DE102010028799B4

DE102010028799B4 - Verfahren zum Betreiben einer Einspritzanlage

Info

Publication number: DE102010028799B4
Application number: DE102010028799.7A
Authority: DE
Inventors: Tino Kersten; Michael Schueller; Lars Reichelt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: DE102010028799A1; ITMI20110764A1; FR2959777B1; FR2959777A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Einspritzanlage (302) eines Verbrennungsmotors, die zur Bereitstellung von Kraftstoff ausgebildet ist und eine Pumpe sowie eine Zumesseinheit (308) aufweist, bei dem ein erforderlicher Sollstrom des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit (308) mit einem Pumpenmodell der Pumpe (310) berechnet wird, wobei das Pumpenmodell eine Kennlinie der Pumpe (310) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Pumpenmodell ein Zulaufdruck des Kraftstoffs zu der Pumpe (310) berücksichtigt wird und ein Querschnitt einer Öffnung der Zumesseinheit (308) berechnet und in den erforderlichen Sollstrom des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit (308) konvertiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors und eine Anordnung zum Betreiben einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors.
Stand der Technik
In einem Kraftfahrzeug kommt zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennkammern des Motors eine Einspritzanlage zum Einsatz, die zur Durchführung von sogenannten Common-Rail- bzw. Speichereinspritzungen ausgebildet sein kann. Hierbei sind verschiedene Betriebsparameter, die u. a. Zustände des Kraftstoffs bei einer Einspritzung beschreiben, zu berücksichtigen. Derartige Betriebsparameter können mit Modellen bestimmt werden
Hierzu wird typischerweise Software mit geeigneter Struktur verwendet, die dazu geeignet ist, eine notwendigen ZME-Sollstrom (MeUn_iSet) und somit einen Sollstrom des Kraftstoffs durch eine Zumesseinheit über eine gespeicherte Pumpenkennlinie in Abhängigkeit eines erforderlichen Volumenstroms (MeUn_dVoISet) des Kraftstoffs zu ermitteln. Die verwendete Pumpenkennlinie entspricht üblicherweise einer mittleren Kennlinie, die bspw. unter Berücksichtigung folgender Betriebsparameter als Randbedingungen ermittelt wird:

- einem relativen konstanten Zulaufdruck der Hochdruckpumpe (HDP) von 3,7 bar,
- einem relativen Rücklaufdruck von 0,2 bar,
- einer Pumpendrehzahl von 2000 U/min,
- einem Raildruck von 500 bar und
- einer Kraftstofftemperatur von 40°C.

Ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine ist aus der Druckschrift DE 10 2006 033 486 A1 bekannt. Hierbei wird zur Regelung eines Ist-Werts des Kraftstoffdrucks eines Kraftstoffsystems ein Betriebsparameter verwendet, wobei eine Fördermenge einer Kraftstoffpumpe anhand eines hydraulischen Modells der Kraftstoffpumpe ermittelt wird. Außerdem wird eine Drehzahl der Kraftstoffpumpe anhand eines elektromechanischen Modells der Kraftstoffpumpe ermittelt.
Eine Regeleinrichtung zur Regelung der Förderdauer eines Einspritzventils ist Gegenstand der Druckschrift DE 10 2005 055 953 A1 . Hierbei wird als Fördergröße eine erste Sollgröße der Förderdauer anhand eines Modells einer Pumpe, hier einer Elektrokraftstoffpumpe, sowie einer Hochdruckpumpe ermittelt. Es ist weiterhin vorgesehen, eine Soll-Förderdauer einem Pumpenmodell zu entnehmen, in das als Parameter eine Drehzahl einer Brennkraftmaschine sowie eine Temperatur und eine geforderte Einspritzmenge eingehen.
Die Druckschrift DE 199 51 410 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Variation eines von einer Niederdruckpumpe erzeugten und an einer Hochdruckpumpe anliegenden Vordrucks. Bei diesem Verfahren wird eine Kraftstofftemperatur als ein zu berücksichtigender Betriebsparameter anhand eines physikalischen Modells der Hochdruckpumpe in Abhängigkeit von der Temperatur der Hochdruckpumpe und bestimmter Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine abgeschätzt.
Ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine ist Gegenstand der Druckschrift DE 44 46 277 B4 . Dabei wird eine elektrische Kraftstoffpumpe, deren Förderleistung abhängig von Betriebsgrößen steuer- oder regelbar ist, und ein Kraftstoffzumesssystem mit Einspritzventilen verwendet. Der Kraftstoffdruck und die Kraftstoff-Durchflussmenge werden ausgehend von einer Spannung und einem Strom der elektrischen Kraftstoffpumpe von einer Elektronik ermittelt. Außerdem werden von einem Beobachter ermittelte Größen über ein Pumpenmodell ausgewertet und davon ausgehend von einem Steuergerät ein Korrekturwert für den Druck gebildet.
Aus der Druckschrift DE 10 2008 055 931 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors, die zur Bereitstellung von Kraftstoff ausgebildet ist. Die Anlage weist eine Pumpe sowie eine als Dreiwegeventil ausgeführte Zumesseinheit auf, bei dem ein erforderlicher Sollstrom des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit mit einem Pumpenmodell der Pumpe berechnet wird.
Aus der Druckschrift DE 10 2008 043 127 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben einer verhältnismäßig einfach aufgebauten Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors bekannt. Dies weist bspw. einen Kraftstofftank, eine elektrische Kraftstoffpumpe und Einspritzventile auf. Zudem ist ein einfaches Modell des Kraftstoffversorgungssystems offenbart.
