DE102008043127A1 - Method for operating fuel supply system of internal combustion engine, involves supplying fuel through fuel line from electric fuel pump, where pressure in fuel line or flow rate of electric fuel pump is controlled to target-value - Google Patents

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Abstract

The method involves supplying fuel through a fuel line (16) from an electric fuel pump (14). The pressure (p-Kraftstoff) in the fuel line or the flow rate of the electric fuel pump is controlled to a target-value. The injected fuel quantity is pre-controlled by controlling the electric fuel pump by applying the pressure control depending on the temporal course of the target value. Independent claims are included for the following: (1) a computer program for executing a method for operating a fuel supply system of an internal combustion engine; (2) a controlling unit or regulating unit for operating an internal-combustion engine; and (3) a diesel-cycle or an otto-cycle, particularly the homogeneous load compression ignition method or the control light-emitting diode car ignition method for an internal-combustion engine.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 101 58 950 C2 ist ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der der Kraftstoffdruck auf der Förderseite einer elektrischen Kraftstoffpumpe durch einen Sensor ermittelt wird. In Abhängigkeit der Ausgangssignale des Drucksensors wird die Förderleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe geregelt.From the DE 101 58 950 C2 a fuel supply system of an internal combustion engine is known in which the fuel pressure on the delivery side of an electric fuel pump is determined by a sensor. Depending on the output signals of the pressure sensor, the delivery rate of the electric fuel pump is controlled.

Wie bei allen Regelungen, so kann auch diese aus dem Stand der Technik bekannte Regelung strukturbedingt erst auf bereits aufgetretene Abweichungen des Drucks von einem Sollwert reagieren. Dies ist insbesondere bei hochdynamischen Fahrsituationen nachteilig.As With all regulations, so can these from the state of the art known regulation structurally only on already occurred Deviations of the pressure from a nominal value react. This is special disadvantageous in highly dynamic driving situations.

Um diesen Nachteilen zu begegnen, ist es bekannt, Vorsteuerungen einzusetzen, die auf stationären Übertragungsfaktoren, Kennlinien oder Kennfeldern basieren. Diese Vorsteuerungen nutzen Informationen über das dynamische Verhalten des Kraftstoffversorgungssystems nicht oder nur unzureichend und liefern infolgedessen eine suboptimale Dynamikqualität des vorgesteuerten Drucks. Um dieses Defizit mindestens teilweise zu kompensieren, ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorsteuerungen ein hoher Applikationsaufwand zur Anpassung an verschiedene Fahrsituationen und Betriebszustände erforderlich.Around to address these disadvantages, it is known to use feedforward controls, on stationary transmission factors, characteristic curves or maps are based. These pre-controllers use information about the dynamic behavior of the fuel supply system is not or inadequate and as a result deliver a suboptimal one Dynamic quality of pilot-operated pressure. To this deficit At least partially compensating is among the off the technology known Vorsteuerungen a high application cost to adapt to different driving situations and operating conditions required.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Güte der Druckregelung auf der Förderseite der elektrischen Kraftstoffpumpe eines Kraftstoffversorgungssystems, insbesondere bei hochdynamischen Betriebszustandsänderungen, zu verbessern und dadurch Fahrbarkeit und Betriebsverhalten einer mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem ausgerüsteten und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschine zu verbessern. Außerdem soll der Applikationsaufwand verringert werden.Of the Invention is based on the object, the quality of the pressure control on the delivery side of the electric fuel pump one Fuel supply system, especially in highly dynamic operating state changes, to improve driveability and operating behavior of a with the fuel supply system according to the invention equipped and after the invention Procedure to improve working internal combustion engine. Furthermore the application effort should be reduced.

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a method according to the invention for operating a fuel injection system of an internal combustion engine solved with the features of claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Vorsteuerung kann das dynamische Verhalten des Kraftstoffversorgungssystems bei der Vorsteuerung des gewünschten Arbeitspunktes berücksichtigt werden, so dass die Regelgüte deutlich verbessert wird.By the feedforward control according to the invention can be the dynamic Behavior of the fuel supply system in the pilot control considered the desired operating point so that the control quality is significantly improved.

Die erfindungsgemäße dynamische Vorsteuerung wird vorteilhafterweise in einer sogenannten 2-Freiheitsgradstuktur mit einer Regelung kombiniert. Dabei wird die Vorsteuerung für das Führungsverhalten, das heißt für den zeitlichen Verlauf des Solldrucks, verwendet und die Regelung übernimmt die Kompensation von aus Modellfehlern und Störungen resultierenden Abweichungen des Ist-Drucks pIst vom vorgegeben Soll-Druck pSoll. Durch die erfindungsgemäße 2-Freiheitsgradstruktur kann ein sehr gutes Führungsverhalten realisiert werden. Trotzdem kann die physikalische Modellierung des Kraftstoffversorgungssystems vergleichsweise einfach gehalten werden, da die verbleibenden Modellfehler von der Regelung kompensiert werden.The inventive dynamic pilot control is advantageously combined in a so-called 2-degree of freedom structure with a control. In this case, the pilot control for the leadership behavior, that is, for the time course of the target pressure, used and the control takes over the compensation of resulting from model errors and disturbances deviations of the actual pressure p actual from the predetermined target pressure p target . Due to the 2-degree of freedom structure according to the invention, a very good leadership behavior can be realized. Nevertheless, the physical modeling of the fuel supply system can be kept relatively simple, since the remaining model errors are compensated by the control.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, aus einem inversen hydraulischen Modell des Kraftstoffversorgungssystems der Brennkraftmaschine und aus geplanten Sollverläufen von Kraftstoffdruck und Einspritzmenge eine Solldrehzahl für die elektrische Kraftstoffpumpe zu bilden.In further advantageous embodiment of the invention Method is provided, from an inverse hydraulic model of the fuel supply system of the internal combustion engine and off planned nominal curves of fuel pressure and injection quantity to form a target speed for the electric fuel pump.

