DE102009051390B4 - Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine (1) mit einem eigenständigen A-seitigen und einem eigenständigen B-seitigen Common-Railsystem, bei dem im Normalbetrieb in jedem Common-Railsystem der Raildruck (pCR(A), pCR(B)) über eine niederdruckseitige Saugdrossel (4A, 4B) als erstes Druckstellglied in einem Raildruck-Regelkreis (12A, 12B) geregelt wird sowie gleichzeitig der Raildruck (pCR(A), pCR(B)) über ein hochdruckseitiges Druckregelventil (11A, 11B) als zweites Druckstellglied mit einer Raildruck-Störgröße beaufschlagt wird, indem über das hochdruckseitige Druckregelventil (11A, 11B) ein Druckregelventil-Volumenstrom (VDRV(A), VDRV(B)) aus dem Rail (6A, 6B) in einen Kraftstofftank (2) abgesteuert wird, bei dem ein erster Notbetrieb (NB1(A), NB1(B)) für das betroffene Common-Railsystem gesetzt wird, wenn in diesem Common-Railsystem ein defekter Rail-Drucksensor (8A, 8B) sowie ein nicht defektes Druckregelventil (11A, 11B) erkannt wird, ein zweiter Notbetrieb (NB2(A), NB2(B)) für das betroffene Common-Railsystem gesetzt wird, wenn in diesem Common-Railsystem ein defekter Rail-Drucksensor (8A, 8B) sowie gleichzeitig ein defektes Druckregelventil (11A, 11B) erkannt wird, und bei dem für das andere, fehlerfreie Common-Railsystem weiterhin der Normalbetrieb gesetzt bleibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine mit einem eigenständigen A-seitigen und einem eigenständigen B-seitigen Common-Railsystem, bei dem im Normalbetrieb in jedem Common-Railsystem der Raildruck über eine niederdruckseitige Saugdrossel als erstes Druckstellglied in einem Raildruck-Regelkreis geregelt wird und gleichzeitig der Raildruck über ein hochdruckseitiges Druckregelventil als zweites Druckstellglied mit einer Raildruck-Störgröße beaufschlagt wird, indem über das hochdruckseitige Druckregelventil ein Druckregelventil-Volumenstrom aus dem Rail in einen Kraftstofftank abgesteuert 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 im Rückkopplungszweig zur Berechnung des Ist-Raildrucks aus den Rohwerten des Raildrucks. Berechnet wird die Regelabweichung aus dem Soll-Raildruck zum Ist-Raildruck. Die Regelstrecke umfasst das Druckstellglied, das Rail und die Injektoren zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine. So zeigt beispielweise die DE 103 30 466 B3 ein entsprechendes Common-Railsystem, bei dem der Druckregler über das Stellsignal auf eine niederdruckseitig angeordnete Saugdrossel zugreift. Über die Saugdrossel wiederum wird der Zulaufquerschnitt zur Hochdruckpumpe und damit das geförderte Kraftstoffvolumen festgelegt.
  • Aus der DE 10 2006 040 441 B3 ist ein Common-Railsystem mit Druckregelung bekannt, bei dem als Schutzmaßnahme vor einem zu hohen Raildruck, zum Beispiel nach einem Kabelbruch in der Stromzuführung zur Saugdrossel, ein passives Druckbegrenzungsventil vorgesehen ist. 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 10 2007 034 317 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem eigenständigen A-seitigen und einem eigenständigen B-seitigen Common-Railsystem bekannt, welche identisch aufgebaut sind. Die beiden Common-Railsysteme sind hydraulisch voneinander entkoppelt und erlauben daher eine unabhängige Regelung des A-seitigen sowie B-seitigen Raildrucks. Über die getrennte Regelung werden die Druckschwankungen in den Rails verringert. Eine korrekte Raildruck-Regelung setzt einen fehlerfrei arbeitenden Rail-Drucksensor voraus. Der Ausfall eines Rail-Drucksensors oder beider Rail-Drucksensoren verursacht bei dem angegebenen System einen nicht definierten Zustand der Druckregelung und kann einen kritischen Zustand der Brennkraftmaschine bewirken, da keine Fehlerabsicherung aufgezeigt ist.
  • Aus der DE 101 57 641 A1 ist eine Common-Railsystem mit einer Saugdrossel als einzigem Druckstellglied bekannt, bei dem mit Erkennen eines defekten Rail-Drucksensor vom Normal- auf einen Notbetrieb gewechselt wird. Damit der Übergang sicherer ist, wird mit Ende des Normalbetriebs dem Raildruckregler eine Übergangsfunktion vorgegeben. Ermittelt wird diese Übergangsfunktion zuvor im Normalbetrieb aus dem zeitlichen Verlauf der Regelabweichung.
  • Aus der DE 197 57 594 A1 ist ein Common-Railsystem mit einer niederdruckseitigen Saugdrossel als erstem Druckstellglied und einem hochdruckseitigen Druckregelventil als zweitem Druckstellglied bekannt. Das Druckregelventil wird auf Funktionssicherheit überwacht. Hierzu werden eine periodische Änderung im Förderstrom zum Rail und die daraus resultierende Änderung der Stellgröße des Druckregelventils korreliert und auf Grundlage des festgestellten Zusammenhangs eine Funktionsdiagnose des Druckregelventils vorgenommen.