Aus der nachveröffentlichten DE 10 2008 054 630 A1 ist eine Regeleinrichtung einer Einspritzanlage eines Verbrennungsmotors bekannt, die eine Vorförderpumpe, eine Zumesseinheit und eine Kraftstoffhochdruckpumpe aufweist. Mittels eines Modells wird das Einspritzsystem geregelt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
Mit diesem Verfahren ist es üblicherweise möglich, ein Pumpenmodell zur Berechnung eines für eine Einspritzung notwendigen ZME-Sollstroms, d. h. einen Sollstrom eines einzuspritzenden Kraftstoffs durch eine Zumesseinheit (ZME), bereitzustellen. Dabei handelt es sich um den Strom, mit dem die Zumesseinheit einer zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor ausgebildeten Einspritzanlage den benötigten Kraftstoff zumisst bzw. dosiert und somit für Einspritzungen bereitstellt.
Mit einer sogenannten Streckenbeschreibung der Pumpe, in der Regel einer Hochdruckpumpe, können für Pumpenmodelle bspw. Strömungseigenschaften des Kraftstoffs berücksichtigt werden. Bei einer möglichen Ausführung der Erfindung ergibt sich für den Fall, dass ein von einem Raildruckregler ermittelter Volumenstrom (Rail_dVoIMeUnSet) des Kraftstoffs näher an einem physikalisch notwendigen Bedarf liegt. Bei Vorliegen einer unzureichenden Streckenbeschreibung der Pumpe kann ein geeigneter Durchfluss des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit von dem Raildruckregler nicht mehr über den Volumenstrom kompensiert werden. Der Raildruckregler wird bei einer Ausgestaltung von der Anpassung der Pumpenkennlinie im Betrieb entlastet und kann somit den physikalisch notwendigen Volumenbedarf an Kraftstoff einer Hochdruckanordnung bzw. eines Hochdrucksystems bereitstellen.
Das im Rahmen des Verfahrens verwendete Pumpenmodell wird zur Berechnung des für die Einspritzung notwendigen Volumenstroms des Kraftstoffs verwendet. Dabei wird mit dem Pumpenmodell der Volumenstrom, der durch die Zumesseinheit fließt, berechnet. Mit dem Verfahren ist es auch möglich, den Einfluss eines variablen Zulaufdrucks zur Hochdruckpumpe zu berücksichtigen.
Bei geregelten Niederdruckanordnungen bzw. Niederdrucksystemen für Einspritzanlagen kann in der Regel eine Variation des absoluten Zulaufdrucks des Kraftstoffs zu der Hochdruckpumpe von ca. 3 bar bis ca. 7 bar berücksichtigt werden. Der Zulaufdruck zur Hochdruckpumpe bestimmt typischerweise die Fördermenge der Hochdruckpumpe und somit den notwendigen ZME-Sollstrom (MeUn_iSet). Mit dem Verfahren kann der notwendige ZME-Sollstrom (MeUn_iSet) über das Pumpenmodell physikalisch genau berechnet werden. Die physikalischen Betriebs- bzw. Einflussparameter, bspw. der Pumpenzulaufdruck, der Raildruck, die Drehzahl sowie der gewünschte Volumenstrom, die als Parameter die Pumpenkennlinie beeinflussen, werden im Pumpenmodell berücksichtigt.
Mit dem Pumpenmodell kann der ZME-Sollstrom anhand der Eingangsgrößen, wie typischerweise dem Zulaufdruck (FTP_Actl), einem Sollwert für den Durchfluss des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit (MeUn_dVoISet), einem Sollwert für den Raildruck (Rail_pSetPoint) des Kraftstoffs, der Drehzahl (Epm_nEng) des Motors, der ZME-Sollstrom (MeUn_iSetModel) und eine entsprechende Stellwertbegrenzung (Rail_dVolMeUnCtlUpLimModel) des Rails bzw. einer Speichereinspritzkammer berechnet werden.
Zusätzlich wird der Volumenstrom (HPUn_dVolRail) des Kraftstoffs, der durch die Zumesseinheit fließt, berechnet. Die Berechnung basiert auf dem Ansatz, dass das Verhalten der Zumesseinheit anhand einer Drosselkurve beschrieben wird. Hierbei wird als Hilfsgröße ein ZME-Querschnitt (A_ZME) bzw. ein Querschnitt einer Öffnung der Zumesseinheit berechnet und in den notwendigen ZME-Sollstrom konvertiert.
Für den ZME-Querschnitt gilt: $A_ZME = Q_ZME/ (Wurzel (2 * deltap/roh) * (1-QLeck/Qgeo)),$
dabei ist

A_ZME der Öffnungsquerschnitt der Zumesseinheit,
Q_ZME der notwendige Volumenstrom des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit und (QLeck/Qgeo) der Flächenfaktor der Öffnung der Zumesseinheit ist.

Üblicherweise entspricht ein Volumenstrom Q = dV/dt einer zeitlichen Änderung des Volumens durch einen Querschnitt, hier dem Querschnitt A der Zumesseinheit. In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich der Volumenstrom aus dem Produkt Q = c A, wobei c die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs ist. Außerdem wird als notwendiger bzw. erforderlicher Sollstrom durch die Zumesseinheit der Massenstrom dm/dt des Kraftstoffs berücksichtigt. Dieser Massenstrom dm/dt und somit der Sollstrom ergibt sich durch dm/dt = ρ Q und somit dem Produkt aus der Dichte ρ und dem Volumenstrom des Kraftstoffs.
