DE102009050468A1 - Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine (1), bei dem im Normalbetrieb der Raildruck (pCR) geregelt wird und bei dem mit Erkennen eines defekten Rail-Drucksensors (9) vom Normalbetrieb auf einen Notbetrieb gewechselt wird, wobei im Notbetrieb der Raildruck (pCR) gesteuert wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Notbetrieb der Raildruck (pCR) sukzessiv bis zum Ansprechen eines passiven Druckbegrenzungsventils (11) erhöht wird, welches im geöffneten Zustand Kraftstoff aus dem Rail (6) in den Kraftstofftank (2) absteuert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine, bei dem im Normalbetrieb der Raildruck geregelt wird und bei dem mit Erkennen eines defekten Rail-Drucksensors vom Normalbetrieb auf einen Notbetrieb gewechselt wird, wobei im Notbetrieb der Raildruck gesteuert wird.
  • Bei einer Brennkraftmaschine mit Common-Railsystem wird die Güte der Verbrennung maßgeblich über das Druckniveau im Rail bestimmt. Zur Einhaltung der gesetzlichen Emissionsgrenzwerte wird daher der Raildruck geregelt. Typischerweise umfasst ein Raildruck-Regelkreis eine Vergleichsstelle zur Bestimmung einer Regelabweichung, einen Druckregler zum Berechnen eines Stellsignals, die Regelstrecke und ein Softwarefilter zur Berechnung des Ist-Raildrucks im Rückkopplungszweig. Berechnet wird die Regelabweichung aus einem Soll-Raildruck zum Ist-Raildruck. Die Regelstrecke umfasst das Druckstellglied, das Rail und die Injektoren zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine.
  • Aus der DE 10 2006 040 441 B3 ist ein Common-Railsystem mit Druckregelung bekannt, bei dem der Druckregler über das Stellsignal auf eine Saugdrossel zugreift. Über die Saugdrossel wiederum wird der Zulaufquerschnitt zur Hochdruckpumpe und damit das geförderte Kraftstoffvolumen festgelegt. Angesteuert wird die Saugdrossel in negativer Logik, das heißt, diese ist bei einem Stromwert von Null Ampere vollständig geöffnet. Als Schutzmaßnahme vor einem zu hohen Raildruck, zum Beispiel nach einem Kabelbruch in der Stromzuführung zur Saugdrossel, ist ein passives Druckbegrenzungsventil vorgesehen. Überschreitet der Raildruck einen kritischen Wert, zum Beispiel 2400 bar, so öffnet das Druckbegrenzungsventil. Über das geöffnete Druckbegrenzungsventil wird dann der Kraftstoff aus dem Rail in den Kraftstofftank abgeleitet. Bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil stellt sich im Rail ein Druckniveau ein, welches von der Einspritzmenge und der Motordrehzahl abhängt. Bei Leerlauf beträgt dieses Druckniveau ca. 900 bar, während es bei Volllast ca. 700 bar beträgt.
  • Aus der DE 101 57 641 A1 ist ein Common-Railsystem bekannt, bei dem mit Erkennen eines defekten Rail-Drucksensors vom Normalbetrieb mit Druckregelung in einen Notbetrieb gewechselt wird. Im Notbetrieb wird der Raildruck gesteuert. Um beim Übergang vom Normalbetrieb auf den Notbetrieb einen undefinierten Betriebszustand zu vermeiden, ist eine Übergangsfunktion vorgesehen. Diese Übergangsfunktion wird zuvor im Normalbetrieb aus dem zeitlichen Verlauf der Regelabweichung des Raildrucks ermittelt. Mit Ende des Normalbetriebs wird dann dem Druckregler durch die Übergangsfunktion eine negative Regelabweichung vorgegeben. Als Alternative ist vorgesehen, dass der Regelstrecke ein Korrekturvolumenstrom vorgegeben wird. Diese Lösung hat sich in der Praxis bewährt, wobei jedoch festgestellt wurde, dass sich der Raildruck nach Ausfall des Rail-Drucksensors nicht immer auf demselben Druckniveau einpendelt und daher unterschiedliche Motorleistungen im Notbetrieb verursacht.