Ausgehend von dieser Solldrehzahl und dem von der Vorsteuerung ermittelten Solldruck kann die Ansteuerung, insbesondere die Ansteuerspannung, der elektrischen Kraftstoffpumpe ermittelt werden. Dadurch ist es möglich, die elektrische Kraftstoffpumpe verzögerungsfrei anzusteuern, was zu der hohen Regelgüte des erfindungsgemäßen Verfahrens beiträgt.outgoing from this target speed and that determined by the pilot control Target pressure can control, in particular the drive voltage, the electric fuel pump can be determined. That's it possible, the electric fuel pump without delay to drive, resulting in the high control quality of the invention Contributes method.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der in der Kraftstoffleitung herrschende Druck mit Hilfe eines modellbasierten Schätzalgorithmus', insbesondere einem Zustandsbeobachter oder einem Kalman-Filter, ermittelt. Dadurch kann ein Drucksensor in der Kraftstoffleitung entfallen, ohne dass die Regelgüte der Druckregelung abnimmt.In further advantageous embodiment of the invention The method is the pressure prevailing in the fuel line with Help of a model-based estimation algorithm, in particular a state observer or Kalman filter. Thereby a pressure sensor in the fuel line can be omitted without the control quality of the pressure control decreases.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der in der Kraftstoffleitung herrschende Druck in Abhängigkeit der Stromaufnahme und/oder der Leistungsaufnahme und/oder der Drehzahl der elektrischen Kraftstoffpumpe ermittelt wird.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the pressure prevailing in the fuel line in dependence on the power consumption and / or the power consumption and / or the rotation number of electric fuel pump is determined.

Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn der Schätzalgorithmus einen Simulatorteil und einen Korrekturterm umfasst. Der Simulatorteil beinhaltet ein dynamisches physikalisches Modell des Kraftstoffversorgungssystem und wird als messdatengetriebener Online-Simulator verwendet. Zur Kompensation von Modellunsicherheiten und Modellungenauigkeiten wird diesem ein Korrekturterm in Analogie zu der Rückführung einer Regelung aufgeschaltet, um die durch den Simulator geschätzten Größen so zu korrigieren, dass sie gegen die entsprechenden physikalischen Werte konvergieren. Durch diese Auftrennung des Schätzalgorithmus' ist es möglich, die Simulation der in dem Kraftstoffversorgungssystem ablaufenden physikalischen Vorgänge einfacher zu gestalten, da die aufgrund der Vereinfachungen auftretenden Fehler durch den Korrekturterm umgehend wieder kompensiert werden.It has further proven to be advantageous when the estimation algorithm a simulator part and a correction term. The simulator part includes a dynamic physical model of the fuel supply system and is used as a data-driven online simulator. to Compensation of model uncertainties and model inaccuracies This is a correction term in analogy to the return of a Control switched to the estimated by the simulator Correct sizes so that they are against the appropriate ones physical values converge. By this separation of the estimation algorithm 'is it is possible to simulate the in the fuel supply system to simplify ongoing physical processes, because the errors due to the simplifications are caused by the Correction term be compensated immediately.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter verbessert werden, wenn die Vorsteuerung mit einer Parameterschätzung kombiniert wird, um die Parameter der in den Algorithmen enthaltenen Modelle in Abhängigkeit des aktuellen Arbeitspunkts und Betriebszustands online zu adaptieren und damit die jeweilige Genauigkeit zu verbessern.The inventive method can be further improved when the feedforward control with a parameter estimation combined to the parameters contained in the algorithms Models depending on the current working point and Operational state to adapt online and thus the respective accuracy to improve.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.Further Advantages and advantageous embodiments of the invention are the subsequent drawing, the description and the claims removable. All in the drawing, the description and the claims disclosed features can be used both individually and in Any combination with each other essential to the invention.

Zeichnungdrawing

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Blockschaltbild einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschine, 1 a block diagram of an operating according to the invention internal combustion engine,

2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Druckregelung mit dynamischer Vorsteuerung, 2 a block diagram of a pressure control according to the invention with dynamic feedforward control,

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Drucksensor, 3 a further embodiment of the method according to the invention with pressure sensor,

4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Beobachter und 4 an embodiment of the method according to the invention with observers and

5, 6: Blockschaltbilder des Beobachters. 5 . 6 : Block Diagrams of the Observer.