Mit dem im Rahmen der Erfindung verwendeten Pumpenmodell (HPUn_PmpMod) werden üblicherweise die Zustände der Hochdruckpumpe, wie Pumpenfüllung und Volumenstrom, durch Verwendung physikalischer und geometrischer Größen und daraus die Begrenzung des Soll-Volumenstroms wie der Soll-Öffnungsquerschnitt der ZME, aufgrund dessen der Soll-Volumenstrom eingestellt wird, bestimmt. Zusätzlich wird ein Volumenstrom durch die ZME ausgegeben und der Pumpenfüllungsgrad angezeigt.
Eine mögliche Berechnung der einzelnen Größen kann in zwei Teile gegliedert werden. In einem ersten Teil wird die obere Stellwertbegrenzung für Druckregelung der Zumesseinheit aus dem Pumpenmodell berechnet. In einem zweiten Teil werden der Soll-Öffnungsquerschnitt der ZME inklusive des Volumenstroms durch die ZME sowie der Pumpenfüllungsgrad berechnet.
Die Begrenzung des zulässigen Soll-Volumenstroms (MeUn_dVoISet) kann in einer Ausführungsform der Erfindung aufgrund zweier Größen erfolgen. So kann der Volumenstrom (Rail_dVolMeUnCtlUpLimCalc), der bei maximaler Füllung der Pumpe auftritt, als Begrenzung verwendet werden. Ebenso kann der Volumenstrom durch die ZME (Rail_dVolMeUnCtlUpLimMax), der aufgrund des aktuellen Zulaufdrucks (FTP_Actl) und des maximalen ZME Öffnungsquerschnitts (HPUn_sqrMeUnMax_C) darstellbar ist, die begrenzende Größe sein. Deswegen wird aus dem Minimum der beiden Größen das Limit (Rail_dVolMeUnCtlUpLimModel) des Soll-Volumenstroms bestimmt.
Der abhängig vom Zulaufdruck maximal mögliche Durchfluss (Rail_dVolMeUnCtlUpLimMax) durch die ZME kann aus dem Produkt des maximalen geometrischen Öffnungsquerschnitts (HPUn_sqrMeUnMax_C) der ZME und der Durchflussgeschwindigkeit (HPUn_facFlow) des Kraftstoffs an der ZME, die sich aufgrund des Zulaufdrucks (HPUn_plnMod_mp) einstellt, ermittelt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird ein in die Berechnung der Durchflussgeschwindigkeit eingehender Zulaufdruck auf einem Messpunkt (HPUn_plnMod_mp) angezeigt. Das zugehörige Signal durchläuft anschließend einen Tiefpassfilter („LowpassT“) mit der Filterkonstanten (HPUn_pPT1ti_C). Initialisiert wird der Tiefpassfilter mit einer Applikationsgröße. Vom gefilterten Zulaufdruck (HPUn_plnModFlt_mp) wird der Saugdruck (HPUn_pSuction_C) an der ZME abgezogen und die Differenz mit 2 multipliziert und durch die Kraftstoffdichte geteilt. Dadurch wird das Quadrat der Durchflussgeschwindigkeit bereitgestellt.
Durch die Wurzel wird letztendlich die tatsächliche Durchflussgeschwindigkeit an der ZME (HPUn_facFlow_mp) ermittelt.
Zur Berechnung des Volumenstroms bei maximaler Füllung (Rail_dVolMeUnCtlUpLimCalc) der Pumpe kann der geometrische Volumenstrom (HPUn_dVolActGeo_mp) mit einem Toleranzvorhaltfaktor (Melln_rPmpFillMax_C) beaufschlagt werden. Um den geometrischen Volumenstrom (HPUn_dVolActgeo_mp) zu berechnen, also den Volumenstrom bei maximaler Füllung der Pumpe ohne Sicherheitsfaktor, kann die Drehzahl (Epm_nEng) des Verbrennungsmotors, die nach unten auf ein Minimum (HPUn_nMinPmpMod_C) begrenzt ist, mit dem Übersetzungsverhältnis der Pumpe (HPUn_rTransCrS) und dem Volumen der Pumpe (HPUn_VolPmp) multipliziert werden. Zum Normieren der Größen ist eine Division durch 60 vorgesehen.
Zusätzlich kann die obere Grenze des Öffnungsquerschnitts (MeUn_sqrLimMax_mp) der ZME bestimmt werden. Diese entspricht entweder dem maximalen geometrischen Öffnungsquerschnitt (HPUn_sqrMeUnMax_C) der ZME oder dem maximalen Querschnitt bei maximaler Füllung der Pumpe und dem aktuellen Zulaufdruck. In der Regel wird der kleinere Wert für den maximalen Öffnungsquerschnitt verwendet.
