DE102015207672B3 - Verfahren zur Regelung eines Kraftstofffördersystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Kraftstofffördersystems eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, mit einer Kraftstoffförderpumpe zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff, wobei die Kraftstoffförderpumpe ein Pumpwerk aufweist, welches durch einen Elektromotor antreibbar ist, wobei der Elektromotor mittels eines Steuersignals ansteuerbar ist, wobei ein Steuersignal für die Ansteuerung des Elektromotors erzeugt wird, wobei in das Steuersignal das von der Kraftstoffförderpumpe geförderte Ist-Kraftstoffvolumen und der herrschende Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors eingehen, wobei der herrschende Kraftstoffbedarf unter Zuhilfenahme von Kenngrößen ermittelt wird, die den Betriebszustand des Verbrennungsmotors und/oder des Kraftfahrzeugs charakterisieren, wobei eine Kalibrierung des Kraftstofffördersystems stattfindet, wobei das mittels eines Kennfeldes aus einer Ist-Drehzahl und einem Ist-Druck ermittelte Ist-Kraftstoffvolumen in ein Umkehrkennfeld gegeben wird, wobei aus dem Umkehrkennfeld eine Vergleichsdrehzahl und/oder ein Vergleichsdruck ermittelt wird, wobei jeweils eine Abweichung zwischen der Ist-Drehzahl und der Vergleichsdrehzahl und/oder dem Ist-Druck und dem Vergleichsdruck ermittelt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Kraftstofffördersystems eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, mit einer Kraftstoffförderpumpe zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff, wobei die Kraftstoffförderpumpe ein Pumpwerk aufweist, welches durch einen Elektromotor antreibbar ist, wobei der Elektromotor mittels eines Steuersignals ansteuerbar ist, wobei ein Steuersignal für die Ansteuerung des Elektromotors erzeugt wird, wobei in das Steuersignal das von der Kraftstoffförderpumpe geförderte Ist-Kraftstoffvolumen und der herrschende Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors eingehen, wobei der herrschende Kraftstoffbedarf unter Zuhilfenahme von Kenngrößen ermittelt wird, die den Betriebszustand des Verbrennungsmotors und/oder des Kraftfahrzeugs charakterisieren.
  • Stand der Technik
  • Das Kraftstofffördersystem in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor muss bei einer großen Vielzahl von Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs eine ausreichende Kraftstoffförderung gewährleisten, um einen fehlerfreien Betrieb des Kraftfahrzeugs sicherzustellen. Auch unterschiedliche Varianten der Verbrennungsmotoren erhöhen hier die benötigte Flexibilität.
  • Zur Regelung des Kraftstofffördersystems und insbesondere der Kraftstoffförderpumpe werden Regler eingesetzt, die das geförderte Kraftstoffvolumen, den Druck im Kraftstofffördersystem und die Drehzahl der Kraftstoffförderpumpe beeinflussen können. Die Regler müssen hierzu ein passendes Führungsverhalten aufweisen und insbesondere auch ein gutes Störverhalten, um Störeinflüsse und Sondersituationen ausreichend ausgleichen zu können.
  • Zu den typischen Störfällen zählt beispielsweise der schlagartige Tritt aufs Gaspedal und damit ein sprungartiges Steigen des durch den Verbrennungsmotor benötigten Kraftstoffvolumens. Die Regelung des Kraftstofffördersystems muss einen solchen Lastsprung schnell ausgleichen können, um einen möglichst optimalen Betrieb des Verbrennungsmotors zu gewährleisten.
  • Im Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zum Betreiben eines Kraftstofffördersystems bekannt. Beispielsweise ist es bekannt einen PID-Regler einzusetzen, der die Ansteuerung des Elektromotors vornimmt, um die bedarfsgerechte Bereitstellung des Kraftstoffs sicherzustellen. Nachteilig an der Verwendung eines einfachen PID-Reglers ist, dass die Regelgeschwindigkeit und die Regelgüte nicht optimal sind.
