DE102011076258A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Speichereinspritzung vorgestellt. Bei dem Verfahren wird mittels einer Hochdruckpumpe Kraftstoff in das Rail eingeführt, wobei die Hochdruckpumpe von einer Zumesseinheit angesteuert wird, die hierzu einen Stellwert (58) empfängt, der auf Grundlage einer Vorsteuerung (22, 24) bestimmt wird, so dass eine Steuerung der Zumesseinheit vorgenommen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Speichereinspritzung und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Stand der Technik
  • Bei Brennkraftmaschinen, bei deren Betrieb eine Speichereinspritzung, die auch als Common-Rail-Einspritzung bezeichnet wird, durchgeführt wird, werden Einspitzsysteme verwendet, bei denen eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau bringt. Der unter Druck stehende Kraftstoff befindet sich in einem Druckspeicher, der im Betrieb permanent unter Druck steht.
  • Auf diese Weise ist eine vollständige Trennung der Druckerzeugung vom Einspritzvorgang möglich, die Einspritzung erfolgt ausschließlich gesteuert durch Kennfelder, wobei der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge durch eine elektronische Motorsteuerung kontrolliert werden. Im Druckspeicher bzw. Rail befindlicher Kraftstoff wird über Einspritzventile in Brennräume eingespritzt. Um den Druck im Rail aufrechtzuerhalten, wird daher kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen Kraftstoff dem Rail über eine von einer Zumesseinheit (MPROP) angesteuerte Hochdruckpumpe zugeführt. Die Zumesseinheit erhält hierfür einen Stellwert, der auf einen Ausgangswert einer Regelung des Drucks im Druckspeicher zurückgeht, wobei die Regelung wiederum ein Signal von einem Drucksensor, der den Druck im Rail erfasst, erhält.
  • Der Druck im Rail wird somit mit dem Drucksensor bzw. Raildrucksensor überwacht bzw. geregelt, um immer den gewünschten Druck im Rail zu halten. Bei manchen Einspritzsystemen ist zusätzlich ein Druckregelventil vorgesehen, das auch eine Regelung des Drucks im Rail zulässt.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2010 0298 40 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ungewollte Druckabweichungen vermieden werden können. Dabei wird eine Veränderung des Fahrerwunsches erkannt. Als Folge der Veränderung des Fahrerwunsches wird ein Druckkorrekturwert ermittelt und ein Stellsignal, das einer Regelstrecke zugeführt wird, in Abhängigkeit des Druckkorrekturwerts verändert.
  • Bei einem Common-Rail-System mit einem Regler in dem Zumessteil (MPROP) für die Hochdruckpumpe und mit einem Rail ohne Druckregelventil kann bei einem defekten Raildrucksensor der Raildruck mit der gegenwärtig verwendeten Software nicht ausreichend genau eingestellt werden. Ein solches System bezeichnet man auch als 1-Regler-System. Ein 2-Regler-System weist einen Regler im Zumessteil und zusätzlich ein Druckregelventil auf. Folglich entspricht die Einspritzmenge, die insbesondere vom Raildruck abhängt, nicht mehr genau dem Fahrerwunsch, da der Raildruck ohne den Raildrucksensor nicht erfasst wird.
  • Bei Ausfall des Raildrucksensors ist es bei Einspritzsystemen ohne Druckregelventil daher bislang vorgesehen, den Motor abzustellen. Dies führt dazu, dass das Fahrzeug lediglich aufgrund des Ausfalls des Raildrucksensors nicht mehr betrieben werden kann. Diese Reaktion ist jedoch für viele Fahrzeughersteller nicht akzeptabel. Wird auf ein Abstellen verzichtet, muss jedoch mit einem erheblich verschlechterten Fahrverhalten gerechnet werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgestellt. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
  • Das vorgestellte Verfahren ermöglicht einen Betrieb der Brennkraftmaschine ohne Raildrucksensor, da eine Steuerung der Zumesseinheit und damit eine Steuerung der in das Rail eingeführten Kraftstoffmenge basierend auf einem Stellwert, der auf Grundlage einer Vorsteuerung ermittelt wird, durchgeführt wird.
  • Bei dem vorgestellten Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine kann in Ausgestaltung ausgehend von einem geregelten Betrieb mit Raildrucksensor bei Ausfall des Raildrucksensors zumindest eine Notfahrfunktion gewährleistet werden. Mit einer leichten Anpassung der Softwarefunktion und mit einer gelernten Korrekturfunktion kann eine wesentlich verbesserte Raildrucksteuerung ohne Raildrucksensor und somit eine Verbesserung des Fahrverhaltens erreicht werden.
