraftstoffmenge VFF_NORM das Ventil mit einem Erregerstrom I_NORM beaufschlagt werden. Aufgrund der abweichenden Charakteristiken der beiden Ventile 31, 34 ergibt sich jedoch bei einer Erregung mit dem Erregerstrom I_NORM beim Ventil 31 ein geringerer Durchfluss VFF1_act und bei dem Ventil 34 ein größerer Durchfluss VFF2_act.
Durch die abweichenden Betriebs-Charakteristika der Ventile 31, 34 kommt es zu einer negativen Beeinflussung der Regelung des Drucks in den Druckspeichern. Die Regelung funktioniert dabei derart, dass von der Reglereinrichtung in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 eine bestimmte Kraftstoffmenge berechnet wird, welche zur Erzeugung des geforderten Drehmoments über die Einspritzventile den Brennräu men zugeführt werden muss. Um diese Kraftstoffmenge zuführen zu können muss in dem Druckspeichern 20, 40 ein vorgegebener Drucksollwert eingestellt und aufrechterhalten werden. Dies dadurch gewährleistet, dass durch die Hochdruckpumpen 22, 33 dieselbe Kraftstoffmenge in die Druckspeicher 20, 40 gefördert wird, wie aus diesen zur Einspritzung entnommen wird. Zur Regelung des Drucks in den Druckspeichern 20, 40 müssen daher die Ventile 31, 34 derart angesteuert werden, dass die durchströmende Kraftstoffmenge der den Brennräumen zugemessenen Kraftstoffmenge entspricht. Dazu ermittelt die Reglereinrichtung 26 mittels der Norm-Kennlinie V_Norm unter Kenntnis der zuzumessenden Kraftstoffmenge VFF_Norm einen Vorsteuerwert für den Erregerstrom I_Norm für die Ventile. Die Ventile 31, 34 werden dann mit diesem Erregerstrom I_Norm angesteuert. Anschließend wird mittels des Drucksensors 25 kontrolliert, ob der Druck in den Druckspeichern 20, 40 den Drucksollwert erreicht. Wird eine Druckabweichung erkannt, so ermittelt die Reglereinrichtung 26 für jedes Ventil 31, 34 eine Korrekturgröße für den Erregerstrom für die Ventile 31, 34, um die Druckabweichung auszuregeln und den Druck in den Druckspeichern 20, 40 auf den Drucksollwert einzustellen.
Im Idealfall, das heißt wenn die tatsächlichen Betriebs-Charakteristika aller Ventile 31, 34 der Norm-Kennlinie V_NORM entsprechen, ist die Vorsteuerung sehr exakt und es ergeben sich nach der Vorsteuerung nur geringe Abweichungen vom Drucksollwert. Aufgrund der Abweichungen der tatsächlichen Betriebs-Charakteristika der Ventile 31, 34 strömt jedoch zuviel oder zuwenig Kraftstoff durch die Ventile 31, 34 und damit in die Druckspeicher 20, 40, so dass der vorgegebene Drucksollwert in den Druckspeichern 20, 40 alleine durch die Vorsteuerung nicht exakt erreicht wird. Je nach Größe der Druckabweichung sind die von der Reglereinrichtung berechneten Korrekturwerte für den Erregerstrom entsprechend groß, was zu einer unerwünschten Belastung des Integralanteils (I-Anteil) der Reglereinrichtung und zu einer Beeinträchtigung der Dynamik und der Stabilität der Regelung führen kann. Ferner kann die Einstellung des gewünschten Drucksollwerts im Druckspeicher aufgrund der Reglerdynamik verzögert ablaufen, was sich negativ auf die Einspritzung auswirken kann.
Anhand des Ablaufdiagramms der 4 wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines Steuerverfahrens für die Brennkraftmaschine 1 erläutert, anhand dessen die oben genannten Nachteile beseitigt werden können.
Das Verfahren wird in Schritt 400, beispielsweise beim Anlassen der Brennkraftmaschine 1, gestartet. Zunächst werden die Hochdruckpumpen in Schritt 401 in einem Normalbetriebsmodus betrieben. In diesem Normalbetriebsmodus steuert die Reglereinrichtung 26 die den Hochdruckpumpen 22, 33 zugeordneten Ventile 31, 34 derart an, dass die Druckspeicher 20, 40 von beiden Hochdruckpumpen 22, 33 mit Kraftstoff versorgt werden. Dazu werden die Ventile 31, 34 auf die oben erläuterte Weise mit einem Erregerstrom beaufschlagt und dadurch zu einem gewissen Grad geöffnet, so dass der Druck in den Druckspeichern 20, 40 den vorgegebenen Drucksollwert erreicht.