  • Aus der DE 43 35 171 C1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem A-seitigen und einem B-seitigen Common-Railsystem bekannt, bei der jedes Rail einen eigenen Rail-Drucksensor hat. Bei Druckabfall in einem der beiden Rails wird das davon betroffene Rail abgeschaltet, zum Beispiel über eine Magnetventil oder über eine abschaltbare Hochdruckpumpe.
  • Die DE 196 51 671 A1 beschreibt ein Common-Railsystem, bei dem die Hochdruckpumpe den Kraftstoff in ein Verteilerelement fördert. Vom Verteilerelement zweigen ein erstes und ein zweites Rail ab. Innerhalb des Verteilerelements sind zwei federbelastete Schließkolben angeordnet, welche nach Auftreten von Störungen, zum Beispiel Leckage, das jeweilige Rail mechanisch stillsetzen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine mit einem eigenständigen A-seitigen und einem eigenständigen B-seitigen Common-Railsystem nebst passivem Druckbegrenzungsventil und Druckregelventil die Regelung des Raildrucks sicherer zu gestalten.
  • 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.
  • Wurde beispielsweise im A-seitigen Common-Railsystem ein defekter A-seitiger Rail-Drucksensor und ein nicht defektes Druckregelventil erkannt, so wird für das A-seitige Common-Railsystem ein erster Notbetrieb gesetzt, während für das fehlerfreie B-seitige Common-Railsystem weiterhin der Normalbetrieb gesetzt bleibt. Im ersten Notbetrieb werden im A-seitigen Common-Railsystem das A-seitige Druckregelventil und die A-seitige Saugdrossel in Abhängigkeit derselben Vorgabegröße angesteuert. Fallen im A-seitigen Common-Railsystem der Rail-Drucksensor und zusätzlich das Druckregelventil aus, so wird für das A-seitige Common-Railsystem ein zweiter Notbetrieb gesetzt. Im zweiten Notbetrieb wird dann im A-seitigen Common-Railsystem die Saugdrossel in der Art angesteuert, dass sich der Raildruck sukzessiv bis zum Ansprechen des passiven Druckbegrenzungsventils erhöht. Ist das A-seitige Common-Railsystem fehlerfrei und treten die Fehler im B-seitigen Common-Railsystem auf, wird in analoger Weise vorgegangen.
  • Im Normalbetrieb wird die Bestromungsdauer der Injektoren über ein Injektorkennfeld in Abhängigkeit einer Soll-Einspritzmenge und des Ist-Raildrucks berechnet. Hierbei wird vom A-seitigen Ist-Raildruck in Abhängigkeit der Zündfolge auf den B-seitigen Ist-Raildruck als Eingangsgröße des Injektorkennfelds umgeschaltet. Wird nun der erste Notbetrieb für das A-seitige Common-Railsystem bei fehlerfreiem B-seitigen Common-Railsystem gesetzt, so wird anstelle des A-seitigen Ist-Raildrucks ein Soll-Kennfeldraildruck verwendet. Mit Setzen des ersten Notbetriebs für das B-seitige Common-Railsystem und fehlerfreiem A-seitigen Common-Railsystem wird anstelle des B-seitigen Ist-Raildrucks der Soll-Kennfeldraildruck als Eingangsgröße verwendet. Mit Setzen des zweiten Notbetriebs für das A-seitige Common-Railsystem wird ein Raildruck-Mittelwert als Eingangsgröße für das Injektorkennfeld gesetzt. Der Raildruck-Mittelwert wird zum Beispiel auf 800 bar festgesetzt. Dieser Druckwert entspricht dem Mittelwert desjenigen Druckbereichs, welcher sich bei geöffnetem passiven Druckbegrenzungsventil einstellt.
  • Im ersten Notbetrieb kann mithilfe des Druckregelventils der Raildruck noch mit hinreichender Näherung eingestellt werden. Da in diesem Fall auch die Bestromungsdauer der Injektoren mit hoher Genauigkeit berechnet wird, ist der Beitrag des betroffenen Rails zur Motorleistung, bei unwesentlich höheren Emissionswerten, maximal. Das Druckregelventil ermöglicht damit eine Redundanz bei Ausfall des Rail-Drucksensors. Im zweiten Notbetrieb kann durch das Absteuern des Kraftstoffs über das passive Druckbegrenzungsventil immer noch ein stabiler Motorbetrieb dargestellt werden. Es liegt daher eine doppelte Redundanz vor.
  • In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
  • 1 ein Systemschaubild,
  • 2 die Raildruck-Regelkreise,
  • 3 den A-seitigen Raildruck-Regelkreis mit Steuerung des Druckregelventils,
  • 4 die Raildruck-Regelkreise mit einem Injektorkennfeld,
  • 5 eine erste Tabelle und
  • 6 eine zweite Tabelle.