In 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 stark vereinfacht dargestellt. Das Kraftstoffversorgungssystem der Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Kraftstofftank 12, eine elektrische Kraftstoffpumpe 14, eine Kraftstoffleitung 16 und Einspritzventile 20.In 1 is an internal combustion engine 10 shown greatly simplified. The fuel supply system of the internal combustion engine 10 includes a fuel tank 12 , an electric fuel pump 14 , a fuel line 16 and injectors 20 ,

Die elektrische Kraftstoffpumpe 14 stellt einen Druck pKraftstoff in der Kraftstoffleitung 16 bereit und fördert über die Kraftstoffleitung 16 Kraftstoff zu den Einspritzventilen 20. Die Einspritzventile 20 spritzen Kraftstoff in ein Saugrohr 22 der Brennkraftmaschine 10 ein. Die in dem Saugrohr 22 angedeutete Drosselklappe ist ohne Bezugszeichen dargestellt.The electric fuel pump 14 represents a pressure p fuel in the fuel line 16 ready and promotes via the fuel line 16 Fuel to the injectors 20 , The injectors 20 inject fuel into a suction pipe 22 the internal combustion engine 10 one. The in the suction pipe 22 indicated throttle valve is shown without reference numerals.

Bei der in 1 dargestellten Brennkraftmaschine 10 handelt es sich um eine nach dem Otto-Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung. Der von der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 bereitgestellte Kraftstoff und der zugehörige Druck pKraftstoff in der Kraftstoffleitung 16 entsprechen bei diesem Ausführungsbeispiel dem Einspritzdruck der Einspritzventile 20.At the in 1 illustrated internal combustion engine 10 It is an operating according to the Otto process internal combustion engine with intake manifold injection. The one from the electric fuel pump 14 provided fuel and the associated pressure p fuel in the fuel line 16 correspond in this embodiment, the injection pressure of the injectors 20 ,

Wenn es sich um eine Brennkraftmaschine 10 mit Benzindirekteinspritzung handelt, ist zwischen der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 und den Einspritzventilen noch eine Hochdruckpumpe vorhanden. Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft dann die Regelung des Drucks in der Kraftstoffleitung 16 auf der Saugseite der nicht dargestellten Hochdruckpumpe beziehungsweise der Förderseite der elektrischen Kraftstoffpumpe 14.If it is an internal combustion engine 10 is with gasoline direct injection, is between the electric fuel pump 14 and the injection valves still a high-pressure pump available. The method according to the invention then relates to the regulation of the pressure in the fuel line 16 on the suction side of the high pressure pump, not shown, or the delivery side of the electric fuel pump 14 ,

Entsprechendes gilt für Brennkraftmaschinen, die nach dem Dieselverfahren arbeiten, die ebenfalls Vorförderpumpe und eine Hochdruckpumpe aufweisen.The same applies to internal combustion engines that use the diesel process work, which also prefeed pump and a high-pressure pump exhibit.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ebenfalls anwendbar in Kraftstoffversorgungssystemen mit alternativen Kraftstoffen, wie zum Beispiel Ethanol, verflüssigtem Erdgas (CNG) und anderen Kraftstoffen oder Kraftstoffgemischen.The inventive method is also applicable in fuel supply systems with alternative fuels, such as ethanol, liquefied natural gas (CNG) and other fuels or fuel mixtures.

Ein Steuer- und Regelgerät 18 der Brennkraftmaschine 10 ist über Signalleitungen (ohne Bezugszeichen) mit den Einspritzventilen 20 verbunden und steuert diese so an, dass eine dem Drehmomentwunsch des Fahrers entsprechende Kraftstoffmenge qPOI eingespritzt wird. Die elektrische Kraftstoffpumpe 14 ist ebenfalls über elektrische Leitungen (ohne Bezugszeichen) mit dem Steuer- und Regelgerät 18 verbunden. Über diese Leitungen erhält das Steuer- und Regelgerät 18 Informationen über die Stromaufnahme beziehungsweise die Leistungsaufnahme der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 und die Drehzahl nIst der elektrischen Kraftstoffpumpe 14. Andererseits erfolgt über diese Leitungen auch die erfindungsgemäße Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe 14.A control and regulating device 18 the internal combustion engine 10 is via signal lines (without reference numeral) with the injectors 20 connected and controls them so that a fuel quantity q POI corresponding to the torque request of the driver is injected. The electric fuel pump 14 is also via electrical lines (without reference numeral) with the control and regulating device 18 connected. The control and regulating device receives over these lines 18 Information about the current consumption or the power consumption of the electric fuel pump 14 and the speed n is the electric fuel pump 14 , On the other hand, the inventive control of the electric fuel pump via these lines 14 ,

In 2 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen dynamischen Vorsteuerung dargestellt.In 2 is a block diagram of the dynamic pilot control according to the invention shown.

Das Steuer- und Regelgerät 18 gibt zeitabhängige Führungsgrößen qPOI,w(t) für die einzuspritzende Kraftstoffmenge und pw(t) für den Kraftstoffdruck aus.The control and regulating device 18 gives time-dependent reference variables q POI, w (t) for the fuel quantity to be injected and p w (t) for the fuel pressure.