Der Soll-Öffnungsquerschnitt (MeUn_sqrCalcLim) der ZME kann auf Werte zwischen der oberen Grenze (MeUn_sqrLimMax_mp) und dem minimalen geometrischen Öffnungsquerschnitt der ZME (MeUn_sqrMeUnMin_C), der appliziert werden kann, eingeschränkt werden. Um den unlimitierten Soll-Öffnungsquerschnitt (MeUn_sqrCalcUnLim_mp) zu berechnen, wird der Soll-Volumenstrom (MeUn_dVolSet) durch die flächenkorrigierte Durchflussgeschwindigkeit (HPUn_facsqrCalc_mp) geteilt. Dieser ergibt sich aus der Durchflussgeschwindigkeit (HPUn_facFlow_mp) an der ZME, die mit dem Flächenfaktor (HPUn_facLeak_mp) durch Multiplikation korrigiert wird. Zur Berechnung des Flächenfaktors wird von 1 der Quotient aus dem Leckagevolumenstrom (HPUn_dVolLeak_mp) und dem geometrischen Volumenstrom (HPUn_dVolActGeo_mp) abgezogen. Die Abhängigkeit des Leckagevolumenstrom (HPUn_dVolLeak_mp) von der Pumpendrehzahl, d. h. der Motordrehzahl (Epm_nEng) multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis (HPUn_rTransCrS) und dem Raildruck (Rail_pSetPoint) wird über das Kennfeld (HPUn_dVolPmpLeak_MAP) des Pumpenmodells abgebildet bzw. berechnet.
Neben dem Soll-Öffnungsquerschnitt der ZME werden der Gesamtvolumenstrom (HPUn_dVolRail) durch die ZME und der Füllungsgrad (HPUn_rFill_mp) der Pumpe bestimmt. Der Gesamtvolumenstrom (HPUn_dVolRail) wird aus dem Produkt des Soll-Öffnungsquerschnitts (MeUn_sqrCalcLim) der ZME mit der Durchflussgeschwindigkeit (HPUn_facFlow_mp) an der ZME berechnet. Der Füllungsgrad (HPUn_rFill_mp) der Pumpe ist das Verhältnis aus dem Gesamtvolumenstrom durch die ZME (HPUn_dVolRail) zum maximal möglichen Volumenstrom. Dies ist der maximal mögliche Volumenstrom bei maximaler Füllung (HPUn_dVolActGeo_mp) der Pumpe oder der in Abhängigkeit vom Zulaufdruck maximal mögliche Durchfluss (Rail_dVolMeUnCtlUpLimMax) durch die ZME, abhängig davon, welches der kleinere Wert ist.
Die Stellwertbegrenzungen werden in der Regel permanent betriebsbegleitend berechnet, da die obere Stellwertbegrenzung sowohl im gesteuerten als auch im geregelten Betrieb der Einspritzanlage benötigt wird.
Als untere Stellwertbegrenzung findet der Wert (Rail_dVolMeUnCtlLoLim_C) Verwendung. Ist der Status für die Verwendung der Größen aus dem Pumpenmodell deaktiviert (HPUn_stGetPmpModVal == FALSE), wird die obere Stellwertbegrenzung dagegen aus drehzahlabhängigen Kennlinien gebildet und auf dem Messpunkt (Rail_dVolUpLimMeUnCtl_mp) angezeigt. Die Kennlinien stellen die maximale Fördermenge der Hochdruckpumpe über der Drehzahl (Epm_nEng) dar. Über die Applikationskonstante (Rail_stMeUnCtlUpLimRiseActv_C) kann die Umschaltung zwischen (Rail_dVolMeUnCtlUpLim_CUR) und (Rail_dVolMeUnCtlUpLimRise_CUR) abhängig von der Drehzahldifferenz (Epm_nEngDiff) freigegeben werden. Ist die über ein PT1-Glied gefilterte Drehzahldifferenz (Epm_nEngDiff) mit der Zeitkonstanten (Rail_tiEngDiffPT1_C) größer als ein Schwellwert (Rail_nEngDiffThres_C), erfolgt die Umschaltung auf die Kennlinie (Rail_dVolMeUnCtlUpLimRise_CUR). Sollen hingegen die Größen aus dem Pumpenmodell zur Anwendung kommen (HPUn_stGetPmpModVal == TRUE), wird die obere Stellwertbegrenzung (Rail_dVolMeUnCtlUpLimModel bzw. HPUn_dVolUpLimPmpMod_mp) aus dem Pumpenmodell direkt angewandt.
Im Falle eines Fehlers in der Hochdruckregelung (DINH_stFld.Fld_RailMeUnCtlUpLim.5 == 0) wird auf den Festwert (Rail_dVolMeUn_CtlUpLim_C) für die Stellwertbegrenzung umgeschaltet. Durch diese Umschaltung kann im Fehlerfall die maximal zulässige Fördermenge drehzahlunabhängig eingestellt werden.
Während der Startphase des Motors (CoEng_st == COENG_READY () (0x01) oder COENG_CRANKING () (0x02)) werden zur Stellwertbegrenzung die Werte (Rail_pPCVCtlLoLimStrt_C) und (Rail_pPCVCtlUpLimStrt_C) verwendet. Im Normalbetrieb sind die Begrenzungswerte (Rail_pPCVCtlLoLim_C) und (Rail_pPCVClose_mp) wirksam. Im Falle eines Fehlers in der Hochdruckregelung (DINH_stFld.Fld_Rail-PCVCtlUpLim.5 == 0) wird die obere Stellwertbegrenzung auf den Wert (Rail_pPCVCtlUpLim_C) umgeschaltet. Durch diese Umschaltung kann der maximal zulässige Stellerstrom und damit die maximale Stellerkraft im Fehlerfall raildruckunabhängig genutzt werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist dazu ausgebildet, sämtliche Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei können einzelne Schritte dieses Verfahrens auch von einzelnen Komponenten der Anordnung durchgeführt werden. Weiterhin können Funktionen der Anordnung oder Funktionen von einzelnen Komponenten der Anordnung als Schritte des Verfahrens umgesetzt werden. Außerdem ist es möglich, dass Schritte des Verfahrens als Funktionen wenigstens einer Komponente der Anordnung oder der gesamten Anordnung realisiert werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figurenliste

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein Flussdiagramm eines Pumpenmodells für eine Einspritzanlage, wie es bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
2 zeigt ein Beispiel zur Berechnung eines Pumpenvolumens, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnet wird.