  • Die 1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten Brennkraftmaschine 1 in V-Anordnung mit einem eigenständigen Common-Railsystem auf der A-Seite und einem eigenständigen Common-Railsystem auf der B-Seite. Das A-seitige und das B-seitige Common-Railsystem sind identisch aufgebaut und hydraulisch voneinander getrennt. In der weiteren Beschreibung sind die Komponenten der A-Seite bei den Bezugszeichen mit dem Zusatz A gekennzeichnet und die Komponenten der B-Seite bei den Bezugszeichen mit dem Zusatz B gekennzeichnet.
  • Das Common-Railsystem auf der A-Seite umfasst als mechanische Komponenten eine Niederdruckpumpe 3A zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 2, eine niederdruckseitig angeordnete Saugdrossel 4A als erstes Druckstellglied zur Beeinflussung des Volumenstroms, eine Hochdruckpumpe 5A, ein Rail 6A und Injektoren 7A zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1. Optional kann das Common-Railsystem auch mit Einzelspeichern ausgeführt sein, wobei dann zum Beispiel im Injektor 7A ein Einzelspeicher als zusätzliches Puffervolumen integriert ist. Als Schutz vor einem unzulässig hohen Druckniveau im Rail 6A ist ein passives Druckbegrenzungsventil 9A vorgesehen, welches zum Beispiel bei einem Raildruck von 2400 bar öffnet und im geöffneten Zustand den Kraftstoff aus dem Rail 6A in den Kraftstofftank 2 absteuert. Ergänzt wird das A-seitige Common-Railsystem durch ein elektrisch ansteuerbares Druckregelventil 11A, über welches ein einstellbarer Volumenstrom in den Tank abgesteuert wird. Dieser Volumenstrom wird im weiteren Text als Druckregelventil-Volumenstrom bezeichnet.
  • Gesteuert wird die Brennkraftmaschine 1 über ein elektronisches Motorsteuergerät 10 (ECU), welches die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM) beinhaltet. 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 als Eingangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 10 exemplarisch ein A-seitiger Raildruck pCR(A), ein B-seitiger Raildruck pCR(B) und eine Größe EIN dargestellt. Der A-seitige Raildruck pCR(A) wird durch einen A-seitigen Rail-Drucksensor 8A und der B-seitige Raildruck pCR(B) durch einen B-seitigen Rail-Drucksensor 8B erfasst. Die Größe EIN steht stellvertretend für die weiteren Eingangssignale, beispielsweise für eine Motordrehzahl oder für einen Leistungswunsch des Bedieners. Die dargestellten Ausgangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 10 sind ein PWM-Signal PWMSD(A) zur Ansteuerung der A-seitigen Saugdrossel 4A, ein leistungsbestimmendes Signal ve(A) zur Ansteuerung der A-seitigen Injektoren 7A, ein PWM-Signal PWMSD(B) zur Ansteuerung der B-seitigen Saugdrossel 4B, ein leistungsbestimmendes Signal ve(B) zur Ansteuerung der B-seitigen Injektoren 7B, ein PWM-Signal PWMDV(A) zur Ansteuerung des A-seitigen Druckregelventils 11A, ein PWM-Signal PWMDV(B) zur Ansteuerung des B-seitigen Druckregelventils 11B und eine Größe AUS. Letztere steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise ein Stellsignal zur Ansteuerung eines AGR-Ventils. Kennzeichnendes Merkmal der dargestellten Ausführungsform ist die voneinander unabhängige Regelung des A-seitigen Raildrucks pCR(A) vom B-seitigen Raildruck pCR(B).
  • Die 2 zeigt den A-seitigen Raildruck-Regelkreis 12A zur Regelung des A-seitigen Raildrucks pCR(A) und den B-seitigen Raildruck-Regelkreis 12B. Der A-seitige Raildruck-Regelkreis und der B-seitige Raildruck-Regelkreis sind identisch aufgebaut, sodass die Beschreibung des A-seitigen Raildruck-Regelkreises 12A auch für den B-seitigen Raildruck-Regelkreis gilt.
  • Die Eingangsgrößen des A-seitigen Raildruck-Regelkreises 12A sind: ein Soll-Raildruck pSL, ein Soli-Verbrauch VVb, eine Raildruck-Störgröße VSTG(A), die Motordrehzahl nMOT, ein Signal NB1(A), ein Signal NB2(A), ein Notbetriebsstromwert iNB und eine Größe E1. Unter der Größe E1 sind eine PWM-Grundfrequenz, die Batteriespannung und der ohmsche Widerstand der Saugdrosselspule mit Zuleitung zusammengefasst, welche in die Berechnung des PWM-Signals mit eingehen. Das Signal NB1(A) entspricht dem ersten Notbetrieb, welcher bei einem defekten A-seitigen Rail-Drucksensor und nicht defektem A-seitigen Druckregelventil des A-seitigen Common-Railsystems gesetzt wird. Das Signal NB2(A) entspricht dem zweiten Notbetrieb, welcher bei einem defekten A-seitigen Rail-Drucksensor und gleichzeitig defektem A-seitigen Druckregelventil des A-seitigen Common-Railsystems gesetzt wird. Die Ausgangsgröße des A-seitigen Raildruck-Regelkreises 12A ist der Rohwert des A-seitigen Raildrucks pCR(A). Die weitere Beschreibung erfolgt zunächst für den Normalbetrieb, bei dem die Schalter S1A und S2A sich in der Stellung 1 befinden.