Die zeitabhängigen Führungsgrößen qPOI,w(t) und pw(t) werden auf der Basis der aktuellen Fahrsituation ermittelt und sind Eingangsgrößen für eine Trajektoriengenerierung 34. In der Trajektoriengenerierung 34 werden entsprechende Zeitverläufe der Sollwerte qPOI(t) und pSoll(t) berechnet. Das Stellsignal wird unter Berücksichtigung der Systemdynamik durch Verwendung eines inversen Modells –1 der Regelstrecke ermittelt.The time-dependent reference variables q POI, w (t) and p w (t) are determined on the basis of the current driving situation and are input quantities for a trajectory generation 34 , In trajectory generation 34 corresponding time curves of the setpoint values q POI (t) and p setpoint (t) are calculated. The control signal is determined taking into account the system dynamics by using an inverse model -1 of the controlled system.

Im Allgemeinen werden die Trajektorien mit Hilfe von Zustandsvariablenfiltern ermittelt, da diese zusätzlich die zeitlichen Ableitungen der Führungsgrößen qPOI,w und pw bereitstellen (siehe dazu auch: Wolfram, A. und Vogt, M.: Zeitdiskrete Filteralgorithmen zur Erzeugung zeitlicher Ableitungen. Automatisierungstechnik 50, 2002 ). Die zeitlichen Ableitungen der Führungsgrößen qPOI,w und pw werden wiederum als Eingangsgrößen für eine dynamische Vorsteuerung 36 benötigt.In general, the trajectories are determined with the aid of state variable filters, since these additionally provide the temporal derivatives of the reference variables q POI, w and p w (see also: Wolfram, A. and Vogt, M .: Time Discrete Filtering Algorithms for the Generation of Time Derivatives. Automation Technology 50, 2002 ). The time derivatives of the reference variables q POI, w and p w are again input variables for a dynamic precontrol 36 needed.

In der Trajektoriengenerierung 34 (siehe 2) wird auf der Basis des Modells der Hydraulik aus den geplanten Sollverläufen der Führungsgrößen qPOI und pSoll eine Solldrehzahl nSoll beziehungsweise Sollwinkelgeschwindigkeit soll der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 berechnet.In trajectory generation 34 (please refer 2 ) Is determined on the basis of the model of the hydraulic from the planned target profiles of the reference variables q and p POI set a target rotational speed n set or target angular speed to the electric fuel pump 14 calculated.

Mit dieser Solldrehzahl nSoll und dem Solldruck pSoll ermittelt die dynamische Vorsteuerung 36 auf der Basis eines inversen Modells –1 der Regelstrecke und unter Berücksichtigung der Dynamik des Kraftstoffversorgungssystems eine Ansteuerung u für den Elektromotor der elektrischen Kraftstoffversorgungspumpe 14.With this setpoint speed n setpoint and the setpoint pressure p setpoint, the dynamic precontrol is determined 36 on the basis of an inverse model -1 of the controlled system and taking into account the dynamics of the fuel supply system, a control u for the electric motor of the electric fuel supply pump 14 ,

Dazu wird in einem ersten Schritt basierend auf einem inversen Modell –1 der Hydraulik des Kraftstoffversorgungssystems die Sollwinkelgeschwindigkeit soll der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 bestimmt.For this purpose, in a first step, based on an inverse model -1 of the hydraulic system of the fuel supply system, the target angular speed ought to be the electric fuel pump 14 certainly.

Mit:

Figure 00060001
With:
Figure 00060001

Mit:
Q soll / mot: Sollwert der in die Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge.
With:
Q soll / mot: set value of the fuel quantity to be injected into the internal combustion engine.

In einem zweiten Schritt werden basierend auf einem inversen elektrischen und mechanischen Modell des Kraftstoffversorgungssystems die Sollspannungen Usoll bestimmt. Dabei wird bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel angenommen, dass der elektrische Antrieb als permanenterregte Synchronmaschine ausgeführt ist und die Sollspannungen Usoll in den aus der Literatur bekannten rotorfesten dq-Koordinaten angeschrieben werden. Dabei beschreiben die Variablen Id beziehungsweise Iq die Ströme und die Variablen Ud und Uq die Ansteuerspannungen in d- bzw. in q-Richtung. Die Winkelgeschwindigkeit berechnet sich auf Basis einer Momentenbilanz mit dem elektrischen Moment Mmot und dem anliegenden Lastmoment MLast.In a second step, the setpoint voltages U soll are determined based on an inverse electrical and mechanical model of the fuel supply system. It is assumed in the embodiment described below that the electric drive is designed as a permanent-magnet synchronous machine and the setpoint voltages U should be written in the known from the literature rotor-fixed dq coordinates. The variables I d and I q respectively describe the currents and the variables U d and U q describe the drive voltages in the d or q direction. The angular velocity is calculated on the basis of a moment balance with the electrical torque M mot and the applied load torque M Last .

Mit:

Figure 00060002
With:
Figure 00060002

Durch die Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe 14 wird der Druck pKraftsoff in der Kraftstoffleitung 16 als Regelgröße des Kraftstoffversorgungssystems 38 vorgesteuert.By controlling the electric fuel pump 14 is the pressure p Kraftsoff in the fuel line 16 as a controlled variable of the fuel supply system 38 pilot.