  • Weiterhin sind Verfahren bekannt, welche einen Regelkreis mit Rückführung des Istwertes vorsehen. Hierbei wird der ermittelte Istwert in den Regler rückgeführt, um eine schnellere Erreichung eines Sollwertes zu erreichen. Dadurch ist die Regelgüte und Geschwindigkeit insgesamt zwar erhöht, jedoch noch nicht optimal.
  • Weiterhin sind sogenannte Vorsteuerungen bekannt, die weitere Kennwerte des Kraftfahrzeugs mit einbeziehen. Beispielsweise wird die Stellung des Fahrpedals berücksichtigt. Das hieraus resultierende Signal wird hierzu beispielsweise mit dem von einem Regler vorgegebenen Wert zur Ansteuerung des Elektromotors verrechnet, um eine verbesserte Ansteuerung zu erhalten. Die Fahrpedalstellung kann dabei mit einem Gewichtungsfaktor, welcher beispielsweise drehzahlabhängig ist, gewichtet werden, bevor die Verrechnung mit dem Ausgabewert des Reglers vorgenommen wird. Die Einbeziehung der Fahrpedalstellung hilft, um eine frühzeitige Beeinflussung der Drehzahl der Kraftstoffförderpumpe zu erreichen. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Regelung der Kraftstoffförderpumpe immer noch nicht optimal ist und kein optimales Regelergebnis erreicht wird.
  • Die DE 103 03 444 B3 offenbart ein Verfahren zum Ermitteln eines Grundsteuersignals zum Steuern einer Kraftstoffpumpe. Dabei wird durch das offenbarte Verfahren die Einhaltung eines Mindestdruckes am Eingang einer Vorförderpumpe, die von der Kraftstoffpumpe hydraulisch angetrieben wird, sichergestellt. Dazu wird in einem stationären Betriebszustand B1 der Brennkraftmaschine das Ansteuersignal PWM1 der Kraftstoffpumpe erfasst und die zur Einspritzung benötigte Kraftstoffmenge Qein ermittelt. Aufgrund einer Kennlinie wird dann eine Grundfördermenge berechnet, welche die Kraftstoffpumpe ohne Einspritzung in dem vorliegenden Betriebszustand fördert. Auf Basis der Grundfördermenge wird schließlich ein Grundsteuersignal zur Ansteuerung der Kraftstoffpumpe ermittelt.
  • Die DE 10 2010 064 176 A1 offenbart ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine. Das Kraftstoffversorgungssystem weist eine in ihrer Fördermenge veränderbare Kraftstoffpumpe auf. Die Kraftstoffpumpe ist zur Förderung von Kraftstoff unter Druck in einen Druckraum ausgelegt. Das Kraftstoffversorgungssystem weist eine Steuereinrichtung zum Steuern des Drucks im Druckraum auf Grundlage von mindestens einer Messgröße, die an der Kraftstoffpumpe aufgenommen wurde, auf. Weiterhin ist eine Druckbegrenzungseinrichtung zur Abführung von Kraftstoff aus dem Druckraum vorgesehen.
  • Die DE 101 62 989 C1 offenbart eine Schaltungsanordnung zum Regeln einer regelbaren Kraftstoffpumpe sowie ein Verfahren zum Regeln der Förderleistung und ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer regelbaren Kraftstoffpumpe. Das Fördervolumen der Kraftstoffpumpe wird dabei über eine Vorsteuerung eines Soll-Fördervolumens festgelegt, wodurch eine schnelle Steuerung der Kraftstoffpumpe möglich wird. Die verwendete Schaltungsanordnung weist einen PI-Regler auf, dessen Integralanteil zur Überprüfung der Funktionsweise der Kraftstoffpumpe mit einer Vergleichsschwelle verglichen wird.
  • Die DE 101 37 315 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Regelung einer elektrischen Kraftstoffpumpe in einem rücklauffreien Kraftstoff-Fördersystem. Dabei ist eine Kraftstoffpumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem Tank hin zu einer Hochdruckförderpumpe vorgesehen. Es ist eine Regelschaltung vorgesehen, welche die erforderliche Förderleistung der Kraftstoffpumpe bestimmen kann und vorzugsweise in der Motorsteuerung integriert ist.
  • Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, welches eine optimierte Regelung der Kraftstoffförderpumpe in unterschiedlichen Betriebssituationen ermöglicht.
  • Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Kraftstofffördersystems eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, mit einer Kraftstoffförderpumpe zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff, wobei die Kraftstoffförderpumpe ein Pumpwerk aufweist, welches durch einen Elektromotor antreibbar ist, wobei der Elektromotor mittels eines Steuersignals ansteuerbar ist, wobei ein Steuersignal für die Ansteuerung des Elektromotors erzeugt wird, wobei in das Steuersignal das von der Kraftstoffförderpumpe geförderte Ist-Kraftstoffvolumen und der herrschende Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors eingehen, wobei der herrschende Kraftstoffbedarf unter Zuhilfenahme von Kenngrößen ermittelt wird, die den Betriebszustand des Verbrennungsmotors und/oder des Kraftfahrzeugs charakterisieren, wobei eine Kalibrierung des Kraftstofffördersystems stattfindet, wobei das mittels eines Kennfeldes aus einer Ist-Drehzahl und einem Ist-Druck ermittelte Ist-Kraftstoffvolumen in ein Umkehrkennfeld gegeben wird, wobei aus dem Umkehrkennfeld eine Vergleichsdrehzahl und/oder ein Vergleichsdruck ermittelt wird, wobei jeweils eine Abweichung zwischen der Ist-Drehzahl und der Vergleichsdrehzahl und/oder dem Ist-Druck und dem Vergleichsdruck ermittelt wird.
  • Zur Sicherstellung einer konstanten und bedarfsgerechten Kraftstoffversorgung werden in Kraftfahrzeugen Kraftstofffördersysteme eingesetzt. Um diesen eine Vorgabe hinsichtlich des zu fördernden Kraftstoffvolumens zu machen, müssen Verfahren angewendet werden, die insbesondere eine schnelle und genaue Anpassung des zu fördernden Kraftstoffvolumens ermöglichen. Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn sowohl das momentan von der Kraftstoffförderpumpe geförderte Kraftstoffvolumen als auch der aktuell vorherrschende Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden.
  • Sofern sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors verändert, verändert sich regelmäßig auch der momentane Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors. Diesem geänderten Kraftstoffbedarf muss die Kraftstoffförderpumpe schnellstmöglich folgen, um wieder eine angemessene Kraftstoffmenge zur Verfügung zu stellen. Insbesondere bei starken Veränderungen des Betriebszustandes, wie beispielsweise einem schlagartigen Durchtreten des Gaspedals, muss eine schnelle und möglichst präzise Regelung erfolgen. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn in das Steuersignal, welches beispielsweise durch eine vorgebbare Stromstärke bestimmt ist, sowohl der aktuelle Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors einfließt als auch das aktuell geförderte Kraftstoffvolumen. Aus diesen beiden Werten lässt sich auf einfache Weise eine Differenz erstellen, um das Delta zwischen dem momentanen Kraftstoffbedarf und dem momentan geförderten Kraftstoffvolumen zu ermitteln. Der momentane Kraftstoffbedarf wird dabei besonders vorteilhaft aus Kenngrößen ermittelt, die den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs beziehungsweise des Verbrennungsmotors charakterisieren. In modernen Kraftfahrzeugen mit einer elektronisch geregelten Kraftstoffversorgung werden während des Betriebs permanent diverse Kenngrößen überwacht, um stets eine optimale Verbrennung zu gewährleisten und einen möglichst geringen Kraftstoffbedarf zu erreichen. Diese Kenngrößen ermöglichen es direkt und mit einer nur sehr geringen zeitlichen Verzögerung den Kraftstoffbedarf zu bestimmen. In gewissen Grenzen ist auch eine Vorhersage des Kraftstoffbedarfs basierend auf dem aktuellen Betriebszustand möglich.