  • Aus den Rohwerten des Raildrucks pCR(A) wird mittels eines Filters 13A der Ist-Raildruck pIST(A) berechnet. Ebenfalls aus den Rohwerten des Raildrucks pCR(A) wird über ein Filter 18A ein dynamischer Raildruck pDYN(A) berechnet, welcher in die Berechnung der Ansteuergröße des Druckregelventils mit eingeht. Das Filter 18A besitzt einen geringeren Phasenverzug als das Filter 13A. An einem Summationspunkt A wird dann der Ist-Raildruck pIST(A) mit dem Soll-Raildruck pSL verglichen, woraus eine Regelabweichung ep(A) resultiert. Aus der Regelabweichung ep(A) berechnet ein Druckregler 14A seine Stellgröße, welche einem Regler-Volumenstrom VR(A) mit der physikalischen Einheit Liter/Minute entspricht. Zum Regler-Volumenstrom VR(A) werden an einem Summationspunkt B der berechnete Soll-Verbrauch VVb und die Raildruck-Störgröße VSTG(A) addiert. Berechnet wird der Soll-Verbrauch VVb in Abhängigkeit einer Soll-Einspritzmenge und der Motordrehzahl (3). Die Raildruck-Störgröße VSTG(A) ist im Normalbetrieb null (VSTG(A) = 0 Liter/Minute). Das Ergebnis der Addition entspricht einem unbegrenzten A-seitigen Soll-Volumenstrom VSLu(A), welcher die Eingangsgröße eines Funktionsblocks 15A ist. Im Funktionsblock 15A sind eine Begrenzung und eine Pumpen-Kennlinie zusammengefasst. Über die Begrenzung wird der unbegrenzte Soll-Volumenstrom VSLu(A) in Abhängigkeit der Motordrehzahl nMOT limitiert und über die Pumpen-Kennlinie ein elektrischer Strom iKL(A) berechnet. Die Pumpen-Kennlinie ist in der Form ausgeführt, dass einem zunehmenden Soll-Volumenstrom ein abnehmender Strom iKL(A) zugeordnet wird. Da im Normalbetrieb der Schalter S2A sich in der Stellung 1 befindet, entspricht der Soll-Strom SL(A) dem über den Funktionsblock 15A berechneten Strom iKL(A). Der Soll-Strom iSL(A) ist eine Eingangsgroße der Berechnung PWM-Signal 16A. Über die Berechnung 16A wird in Abhängigkeit des Soll-Stroms iSL(A) ein PWM-Signal PWMSD(A) berechnet, mit welchem dann die Magnetspule der A-seitigen Saugdrossel angesteuert wird. Dadurch wird der Weg des Magnetkerns verändert, wodurch der Förderstrom der A-seitigen Hochdruckpumpe frei beeinflusst wird. Aus Sicherheitsgründen ist die A-seitige Saugdrossel stromlos offen und wird mit zunehmendem PWM-Wert in Richtung der Schließstellung beaufschlagt. Die A-seitige Saugdrossel, die A-seitige Hochdruckpumpe und das A-seitige Rail sind in der Einheit 17A zusammengefasst. Der Ansteuerung der A-seitigen Saugdrossel kann ein Strom-Regelkreis unterlagert sein, bei welchem der Saugdrosselstrom als Regelgröße erfasst wird. Der von der Hochdruckpumpe im A-seitigen Rail erzeugte A-seitige Raildruck pCR(A) wird dann über den A-seitigen Rail-Drucksensor erfasst. Damit ist der A-seitige Raildruck-Regelkreis geschlossen.
  • Wird nun ein defekter A-seitiger Rail-Drucksensor (1: 8A) erkannt, so ist eine korrekte Berechnung der Regelabweichung ep(A) und des Regler-Volumenstroms VR(A) nicht mehr möglich. Es wird daher der erste Notbetrieb für das A-seitige Common-Railsystem gesetzt, wenn gleichzeitig das A-seitige Druckregelventil nicht defekt ist. Die weitere Erklärung erfolgt gemeinsam mit der 5, in welcher die Schalterstellungen für die einzelnen Betriebszustände dargestellt sind. Im ersten Notbetrieb NB1(A) des A-seitigen Common-Railsystems wird der Schalter S1A von der Stellung 1 in die Stellung 2 umgesteuert, während der Schalter S2A unverändert in der Stellung 1 verbleibt. In der Stellung 2 des Schalters S1A ist der Druckregler 14A nicht mehr bestimmend. Am Ausgang des Schalters S1A liegt nunmehr entweder der Wert null (0 Liter/Minute) oder optional – wie dargestellt – der Wert eines Leckagevolumenstroms VLKG an. Berechnet wird dieser über ein Leckage-Kennfeld 19 in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge QSL und der Motordrehzahl nMOT. Die Soll-Einspritzmenge QSL wiederum kann entweder über ein Kennfeld in Abhängigkeit des Leistungswunsches berechnet werden oder entspricht der Stellgröße eines Drehzahlreglers. Im ersten Notbetrieb NB1(A) berechnet sich der unbegrenzte Soll-Volumenstrom VSLu(A) aus der Summe von Ausgangswert des Schalters S1A, dem Soll-Verbrauch VVb und der Raildruck-Störgröße VSTG(A). Letztere wird im ersten Notbetrieb berechnet. Die genauere Erklärung erfolgt in Verbindung mit der 3.