  • Bei Ausfall des Raildrucksensors wird somit von einem geregelten Betrieb zu einem gesteuerten Betrieb umgeschaltet. Dies bedeutet, dass die über die Zumesseinheit in das Rail gelieferte Kraftstoffmenge nicht mehr basierend auf einem Signal des Raildrucksensors geregelt, sondern gesteuert wird. Hierzu wird ein Stellwert ermittelt, der auf Grundlage einer Vorsteuerung und ggf. unter Berücksichtigung einer adaptiven Zumesskurve (AMC: Adaptive Metering Curve) als Korrekturfunktion bestimmt wird. Im Leerlauf kann zusätzlich eine Zusatzvorsteuerung berücksichtigt werden. Dabei kann ein Leerlaufregler ein Signal abgeben, das zur Steuerung der Zumesseinheit herangezogen wird.
  • Die AMC wird typischerweise in der Zumesseinheit während des störungsfreien Betriebs gelernt und somit typischerweise auch ständig angepasst. Die AMC berücksichtigt eine Volumenstromdifferenz zwischen dem nominalen Systembedarf (nominal physikalische Vorsteuerung) und dem Stellwert der Zumesseinheit während des Regelbetriebs.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt den Ablauf einer Ausführung des beschriebenen Verfahrens.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform der beschriebenen 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.
  • In 1 ist eine Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms dargestellt. Dabei wird der Ablauf in vier Teile unterteilt, nämlich Teil A 10, Teil B 12, Teil C 14 und Teil D 16. Die Darstellung verdeutlicht die Ermittlung eines Stellwerts für die Zumesseinheit (MPROP) für den Fall, dass bei einem Ausfall des Raildrucksensors von einem geregelten Betrieb in einen gesteuerten Betrieb umgeschaltet werden muss.
  • In Teil A 10 ist ein Schalter 20 dargestellt, mit dem zwischen einer nominalen physikalischen Vorsteuerung 22 und einer minimalen physikalischen Vorsteuerung 24 umgeschaltet werden kann.
  • In Teil B 12 erfolgt eine Korrektur mit dem Lernwert einer adaptiven Zumesskurve (AMC) 30, sofern diese vorhanden ist.
  • In Teil C 14 kann eine Pumpentoleranz 40 berücksichtigt werden, insbesondere abhängig davon, ob die AMC 30 bereits gelernt werden konnte oder nicht.
  • In Teil D 16 ist ein Schalter 50 vorgesehen, der eine Zusatzvorsteuerung 52 zuschalten kann, wenn die Brennkraftmaschine sich im Leerlauf 54 befindet. Es ergibt sich an einem Ausgang 56 die Stellgröße 58 für die Steuerung der Zumesseinheit.
  • Es wurde erkannt, dass ein Weiterfahren des Kraftfahrzeugs ohne Drucksensor, in diesem Fall ohne Raildrucksensor, möglich ist, indem eine Raildrucksteuerung vorgenommen wird.
  • Dabei ergeben sich jedoch folgenden zwei Probleme:
    • 1. Das Fahrverhalten ist stark abhängig von der Systemtoleranz, das heißt der Toleranz der Steuermenge und Leckagemenge der Injektoren, der Toleranz der Einspritzmenge und der Toleranz der Pumpenkennlinie und der Steuergeräte.
    • 2. Insbesondere ist zu beachten, dass die Raildrucksteuerung im Leerlauf unzureichend ist, da der Leerlaufregler eingreift. Im normalen Betrieb findet der Raildruck einen stabilen Punkt, trotz eines integrativen Verhaltens der Steuerung der Zumesseinheit (MPROP) für die Hochdruckpumpe, weil die Einspritzmenge steigt bzw. sinkt, wenn der Raildruck im Druckspeicher bzw. Rail steigt bzw. sinkt, obwohl der Raildruck, wie das Steuergerät vermittelt, gleich bleibt. Im Leerlauf reagiert der Leerlaufregler entgegen dieser Einspritzmengenvariation.
  • Auf das erste Problem wird wie folgt reagiert:
    • 1. Die Verwendung einer physikalischen Vorsteuerung 22 oder 24 in Teil A 10.