In Schritt 402 wird von der Reglereinrichtung 26 überprüft, ob eine oder mehrere Bedingungen erfüllt sind, um von dem Normalbetriebsmodus in einen Sonderbetriebsmodus umzuschalten. Im Sonderbetriebsmodus werden die Ventile 31, 34 der Hochdruckpumpen 22, 33 derart angesteuert, dass die Druckspeicher 20, 40 von nur einer der Hochdruckpumpen 22, 33 mit Kraftstoff versorgt werden. Die Bedingung kann beispielsweise dann erfüllt sein, wenn sich die Brennkraftmaschine 1 in einem Betriebsbereich befindet, in dem die Förderleistung von nur einer der Hochdruckpumpen 22, 33 ausreicht, um den Druck im Druckspeicher 20, 40 auf dem vorgegebenen Drucksollwert zu halten. Dies ist notwendig, um eine stabile Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung zu gewährleisten. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Bedingung beispielsweise dann erfüllt sein, wenn die Brennkraftmaschine 1 sich in einem im Wesentlichen stationären Betriebszustand befindet. Dies kann beispielsweise von der Reglereinrichtung 26 dadurch erkannt werden, dass sich zumindest eine Betriebsgröße der Brenn kraftmaschine 1, vorzugsweise die Drehzahl oder der Frischluftmassenstrom im Ansaugtrakt, über einen vorgegebenen Zeitraum nicht mehr als um einen vorgegebenen Grenzbetrag ändern. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Bedingung dann erfüllt sein, wenn sich das Ventil 31, 34 derjenigen Hochdruckpumpe 22, 33, welche während des Sonderbetriebsmodus den Druckspeichern 20, 40 Kraftstoff zuführen soll, im Sonderbetriebsmodus in einem Betriebsbereich betrieben werden kann, in dem das Ventil ein im Wesentlichen lineares Betriebsverhalten aufweist. Unter Verweis auf 3 bedeutet das ein lineares Betriebsverhalten einen im Wesentlichen linearen Zusammenhang zwischen dem Erregerstrom I und der durch das Ventil durchströmenden Kraftstoffmenge VFF (in 3 durch die Ziffern 1 und 2 begrenzt). In diesem Bereich ist das Betriebsverhalten des Ventils am genauesten bestimmbar, was sich vorteilhaft auf die Genauigkeit der Vorsteuerung bzw. der Regelung des Drucks im Druckspeicher 20, 40 auswirkt.
Ist die zumindest eine Bedingung nicht erfüllt, so werden die Hochdruckpumpen weiterhin im Normalbetriebsmodus betrieben und die Abfrage in Schritt 402 wiederholt.
Ist jedoch die mindestens eine Bedingung erfüllt, so wird im Schritt 403 der Betrieb der Hochdruckpumpen vom Normalbetriebmodus in den Sonderbetriebsmodus umgeschaltet. Wie oben schon erwähnt wurde, werden im Sonderbetriebsmodus die Ventile 31, 34 der Hochdruckpumpen derart angesteuert, dass die Druckspeicher 20, 40 von nur einer der Hochdruckpumpen 22, 33 mit Kraftstoff versorgt werden. Dazu bleibt nur das Ventil einer Hochdruckpumpe geöffnet, während die anderen Ventile 31, 34 geschlossen werden. Um den Druck in den Druckspeichern 20, 40 auf den Drucksollwert einzustellen, wird für das Ventil der Hochdruckpumpe, welche die Druckspeicher 20, 40 mit Kraftstoff versorgt, von der Reglereinrichtung basierend auf der abgespeicherten Normkennlinie V_NORM und unter Kenntnis der in die Brennräume einzuspritzenden Kraftstoffmenge VFF_Norm ein Vorsteuerwert I_Norm um für den Erregerstrom für dieses Ventil 31, 34 vorgegeben.