  • Wird im A-seitigen Common-Railsystem ein defekter Rail-Drucksensor und gleichzeitig ein defektes Druckregelventil erkannt, so wird der zweite Notbetrieb NB2(A) gesetzt. Mit Setzen des zweiten Notbetriebs NB2(A) nimmt der Schalter S1A die Stellung 1 ein und der Schalter S2A wechselt in die Stellung 2. Siehe hierzu auch 5. In der Stellung 2 des Schalters S2A entspricht der Soll-Strom iSL(A) einem Notbetriebsstromwert iNB. Der Notbetriebsstromwert iNB wird hierbei so gewählt, dass es zuverlässig zu einem Öffnen des passiven Druckbegrenzungsventils, hier: des A-seitigen Druckbegrenzungsventils (1: 9A) kommt. Wird die A-seitige Saugdrossel – wie zuvor beschrieben – in negativer Logik angesteuert, so wird als Notbetriebsstromwert ein Konstantwert, zum Beispiel iNB = 0 A, ausgegeben. Da nunmehr die A-seitige Saugdrossel vollständig geöffnet ist, erhöht sich der A-seitige Raildruck pCR(A) sukzessive, bis das A-seitige Druckbegrenzungsventil anspricht. Öffnet das A-seitige Druckbegrenzungsventil, so stellt sich im A-seitigen Rail ein Raildruck pCR(A) ein, welcher vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängig ist. Im Leerlauf zum Beispiel pCR(A) = 900 bar und bei Volllast pCR(A) = 700 bar. Im Mittel also ein Raildruck von 800 bar. Dieser mittlere Raildruck ist eine sehr gute Näherung für den Notbetrieb. Ein Öffnen des passiven A-seitigen Druckbegrenzungsventils kann aber auch dann hervorgerufen werden, wenn der Notbetriebsstromwert iNB auf einen etwas größeren Wert, zum Beispiel iNB = 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.
  • Wird im B-seitigen Common-Railsystem ein defekter Rail-Drucksensor und ein nicht defektes Druckregelventil erkannt, so wird der erste Notbetrieb NB1(B) für das B-seitige Common-Railsystem gesetzt, d. h., der Schalter S1B wechselt in die Stellung 2. Bei gleichzeitig defektem B-seitigen Rail-Drucksensor und B-seitigem Druckregelventil wird dann der zweite Notbetrieb NB2(B) für das B-seitige Common-Railsystem gesetzt, indem der Schalter S1B in die Stellung 1 und der Schalter S2B in die Stellung 2 umgesteuert wird. Siehe hierzu ebenfalls die 5.
  • In der 3 ist als Blockschaltbild der A-seitige Raildruck-Regelkreis 12A mit einer Steuerung 20A dargestellt. Über die Steuerung 20A wird der A-seitige Druckregelventil-Volumenstrom VDRV(A) eingestellt. Die Steuerung für das B-seitige Druckregelventil ist identisch zur Steuerung 20A, sodass die Beschreibung zur Steuerung 20A auch für die Steuerung des B-seitigen Druckregelventils gilt. Die Eingangsgrößen der Steuerung 20A sind: die Motordrehzahl nMOT, die Soll-Einspritzmenge QSL oder ein Soll-Moment MSL, der erste Notbetrieb NB1(A), die Größe E1 für die Umrechnung des PWM-Signals PWMDV(A) und eine Größe E2. Unter der Größe E2 sind der Soll-Raildruck pSL, der A-seitige Ist-Raildruck pIST(A) und der A-seitige dynamische Raildruck pDYN(A) zusammengefasst. Die Soll-Einspritzmenge QSL wird entweder über ein Kennfeld in Abhängigkeit des Leistungswunsches berechnet oder entspricht der Stellgröße eines Drehzahlreglers. Die physikalische Einheit der Soll-Einspritzmenge QSL ist mm3/Hub. Bei einer momentenbasierten Struktur wird anstelle der Soll-Einspritzmenge QSL das Soll-Moment MSL verwendet. Die Ausgangsgrößen der Steuerung 20A sind der Druckregelventil-Volumenstrom VDRV(A), der Soll-Verbrauch VVb und die Raildruck-Störgröße VSTG(A). Der Soll-Verbrauch VVb und die Raildruck-Störgröße VSTG(A) sind Eingangsgrößen des A-seitigen Raildruck-Regelkreises 12A.