Wesentlichen Einfluss auf die Qualität der dynamischen Vorsteuerung 36 hat die Modellierung des Kraftstoffversorgungssystems. Nachfolgend wird exemplarisch ein einfaches Modell dargestellt, wobei die elektrische Kraftstoffpumpe durch einen elektrischen Synchronmotor angetrieben wird. Alternativ sind auch andere Motortypen, wie Modell für Elektrokraftstoffpumpe

Figure 00070001
Significant influence on the quality of the dynamic precontrol 36 has the modeling of the fuel supply system. In the following, a simple model is shown as an example, wherein the electric fuel pump is driven by a synchronous electric motor. Alternatively, other engine types, such as model for electric fuel pump
Figure 00070001

Modell für HydraulikModel for hydraulics

  • p . = BV (QEKP(p, w) – QJP(p) – Qmot)beispielsweise ein Gleichstrommotor denkbar. p. = B V (Q EKP (p, w) - Q JP (p) - Q mot ) For example, a DC motor conceivable.

Den Druck p im Rail beziehungsweise in der Kraftstoffleitung 16 erhält man durch Auswertung einer entsprechenden Differentialgleichung, wobei QEKP den durch die Kraftstoffförderpumpe geförderten Kraftstoff, QJP, einen konstruktiv bedingten Verlustterm und Qmot die in den Motor eingespritzte Kraftstoffmenge repräsentiert.The pressure p in the rail or in the fuel line 16 obtained by evaluating a corresponding differential equation, wherein Q EKP the funded by the fuel delivery pump fuel, Q JP , a design-related loss term and Q mot represents the amount of fuel injected into the engine.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass auf der Basis eines solchen Modellentwurfs die dynamische Vorsteuerung 36 durch ein inverses Modell –1 der Regelstrecke vorgenommen wird. Aus dem inversen Hydraulikmodell wird die Sollwinkelgeschwindigkeit soll der Kraftstoffpumpe 14 ermittelt. Aus dem inversen elektrischen und mechanischen Modell wird, wie bereits erläutert, die Ansteuerung u zur Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe ermittelt.In summary, it can be stated that on the basis of such a model design the dynamic precontrol 36 is made by an inverse model -1 of the controlled system. From the inverse hydraulic model, the target angular velocity to the fuel pump 14 determined. As already explained, the control u for controlling the electric fuel pump is determined from the inverse electrical and mechanical model.

Die Modellinversion und Berechnung der Vorsteuerung kann unter Ausnützung der Flachheitseigenschaft (siehe dazu: Zeitz, M: Flachheitsbasierter Entwurf von linearen und nichtlinearen Vorsteuerungen. Automatisierungstechnik 52, 2004 ) erfolgen. Diese Flachheitseigenschaft besagt, dass alle Modellzustände sowie das Eingangssignal als Funktionen von sogenannten ”flachen” Ausgängen sowie einer endlichen Anzahl von Zeitableitungen dieser Größen berechnet werden können. Ein solcher flacher Ausgang y für das Beispielsystem ist zum Beispiel durch y = (Id, p, Qmot)T gegeben. Damit lassen sich die Eingangssignale Ud und Uq, d. h. die Ansteuerspannungen des Elektromotors der Kraftstoffpumpe, durch die Größen Id, p, Qmot und entsprechende Zeitableitungen berechnen. Die Zeitableitungen wiederum werden, wie bereits erwähnt, mit Hilfe eines Zustandsvariablenfilters berechnet. Ergänzend sei auf die einschlägige Literatur verwiesen, insbesondere Rothfuß, R. et al: Flachheit: ein neuer Zugang zur Steuerung und Regelung nichtlinearer Systeme. Automatisierungstechnik, 45, 1997 ; Hagenmeyer, V. und Zeitz, M: Flachheitsbasierter Entwurf von linearen und nichtlinearen Vorsteuerungen. Automatisierungstechnik 52, 2004 The model inversion and calculation of the precontrol can be done by taking advantage of the flatness property (see: Zeitz, M: Flatness-based design of linear and nonlinear feedforward controls. Automation Technology 52, 2004 ) respectively. This flatness property implies that all model states as well as the input signal can be calculated as functions of so-called "flat" outputs as well as a finite number of time derivatives of these quantities. Such a flat output y for the example system is given, for example, by y = (I d , p, Q mot ) T. In this way, the input signals U d and U q , ie the drive voltages of the electric motor of the fuel pump, can be calculated by the variables I d , p, Q mot and corresponding time derivatives. The time derivatives, in turn, are calculated, as already mentioned, with the aid of a state variable filter. In addition, reference should be made to the relevant literature, in particular Rothfuß, R. et al: Flatness: a new approach to the control and regulation of nonlinear systems. automation sierungstechnik, 45, 1997 ; Hagenmeyer, V. and Zeitz, M: Flatness-based design of linear and non-linear pilot controls. Automation Technology 52, 2004

Ein Blockschaltbild einer vorteilhaften 2-Freiheitsgradstruktur ist in 3 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in den 3 und 4 die Trajektoriengenerierung 34 nicht dargestellt.A block diagram of an advantageous 2-degree-of-freedom structure is shown in FIG 3 shown. For the sake of clarity is in the 3 and 4 the trajectory generation 34 not shown.

Dabei dient eine Regelung 40 zur Kompensation von nicht in dem inversen Modell –1 enthaltenen physikalischen Effekten. Diese Effekte werden, wenn sie nicht in die Modellierung Eingang gefunden haben, auch nicht in der Vorsteuerung 36 berücksichtigt werden und würden ohne eine geeignete Kompensation zu einer verringerten Regelgüte führen.It serves a regulation 40 to compensate for physical effects not contained in the inverse model -1 . These effects, if they have not been found in the modeling input, also not in the feedforward 36 be considered and would lead to a reduced quality of control without a suitable compensation.