Wie jedoch schon weiter oben erläutert wurde, kann die Betriebscharakteristik des Ventils 31, 34 von der normierten Kennlinie V_NORM abweichen. Weist das Ventil beispielsweise eine Betriebscharakteristik gemäß der Kennlinie V1_Act auf, so würde das bedeuten, dass unter Vorgabe des Vorsteuerwerts I_Norm für den Erregerstrom anstatt des erwarteten Kraftstoffmenge VFF_Norm nur eine geringere Kraftstoffmenge VFF1_act durch das Ventil 31, 34 strömt. In diesem Fall würde von dem Drucksensor 25 eine Abnahme des Drucks im Druckspeicher 20, 40 vom Drucksollwert festgestellt werden, da die von den Einspritzventilen 10 zugemessene Kraftstoffmenge VFF_Norm größer ist als die über das Ventil nachströmende Kraftstoffmenge VFF1_act. In diesem Fall ermittelt die Reglereinrichtung 26 in Schritt 405 einen Korrekturwert ΔI1 für den Erregerstrom des Ventils 31, 34, mit welchem das Ventil 31, 34 zusätzlich beaufschlagt wird, um damit den Druck in den Druckspeichern 20, 40 auf den Drucksollwert einzuregeln. Beispielsweise kann als Korrekturwert ΔI1, ΔI2 ein Ausgangswert der Reglereinrichtung 26, insbesondere der Wert des I-Anteils, im ausgeregelten Zustand, d. h. in dem Zustand, in dem der Druck im Druckspeicher den Drucksollwert erreicht hat, verwendet werden. Durch diesen Korrekturwert ΔI1, ΔI2 ergibt sich letztendlich ein korrigierter Vorsteuerwert für den Erregerstrom des Ventils, bei welchem durch das Ventil 31, 34 die geforderte Kraftstoffmenge V_NORM fließen kann. Auf diese Weise entspricht die durch das Ventil 31, 34 strömende Kraftstoffmenge der durch die Einspritzventile eingespritzte Kraftstoffmenge VFF_Norm und die Druckabweichung wird ausgeregelt.
Entspricht die tatsächliche Betriebscharakteristik des Ventil 31, 34 jedoch der Kennlinie V2_Act so würde durch das Ventil 31, 34 unter Vorgabe des Vorsteuerwertes I_Norm anstatt der erforderlichen Kraftstoffmenge VFF_NORM eine größere Kraftstoffmenge VFF2_Act strömen. In diesem Fall würde es zu einer Zunahme des Drucks in den Druckspeichern 20, 40 kommen, da die den Druckspeichern 20, 40 durch das Ventil 31, 34 zugeführte Kraftstoffmenge VFF2_Act größer ist als die über die Einspritz ventile 10 zugemessene Kraftstoffmenge VFF_NORM. Analog zu dem vorherigen Fall würde die Reglereinrichtung 26 auch hier in Reaktion auf die Druckabweichung einen Korrekturwert ΔI2 für den Erregerstrom des Ventils 31, 34 ermitteln, so dass der korrigierte Erregerstrom I2_ACT am Ventil anliegt. Bei diesem korrigierten Erregerstrom fließt dann die gewünschte Kraftstoffmenge VFF_NORM durch das Ventil 31, 34 und die Druckabweichung wird ausgeregelt.
Im Schritt 406 wird der berechnete Korrekturwert ΔI1, ΔI2 dem entsprechenden Ventil 31, 34 zugeordnet und abgespeichert.
In Schritt 407 prüft die Reglereinrichtung, ob der Korrekturwert größer ist als ein vorgegebener Grenzwert. Der Grenzwert ist dabei derart gewählt, dass bei einer Überschreitung davon ausgegangen werden kann, dass die Hochdruckpumpe 22, 33 und/oder das zugehörige Ventil 31, 34 einen Defekt aufweist. Die zugrunde liegende Idee ist darin zu sehen, dass bei einem zu hohen Korrekturwert das Betriebsverhalten der Hochdruckpumpe 22, 33 und/oder des zugehörigen Ventils 31, 34 in signifikantem Ausmaß von dem normalen Betriebsverhalten, wie es bei voller Funktionsfähigkeit unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen zu erwarten ist, abweicht. Ist dies der Fall, so erfolgt in Schritt 408 ein Eintrag in einen Fehlerspeicher der Reglereinrichtung 26 und/oder eine Ausgabe eines optischen oder akustischen Warnsignals. Andernfalls wird Schritt 408 übersprungen.