  • Ausgehend von einem Common-Railsystem mit einer Regelung des Raildrucks und einem passiven Druckbegrenzungsventil, liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, nach Ausfall des Rail-Drucksensors einen Motorbetrieb mit einheitlicher Motorleistung zu gewährleisten.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
  • Zentrale Idee der Erfindung ist es nach Ausfall des Rail-Drucksensors im Notbetrieb einen stabilen Betriebszustand dadurch herzustellen, dass ein bewusstes Öffnen des passiven Druckbegrenzungsventils herbei geführt wird. Bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil wiederum liegt der Raildruck zwischen dem Druckwert bei Leerlauf, z. B. 900 bar, und dem Druckwert bei Volllast, z. B. 700 bar. Die einheitliche Motorleistung im Notbetrieb wird dadurch erreicht, dass der Raildruck im Notbetrieb stets innerhalb dieses Druckbereichs liegt. Von Vorteil ist daher ein stabiler Notbetrieb.
  • Bei einem Common-Railsystem mit einer niederdruckseitigen Saugdrossel als Druckstellglied wird im Notbetrieb die sukzessive Druckerhöhung im Rail erreicht, indem die Saugdrossel in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird, wodurch dann die Hochdruckpumpe mehr Kraftstoff fördern kann.
  • In einer ersten Ausführungsform hierzu wird ein Soll-Strom als Ansteuersignal der Saugdrossel oder ein PWM-Signal als Ansteuersignal der Saugdrossel auf einen entsprechenden Notlaufwert gesetzt. In einer zweiten Ausführungsform erfolgt eine Kennlinienumschaltung von einer Pumpen-Kennlinie im Normalbetrieb auf eine Grenzkurve im Notbetrieb. Eine ergänzende Ausgestaltung sieht vor, dass beim Wechsel in den Notbetrieb der Soll-Strom in Abhängigkeit eines Leckage-Volumenstroms berechnet wird. Berechnet wird dieser über ein Leckage-Kennfeld in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge und der Motordrehzahl.
  • Um auch im Notbetrieb die Brennkraftmaschine mit hoher Leistung betreiben zu können, wird zusätzlich die Bestromungsdauer der Injektoren angepasst. Im Normalbetrieb wird die Bestromungsdauer über ein Kennfeld in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge und des Ist-Raildrucks berechnet. Bei defektem Rail-Drucksensor wird dann an Stelle des Ist-Raildrucks ein mittlerer Raildruck als Eingangsgröße für das Kennfeld gesetzt. Der mittlere Raildruck wird als Konstantwert vorgegeben. Beträgt bei geöffnetem passivem Druckbegrenzungsventil das Druckniveau im Rail bei Leerlauf beispielsweise 900 bar und bei Volllast 700 bar, so wird der mittlere Raildruck auf 800 bar festgelegt.
  • Selbstverständlich lässt sich die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch bei einem Common-Railsystem mit einer elektrisch ansteuerbaren Hochdruckpumpe einsetzen. Bei defektem Rail-Drucksensor wird dann im Notbetrieb die Hochdruckpumpe auf Maximalförderung gesetzt.
  • In den Figuren sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele an Hand eines Common-Railsystems mit Saugdrossel dargestellt. Es zeigen:
  • 1 ein Systemschaubild,
  • 2 einen Raildruck-Regelkreis in einer ersten Ausführung,
  • 3 ein erstes Blockschaltbild,
  • 4 ein zweites Blockschaltbild,
  • 5 einen Raildruck-Regelkreis in einer zweiten Ausführung,
  • 6 ein erstes Blockschaltbild,
  • 7 ein zweites Blockschaltbild,
  • 8 eine Pumpen-Kennlinie mit Grenzkurve,
  • 9 ein Blockschaltbild zur Berechnung der Bestromungsdauer,
  • 10 ein Zeitdiagramm,
  • 11 einen Programm-Ablaufplan zur ersten Ausführung und
  • 12 einen Programm-Ablaufplan zur zweiten Ausführung.
  • Die 1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten Brennkraftmaschine 1 mit einem Common-Railsystem. Das Common-Railsystem umfasst folgende mechanische Komponenten: eine Niederdruckpumpe 3 zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 2, eine veränderbare Saugdrossel 4 zur Beeinflussung des durchströmenden Kraftstoff-Volumenstroms, eine Hochdruckpumpe 5 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung, ein Rail 6 zum Speichern des Kraftstoffs und Injektoren 7 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1. Optional kann das Common-Railsystem auch mit Einzelspeichern ausgeführt sein, wobei dann zum Beispiel im Injektor 7 ein Einzelspeicher 8 als zusätzliches Puffervolumen integriert ist. Als Schutz vor einem unzulässig hohen Druckniveau im Rail 6 ist ein passives Druckbegrenzungsventil 11 vorgesehen, welches zum Beispiel bei einem Raildruck von 2400 bar öffnet und im geöffneten Zustand den Kraftstoff aus dem Rail 6 in den Kraftstofftank 2 absteuert.
  • Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät (ECU) 10 bestimmt. Das elektronische Steuergerät 10 beinhaltet die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronische Steuergerät 10 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen. In der 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: der Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 9 gemessen wird, eine Motordrehzahl nMOT, ein Signal FP zur Leistungsvorgabe durch den Betreiber und eine Eingangsgröße EIN. Unter der Eingangsgröße EIN sind die weiteren Sensorsignale zusammengefasst, beispielsweise der Ladeluftdruck eines Abgasturboladers. In 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 10 ein Signal PWM zur Ansteuerung der Saugdrossel 4, ein Signal ve zur Ansteuerung der Injektoren 7 (Spritzbeginn/Spritzende) und eine Ausgangsgröße AUS dargestellt. Die Ausgangsgröße AUS steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise für ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers bei einer Registeraufladung.
  • Die 2 zeigt einen Raildruck-Regelkreis 12 zur Regelung des Raildrucks pCR in einer ersten Ausführung. Die Eingangsgrößen des Raildruck-Regelkreises 12 sind: ein Soll-Raildruck pCR(SL), ein Soll-Verbrauch VVb, die Motordrehzahl nMOT, ein Signal SD und eine Größe E1. Das Signal SD wird bei erkannter Fehlfunktion des Rail-Drucksensors gesetzt. Unter der Größe E1 sind beispielsweise die PWM-Grundfrequenz, die Batteriespannung und der ohmsche Widerstand der Saugdrosselspule mit Zuleitung zusammengefasst, welche in die Berechnung des PWM-Signals mit eingehen. Die Ausgangsgröße des Raildruck-Regelkreises 12 ist der Rohwert des Raildrucks pCR. Aus dem Rohwert des Raildrucks pCR wird mittels eines Filters 13 der Ist-Raildruck pCR(IST) berechnet. Dieser wird dann mit dem Soll-Raildruck pCR(SL) an einem Summationspunkt A verglichen, woraus eine Regelabweichung ep resultiert. Aus der Regelabweichung ep berechnet ein Druckregler 14 seine Stellgröße, welche einem Regler-Volumenstrom VR mit der physikalischen Einheit Liter/Minute entspricht. Zum Regler-Volumenstrom VR wird an einem Summationspunkt B der berechnete Soll-Verbrauch VVb addiert. Berechnet wird der Soll-Verbrauch VVb in Abhängigkeit einer Soll-Einspritzmenge und der Motordrehzahl. Das Ergebnis der Addition am Summationspunkt B entspricht einem unbegrenzten Volumenstrom Vu, welcher über eine Begrenzung 15 in Abhängigkeit der Motordrehzahl nMOT limitiert wird. Die Ausgangsgröße der Begrenzung 15 entspricht einem Soll-Volumenstrom V(SL), der die Eingangsgröße einer Pumpen-Kennlinie 16 ist. Über die Pumpen-Kennlinie 16 wird dem Soll-Volumenstrom V(SL) ein elektrischer Soll-Strom i(SL) zugeordnet. Die Pumpen-Kennlinie 16 ist in der 8 dargestellt und wird in Verbindung mit dieser näher erklärt. Der Soll-Strom i(SL) ist eine Eingangsgröße eines Funktionsblocks 17. Im Funktionsblock 17 sind die Berechnung des PWM-Signals und die Umschaltung des Ansteuersignals der Saugdrossel vom Normalbetrieb auf den Notbetrieb zusammengefasst. Detailliert dargestellt und erläutert wird der Funktionsblock 17 in Verbindung mit den 3 und 4. Die Ausgangsgröße des Funktionsblocks 17 entspricht dem Ist-Volumenstrom V(IST), welcher von der Hochdruckpumpe in das Rail 6 gefördert wird. Das Druckniveau pCR im Rail wird vom Rail-Drucksensor erfasst. Damit ist der Regelkreis 12 geschlossen.