  • Die weitere Beschreibung erfolgt zunächst für den Normalbetrieb, bei dem sich die Schalter S3A, S4A und S5A jeweils in der Stellung 1 befinden. Siehe hierzu ebenfalls die 5, in welcher die Schalterstellungen für die Betriebszustände dargestellt sind. Anhand der Motordrehzahl nMOT, der Soll-Einspritzmenge QSL und der Größe E2 wird über eine Berechnung 21A ein Soll-Volumenstrom VSLDV(A) für das Druckregelventil 11A berechnet. In der Berechnung 21A sind die Berechnung eines statischen Volumenstroms, eines dynamischen Volumenstroms, die Addition der beiden Volumenströme und die Begrenzung in Abhängigkeit des A-seitigen Ist-Raildrucks pIST(A) zusammengefasst. Ebenfalls anhand der Motordrehzahl nMOT und der Soll-Einspritzmenge QSL wird über die Berechnung 26 der Soll-Verbrauch VVb berechnet, welcher eine Eingangsgröße des Raildruck-Regelkreises 12A ist. Der Soll-Volumenstrom VSLDV(A) des Druckregelventils ist eine Eingangsgröße eines Druckregelventil-Kennfelds 22A. Die zweite Eingangsgröße stellt der A-seitige Ist-Raildruck pIST(A) dar, da der Schalter S5A in der Stellung 1 ist. In Abhängigkeit der beiden Eingangsgrößen wird dann ein Soll-Strom iSLDV(A) des Druckregelventils 11A berechnet und über eine PWM-Berechnung 23A in die Einschaltdauer PWMDV(A) umgerechnet, mit welcher das Druckregelventil 11A angesteuert wird. Der Umrechnung kann eine Stromregelung, Stromregelkreis 25A mit Filter 24A unterlagert sein, in welchem die Regelgröße dem sich am Druckregelventil 11A einstellenden elektrischen Strom entspricht. Das Ausgangssignal des Druckregelventils 11A entspricht dem Druckregelventil-Volumenstrom VDRV(A), also demjenigen Kraftstoffvolumenstrom, welcher aus dem A-seitigen Rail in den Kraftstofftank abgesteuert wird.
  • Wird nun ein defekter A-seitiger Rail-Drucksensor und ein nicht defektes A-seitiges Druckregelventil erkannt, so wird der erste Notbetrieb NB1(A) für das A-seitige Common-Railsystem gesetzt, wodurch die Schalter S3A, S4A und S5A in die Stellung 2 wechseln. In der Stellung 2 des Schalters S3A ist anstelle des Soll-Volumenstroms VSLDV(A) nunmehr ein Soll-Notbetriebsvolumenstrom VSLNB eine Eingangsgröße des Druckregelventil-Kennfelds 22A. Berechnet wird der Soll-Notbetriebsvolumenstrom VSLNB über ein Notbetriebskennfeld 27 in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge QSL und der Motordrehzahl nMOT. Das Notbetriebskennfeld 27 ist in der Form ausgeführt, dass im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ein Druckregelventil-Volumenstrom VDRV(A) größer null (VDRV(A) > 0 Liter/Minute) aus dem Rail in den Kraftstofftank abgesteuert wird. Unter Betriebsbereich der Brennkraftmaschine ist der Drehzahlbereich zwischen der Startdrehzahl (Leerlaufdrehzahl) bis zur Abregeldrehzahl oder zwischen einem Leerlaufmoment und einem Maximalmoment zu verstehen. Der Soll-Notbetriebsvolumenstrom VSLNB ist jetzt auch eine Eingangsgröße des Raildruck-Regelkreises 12A, da der Schalter S4A die Stellung 2 einnimmt und damit die Raildruck-Störgröße VSTG(A) dem Soll-Notbetriebsvolumenstrom VSLNB entspricht (VSTG(A) = VSLNB). Mit anderen Worten: Bei defektem A-seitigen Rail-Drucksensor und nicht defektem A-seitigen Druckregelventil ist der Soll-Notbetriebsvolumenstrom VSLNB sowohl die Vorgabegröße für das hochdruckseitig angeordnete, A-seitige Druckregelventil 11A als auch für die niederdruckseitig angeordnete, A-seitige Saugdrossel im Raildruck-Regelkreis 12A. Die zweite Eingangsgröße des Druckregelventil-Kennfelds 22A ist jetzt der Soll-Raildruck pSL, da der Schalter S5A die Stellung 2 einnimmt. Der Soll-Strom iSLDV(A) für das Druckregelventil wird über das Druckregelventil-Kennfeld 22A daher in Abhängigkeit des Soll-Raildrucks pSL und des Soll-Notbetriebsvolumenstroms VSLNB berechnet. Die Umsetzung in den Druckregelventil-Volumenstrom VDRV(A) erfolgt dann, wie zuvor beschrieben.
  • Wird im A-seitigen Common-Railsystem der zweite Notbetrieb NB2(A) gesetzt, so hat dies für die Schalter S3A, S4A und S5A keine Auswirkung. Diese verbleiben in der Stellung 2, siehe hierzu die 5.
  • Die 4 zeigt in einem Blockschaltbild den A-seitigen Raildruck-Regelkreis 12A, den B-seitigen Raildruck-Regelkreis 12B und ein Injektorkennfeld 28. Aus Gründen der Vollständigkeit ist bei dieser Darstellung nochmals die Berechnung 26 dargestellt, über welche in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge QSL und der Motordrehzahl nMOT der Soll-Verbrauch VVb für die beiden Raildruck-Regelkreise berechnet wird. Die Eingangsgrößen des Blockschaltbilds sind das Soll-Moment MSL, die Motordrehzahl nMOT, die Soll-Einspritzmenge QSL, die Zündfolge ZF, ein Druck pA und ein Druck pB. Die Ausgangsgrößen des Blockschaltbilds sind die Bestromungsdauer BD zur Ansteuerung der Injektoren, der A-seitige Raildruck pCR(A) und der B-seitige Raildruck pCR(B). Die weitere Beschreibung erfolgt gemeinsam mit der 6, in welcher die unterschiedlichen Fehlermöglichkeiten für die beiden Rail-Drucksensoren und die beiden Druckregelventile dargestellt sind.