Im Schritt 409 prüft die Reglereinrichtung 26, ob zumindest eine weitere Bedingung erfüllt ist und eine Umschaltung vom Sonderbetriebsmodus in den Normalbetriebsmodus erfolgen kann. Diese weitere Bedingung kann beispielsweise dann erfüllt sein, wenn die Brennkraftmaschine 1 in einem Betriebsbereich betrieben wird, in dem die Förderleistung der Hochdruckpumpe 22, 33 selbst bei voll geöffneten Ventil 31, 34 nicht mehr ausreicht, um den Druck im Druckspeicher 20, 40 auf den Drucksollwert einzustellen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die weitere Bedingung dann erfüllt sein, wenn sich das Ventil 31, 34 der Hochdruckpumpe 22, 33 in einem Betriebsbereich betrieben wird, in dem kein linearer Zusammenhang mehr zwischen dem Erregerstrom I und der durchfließenden Kraftstoffmenge VFF gilt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die weitere Bedingung dann erfüllt sein, wenn die Ermittlung des Korrekturwerts für das Ventil 31, 34 bereits abgeschlossen ist.
Bei Erfüllung zumindest einer der weiteren Bedingungen wird im Schritt 410 von dem Sonderbetriebsmodus in den Normalbetriebsmodus umgeschaltet. Ansonsten werden die Hochdruckpumpen 22, 33 weiterhin im Sonderbetriebsmodus betrieben und die Abfrage gemäß Schritt 409 wiederholt.
Nach dem Umschalten in den Normalregelmodus wird den Druckspeichern 20, 40 wieder mittels aller Hochdruckpumpen 22, 33 Kraftstoff zugeführt. Dazu werden die Ventile 31, 34 aller Hochdruckpumpen 22, 33 um ein geeignetes Maß geöffnet. Die Einstellung des Drucks in den Druckspeichern 20, 40 auf den Drucksollwert geschieht auch hier wiederum zunächst durch Vorgabe eines korrigierten Vorsteuerwertes I_Norm,corr für den Erregerstrom, welcher auf dem gemäß der Norm-Kennlinie V_NORM ermittelten Vorsteuerwert I_Norm und zusätzlich auf dem in Schritt 405 ermittelten Korrekturwerts ΔI1, ΔI2 basiert. In einer einfachen Ausgestaltung wird der korrigierte Vorsteuerwert I_Norm,corr durch Addition des normierten Vorsteuerwerts I_NORM mit dem Korrekturwert ΔI1, ΔI2 erhalten.
Falls in Schritt 407 kein Defekt der Hochdruckpumpen 22, 33 und/oder der zugehörigen Ventile 31, 34 festgestellt wurde, werden im Normalregelmodus die Ventile 31, 34 derart angesteuert, dass alle Hochdruckpumpen 22, 33 die gleiche Kraftstoffmenge fördern. Dazu teilt die Reglereinrichtung die zur Darstellung des geforderten Drehmoments bzw. der geforderten Leistung zuzumessende Kraftstoffmenge VFF_NORM durch die Anzahl der Hochdruckpumpen 22, 33 geteilt und steuert die jeweils zugeordneten Ventile 31, 34 derart an, dass jedes Ventil diesen einheitlichen Bruchteil der Gesamtkraftstoffmenge VFF_NORM den Druckspeichern 20, 40 zuführt. Dadurch wird gewährleistet, dass jede Kraftstoffpumpe 22, 33 über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine 1 die gleiche Förderleistung erbringt, wodurch eine Gleichverteilung der Förderlast erreicht wird und die Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine 1 gesteigert werden kann.
Falls jedoch in Schritt 407 ein Defekt einer der Hochdruckpumpen 22, 33 und/oder der Ventile 31, 34 festgestellt wurde, werden die Ventile der Hochdruckpumpen 22, 33 derart angesteuert, dass die Hochdruckpumpen 22, 33 den Druckspeichern 20, 40 unterschiedliche Kraftstoffmengen zuführen. Dies geschieht derart, dass die verminderte Förderleistung der defekten Kraftstoffpumpe 22, 33 durch die verbleibenden, voll funktionsfähigen Kraftstoffpumpen 22, 33 kompensiert wird, so dass der Druck in den Druckspeichern 20, 40 auf den Drucksollwert eingestellt wird. Dabei können die Ventile (31, 34) derart angesteuert werden, dass alle Ventile in dem linearen Betriebsbereich (in 3 durch die Punkte 1 und 2 begrenzt) betrieben werden, was die Regelung erheblich vereinfacht. Auf diese Weise kann auch bei Defekt einer Kraftstoffpumpe 22, 33 oder eines der Ventile 31, 34 die Brennkraftmaschine weiterhin in einem weitem Lastbereich betrieben werden.