3 zeigt ein Diagramm zur Berechnung eines Durchfluss- bzw. Fließfaktors, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird.
4 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anordnung.

Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Das in 1 gezeigte Diagramm zeigt eine Umsetzung eines Pumpenmodells, das mit dem Werkzeug ASCET, das für eine modellbasierte Entwicklung eingebetteter Automobilsoftware vorgesehen ist, bereitgestellt ist. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es mit diesem Pumpenmodell möglich, eine Begrenzung eines Parameters „HPUn_sqrMeUnMax_C“ 2 für einen maximalen Öffnungsquerschnitt der Zumesseinheit und eines Parameters „MeUn_sqrMeUnMin_C“ 6 für einen minimalen Öffnungsquerschnitt der Zumesseinheit zu applizieren.
In der beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Parameter „HPUn_sqrMeUnMax_C“ 2 für den maximalen Öffnungsquerschnitt der Zumesseinheit, ein Parameter „MeUn_rPmpFillMax_C“ 4 als Toleranzfaktor für eine maximale Füllung der Pumpe, der Parameter „MeUn_sqrMeUnMin_C“ 6 für den minimalen Öffnungsquerschnitt der Zumesseinheit, ein Parameter „MeUn_dVolSet“ 8 für einen Sollwert des Volumenstroms bzw. Durchflusses des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit von der Raildruckregelung, ein Parameter „HPUn_factorOne_C“ 12 für einen Betriebsfaktor der Pumpe, ein Parameter „Rail_pSetPoint“ 14 für einen Raildruck, ein Parameter „Epm_nEng“ 16 für eine Drehzahl des Verbrennungsmotors, ein Parameter „HPUn_rTansCrS“ 18 für ein Übersetzungsverhältnis der Pumpe zur Kurbelwelle, ein Parameter „HPUn_nModEpmnMin_C“ 24 für eine minimale Drehzahl der Pumpe, ein Parameter „FTP_Sensor_State“ 32 für einen Sensorzustand, ein Parameter „HPUn_swplnMod_C“ 34 zur Anpassung an das Pumpenmodell, ein Parameter „FTP_Actl“ 36 für eine aktuelle Eingangsgröße des Zulaufdrucks, ein Parameter „FTP_Req“ 38 für eine geforderte Eingangsgröße des Zulaufdrucks, und ein Parameter „FTP_Default_C“ 40 für einen voreingestellten Wert bereitgestellt.
In weiteren Schritten des Verfahrens ist vorgesehen, dass aus dem Parameter „Melln_dVolSet“ 8 für den Sollwert des Volumenstroms bzw. des Durchflusses des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit von der Raildruckregelung ein Parameter „Melln_dVolSet_mp“ 10 für einen angepassten Sollwert des Volumenstroms abgeleitet wird. Außerdem werden der Parameter „Epm_nEng“ 16 für die Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Parameter „HPUn_rTansCrS“ 18 für das Übersetzungsverhältnis der Pumpe zu der Kurbelwelle miteinander multipliziert und ein sich ergebendes Produkt gemeinsam mit dem Parameter „Rail_pSetPoint“ 14 für den Raildruck dem Kennfeld „HPUn_dVolPmpLeak_MAP“ 20 zur Berechnung des Leckagevolumenstroms zugeführt und daraus wiederum ein Parameter „HPUn_dVolLeak_mp“ 22 für den Leckagevolumenstrom ermittelt.
Im Rahmen eines Verfahrensschritts 31 „FTP_Sensor_State_V2 (AGK Größe)“ zur Festlegung eines Sensorzustands als Größe einer AGK-Funktion, für den ein erstes, zweites oder drittes Bit auf einen Defaultwert und somit einen voreingestellten Wert gesetzt wird, werden der Parameter „HPUn_nModEpmnMin_C“ 24 für die minimale Drehzahl der Pumpe und der Parameter „Epm_nEng“ 16 für die Drehzahl des Verbrennungsmotors nach einem Abgleich 27 der Funktion „PumpVolume“ 28 zur Bestimmung des Pumpenvolumens zugeführt und daraus der Parameter „HPUn_dVolActGeo_mp“ 30 für einen Geometrie- und/oder Flächenfaktor des Volumenstroms durch die Pumpe berechnet.
In einem weiteren Verfahrensschritt „FTP_Actl and FTP_Req“ 41 zur Verarbeitung einer aktuellen und einer geforderten Eingangsgröße des Zulaufdrucks als AGK-Werte der AGK-Funktion werden der Parameter „HPUn_swplnMod_C“ 34 zur Anpassung an das Pumpenmodell, der Parameter „FTP_Actl“ 36 für die aktuelle Eingangsgröße des Zulaufdrucks und der Parameter „FTP_Req“ 38 für die geforderte Eingangsgröße des Zulaufdrucks bei einer Zwischenberechnung 39 verarbeitet. Ein sich dabei ergebendes Ergebnis wird gemeinsam mit dem Parameter „FTP_Sensor_State“ 32 für den Sensorzustand und dem Parameter „FTP_Default_C“ 40 für den voreingestellten Wert einer weiteren Berechnung 43 zugeführt. Für ein sich daraus ergebendes Ergebnis wird eine Funktion „Flowfactor“ 42 zur Bestimmung eines Fließfaktors angewandt und dabei der Parameter „HPUn_facFlow_mp“ 44 für den Fließfaktor, üblicherweise für die Durchflussgeschwindigkeit, ermittelt.