  • Die 3 zeigt den Funktionsblock 17 der 2 in einem ersten Blockschaltbild. Über den Funktionsblock 17 werden das PWM-Signal zur Ansteuerung der Saugdrossel und die Umschaltung des Ansteuersignals der Saugdrossel vom Normalbetrieb auf den Notbetrieb festgelegt. Die Eingangsgrößen des Funktionsblocks 17 sind hier der Soll-Strom i(SL), ein Soll-Notlaufstrom iN(SL), das Signal SD und die Eingangsgröße E1. Unter letzterer sind die PWM-Grundfrequenz, die Batteriespannung und der ohmsche Widerstand der Saugdrosselspule mit Zuleitung zusammengefasst. Die Ausgangsgröße des Funktionsblocks 17 ist der tatsächlich in das Rail geförderte Ist-Volumenstrom V(IST). Die Elemente des Funktionsblocks 17 sind ein Schalter S1, eine Berechnung 18 des PWM-Signals und die Hochdruckpumpe und Saugdrossel als Einheit 19. Im Normalbetrieb befindet sich der Schalter S1 in der Stellung 1, das heißt, das PWM-Signal PWM wird über die Berechnung 18 in Abhängigkeit des Soll-Stroms i(SL) berechnet. Mit dem PWM-Signal PWM wird dann die Magnetspule der Saugdrossel beaufschlagt. Dadurch wird der Weg des Magnetkerns verändert, wodurch der Förderstrom der Hochdruckpumpe frei beeinflusst wird. Aus Sicherheitsgründen ist die Saugdrossel stromlos offen und wird mit zunehmendem PWM-Wert in Richtung der Schließstellung beaufschlagt. Der Berechnung 18 des PWM-Signals kann ein Stromregelkreis 20 mit Filter 21 unterlagert sein, wie dieser aus der DE 10 2004 061 474 A1 bekannt ist.
  • Wird nun ein defekter Rail-Drucksensor erkannt, so wird das Signal SD gesetzt, wodurch der Schalter S1 in die Stellung 2 umgesteuert wird. Jetzt wird das PWM-Signal PWM in Abhängigkeit des Soll-Notlaufstroms iN(SL) berechnet. Der Soll-Notlaufstrom iN(SL) wird so gewählt, dass es zuverlässig zu einem Öffnen des passiven Druckbegrenzungsventils (1: 11) kommt. Wird die Saugdrossel – wie zuvor beschrieben – in negativer Logik angesteuert, so öffnet das Druckbegrenzungsventil zuverlässig, wenn der Notlaufstrom auf den Wert iN(SL) = 0 A gesetzt wird. Ein Öffnen des passiven Druckbegrenzungsventils kann aber auch dann hervorgerufen werden, wenn der Soll-Notlaufstrom iN(SL) auf einen etwas größeren Wert, zum Beispiel iN(SL) = 0.4 A, gesetzt wird. Dies hat den Vorteil, dass durch die größere Kraftstoff-Drosselung der Kraftstoff beim Absteuern in den Kraftstofftank weniger stark erwärmt wird.
  • Die 4 zeigt den Funktionsblock 17 der 2 in einem zweiten Blockschaltbild als alternative Ausführungsform zur 3. Die Eingangsgrößen des Funktionsblocks 17 sind hier der Soll-Strom i(SL), ein PWM-Notlaufwert PWMNL, das Signal SD und die Eingangsgröße E1. Die Ausgangsgröße des Funktionsblocks 17 ist auch hier der tatsächlich in das Rail geförderte Ist-Volumenstrom V(IST). Die Elemente des Funktionsblocks 17 sind die Berechnung 18 des PWM-Signals, ein Schalter S1 und die Hochdruckpumpe und Saugdrossel als Einheit 19. Im Normalbetrieb befindet sich der Schalter S1 in der Stellung 1, das heißt, das PWM-Signal PWM wird über die Berechnung 18 in Abhängigkeit des Soll-Stroms i(SL) berechnet. Mit dem PWM-Signal PWM wird dann die Magnetspule der Saugdrossel (Einheit 19) beaufschlagt. Wird nun ein defekter Rail-Drucksensor erkannt, so wird das Signal SD gesetzt, wodurch der Schalter S1 in die Stellung 2 umgesteuert wird. Jetzt wird die Saugdrossel mit dem PWM-Notlaufwert PWMNL beaufschlagt. Der PWM-Notlaufwert PWMNL wird so gewählt, dass es zuverlässig zu einem Öffnen des passiven Druckbegrenzungsventils (1: 11) kommt. Wird die Saugdrossel – wie zuvor beschrieben – in negativer Logik angesteuert, so öffnet das Druckbegrenzungsventil zuverlässig, wenn der PWM-Notlaufwert auf 0% gesetzt wird. Ein Öffnen des passiven Druckbegrenzungsventils kann aber auch dann hervorgerufen werden, wenn ein etwas größerer Wert gewählt wird, zum Beispiel PWMNL = 5%. Auch hier ergibt sich der Vorteil, dass durch die größere Kraftstoff-Drosselung der Kraftstoff beim Absteuern in den Kraftstofftank weniger stark erwärmt wird.