Ausgehend von Schritt 410 können nun die Schritte 402 bis 410 wiederholt werden, wobei die Schritte 403 bis 409 nacheinander für alle Ventile 31, 34 durchgeführt werden. Vorteilhafterweise werden die Schritte 403 bis 409 für alle Ventile 31, 34 individuell durchlaufen. Dadurch wird erreicht, dass für jedes der Ventile 31, 34 ein individuell zugeordneter Korrekturwert ermittelt und abgespeichert wird. Durch diesen Adaptionsprozess werden Abweichungen der Betriebscharakteristik aller Ventile 31, 34 von der vorgegebenen normierten Betriebscharakteristik ausgeglichen. Nach Ermittlung eines individuellen Korrekturwerts für alle der Ventile 31, 34 kann sichergestellt werden, dass alle Hochdruckpumpen 22, 33 dieselbe Förderleistung bringen, wodurch Ungleichmäßigkeiten in der Lebensdauer der Hochdruckpumpen 22, 33 vermieden werden können. Gleichzeitig wird die Regelung des Drucks im Druckspeicher 20, 40 auf den Drucksollwert exakter und schneller. Dies ist dadurch zu begründen, dass die aufgrund der Norm-Kennlinie V_Norm und der Korrekturwerte ermittelten korrigierten Vorsteuerwerte für die einzelnen Ventile 31, 34 sehr exakt sind und eine Nachregelung unter Belastung des I-Anteils der Reglereinrichtung 26 weitgehend minimiert werden kann. Dadurch wird auch die Stabilität des gesamten Regelprozesses gesteigert.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steuerverfahrens dargestellt. Dieses Verfahren ist auf Brennkraftmaschinen mit zwei Hochdruckpumpen 22, 33 anzuwenden.
Das Verfahren wird in Schritt 500, beispielsweise beim Anlassen der Brennkraftmaschine 1, gestartet. Zunächst werden die Hochdruckpumpen in Schritt 501 im Normalbetriebsmodus betrieben. Wie im Ausführungsbeispiel der 4 werden die Druckspeicher 20, 40 mit allen Hochdruckpumpen 22, 33 mit Kraftstoff versorgt.
In Schritt 502 prüft die Reglereinrichtung 26 ob eine der Hochdruckpumpen 22, 33 defekt ist. Ist dies nicht der Fall, werden die Hochdruckpumpen 22, 33 weiter im Normalbetriebsmodus betrieben.
Im Fall eines Defekts einer der Hochdruckpumpen 22, 33 wird in Schritt 503 in den Sonderbetriebsmodus umgeschaltet. Dabei werden die Druckspeicher 20, 40 mit der jeweils anderen, korrekt funktionierenden Hochdruckpumpe 22, 33 mit Kraftstoff versorgt. Dazu wird das Ventil 31, 34 der defekten Hochdruckpumpe 22, 33 geschlossen und das Ventil 31, 34 der funktionierenden Hochdruckpumpe 22, 33 derart angesteuert, dass die zur Einstellung des Drucksollwerts in den Druckspeichern zuzuführende Kraftstoffmenge durch dieses Ventil 31, 34 fließt. Da die von der funktionierenden Hochdruckpumpe 22, 33 geförderte Kraftstoffmenge begrenzt ist, kann die Brennkraftma schine 1 eventuell nur bis zu einer geringeren Lastgrenze betrieben werden.
Das Verfahren wird dann beim Abschalten der Brennkraftmaschine in Schritt 504 beendet.