Im weiteren Verlauf des Verfahrens erfolgt in einem Verfahrensschritt eine Bereitstellung der Formel „A= (dVol)/(WURZEL(2*dP*1/830))*(1-QLeck/QGeo)*36/100“ 49 zur Berechnung des Querschnitts der Zumesseinheit u. a. eine Berechnung eines Parameter „Melln_sqrFillMax_mp“ 50 für eine maximale Füllung des Öffnungsquerschnitts der Zumesseinheit. Der Parameter „Melln_sqrFillMax_mp“ 50 für die maximale Füllung des Öffnungsquerschnitts der Zumesseinheit wird durch Bildung des Quotienten aus dem Parameter „HPUn_dVolActGeo_mp“ 30 für den Geometrie- und/oder Flächenfaktor des Volumenstroms durch die Pumpe durch den Parameter „HPUn_facFlow_mp“ 44 für den Fließfaktor gebildet. In dem selben Verfahrensschritt 49 werden der Parameter „MeUn_rPmpFillMax_C“ 4 für die maximale Füllung der Pumpe und der Parameter „Melln_sqrFillMax_mp“ 50 für die maximale Füllung des Öffnungsquerschnitts der Zumesseinheit miteinander multipliziert und gemeinsam mit dem Parameter „HPUn_sqrMeUnMax_C“ 2 für den maximalen Öffnungsquerschnitt der Zumesseinheit einer Berechnung 45 zugeführt, aus der als Ergebnis der Parameter „MeUn_sqrLimMax_mp“ 46 für einen Grenzwert des maximalen Öffnungsquerschnitts der Zumesseinheit bereitgestellt wird.
Außerdem erfolgt eine Division des Parameters „HPUn_dVolLeak_mp“ 22 für den Leckagevolumenstrom durch den Parameter „HPUn_dVolActGeo_mp“ 30 für den Geometrie- und/oder Flächenfaktor des Volumenstroms durch die Pumpe, wobei ein dabei gebildeter Quotient von dem Parameter „HPUn_factorOne_C“ 12 für den Betriebsfaktor der Pumpe abgezogen wird. Als Ergebnis hieraus wird der Parameter „HPUn_facLeak_mp“ 54 für einen Flächenfaktor im Rail bereitgestellt.
Weiterhin wird der Parameter „HPUn_facLeak_mp“ 54 für den Flächenfaktor im Rail mit Parameter „HPUn_facFlow_mp“ 44 für den Fließfaktor multipliziert, wobei ein Parameter „HPUn_facsqrCalc_mp“ 52 für die flächenkorrigierte Durchflussgeschwindigkeit ermittelt wird.
Ein Parameter „MeUn_sqrCalcUnLim_mp“ 48 für einen berechneten Grenzwert des Öffnungsquerschnitts der Zumesseinheit wird als Quotient einer Division des Parameters „Melln_dVolSet_mp“ 10 für einen angepassten Sollwert des Volumenstroms durch einen Parameter „HPUn_facsqrCalc_mp“ 52 als flächenkorrigierte Durchflussgeschwindigkeit für einen berechneten Öffnungsquerschnitt der Pumpe gebildet.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden der Parameter „MeUn_sqrMeUnMin_C“ 6 für einen minimalen Öffnungsquerschnitt der Zumesseinheit, der Parameter „MeUn_sqrLimMax_mp“ 46 für einen Grenzwert des maximalen Öffnungsquerschnitts der Zumesseinheit und der Parameter „MeUn_sqrCalcUnLim_mp“ 48 für einen berechneten Grenzwert des unlimitierten Öffnungsquerschnitts der Zumesseinheit einer Kennlinie „Limit“ 56 für einen Grenzwert des Öffnungsquerschnitts der Zumesseinheit zugeführt und berechnet, wobei als Ergebnis der Parameter „MeUn_sqrCalcLim“ 58 für einen abgeglichenen Öffnungsquerschnitt, in der Regel den Soll-Öffnungsquerschnitt der ZME, gebildet wird. Außerdem wird der Parameter „Melln_sqrCalcLim“ 58 für den abgeglichenen Öffnungsquerschnitt der ZME der Funktion „MeUn_sqr2l_CUR“ 60 zur Berechnung des Öffnungsquerschnitts der Pumpe zugeführt, wobei ein Parameter „MeUn_iSetModel“ 62 für den Sollstrom des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit berechnet wird.
Der Parameter „HPUn_facsqrCalc_mp“ 52 für den berechneten Öffnungsquerschnitt der Pumpe und der Parameter „MeUn_sqrCalcLim“ 58 für den abgeglichenen Öffnungsquerschnitt der ZME werden miteinander multipliziert, woraus sich als Produkt ein Parameter „HPUn_dVolRailCalc_mp“ 64 für einen berechneten Volumenstrom, bei dem es sich um den Gesamtvolumenstrom handeln kann, durch das Rail bzw. einer Speichereinspritzkammer ergibt.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Parameter „HPUn_dVolActGeo_mp“ 30 für den Geometrie- und/oder Flächenfaktor des Volumenstroms durch die Pumpe und der Parameter „HPUn_dVolRailCalc_mp“ 64 für den berechneten Volumenstrom durch das Rail bzw. einer Speichereinspritzkammer bei einer Berechnung 65 miteinander verknüpft werden, wobei als Produkt ein Parameter „HPUn_dVolRail“ 66 für einen Volumenstrom durch das Rail gebildet wird.