  • In der 5 ist der Raildruck-Regelkreis 12 in einer zweiten Ausführung dargestellt. Die Eingangsgrößen des Raildruck-Regelkreises 12 sind: der Soll-Raildruck pCR(SL), die Eingangsgröße E1 und eine Eingangsgröße E2. Unter der Größe E1 sind beispielsweise die PWM-Grundfrequenz, die Batteriespannung und der ohmsche Widerstand der Saugdrosselspule mit Zuleitung zusammengefasst, welche in die Berechnung des PWM-Signals mit eingehen. Unter Eingangsgröße E2 sind unter anderem der Soll-Verbrauch VVb, die Motordrehzahl nMOT und eine Soll-Einspritzmenge zusammengefasst. Die Ausgangsgröße des Raildruck-Regelkreises 12 ist der Rohwert des Raildrucks pCR. Aus dem Rohwert des Raildrucks pCR wird mittels des Filters 13 der Ist-Raildruck pCR(IST) berechnet. Dieser wird dann mit dem Soll-Raildruck pCR(SL) an einem Summationspunkt A verglichen, woraus die Regelabweichung ep resultiert. Aus der Regelabweichung ep berechnet der Druckregler 14 seine Stellgröße, also den Regler-Volumenstrom VR mit der physikalischen Einheit Liter/Minute. Der Regler-Volumenstrom VR ist eine Eingangsgröße des Funktionsblocks 17. Im Funktionsblock 17 sind unter anderem die Pumpen-Kennlinie und die Umschaltung vom Normal- auf den Notbetrieb integriert. Der Funktionsblock 17 wird in Verbindung mit den 6 und 7 näher erläutert. Die Ausgangsgröße des Funktionsblocks 17 entspricht dem Soll-Strom i(SL), welcher eine der Eingangsgrößen der Berechnung 18 des PWM-Signals ist. Der Berechnung 18 des PWM-Signals kann ein Stromregelkreis 20 mit Filter 21 unterlagert sein. Mit dem PWM-Signal PWM wird dann die Saugdrossel beaufschlagt, welche mit der Hochdruckpumpe in der Einheit 19 zusammengefasst ist. Die Ausgangsgröße der Einheit 19 entspricht dem von der Hochdruckpumpe in das Rail 6 geförderten Ist-Volumenstrom V(IST). Das Druckniveau pCR im Rail wird vom Rail-Drucksensor erfasst. Damit ist der Raildruck-Regelkreis 12 geschlossen.
  • In der 6 ist der Funktionsblock 17 der 5 in einem ersten Blockschaltbild dargestellt. Hierbei wird bei Ausfall des Rail-Drucksensors von der Pumpen-Kennlinie auf eine Grenzkurve umgeschaltet. Die Eingangsgrößen des Funktionsblocks 17 sind der Regler-Volumenstrom VR, welcher der Stellgröße des Druckreglers entspricht, der Soll-Verbrauch VVb, die Motordrehzahl nMOT und das Signal SD. Die Ausgangsgröße entspricht dem Soll-Strom i(SL). An einem Summationspunkt B werden der Ausgang des Schalters S2 und der Soll-Verbrauch VVb addiert. Das Ergebnis entspricht dem unbegrenzten Soll-Volumenstrom Vu, welcher anschließend über die Begrenzung 15 in Abhängigkeit der Motordrehzahl nMOT begrenzt wird. Die Ausgangsgröße entspricht dem Soll-Volumenstrom V(SL), welcher die Eingangsgröße sowohl der Pumpen-Kennlinie 16 als auch der Grenzkurve 22 ist. Im Normalbetrieb befindet sich der Schalter S1 in der Stellung 1, was wiederum bedeutet, das der Soll-Strom i(SL) über die Pumpen-Kennlinie 16 bestimmt wird. Wird nun ein defekter Rail-Drucksensor erkannt, so wird das Signal SD gesetzt, wodurch der Schalter S1 in die Stellung 2 wechselt. Nunmehr wird der Soll-Strom i(SL) über die Grenzkurve 22 bestimmt. Die Pumpen-Kennlinie 16 und die Grenzkurve 22 sind in der 8 dargestellt und werden in Verbindung mit dieser näher erläutert. Über die Ausführungsform der 6 wird die Erwärmung des Kraftstoffs minimiert. Wird das Signal SD gesetzt, so wechselt der Schalter S2 von der Stellung 1 in die Stellung 2. Der Regler-Volumenstrom VR wird dadurch durch den Wert Null ersetzt.