Diese Ausgestaltung des Verfahren bietet Vorteile für den Notlauf der Brennkraftmaschine 1 bei einer defekten Hochdruckpumpen 22, 33. Alle Druckspeicher 20, 40 werden von der funktionierenden Hochdruckpumpe 22, 33 weiter mit Kraftstoff versorgt, so dass alle Zylinderbänke auch in dieser Situation weiter betrieben werden können. Dies steigert den Komfort. Weiterhin kann die funktionierende Hochdruckpumpe 22, 33 bis zu ihrer Leistungsgrenze betrieben werden, sodass auch im Notlauf ein ausreichendes Drehmoment von der Brennkraftmaschine 1 erzeugt werden kann.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (1) mit – mindestens einem Druckspeicher (20, 40), in welchem Kraftstoff unter Druck gespeichert wird, um zumindest ein Einspritzventil (10) mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff zu versorgen, – zumindest zwei Hochdruckpumpen (22, 33), welche mit dem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) derart gekoppelt sind, dass sie diesem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) sowohl gemeinsam als auch einzeln Kraftstoff zuführen können, wobei gemäß dem Verfahren – bei Erfüllung zumindest einer Bedingung die Hochdruckpumpen (22, 33) in einem Sonderbetriebsmodus betrieben werden, in dem nur eine der Hochdruckpumpen (22, 33) dem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) Kraftstoff zuführt, und ansonsten die Hochdruckpumpen (22, 33) in einem Normalbetriebsmodus betrieben werden, in dem die mindestens zwei Hochdruckpumpen (22, 33) dem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) gemeinsam Kraftstoff zuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei – den zumindest zwei Hochdruckpumpen (22, 33) jeweils ein steuerbares Ventil (31, 34) zugewiesen ist, mittels dem die von der jeweiligen Hochdruckpumpe (22, 33) in den mindestens einen Druckspeicher (20, 40) geförderte Kraftstoffmenge einstellbar ist, – der Brennkraftmaschine (1) eine Reglereinrichtung (26) zugeordnet ist, welche mit den Ventilen (31, 34) gekoppelt ist und den Druck in dem Druckspeicher (20, 40) unter Vorgabe von jeweils einem Vorsteuerwert für jedes Ventil (31, 34) regelt, wobei gemäß dem Verfahren – im Sonderbetriebmodus zur Einstellung des Drucks im Druckspeicher (20, 40) zunächst ein Vorsteuerwert (I_Nrom) an das Ventil (31, 34) derjenigen Hochdruckpumpe (22, 33), welche dem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) Kraftstoff zuführt, übermittelt wird und anschließend ein Korrekturwert (ΔI1, ΔI2) für dieses Ventil (31, 34) ermittelt wird, um den Druck im Druckspeicher (20, 40) auf einen vorgegebenen Drucksollwert einzuregeln, und – die Funktionsfähigkeit der jeweiligen Hochdruckpumpe (22, 33) basierend auf dem ermittelten Korrekturwert (ΔI1, ΔI2) beurteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die jeweilige Hochdruckpumpe (22, 33) als defekt beurteilt wird, falls der zugehörige Korrekturwert einen vorgegebenen Grenzwertwert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei in dem Fall, dass eine der Hochdruckpumpen (22, 33) als defekt beurteilt wird, die Ventile (31, 34) im nachfolgenden Normalbetrieb derart angesteuert werden, dass die Hochdruckpumpen (22, 33) unterschiedliche Kraftstoffmengen in den mindestens einen Druckspeicher (20, 40) fördern.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Ventile (31, 34) derart angesteuert werden, dass sie sich in einem Betriebsbereich befinden, in dem ein im Wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen der Stellgröße (I) für das jeweilige Ventil (31, 34) und der durch das jeweilige Ventil (31, 34) strömenden Kraftstoffmenge (VFF) gilt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei – den zumindest zwei Hochdruckpumpen (22, 33) jeweils ein steuerbares Ventil (31, 34) zugewiesen ist, mittels dem die von der jeweiligen Hochdruckpumpe (22, 33) in den mindestens einen Druckspeicher (20, 40) geförderte Kraftstoffmenge einstellbar ist, – der Brennkraftmaschine (1) eine Reglereinrichtung (26) zugeordnet ist, welche mit den Ventilen (31, 34) gekoppelt ist und den Druck in dem Druckspeicher (20, 40) un ter Vorgabe von jeweils einem Vorsteuerwert für jedes Ventil (31, 34) regelt, wobei gemäß dem Verfahren – im Sonderbetriebmodus zur Einstellung des Drucks im Druckspeicher (20, 40) zunächst ein Vorsteuerwert (I_Nrom) an das Ventil (31, 34) derjenigen Hochdruckpumpe (22, 33), welche dem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) Kraftstoff