    • 2. Die Ermittlung eines minimalen Systembedarfs, um eher zu wenig als zuviel in das Rail einzuführen. Ebenso wie die physikalische Vorsteuerung aus einem nominalen Systembedarf einen maximalen Systembedarf ermittelt, kann ein minimaler Systembedarf ermittelt werden. Dies erfolgt, wenn ein Abstellen eher als ein zuviel an Einspritzmenge gewünscht ist. Dies wird in Teil A 10 durchgeführt.
  • Unter nominaler Vorsteuerung ist dabei die rechnerische Ermittlung des Volumenstrombedarfs, was die Hochdruckpumpe in das Rail liefern muss, zu verstehen. Dabei sind die Einspritzmenge und die Drehzahl bekannt. Damit kann der Volumenstrom berechnet werden. Aus der Einspritzmenge kann die Steuermenge, das heißt die Mengen zur Betätigung, nämlich Öffnen und Schließen, des Injektors berechnet werden. Die Injektorleckage ist auch für ein nominales System messbar und wird in Form eines Kennfelds im Steuergerät abgelegt.
  • Die Einspritzmengen, die Steuermengen und die Injektorleckagen sind bekannt und haben eine gewisse Toleranz. Diese Toleranzen werden bei der Berechnung berücksichtigt, um den Volumenstrombedarf eines Systems mit einem geringsten Bedarf als minimale Vorsteuerung rechnerisch zu ermitteln.
  • Grundsätzlich ist die Vorsteuerung abhängig von der Einspritzmenge, die wiederum von der Motordrehzahl abhängt, somit kann man abschätzen, wie viel Kraftstoff in das Rail eingebracht werden muss.
    • 3. Die Verwendung einer Korrektur mittels AMC 30, um den Einfluss der Komponententoleranz zu reduzieren. Dafür ist die Kenntnis der AMC-Lerntoleranz notwendig. Dies wird in Teil B 12 durchgeführt.
    • 4. Die Reduzierung der Pumpenforderung von der bekannten Toleranz der Pumpenkennlinie bzw. der Pumpentoleranz 40, um wiederum eher zu wenig als zuviel in das Rail zu fördern. Dies wird in Teil C 14 durchgeführt.
  • Hinsichtlich des zweiten Problems kann eine zusätzliche Vorsteuerung 52 abhängig von der Einspritzmenge im Leerlauf 54 addiert werden. Wenn der Leerlaufregler die Einspritzmenge auf unterhalb des normalen Leerlaufbedarfs reduziert, bedeutet dies, dass der Raildruck höher als erwartet ist und dass die Pumpe zuviel liefert. Diese Zusatzvorsteuerung muss dann die Pumpenliefermenge reduzieren, wenn die Einspritzmenge steigt und umgekehrt. Dies erfolgt in Teil D 16.
  • Am Ausgang 56 ergibt sich ein Wert, der als Stellwert 58 für die Zumesseinheit direkt verwendet wird. Die Teile A 10 bis D 16 können unabhängig voneinander untersucht, bewertet und verwendet werden. Der erste Schalter 20 und die Pumpentoleranz 40 können unter Berücksichtigung der Sicherheitsvorschriften des Herstellers bedated werden.
  • Bei dem vorgestellten Verfahren erfolgt in Ausgestaltung ein Übergang von einem geregelten zu einem gesteuerten Modus, wenn ein Defekt des Raildrucksensors erkannt wurde. Im Falle eines Defekts sollte der Stellwert der Zumesseinheit von dem Reglerausgangswert auf den in 1 dargestellten Ausgang 56 springen. Um einen Sprung im Raildruck zu vermeiden, kann ein Rampenstartwert so initialisiert werden, dass der Stellwert der Zumesseinheit keinen Sprung macht. So kann der Startwert der Rampe dem letzten Reglerausgangswert (ohne P-Anteil) abzüglich des Werts 58 am Ausgang 56 entsprechen. Der Rampenausgang wird zu dem Ausgang 56 addiert und dann schrittweise auf 0 abgesenkt. Der P-Anteil wird für die Initialisierung der Rampe nicht verwendet, weil die Druckreglerabweichung eventuell unplausibel ist, wenn der Raildrucksensor als defekt erkannt wird.