Außerdem wird aus dem Parameter „HPUn_dVolActGeo_mp“ 30 für den Geometrie- und/oder Flächenfaktor des Volumenstroms durch die Pumpe ein Parameter „Rail_dVolMellnCalcGeo_mp“ 70 für einen Geometrie- und/oder Flächenfaktor des Volumenstroms durch das Rail abgeleitet.
Es ist außerdem vorgesehen, dass der Parameter „HPUn_sqrMeUnMax_C“ 2 für einen maximalen Öffnungsquerschnitt der Zumesseinheit mit dem Parameter „HPUn_facFlow_mp“ 44 für den Fließfaktor multipliziert und ein sich dabei ergebendes Produkt mit dem Parameter „HPUn_dVolActGeo_mp“ 30 für den Geometrie- und/oder Flächenfaktor des Volumenstroms durch die Pumpe einer Berechnung 67 zugeführt werden. Weiterhin wird aus dem Ergebnis dieser Berechnung 67 und dem Parameter „HPUn_dVolRail“ 66 für einen Volumenstrom durch das Rail durch Division ein Parameter „HPUn_rFill_mp“ 68 für einen Füllungsgrad der Pumpe ermittelt.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden der Parameter „MeUn_rPmpFillMax_C“ 4 für eine maximale Füllung der Pumpe und der Parameter „Melln_sqrFillMax_mp“ 50 für eine maximale Füllung des Öffnungsquerschnitts der Zumesseinheit miteinander multipliziert und ein sich daraus ergebendes Produkt mit dem Parameter „HPUn_facFlow_mp“ 44 für den Fließfaktor multipliziert, woraus dann ein Parameter „Rail_dVoLMeUnCtlUpLimCalc_mp“ 74, für einen Volumenstrom bei einem maximal möglichen Durchfluss, der bei maximaler Füllung der Pumpe auftritt, für eine berechnete Stellwertbegrenzung des Rails nach dem Pumpenmodell bereitgestellt wird.
Aus einem Produkt von dem Parameter „HPUn_sqrMeUnMax_C“ 2 für den maximalen Öffnungsquerschnitt der Zumesseinheit und dem Parameter „HPUn_facFlow_mp“ 44 für den Fließfaktor wird als Ergebnis ein Parameter „Rail_dVolMeUnCtlUpLimMax_mp“ 76 für einen Volumenstrom für eine maximale Stellwertbegrenzung des Rails nach dem Pumpenmodell bereitgestellt.
Der Parameter „Rail_dVoLMellnCtlUpLimCalc_mp“ 74 für einen Volumenstrom für die berechnete Stellwertbegrenzung des Rails nach dem Pumpenmodell und der Parameter „Rail_dVolMeUnCtlUpLimMax_mp“ 76 für die maximale Stellwertbegrenzung des Rails nach dem Pumpenmodell werden einer weiteren Berechnung 71 zugeführt, woraus als Ergebnis ein Parameter „Rail_dVolMeUnCtlUpLimModel“ 72 für eine obere Stellwertbegrenzung des Rails nach dem Pumpenmodell als Limit des Soll-Volumenstroms berechnet wird.
Das in 2 dargestellte Diagramm zur Berechnung eines geometrischen Fördervolumens 98 der Hochdruckpumpe ist ebenfalls mit Hilfe des Werkzeugs ASCET bereitgestellt. Dabei werden eine Eingangsgröße 100 mit einem Parameter „HPUn_rTransCRS_C“ 102 für ein Übersetzungsverhältnis der Pumpe zur Kurbelwelle mit einem Parameter „HPUn_volPmp_C“ 104 für ein Volumen der Pumpe multipliziert. Ein sich daraus ergebendes Produkt wird durch einen Parameter „HPUn_facrpmtosec_C“ 106 für eine Drehzahl der Pumpe geteilt, wobei ein sich dabei ergebender Quotient eine Ausgangsgröße ist.
Das in 3 dargestellte, ebenfalls auf ASCET basierende Diagramm zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem eine alternative Bestimmung des Fließfaktors „HPUn_facFlow_mp“ 198 erfolgt.
Hierbei wird aus einer gemessenen Eingangsgröße 200 ein Parameter „HPUn_plnMod_mp“ 202 als Zulaufdruck bzw. für einen Druck des Kraftstoffs in der Pumpe nach dem Pumpenmodell abgeleitet. Dieser Parameter „HPUn_plnMod_mp“ 202 für den Druck des Kraftstoffs in der Pumpe nach dem Pumpenmodell und ein Parameter „HPUn_pPT1ti_C“ 204 als Filterkonstante für eine Abhängigkeit des Drucks des Kraftstoffs von der Temperatur werden einem Tiefpass „LowpassT“ 206 der Temperatur zugeführt, wobei daraus ein Parameter „HPUn_plnModFlt_mp“ 208 für einen Eingangsdruck berechnet wird. Dabei kann dieser Parameter „HPUn_plnModFlt_mp“ 208 für den Eingangsdruck, typischerweise einen Saugdruck, in weiteren Rekursionen erneut dem Tiefpass „LowpassT“ 206 für die Temperatur zugeführt und noch genauer berechnet werden.