  • Zunächst wird die Funktion des Blockschaltbilds im Normalbetrieb beschrieben, in welchem die Schalter S6A und S6B sich in der Stellung 1 befinden. Im Normalbetrieb entspricht die Führungsgröße des A-seitigen Raildruck-Regelkreises 12A dem Soll-Raildruck pSL. Die Führungsgröße des B-seitigen Raildruck-Regelkreises 12B entspricht ebenfalls dem Soll-Raildruck pSL. Der Soll-Raildruck pSL wiederum entspricht dem über das Kennfeld 29 berechneten Soll-Kennfeldraildruck pSLKF. Die Bestromungsdauer BD wird über das Injektorkennfeld 28 berechnet. Die erste Eingangsgröße ist die Soll-Einspritzmenge QSL. Die zweite Eingangsgröße ist der Druck pINJ, der wiederum je nach Stellung des Schalters S7 dem Druck pA oder pB entspricht. Umgeschaltet wird der Schalter S7 über die Zündfolge ZF. Im Normalbetrieb entspricht der Druck pA dem A-seitigen Ist-Raildruck pIST(A) und der Druck pB den B-seitigen Ist-Raildruck pIST(B). In der 6 entspricht dies der laufenden Nummer 1.
  • Wird ein defekter A-seitiger Rail-Drucksensor bei nicht defektem A-seitigen Druckregelventil erkannt, so wird der erste Notbetrieb NB1(A) für das A-seitige Common-Railsystem gesetzt. Im ersten Notbetrieb NB1(A) des A-seitigen Common-Railsystems entspricht der Druck pA für das Injektorkennfeld 28 dem Soll-Kennfeldraildruck pSLKF. Der Druck pB entspricht weiterhin dem B-seitigen Ist-Raildruck pIST(B), wenn das B-seitige Common-Railsystem fehlerfrei ist, also der B-seitige Rail-Drucksensor und das B-seitige Druckregelventil nicht defekt sind. In der 6 entspricht dies der laufenden Nummer 2. Der umgekehrte Fall ist in der 6 unter der laufenden Nummer 3 abgebildet. Sind der Rail-Drucksensor und gleichzeitig das Druckregelventil des A-seitigen Common-Railsystems defekt, so wird der zweite Notbetrieb NB2(A) für das A-seitige Common-Railsystem gesetzt. Im zweiten Notbetrieb NB2(A) wird der Druck pA für das Injektorkennfeld 28 auf den Raildruck-Mittelwert pM, zum Beispiel 800 bar, gesetzt. Da das B-seitige Common-Railsystem fehlerfrei arbeitet, entspricht der Druck pB weiterhin dem B-seitigen Ist-Raildruck pIST(B). In der 6 entspricht dies der laufenden Nummer 7. Ist das A-seitige Common-Railsystem im zweiten Notbetrieb NB2(A), stellt sich nach Öffnen des A-seitigen Druckbegrenzungsventil (1: 9A) ein Raildruck im Bereich von 700 bar bis 900 bar ein. Ist das B-seitige Common-Railsystem im Normalbetrieb, so kann dessen Raildruck pCR(B) ≈ 2000 bar betragen. Der Druckunterschied der beiden Rails kann Drehschwingungen der Brennkraftmaschine verursachen. Daher ist in einer Option vorgesehen, dass die Führungsgröße des intakten Common-Railsystems auf einen Notbetriebsraildruck pNB, zum Beispiel pNB = 1600 bar, umgeschaltet wird. Für den zuvor geschilderten Fall wird daher der Schalter S6B in die Stellung 2 umgesteuert. Siehe hierzu ebenfalls die 5, in welcher der Schalter S6B entweder die Stellung 1 beibehält oder bei Anwendung der Option in die Stellung 2 wechselt.