  • Systembedingt wird ein durch den Betrieb des Verbrennungsmotors verursachter Kraftstoffbedarf erst mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung durch das Kraftstofffördersystem, welches im Wesentlichen aus der Kraftstoffförderpumpe und dem antreibenden Elektromotor besteht, erkannt. Dies resultiert daraus, dass die Druckmessung häufig in der Nähe der Kraftstoffförderpumpe geschieht und aufgrund der Leitungslängen und der Trägheit des Systems ein zeitlicher Versatz nicht zu vermeiden ist. Um eine möglichst schnelle und bedarfsgerechte Regelung sicherzustellen, ist es daher vorteilhaft, wenn auch der momentane Kraftstoffbedarf in die Ansteuerung des Elektromotors einfließt.
  • Die Kalibrierung ist vorteilhaft, um einen möglichst genauen Betrieb des Kraftstofffördersystems zu gewährleisten. Die Kalibrierung kann unter Zuhilfenahme von Kennfeldern erfolgen, wobei beispielsweise das Kraftstofffördervolumen aus der bekannten Drehzahl und dem bekannten Druck ermittelt wird. Hierzu wird ein für das Kraftstofffördersystem spezifisches Kennfeld verwendet. Durch die Verwendung eines sogenannten Umkehrkennfeldes, welches im Wesentlichen durch eine Vertauschung der X-Achse und der Y-Achse des ursprünglichen Kennfeldes erzeugt wird, kann eine Rückrechnung auf den Druck oder die Drehzahl aufgrund des zuvor ermittelten Volumens und jeweils einem der Werte Druck oder Drehzahl erfolgen. Die hierbei festgestellten Abweichungen können zur Kalibrierung des Kraftstofffördersystems herangezogen werden.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das von der Kraftstoffförderpumpe geförderte Ist-Kraftstoffvolumen aus dem im Kraftstofffördersystem herrschenden Ist-Druck und der Ist-Drehzahl des Pumpwerks der Kraftstoffförderpumpe unter Zuhilfenahme von zumindest einem Kennfeld bestimmt wird.
  • Aufgrund der Zusammenhänge zwischen dem Druck im Kraftstofffördersystem, der Drehzahl der Kraftstoffförderpumpe und dem geförderten Kraftstoffvolumen lassen sich für jedes Kraftstofffördersystem Kennfelder ermitteln, die spezifisch für das jeweilige Kraftstofffördersystem sind. Mit Kenntnis von zwei der drei Größen kann somit zu jedem Zeitpunkt auf die jeweils dritte Größe geschlossen werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da Kennfelder auf einfache Weise erzeugt werden können und leicht in den für die Steuerung des Kraftstofffördersystems benutzten Steuergeräten abgelegt werden können. Daher ist die Bestimmung der jeweils fehlenden Größe einfach und schnell möglich.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der herrschende Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors unter Zuhilfenahme der Fahrpedalstellung und/oder dem Ladedruck eines Turboladers und/oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder der geförderten Luftmasse und/oder dem Kraftstoff/Luft Verhältnis im Verbrennungsmotor und/oder dem Lambda-Wert und/oder der Lufttemperatur ermittelt wird.
  • Dies ist besonders vorteilhaft, da eine Vielzahl der oben beschriebenen Kenngrößen ohnehin fortlaufend erfasst wird, wodurch der momentane Kraftstoffbedarf einfach und schnell ermittelt werden kann. Je mehr unterschiedliche Kenngrößen erfasst werden, umso genauer kann der momentane Kraftstoffbedarf bestimmt werden. Insbesondere die Fahrpedalstellung und der Ladedruck eines Turboladers können auch gute Hinweise auf den in naher Zukunft zu erwartenden Kraftstoffbedarf liefern.
  • Auch ist es zweckmäßig, wenn das von der Kraftstoffförderpumpe geförderte Ist-Kraftstoffvolumen zu einem Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem das geförderte Ist-Kraftstoffvolumen noch unverändert ist im Vergleich zu einem bereits veränderten Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors.