  • Die 7 zeigt den Funktionsblock 17 der 5 in einem zweiten Blockschaltbild. Gegenüber der 6 wurde der Funktionsblock durch ein Leckage-Kennfeld 23 mit der Soll-Einspritzmenge Q(SL) als weitere Eingangsgröße ergänzt. Im Normalbetrieb befinden sich die Schalter S1 und S2 in der Stellung 1. Damit wird der Soll-Strom i(SL) über die Pumpen-Kennlinie 16 in Abhängigkeit des Soll-Volumenstroms V(SL) berechnet. Der Soll-Volumenstrom V(SL) wiederum wird aus dem unbegrenzten Soll-Volumenstrom Vu bestimmt, welcher der Summe des Regler-Volumenstroms VR und des Soll-Verbrauchs VVb entspricht. Wird nun ein defekter Rail-Drucksensor erkannt, so wird das Signal SD gesetzt, wodurch die Schalter S1 und S2 in die Stellung 2 wechseln. In der Stellung 2 des Schalters S2 ist die Stellgröße des Druckreglers, hier: der Regler-Volumenstrom VR, nicht mehr bestimmend für den unbegrenzten Soll-Volumenstrom Vu. Dieser berechnet sich nunmehr aus der Summe des Soll-Verbrauchs VVb und einem Leckage-Volumenstrom VLKG. Der Leckage-Volumenstrom VLKG wiederum wird über das Leckage-Kennfeld 23 in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge Q(SL) und der Motordrehzahl nMOT berechnet. Ein Leckage-Kennfeld und dessen Festlegung ist in der DE 101 57 641 A1 beschrieben, auf welche hiermit verwiesen wird. In der Stellung 2 des Schalters S1 wird der Soll-Strom i(SL) über die Grenzkurve 22 berechnet.
  • In der 8 sind die Pumpen-Kennlinie 16 und die Grenzkurve 22 zur besseren Erläuterung gemeinsam in einem Diagramm dargestellt. Auf der Abszisse ist der Soll-Volumenstrom V(SL) in Liter/Minute aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Soll-Strom i(SL) in Ampere aufgetragen. Die Pumpen-Kennlinie 16 ist als durchgezogene Linie dargestellt. Über die Pumpen-Kennlinie 16 wird einem Soll-Volumenstrom V(SL) ein entsprechender Soll-Strom i(SL) zugeordnet, beispielsweise dem Soll-Volumenstrom V(SL) = V1 über den Arbeitspunkt A der Soll-Strom i(SL) = i1. Da in der Praxis die Streuung von Hochdruckpumpe zu Hochdruckpumpe sehr groß ist, handelt es sich bei der Pumpen-Kennlinie 16 um eine mittlere Pumpen-Kennlinie. Die beiden gestrichelt dargestellten Kennlinien 24 und 25 stellen das Streuband dar, innerhalb dem die Hochdruckpumpen liegen müssen. Für einen Soll-Volumenstrom V(SL) = V1 ergibt sich zum Beispiel eine Streuung di(ST) des Soll-Stroms i(SL). Die Grenzkurve 22 ist als strichpunktierte Linie eingezeichnet. Diese ergibt sich dadurch, dass die Pumpen-Kennlinie 24 zu kleineren Soll-Stromwerten, also in Richtung der Abszisse, unter Berücksichtigung einer Reserve verschoben wird. Für den Soll-Volumenstrom V1 ergibt sich damit in der Bestromung eine Reserve di(Re). Die Grenzkurve 22 stellt insgesamt eine Zuordnung des Soll-Volumenstroms zu denjenigen maximalen Werten des Soll-Stroms i(SL) dar, welche ein Öffnen des Druckbegrenzungsventils zuverlässig ermöglichen.
  • In der 9 ist ein Blockschaltbild zur Berechnung der Bestromungsdauer BD dargestellt. Die Bestromungsdauer BD ergibt sich hierbei als Ausgangsgröße eines 3-dimensionalen Injektorkennfelds 26. Dessen Eingangsgrößen sind die Soll-Einspritzmenge Q(SL) und ein Druck pINJ. Im Normalbetrieb befindet sich der Schalter S1 in der Stellung 1, so dass der Druck pINJ identisch mit dem Ist-Raildruck pCR(IST) ist.