Bei dem in 3 dargestellten Blockschaltbild ist ein Drucksensor in der Kraftstoffleitung 16 vorhanden, dessen Ausgangssignal pIst in einer Additionsstelle mit dem Sollwert pSoll zusammengeführt und dem Regler 40 als Eingangsgröße zugeführt wird.At the in 3 Block diagram shown is a pressure sensor in the fuel line 16 present, whose output signal p actual in an adder with the setpoint p Soll merged and the controller 40 is supplied as input.

Bei dem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 4 ist keine Rückführung des von einem Drucksensor gemessenen Drucks pIst vorhanden, sondern es wird ein erfindungsgemäßer Beobachter 42 eingesetzt, der aus der Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe 14, insbesondere der Ansteuerung u beziehungsweise des Stroms I, und der Drehzahl n der Kraftstoffpumpe 14 einen Druck pIst schätzt. Dadurch ist es möglich, auf einen Drucksensor in der Kraftstoffleitung 16 zu verzichten. In Folge dessen verringern sich die Hardware-Kosten und die Montagekosten des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 38.In the embodiment of a method according to the invention 4 there is no feedback of the measured by a pressure sensor pressure p actual , but it is an inventive observer 42 used, from the control of the electric fuel pump 14 , in particular the control u or of the current I, and the rotational speed n of the fuel pump 14 a pressure p is estimated. This makes it possible to access a pressure sensor in the fuel line 16 to renounce. As a result, the hardware costs and the assembly costs of the fuel supply system according to the invention are reduced 38 ,

In 5 ist der Beobachter 42 etwas detaillierter dargestellt. Dabei wird deutlich, dass der Beobachter 42 einen Simulatorteil 44 und einen Korrekturterm 46 umfasst. Der Beobachter 42 wird in zwei Schritten entworfen. Zunächst wird ein physikalisch/dynamisches Modell Σ ^ des Kraftstoffversorgungssystems erstellt. Dieses Modell Σ ^ bildet den Simulatorteil 44 des Beobachters 42. Das Modell bzw. der Simulatorteil 44 muss einerseits genau genug die Physik wiedergeben, ist aber im Hinblick auf die Umsetzung im Steuergerät 18 und die damit verbundene Rechenzeit so einfach wie möglich auszuführen. Anschließend wird ein Korrekturterm oder Regler 46 gebildet.In 5 is the observer 42 shown in more detail. It becomes clear that the observer 42 a simulator part 44 and a correction term 46 includes. The Observer 42 is designed in two steps. First, a physical / dynamic model Σ ^ of the fuel supply system is created. This model Σ ^ forms the simulator part 44 the observer 42 , The model or the simulator part 44 on the one hand must reproduce the physics accurately enough, but in terms of implementation in the control unit 18 and to make the associated computation time as simple as possible. Subsequently, a correction term or controller is created 46 educated.

Für die erfindungsgemäße Anwendung hat sich für den Entwurf des Beobachters 42, umfassend den Simulatorteil 44 und den Korrekturterm 46, ein sogenannter ”Erweiterter Luenberger Beobachter”-Ansatz als geeignet erwiesen.For the application of the invention has for the design of the observer 42 comprising the simulator part 44 and the correction term 46 , a so-called "extended Luenberger observer" approach proved to be suitable.

Der allgemeine Algorithmus sowohl eines Zustandsbeobachters als auch des Kalman-Filters sind prinzipiell aus der Literatur bekannt (siehe zum Beispiel: Zeitz, M., The extendend Luenberger observer for nonlinear systems, Systems & Control Letters 9, pp. 149–156, 1987 ). Auch sind der allgemeine Algorithmus des Zustandsbeobachters und des Kalman Filters aus der Literatur bekannt, siehe obige Literaturangaben. Eine alternative Variante zur Herleitung eines geeigneten Schätzalgorithmus für den Kraftstoffdruck pIst ist z. B. der ”Erweiterte Kalman Filter”. Für eine detaillierte Darstellung siehe zum Beispiel Föllinger, O., Regelungstechnik-Einführung in die Methoden und ihre Anwendung, Hüthig-Verlag, 1994; Grewal, M. S. und Andrews, A. P., Kalman Filtering: Theory and Practice, Wiley-Verlag, 2001 .The general algorithm of both a state observer and the Kalman filter are known in principle from the literature (see, for example: Zeitz, M., The extending Luenberger observer for nonlinear systems, Systems & Control Letters 9, pp. 149-156, 1987 ). Also, the general algorithm of the state observer and the Kalman filter are known from the literature, see above references. An alternative variant for deriving a suitable estimation algorithm for the fuel pressure p actual is z. Eg the "Advanced Kalman Filter". For a detailed illustration see for example Föllinger, O., Control Engineering Introduction to Methods and Their Application, Hüthig-Verlag, 1994; Grewal, MS and Andrews, AP, Kalman Filtering: Theory and Practice, Wiley Publishing, 2001 ,