zuführt, übermittelt wird und anschließend ein Korrekturwert (ΔI1, ΔI2) für dieses Ventil (31, 34) ermittelt wird, um den Druck im Druckspeicher (20, 40) auf einen vorgegebenen Drucksollwert einzuregeln, und – bei der nachfolgenden Regelung des Drucks im Druckspeicher (20, 40) im Normalbetriebsmodus die Vorsteuerung dieses Ventils (31, 34) unter Berücksichtigung dieses Korrekturwertes (ΔI1, ΔI2) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 6, wobei die Verfahrensschritte bezüglich aller Ventile (31, 34) durchgeführt werden und die ermittelten Korrekturwerte (ΔI1, ΔI2) den jeweiligen Ventilen (31, 34) zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Reglereinrichtung (26) bei der Regelung des Drucks im Normalbetriebsmodus die Ventile (31, 34) derart ansteuert, dass jede Hochdruckpumpe (22, 33) dieselbe Kraftstoffmenge in den mindestens einen Druckspeicher (20, 40) fördert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 6, wobei die zumindest eine Bedingung dann erfüllt ist, wenn sich das Ventil (31, 34) derjenigen Hochdruckpumpe (22, 33), welche während des Sonderbetriebsmodus dem Druckspeicher (20, 40) Kraftstoff zuführen soll, im Sonderbetriebsmodus in einem Betriebsbereich betrieben werden kann, in dem ein im Wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen der Stellgröße (I) für das Ventil (31, 34) und der durch das Ventil (31, 34) strömenden Kraftstoffmenge (VFF) gilt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6, wobei die zumindest eine Bedingung dann erfüllt ist, wenn sich die Brennkraftmaschine (1) in einem Betriebsbereich befindet, in dem die Förderleistung einer der Hochdruckpumpen (22, 33) ausreicht, um den Druck im Druckspeicher (20, 40) auf den Drucksollwert einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine (1) zwei Druckspeicher (20, 40) aufweist und die zumindest eine Bedingung dann erfüllt ist, wenn einer der Hochdruckpumpen (22, 33) als defekt befunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Bedingung dann erfüllt ist, wenn sich zumindest eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine (1) über einen vorgegebenen Zeitraum nicht mehr als um einen vorgegebenen Grenzbetrag ändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6, wobei bei Erfüllung einer weiteren Bedingung von dem Sonderbetriebsmodus in den Normalbetriebsmodus umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die weitere Bedingung dann erfüllt ist, wenn sich die Brennkraftmaschine (1) einen Betriebsbereich erreicht, in dem die Förderleistung der Hochdruckpumpe (22, 33) nicht mehr ausreicht, um den Druck im Druckspeicher (20, 40) auf den Drucksollwert einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die weitere Bedingung dann erfüllt ist, wenn sich das Ventil (31, 34) der Hochdruckpumpe (22, 33) in einem Betriebsbereich betrieben wird, in dem kein linearer Zusammenhang zwischen der Stellgröße (I) für das Ventil (31, 34) und durch das Ventil (31, 34) strömenden Kraftstoffmenge (VFF) mehr gilt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die weitere Bedingung dann erfüllt ist, wenn die Ermittlung des Korrekturwerts (ΔI1, ΔI2) für das Ventil (31, 34) abgeschlossen ist.
Brennkraftmaschine (1) mit – mindestens einem Druckspeicher (20, 40), in welchem Kraftstoff unter Druck gespeichert wird, um zumindest ein Einspritzventil (10) mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff zu versorgen, – zumindest zwei Hochdruckpumpen (22, 33), welche mit mindestens einem der Druckspeicher (20, 40) derart gekoppelt sind, dass sie diesem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) sowohl gemeinsam als auch einzeln Kraftstoff zuführen können, und – einer Reglereinrichtung (26), welche derart ausgebildet ist, dass • die Kraftstoffmenge (VFF), welche von den Hochdruckpumpen (22, 33) in den Druckspeicher (20, 40) gefördert wird, einstellbar ist, und • bei Erfüllung zumindest einer Bedingung die Hochdruckpumpen (22, 33) in einem Sonderbetriebsmodus betrieben werden, in dem nur eine der Hochdruckpumpen (22, 33) dem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) Kraftstoff zuführt, und ansonsten die Hochdruckpumpen (22, 33) in einem Normalbetriebsmodus betrieben werden, in dem die mindestens zwei Hochdruckpumpen (22, 33) dem mindestens einen Druckspeicher (20, 40) gemeinsam Kraftstoff zuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei den Hochdruckpumpen (22, 33) um Einzylinder-Kolbenpumpen handelt.