  • Bei Ausfall des Rail-Drucksensors wird der Schalter S1 über das Signal SD in die Stellung 2 umgesteuert. Nunmehr wird der Druck pINJ auf einen mittleren Raildruck pCR(M) gesetzt. Der mittlere Raildruck pCR(M) entspricht demjenigen Raildruck, welcher sich im Mittel einstellt, wenn das Druckbegrenzungsventil öffnet. Stellt sich zum Beispiel bei Leerlauf ein Raildruck von 900 bar ein und bei Volllast ein Raildruck von 700 bar, so beträgt der mittlere Raildruck pCR(M) = 800 bar. Der mittlere Raildruck pCR(M) stellt somit eine sehr gute Näherung für den tatsächlichen Raildruck dar. Damit kann die Bestromungsdauer BD auch bei Ausfall des Rail-Drucksensors mit hinreichender Genauigkeit berechnet werden. Von Vorteil ist, dass die Brennkraftmaschine damit auch im Notbetrieb mit sehr hoher Leistung betrieben werden kann.
  • Die 10 zeigt ein Zeitdiagramm. Die 10 besteht aus den Teildiagrammen 10A bis 10D. Diese zeigen jeweils über der Zeit: das Signal SD in 10A, den Soll-Strom i(SL) in 10B, den Ist-Raildruck pCR(IST) in 10C und den Druck pINJ als Eingangsgröße des Injektorkennfelds in 10D. Zum Zeitpunkt t1 tritt der Defekt des Rail-Drucksensors auf, das heißt, das Signal SD wird auf den Wert 1 gesetzt. Mit Erkennen des Defekts wird der Soll-Strom i(SL) vom ursprünglichen Wert i(SL) = 1.5 A auf den Wert i(SL) = 0 A gesetzt. Im unbestromten Zustand ist die Saugdrossel voll geöffnet, so dass die Hochdruckpumpe die maximal mögliche Kraftstoffmenge fördert. Dies bewirkt, dass der Ist-Raildruck pCR(IST) vom Druckniveau zum Zeitpunkt t1 (pCR(IST) = 2000 bar) sukzessive so lange ansteigt bis der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils erreicht ist. Der Öffnungsdruck beträgt hier 2400 bar (10C). Hat das Druckbegrenzungsventil geöffnet, fällt der Ist-Raildruck pCR(IST) ab und pendelt sich auf einem Druckniveau zwischen 700 bar und 900 bar ein. Ebenfalls zum Zeitpunkt t1 wird die Eingangsgröße pINJ des Injektorkennfelds vom Ist-Raildruck pCR(IST) zum Zeitpunkt t1, hier: pCR(IST) = 2000 bar, auf den mittleren Raildruck pCR(M), hier: 800 bar, umgeschaltet. Siehe 10D.
  • In der 11 ist ein Programm-Ablaufplan eines Unterprogramms dargestellt, welcher zur Ausführungsform nach den 2 bis 4 korrespondiert. Bei S1 wird geprüft, ob der Rail-Drucksensor defekt ist. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S1: nein, wird der Programmteil mit den Schritten S2 bis S6 durchlaufen. Anderenfalls wird der Notbetrieb aktiviert. Wurde bei S1 die Fehlerfreiheit des Rail-Drucksensors festgestellt, so wird bei S2 aus der Regelabweichung des Raildrucks über den Druckregler der Regler-Volumenstrom VR als Stellgröße berechnet. Bei S3 wird der Soll-Verbrauch VVb aus der Soll-Einspritzmenge und der Motordrehzahl bestimmt und anschließend bei S4 über Summenbildung der unbegrenzte Soll-Volumenstrom Vu berechnet. Danach wird dieser bei S5 in Abhängigkeit der Motordrehzahl begrenzt und als Soll-Volumenstrom V(SL) gesetzt. Über die Pumpen-Kennlinie wird dem Soll-Volumenstrom V(SL) ein Soll-Strom i(SL) zugeordnet, S6, aus welchem dann ein PWM-Signal zur Ansteuerung der Saugdrossel berechnet wird, S7. Danach wird das Unterprogramm beendet. Wurde bei S1 ein defekter Rail-Drucksensor festgestellt, so wird in den Notbetrieb gewechselt, indem bei S8 der Soll-Strom i(SL) auf den Soll-Notlaufstrom iN(SL), zum Beispiel iN(SL) = 0 A, gesetzt wird. Danach wird bei S7 das PWM-Signal aus dem Soll-Notlaufstrom iN(SL) berechnet und das Unterprogramm beendet. In der 11 ist gestrichelt als Schritt S8A die Alternative eingezeichnet, bei welcher das PWM-Signal auf den PWM-Notlaufwert PWMNL gesetzt wird. Zu dieser Alternative korrespondiert die 4.