Das exemplarisch angegebene nichtlineare Modell des Kraftstoffversorgungssystems lässt sich mit dem Zustandsvektor x = (id, Iq, u, p)T und dem Vektor der Eingangssignale u = (Ud, Uq, Qmot)T in folgender prinzipieller Struktur zusammenfassen:
Σ: = x . = f(x, u), t > 0, x(0) = x0
y = h(x), t ≥ 0
The exemplary nonlinear model of the fuel supply system can be summarized with the state vector x = (i d , I q , u, p) T and the vector of the input signals u = (U d , U q , Q mot ) T in the following basic structure:
Σ: = x. = f (x, u), t> 0, x (0) = x 0
y = h (x), t ≥ 0

Dabei beschreibt der Vektor f() die rechten Seiten der oben angegebenen Differentialgleichungen des Modells des Kraftstoffversorgungssystems und die Variable y die Ausgangsgrößen beziehungsweise Messgrößen.there the vector f () describes the right-hand sides of the above Differential equations of the model of the fuel supply system and the variable y the output quantities respectively Metrics.

Das Messmodell h der Sensorik ist durch h(x) beschrieben. Im vorliegenden Fall werden die Drehzahl n und/oder der Strom der Elektrokraftstoffpumpe 14 gemessen. Alternativ zu dem angegebenen Modell sind ebenfalls andere Modellvarianten der Hydraulik und/oder des Elektromotors durch das erfindungsgemäße Verfahren abgedeckt. Dies betrifft auch Beobachter/Filter, die auf Basis von vereinfachten Modellen, die die elektrischen Modellgleichungen für die Ströme vernachlässigen und die lediglich den mechanischen Anteil des Elektromotors sowie des Kraftstoffversorgungssystem modellmäßig erfassen. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren Beobachter und/oder Filter, die mit Hilfe von Modellen, die durch einen Störgrößenansatz der Form dz/dt = 0 erweitert wurden, entworfen worden sind. Dabei stellt die Variable z eine unbekannte Störgröße, wie zum Beispiel eine Abweichung der eingespritzten Kraftstoffmenge von der Soll-Einspritzmenge, dar (vgl. 3 und 4).The measuring model h of the sensor system is described by h (x). In the present case, the rotational speed n and / or the current of the electric fuel pump 14 measured. As an alternative to the specified model, other model variants of the hydraulics and / or of the electric motor are likewise covered by the method according to the invention. This also applies to observers / filters based on simplified models, which neglect the electric model equations for the currents and which only model the mechanical part of the electric motor and the fuel supply system. Furthermore, the erfin includes Methods according to the invention are observers and / or filters which have been designed with the aid of models which have been extended by a disturbance value approach of the form dz / dt = 0. In this case, the variable z represents an unknown disturbance variable, such as a deviation of the injected fuel quantity from the desired injection quantity (cf. 3 and 4 ).

Entsprechend dem oben beschriebenen Vorgehen erhält man dann den Beobachter 42 zur Schätzung des Drucks in folgender Form

Figure 00100001
The observer is then obtained according to the procedure described above 42 to estimate the pressure in the following form
Figure 00100001

Das Modell wird als Kopie im Beobachter verwendet dem ein Korrekturterm G(t)·(y – ŷ) aufgeschaltet wird. Der Korrekturterm besteht aus einem Soll-Ist-Vergleich zwischen Messung y und Schätzung ŷ. Die Differenz dieser beiden Signale wird mit der Verstärkung G(t) multipliziert. Der Entwurf der Verstärkung G(t) erfolgt mit dem obigen genannten Verfahren. Die angegebenen Alternativen sind äquivalente Verfahren, die auf gleiche bzw. sehr ähnliche Strukturen des in der Erfindung beschriebenen Algorithmus führen.The Model is used as a copy in the observer with a correction term G (t) · (y - ŷ) is switched on. Of the Correction term consists of a target-actual comparison between measurement y and estimate ŷ. The difference between these two Signals are multiplied by the gain G (t). Of the Amplification G (t) design is done with the above mentioned Method. The alternatives given are equivalent Procedures based on identical or very similar structures of the algorithm described in the invention.

In 6 ist das Gesagte in Form eines Blockdiagramms dargestellt.In 6 what has been said is shown in the form of a block diagram.

Grundsätzlich wird mit dem Zeichen Π das physikalische Kraftstoffsystem,
mit dem Zeichen Σ ^ der Zustandsschätzer 42 und
mit dem Zeichen Π–1 das inverse Modell des physikalische Kraftstoffsystems bezeichnet.
Basically, with the sign Π the physical fuel system,
with the sign Σ ^ of the state estimator 42 and
with the symbol Π -1 denotes the inverse model of the physical fuel system.