  • In 2 ist ein Druckspeicher bzw. Rail 80 einer Brennkraftmaschine dargestellt, in dem sich unter Druck stehender Kraftstoff befindet, der über ein erstes Einspritzventil 82, ein zweites Einspritzventil 84, ein drittes Einspritzventil 86 und ein viertes Einspritzventil 88 in Brennkammern, wie bspw. Zylinder der Brennkraftmaschine, eingespritzt werden kann. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in 2 lediglich das dritte Einspritzventil 86 detailliert dargestellt.
  • Weiterhin ist an dem Rail 80 ein Raildrucksensor 90 vorgesehen, der den Druck im Rail 80 erfasst und ein den Druck repräsentierendes Signal 92 ausgibt. Dieses Signal 92 geht neben einem zweiten Signal 94 von einem Gaspedal 96, einem dritten Signal 98 von einer Kurbelwelle 100, einem vierten Signal 102 von einer Nockenwelle 104 und mindestens einem weiteren Signal 106 von weiteren Sensoren in ein Steuergerät 120 ein. Dieses Steuergerät 120 steuert über einen ersten Ausgang 122 vorgesehene Aktuatoren, über einen zweiten Ausgang 124 die Einspritzventile 82 bis 88 und über einen dritten Ausgang 126 eine Zumesseinheit 130 einer Hochdruckpumpe 132, die über eine Leitung 134 Kraftstoff 146 dem Rail 80 zuführt.
  • Weiterhin zeigt die Darstellung einen Kraftstofffilter 140, ein Prüfventil 142 und einen Tank 144, in dem sich Kraftstoff 146 befindet. Weiterhin ist in dem Tank 144 eine elektrische Vorlieferpumpe 150 und ein Vorfilter 152 vorgesehen.
  • Im fehlerfreien Betrieb liefert somit der Raildrucksensor 90 das Signal 92, das zur Regelung der Zumesseinheit 130 und damit zur Regelung des von der Hochdruckpumpe 132 in das Rail abgegebenen Kraftstoffs verwendet wird. Fällt der Raildrucksensor 90 aus, so wird von dem Steuergerät 120 ein Wert berechnet, wie dies in Zusammenhang mit 1 erläutert wurde, der als Stellwert für die Steuerung der Zumesseinheit dient.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010029840 A1 [0005]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Speichereinspritzung, bei der mittels einer Hochdruckpumpe (132) Kraftstoff in ein Rail (80) eingeführt wird, wobei die Hochdruckpumpe (132) von einer Zumesseinheit (130) angesteuert wird, die hierzu einen Stellwert (58) empfängt, der auf Grundlage einer Vorsteuerung (22, 24) bestimmt wird, so dass eine Steuerung der Zumesseinheit (130) und damit eine Steuerung des Raildrucks vorgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Stellwert (58) für die Zumesseinheit (130) zunächst auf Grundlage einer Regelung bestimmt wird, basierend auf einem Signal eines Raildrucksensors (90), der den Druck im Rail (80) überwacht, und bei einem Ausfall des Raildrucksensors (90) ein Übergang von einer Regelung der Zumesseinheit (130) auf eine Steuerung der Zumesseinheit (130) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem bei Übergang von einer Regelung zu einer Steuerung der Zumesseinheit (130) ein Rampenstartwert so initialisiert wird, dass der Stellwert (58) der Zumesseinheit (130) keinen Sprung macht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine adaptive Messkurve (30) bei der Bestimmung des Stellwerts (58) berücksichtigt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, bei dem die adaptive Messkurve (30) während des Betriebs mit Raildrucksensor (90) gelernt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem im Leerlauf (54) bei der Bestimmung des Stellwerts (58) eine zusätzliche Vorsteuerung (52) berücksichtigt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ein Leerlaufregler ein Signal abgibt, das zur Bestimmung des Stellwerts (58) berücksichtigt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem bei der Bestimmung des Stellwerts (58) eine Pumpentoleranz (40) berücksichtigt wird.
  9. Anordnung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Speichereinspritzung, bei der eine Hochdruckpumpe (132) zum Einführen von Kraftstoff (146) in das Rail (80) vorgesehen ist, wobei eine Zumesseinheit (130) vorgesehen ist, die zur Ansteuerung der Hochdruckpumpe (132) basierend auf einem Stellwert (58) dient, wobei die Anordnung derart ausgestaltet ist, dass der Stellwert (58) auf Grundlage einer Vorsteuerung (22, 24) bestimmt werden kann.
DE102011076258A 2011-05-23 2011-05-23 Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine Ceased DE102011076258A1 (de)

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