  • Sind beide Common-Railsysteme im zweiten Notbetrieb, so werden der Druck pA und der Druck pB für das Injektorkennfeld 28 auf den Raildruck-Mittelwert pM gesetzt. Dieser Fall ist in der 6 als laufende Nummer 16 abgebildet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Kraftstofftank
    3A, B
    Niederdruckpumpe
    4A, B
    Saugdrossel, niederdruckseitig
    5A, B
    Hochdruckpumpe
    6A, B
    Rail
    7A, B
    Injektor
    8A, B
    Rail-Drucksensor
    9A, B
    Druckbegrenzungsventil, passiv
    10
    elektronisches Steuergerät (ECU)
    11A, B
    Druckregelventil, hochdruckseitig
    12A, B
    Raildruck-Regelkreis
    13A, B
    Filter
    14A, B
    Druckregler
    15A, B
    Funktionsblock
    16A, B
    Berechnung PWM-Signal
    17A, B
    Einheit (Saugdrossel, Hochdruckpumpe und Rail)
    18A, B
    Filter
    19
    Leckage-Kennfeld
    20A, B
    Steuerung
    21A, B
    Berechnung (Soll-Volumenstrom Druckregelventil)
    22A, B
    Druckregelventil-Kennfeld
    23A, B
    Berechnung PWM-Signal
    24A, B
    Filter
    25A, B
    Stromregelkreis (Druckregelventil)
    26
    Berechnung (Soll-Verbrauch)
    27
    Notbetriebskennfeld
    28
    Injektorkennfeld
    29
    Kennfeld

Claims (9)

  1. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine (1) mit einem eigenständigen A-seitigen und einem eigenständigen B-seitigen Common-Railsystem, bei dem im Normalbetrieb in jedem Common-Railsystem der Raildruck (pCR(A), pCR(B)) über eine niederdruckseitige Saugdrossel (4A, 4B) als erstes Druckstellglied in einem Raildruck-Regelkreis (12A, 12B) geregelt wird sowie gleichzeitig der Raildruck (pCR(A), pCR(B)) über ein hochdruckseitiges Druckregelventil (11A, 11B) als zweites Druckstellglied mit einer Raildruck-Störgröße beaufschlagt wird, indem über das hochdruckseitige Druckregelventil (11A, 11B) ein Druckregelventil-Volumenstrom (VDRV(A), VDRV(B)) aus dem Rail (6A, 6B) in einen Kraftstofftank (2) abgesteuert wird, bei dem ein erster Notbetrieb (NB1(A), NB1(B)) für das betroffene Common-Railsystem gesetzt wird, wenn in diesem Common-Railsystem ein defekter Rail-Drucksensor (8A, 8B) sowie ein nicht defektes Druckregelventil (11A, 11B) erkannt wird, ein zweiter Notbetrieb (NB2(A), NB2(B)) für das betroffene Common-Railsystem gesetzt wird, wenn in diesem Common-Railsystem ein defekter Rail-Drucksensor (8A, 8B) sowie gleichzeitig ein defektes Druckregelventil (11A, 11B) erkannt wird, und bei dem für das andere, fehlerfreie Common-Railsystem weiterhin der Normalbetrieb gesetzt bleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Notbetrieb (NB1(A), NB1(B)) im betroffenen Common-Railsystem das hochdruckseitige Druckregelventil (11A, 11B) und die niederdruckseitige Saugdrossel (4A, 4B) in Abhängigkeit derselben Vorgabegröße angesteuert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabegröße einem Soll-Notbetriebsvolumenstrom (VSLNB) entspricht, welcher über ein Notbetriebskennfeld (27) in Abhängigkeit einer Soll-Einspritzmenge (QSL) und der Motordrehzahl (nMOT) berechnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Notbetriebskennfeld (27) in der Form ausgeführt wird, dass im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine (1) ein Druckregelventil-Volumenstrom (VDRV(A), VDRV(B)) aus dem Rail (6A, 6B) in den Kraftstofftank (2) abgesteuert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Notbetrieb (N62(A), NB2(B)) im betroffenen Common-Railsystem die Saugdrossel (4A, 4B) in der Art angesteuert wird, dass der Raildruck (pCR(A), pCR(B)) sukzessiv bis zum Ansprechen eines passiven Druckbegrenzungsventils (9A, 9B) erhöht wird.
  6. Verfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Normalbetrieb vom A-seitigen Ist-Raildruck (pIST(A)) in Abhängigkeit der Zündfolge (ZF) auf den B-seitigen Ist-Raildruck (pIST(B)) als Eingangsgröße eines Injektorkennfelds (28) zur Berechnung einer Bestromungsdauer (BD) des Injektors (7A, 7B) umgeschaltet wird, dass mit Setzen des ersten Notbetriebs (NB1(A)) für das A-seitige Common-Railsystem und fehlerfreiem B-seitigen Common-Railsystem anstelle des A-seitigen Ist-Raildrucks (pIST(A)) ein Soll-Kennfeldraildruck (pSLKF) als Eingangsgröße gesetzt wird und dass mit Setzen des ersten Notbetriebs (NB1(B)) für das B-seitige Common-Railsystem und fehlerfreiem A-seitigen Common-Railsystem anstelle des B-seitigen Ist-Raildrucks (pIST(B)) der Soll-Kennfeldraildruck (pSLKF) als Eingangsgröße gesetzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit Setzen des zweiten Notbetriebs (NB2(A)) für das A-seitige Common-Railsystem ein Raildruck-Mittelwert (pM) als Eingangsgröße für das Injektorkennfeld (28) gesetzt wird und mit Setzen des zweiten Notbetriebs (NB2(B)) für das B-seitige Common-Railsystem der Raildruck-Mittelwert (pM) als Eingangsgröße für das Injektorkennfeld (28) gesetzt wird.
  8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Eingangsgröße des Injektorkennfelds (28) der Soll-Einspritzmenge (QSL) entspricht, welche über einen Drehzahlregler als dessen Stellgröße berechnet wird.
  9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Einspritzmenge (QSL) einer Fahrpedalstellung entspricht.
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