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Claims (11)

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine (10), bei dem Kraftstoff von einer elektrischen Kraftstoffpumpe (14) in eine Kraftstoffleitung (16) gefördert wird, wobei der in der Kraftstoffleitung (16) herrschende Druck (pKraftstoff) und/oder die Fördermenge der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) auf einen Soll-Wert (pSoll) gesteuert und/oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Steuerung der in der Kraftstoffleitung (16) und/oder eines Kraftstoffrails herrschende Druck (pKraftstoff) durch eine dynamische Vorsteuerung (36) in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs des Soll-Werts (pSoll) sowie des gewünschten zeitlichen Verlaufs der einzuspritzenden Kraftstoffmenge (qPOI(t)) durch Ansteuerung (36) der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) vorgesteuert wird.Method for operating a fuel supply system of an internal combustion engine ( 10 ), in which fuel from an electric fuel pump ( 14 ) in a fuel line ( 16 ), with the fuel line ( 16 ) prevailing pressure (p fuel ) and / or the delivery rate of the electric fuel pump ( 14 ) is controlled and / or regulated to a desired value (p setpoint ), characterized in that when using a control system in the fuel line ( 16 ) and / or a fuel rail prevailing pressure (p fuel ) by a dynamic precontrol ( 36 ) as a function of the time profile of the desired value (p desired ) and the desired time profile of the fuel quantity to be injected (q POI (t)) by triggering ( 36 ) of the electric fuel pump ( 14 ) is piloted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vorsteuerung (36) ein inverses Modell (–1) der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) mit einem elektrischen und einem mechanischen Anteil und ein inverses hydraulisches Modell des Kraftstoffversorgungssystems der Brennkraftmaschine (10) gebildet wird.Method according to claim 1, characterized in that for the precontrol ( 36 ) an inverse model ( -1 ) of the electric fuel pump ( 14 ) with an electrical and a mechanical portion and an inverse hydraulic model of the fuel supply system of the internal combustion engine ( 10 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem inversen hydraulischen Modell des Kraftstoffversorgungssystems der Brennkraftmaschine (10) unter Berücksichtigung der geplanten Sollverläufe von Kraftstoffdruck (psoll(t)) und Einspritzmenge (qPOI(t)) eine Solldrehzahl (nSoll(t)) für die elektrischen Kraftstoffpumpe (14) ermittelt wird.A method according to claim 2, characterized in that from the inverse hydraulic model of the fuel supply system of the internal combustion engine ( 10 ) taking into account the planned nominal curves of fuel pressure (p soll (t)) and injection quantity (q POI (t)) a setpoint speed (n setpoint (t)) for the electric fuel pump ( 14 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Solldrehzahl (nSoll) der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) und dem Solldruck (pSoll) die Ansteuerung, insbesondere der Strom (1) und/oder die Spannung (U), der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) ermittelt wird.A method according to claim 3, characterized in that from the setpoint speed (n setpoint ) of the electric fuel pump ( 14 ) and the set pressure (p setpoint ) the control, in particular the current ( 1 ) and / or the voltage (U), the electric fuel pump ( 14 ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Kraftstoffleitung (16) herrschende Druck (pIst) mit Hilfe eines modellbasierten Schätzalgorithmus', insbesondere einem Zustandsbeobachter (42, 46) oder einem Kalman-Filter, ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the fuel line ( 16 ) prevailing pressure (p actual ) with the aid of a model-based estimation algorithm, in particular a state observer ( 42 . 46 ) or a Kalman filter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Kraftstoffleitung (16) herrschende Druck (pIst) in Abhängigkeit der Stromaufnahme (I) oder der Leistungsaufnahme (Pel) und der Drehzahl (n) der elektrischen Kraftstoffpumpe (14) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the fuel line ( 16 ) prevailing pressure (p actual ) as a function of the current consumption (I) or the power consumption (P el ) and the rotational speed (n) of the electric fuel pump ( 14 ) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schätzalgorithmus einen Simulatorteil (42) und einen Korrekturterm (46) umfasst.Method according to one of Claims 5 or 6, characterized in that the estimation algorithm comprises a simulator part ( 42 ) and a correction term ( 46 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Parameterschätzung vorgesehen ist, und dass die Parameterschätzung die Parameter der in den Algorithmen enthaltenen Modelle in Abhängigkeit des aktuellen Arbeitspunkts und Betriebszustands online adaptiert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a parameter estimate provided is, and that the parameter estimation the parameters of depending on the models contained in the algorithms adapted to the current operating point and operating status online. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird.Computer program, characterized in that it for carrying out the method according to one of the preceding Claims is appropriate when executed on a computer becomes. Steuer- und/oder Regelgerät (34) zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Speicher umfasst, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 9 abgespeichert ist.Control and / or regulating device ( 34 ) for operating an internal combustion engine, characterized in that it comprises a memory on which a computer program according to claim 9 is stored. Nach dem Diesel-Verfahren, dem Otto-Verfahren und/oder einem alternativen Verfahren, insbesondere dem HCCI-Verfahren (HCCI = Homogeneous Charge Compression Ignition) oder dem CAI-Verfahren (CAI = Controlled Auto Ignition) arbeitende Brennkraftmaschine (10), mit Einspritzvorrichtungen (20), welche den Kraftstoff direkt oder indirekt in die Brennräume einspritzen, und mit einem Kraftstoffversorgungssystem umfassend mindestens eine elektrische Kraftstoffpumpe (14), dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerät (18) nach Anspruch 10 umfasst.According to the diesel process, the Otto process and / or an alternative process, in particular the HCCI process (HCCI = Homogeneous Charge Compression Ignition) or the CAI process (CAI = Controlled Auto Ignition) working internal combustion engine ( 10 ), with injection devices ( 20 ), which inject the fuel directly or indirectly into the combustion chambers, and with a fuel supply system comprising at least one electric fuel pump ( 14 ), characterized in that it is a control and / or regulating device ( 18 ) according to claim 10.
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