  • In der 12 ist ein Programm-Ablaufplan eines Unterprogramms dargestellt, welcher zur Ausführungsform nach den 5 und 7 korrespondiert. Bei S1 wird geprüft, ob der Rail-Drucksensor defekt ist. Ist dies nicht der Fall, Abfrageergebnis S1: nein, wird der Programmteil mit den Schritten S2 bis S6 durchlaufen. Anderenfalls wird der Notbetrieb aktiviert. Die Schritte S2 bis S6 entsprechen den Schritten S2 bis S6 der 11, also dem Normalbetrieb, so dass das dort Gesagte auch hier gilt. Wurde bei S1 ein defekter Rail-Drucksensor festgestellt, Abfrageergebnis S1: ja, dann wird bei S8 ein Leckage-Volumenstrom VLKG in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge Q(SL) und der Motordrehzahl nMOT über ein Leckagekennfeld berechnet. Im Anschluss wird bei S9 der Soll-Verbrauch VVb bestimmt und der unbegrenzte Soll-Volumenstrom Vu aus der Summe des Leckage-Volumenstroms VLKG und des Soll-Verbrauchs VVb berechnet, S10. Bei S11 wird dieser in Abhängigkeit der Motordrehzahl begrenzt und als Soll-Volumenstrom V(SL) gesetzt. Anschließend wird bei S12 der Soll-Strom i(SL) über die Grenzkurve berechnet und hieraus das PWM-Signal zur Ansteuerung der Saugdrossel festgelegt, S7. Danach wird das Unterprogramm beendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Kraftstofftank
    3
    Niederdruckpumpe
    4
    Saugdrossel
    5
    Hochdruckpumpe
    6
    Rail
    7
    Injektor
    8
    Einzelspeicher (optional)
    9
    Rail-Drucksensor
    10
    elektronisches Steuergerät (ECU)
    11
    Druckbegrenzungsventil, passiv
    12
    Raildruck-Regelkreis
    13
    Filter
    14
    Druckregler
    15
    Begrenzung
    16
    Pumpen-Kennlinie
    17
    Funktionsblock
    18
    Berechnung PWM-Signal
    19
    Einheit (Saugdrossel mit Hochdruckpumpe)
    20
    Strom-Regelkreis
    21
    Filter
    22
    Grenzkurve
    23
    Leckage-Kennfeld
    24
    Kennlinie
    25
    Kennlinie
    26
    Injektorkennfeld
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 10157641 A1 [0004, 0033]
    • DE 102004061474 A1 [0028]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine (1), bei dem im Normalbetrieb der Raildruck (pCR) geregelt wird und bei dem mit Erkennen eines defekten Rail-Drucksensors (9) vom Normalbetrieb auf einen Notbetrieb gewechselt wird, wobei im Notbetrieb der Raildruck (pCR) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Notbetrieb der Raildruck (pCR) sukzessiv bis zum Ansprechen eines passiven Druckbegrenzungsventils (11) erhöht wird, welches im geöffneten Zustand Kraftstoff aus dem Rail (6) in den Kraftstofftank (2) absteuert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Notbetrieb der Raildruck (pCR) erhöht wird, indem eine niederdruckseitige Saugdrossel (4) als Druckstellglied in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Soll-Strom (i(SL)) als Ansteuersignal der Saugdrossel (4) auf einen Soll-Notlaufstrom (iN(SL)) gesetzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein PWM-Signal (PWM) als Ansteuersignal der Saugdrossel (4) auf einen PWM-Notlaufwert (PMWNL) gesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorausgegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb der Soll-Strom (i(SL)) als Ansteuersignal der Saugdrossel (4) über eine Pumpen-Kennlinie (16) und im Notbetrieb der Soll-Strom (i(SL)) über eine Grenzkurve (22) bestimmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Notbetrieb der Soll-Strom (i(SL)) über die Grenzkurve (22) zumindest in Abhängigkeit eines Sollverbrauchs (VVb) von Kraftstoff bestimmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Notbetrieb der Soll-Strom (i(SL)) über die Grenzkurve (22) in Abhängigkeit eines Leckage-Volumenstroms (VLKG) bestimmt wird, welcher über ein Leckage-Kennfeld (23) in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge (Q(SL)) und der Motordrehzahl (nMOT) berechnet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Notbetrieb der Raildruck (pCR) erhöht wird, indem eine Hochdruckpumpe auf Maximalförderung gesetzt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Notbetrieb die Bestromungsdauer (BD) eines Injektors (7) in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge (Q(SL)) und eines mittleren Raildrucks (pCR(M)) bestimmt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Raildruck (pCR(M)) als Konstantwert vorgegeben wird.
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