Weiterhin wird dem Parameter „HPUn_plnModFlt_mp“ 208 für einen Eingangsdruck ein Parameter „HPUn_pSuction_C“ 210 als Saugdruck für eine Absaugung des Kraftstoffs abgezogen und eine sich daraus ergebende Differenz mit einem Parameter „HPUn_UnitbartoNpermm_C“ 212 für einen ersten Betriebsfaktor der Pumpe multipliziert. Ein sich daraus ergebendes Produkt wird weiterhin mit einem Parameter „HPUn_factorOne_C“ 214 für einen zweiten Betriebsfaktor der Pumpe multipliziert und ein Zwischenprodukt gebildet. Ein Parameter „FuelT_t“ 216 für eine Temperatur des Kraftstoffs wird durch eine Funktion „FISys_rho_CUR“ 218 zur Anpassung der Temperatur berechnet. Das beschriebene Zwischenprodukt wird durch ein Ergebnis der Funktion „FISys_rho_CUR“ 218 zur Anpassung der Temperatur geteilt, wobei ein Zwischenwert 220 gebildet wird.
Im Rahmen eines Verfahrensschritts „Wurzel2dP/Dichte-Kraftstoff“ 226 zur Berechnung der Wurzel wird der Zwischenwert 220 mit der Funktion „HPUn_Root_CUR“ 222 zum Ziehen der Wurzel berechnet. Ein sich dabei ergebendes Ergebnis wird mit einem Parameter „HPUn_Unittomm_C“ 224 für einen dritten Betriebsfaktor der Pumpe multipliziert und daraus als Ausgangsgröße der Fließfaktor 198 des Kraftstoffs gebildet.
Die in 4 schematisch dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung 300 zum Betreiben einer Einspritzanlage 302 eines Verbrennungsmotors umfasst ein Steuergerät 304, das zum Kontrollieren und somit zum Steuern und/oder zum Regeln von Sollwerten 306 für Betriebsparametern der Einspritzanlage 302 ausgebildet ist. Diese Einspritzanlage 302 umfasst u. a. eine Zumesseinheit 308 und eine Pumpe 310.
Hierbei werden Istwerte 312 der Betriebsparameter der Einspritzanlage 302 betriebsbegleitend ermittelt und zur Berechnung an das Steuergerät 304 übermittelt. Die Sollwerte 306 der Betriebsparameter werden auf Grundlage der Istwerte 312 über unterschiedliche Modelle, die auch ein Pumpenmodell für die Pumpe 310 der Einspritzanlage 302 umfassen und in dem Steuergerät 304 abgelegt sind, berechnet.
Mit dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 300 kann eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Einspritzanlage 302 des Verbrennungsmotors durchgeführt werden. Dabei wird ein erforderlicher Sollstrom des Kraftstoffs durch eine Zumesseinheit 308 als Istwert 312 mit dem Pumpenmodell berechnet. Außerdem wird ein Querschnitt einer Öffnung der Zumesseinheit 308 berechnet und in den erforderlichen Sollstrom des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit 308 konvertiert. Als weitere Istwerte 312 können mit dem Pumpenmodell ein Zulaufdruck des Kraftstoffs zu der Pumpe, ein Raildruck des Kraftstoffs in der Einspritzanlage und/oder eine Drehzahl des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Einspritzanlage (302) eines Verbrennungsmotors, die zur Bereitstellung von Kraftstoff ausgebildet ist und eine Pumpe sowie eine Zumesseinheit (308) aufweist, bei dem ein erforderlicher Sollstrom des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit (308) mit einem Pumpenmodell der Pumpe (310) berechnet wird, wobei das Pumpenmodell eine Kennlinie der Pumpe (310) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Pumpenmodell ein Zulaufdruck des Kraftstoffs zu der Pumpe (310) berücksichtigt wird und ein Querschnitt einer Öffnung der Zumesseinheit (308) berechnet und in den erforderlichen Sollstrom des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit (308) konvertiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mit dem Pumpenmodell ein Raildruck des Kraftstoffs in der Einspritzanlage (302) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mit dem Pumpenmodell eine Drehzahl des Verbrennungsmotors berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der ermittelte Sollstrom durch die Zumesseinheit von einem Raildruckregler der Einspritzanlage (302) eingestellt wird.
Anordnung zum Betreiben einer Einspritzanlage (302) eines Verbrennungsmotors, die zur Bereitstellung von Kraftstoff ausgebildet ist und eine Pumpe (310) sowie eine Zumesseinheit (308) aufweist, wobei die Anordnung (300) ein Steuergerät (304) aufweist, das dazu ausgebildet ist, einen erforderlichen Sollstrom des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit (308) mit einem Pumpenmodell der Pumpe (310) zu berechnen, wobei das Pumpenmodell eine Kennlinie der Pumpe (310) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenmodell ausgebildet ist einen Zulaufdruck des Kraftstoffs zu der Pumpe (310) zu berücksichtigen und ausgebildet ist, um einen Querschnitt einer Öffnung der Zumesseinheit (308) zu berechnen und in den erforderlichen Sollstrom des Kraftstoffs durch die Zumesseinheit (308) zu konvertieren.
Anordnung nach Anspruch 5, bei der das Steuergerät (304) dazu ausgebildet ist, Betriebsparameter der Einspritzanlage (302) zu erfassen und aus den erfassten Betriebsparametern mit dem Pumpenmodell Sollwerte (306) für Betriebsparameter für den weiteren Betrieb der Einspritzanlage (302) bereitzustellen.