  • An der Kraftstoffförderpumpe macht sich eine Änderung des Kraftstoffbedarfs, wie bereits weiter oben beschrieben, erst mit einer zeitlichen Verzögerung bemerkbar. Dies kann beispielsweise durch einen sich ändernden Druck im Kraftstofffördersystem erkannt werden. Um ein Maß für das Mehr oder das Weniger an Kraftstoff zu erhalten, das aufgrund der sich ändernden Betriebssituation gefördert werden muss, ist es daher vorteilhaft, wenn der momentane Kraftstoffbedarf, welcher aus den Kenngrößen des Verbrennungsmotors ermittelt wird, dann ermittelt wird, wenn er sich im Vergleich zum Ausgangsniveau bereits verändert hat, während die momentane Kraftstoffförderung durch die Kraftstoffförderpumpe noch nicht darauf reagiert hat. Dadurch kann auf einfach Weise das Delta zwischen aktuellem Kraftstoffbedarf und aktuell gefördertem Kraftstoffvolumen ermittelt werden und eine zielgerichtete Anpassung der Förderleistung erfolgen.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn aus der Differenz zwischen dem von der Kraftstoffförderpumpe geförderten Ist-Kraftstoffvolumen und dem Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors ein zu förderndes Soll-Kraftstoffvolumen ermittelt wird, aus welchem eine Soll-Drehzahl für die Kraftstoffförderpumpe ermittelt wird.
  • Das Soll-Kraftstoffvolumen kann aufgrund der oben beschriebenen Zusammenhänge zwischen Drehzahl, Druck und Volumen im Kraftstofffördersystem schnell und einfach in eine Soll-Drehzahl übersetzt werden, die benötigt wird, um das Soll-Kraftstoffvolumen zu fördern. Die Soll-Drehzahl kann beispielsweise über die Regelung der Stromstärke, mit welcher der Elektromotor angesteuert wird, einfach angepasst werden.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das Soll-Kraftstoffvolumen mit einem Soll-Druck im Kraftstofffördersystem zu der Soll-Drehzahl verarbeitet wird. Aufgrund der oben beschriebenen Zusammenhänge ist es besonders einfach ein Kraftstofffördersystem unter Zuhilfenahme von Kennfeldern unter Kenntnis von zumindest zwei von drei der Größen Druck, Fördervolumen und Drehzahl zu regeln.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Soll-Druck im Kraftstofffördersystem durch einen in einen PID-Regler eingegebenen Differenzwert zwischen einem Vorgabewert für den Druck und einem Ist-Druck ermittelt wird.
  • Ein PID-Regler ist vorteilhaft, da er kostengünstig und robust ist und eine Regelung einer Regelgröße mit guter Regelgüte ermöglicht. Ein Vorgabewert für den Druck im Kraftstofffördersystem kann beispielsweise aufgrund von empirisch ermittelten Werten für bestimmte Betriebssituationen vorgegeben werden. In modernen Kraftfahrzeugen wird der Druck typischerweise vom Motorsteuergerät vorgegeben. Der Druck ist hierbei eine dynamische variable Größe, die an die unterschiedlichen motorischen Betriebsbedingungen und insbesondere an die oftmals verwendete Kraftstoffhochdruckeinspritzung angepasst wird. Dieser Vorgabewert kann über einen Vergleich mit dem tatsächlich vorherrschenden Druck abgeglichen werden. Die Differenz hieraus ergibt für den PID-Regler ein Eingangssignal aus welchem schließlich eine Regelgröße generiert wird, die in die Ermittlung der Soll-Drehzahl der Kraftstoffförderpumpe einfließt. In alternativen Ausgestaltungen kann auch ein anderer Regler als ein PID-Regler eingesetzt werden.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn das Soll-Kraftstoffvolumen um einen Offset-Wert korrigiert wird, wobei der Offset-Wert von zusätzlichen Elementen im Kraftstofffördersystem verursacht wird.
  • Das Soll-Kraftstoffvolumen, welches durch die Kraftstoffförderpumpe gefördert werden soll, kann je nach Ausgestaltung des Kraftstofffördersystems mit Fehlern belastet sein. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn zusätzlich zu der Hauptkraftstoffförderpumpe noch Nebenpumpen, wie beispielsweise eine Saugstrahlpumpe, vorhanden sind. Über diese Nebenpumpen wird auch ein gewisses Kraftstoffvolumen gefördert, welches jedoch nicht notwendigerweise auch zum Verbrennungsmotor gefördert wird. Um den tatsächlich zum Verbrennungsmotor geförderten Kraftstoff möglichst genau zu erfassen, ist es daher vorteilhaft diese Nebenpumpen durch einen Offset-Wert zu korrigieren. Der Offset-Wert wird bevorzugt durch ein Kraftstoffvolumen gebildet.
  • Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors sich ändert bevor das Ist-Kraftstoffvolumen, das durch die Kraftstoffförderpumpe gefördert wird, verändert wird.
  • Aufgrund der oben beschriebenen Zusammenhänge, welche insbesondere aus der Länge der Kraftstoffleitungen und der Trägheit des Kraftstoffs in den Leitungen resultieren, wird sich das Kraftstofffördervolumen der Kraftstoffförderpumpe immer mit einer gewissen Verzögerung auf den ansteigenden oder absinkenden momentanen Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors verändern.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Kennfeld, welches das geförderte Volumen über der Drehzahl darstellt, wobei Kurven gleichen Drucks im Kennfeld dargestellt sind,
  • 2 ein Blockschaltbild, welches das Ermitteln des Kraftstoffbedarfs eines Verbrennungsmotors aus motoreigenen Kenngrößen darstellt, und
  • 3 ein Blockschaltbild, welches eine beispielhafte Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die 1 zeigt ein Kennfeld 1, welches die Zusammenhänge zwischen dem durch die Kraftstoffförderpumpe geförderten Volumen, der Drehzahl der Kraftstoffförderpumpe und dem Druck im Kraftstofffördersystem darstellt. Auf der X-Achse, die mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet ist, ist die Drehzahl abgetragen. Auf der Y-Achse, die mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet ist, ist das Fördervolumen der Kraftstoffförderpumpe angetragen. Im durch die Achsen 2, 3 aufgespannten Quadranten 4 ist eine Mehrzahl von Kurven 5 dargestellt. Die Kurven 5 sind Isobaren und beschreiben somit Bereiche gleichbleibenden Drucks. Das Kennfeld 1 ist spezifisch für ein spezielles Kraftstofffördersystem. Das Kennfeld verändert sich unter anderem abhängig von der verwendeten Kraftstoffförderpumpe, den verwendeten Leitungen und vielen anderen Faktoren. Qualitativ sehen die Kennfelder für die drei beschriebenen Größen jedoch stets aus wie das in 1 dargestellte Kennfeld 1.
  • Aufgrund des Kennfeldes 1 kann bei Kenntnis von zwei Größen die jeweils dritte Größe bestimmte werden. Ausgehend von einer bekannten Drehzahl, die beispielsweise durch die Drehzahl 6 gegeben sein kann, kann bei einem bekannten Druck 7 das zugehörige Fördervolumen 8 ermittelt werden. Weiterführend kann nun auch für ein gleichbleibendes Fördervolumen 8 bei einem veränderten Druck 9 eine veränderte zugehörige Drehzahl 10 ermittelt werden. Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn ein bekanntes Fördervolumen 8 bei einem erhöhten Druck 9 gefördert werden soll, da auf diese Weise die benötigte Drehzahl 10 leicht ermittelt werden kann.
  • Entlang des Pfeils 11 nimmt der Druck 7, 9 im Kraftstofffördersystem zu. Es kann zur Überprüfung und/oder Kalibrierung von Werten auch ein sogenanntes Umkehrkennfeld verwendet werden, wobei bei diesem Umkehrkennfeld die X-Achse 2 und die Y-Achse 3 miteinander vertauscht sind. Zur Kalibrierung kann ausgehend von zwei bekannten Werten der jeweils fehlende dritte Wert ermittelt werden. Unter Kenntnis des dritten ermittelten Wertes kann dann im Umkehrkennfeld oder im Kennfeld 1 rückwärts unter Zuhilfenahme eines bekannten zweiten Wertes auf den noch unbekannten Wert der drei Werte geschlossen werden. Dieser kann dann mit dem tatsächlich gemessenen Wert abgeglichen werden und anhand der unter Umständen auftretenden Differenz kann eine Kalibrierung durchgeführt werden.
  • Die 2 zeigt ein Blockschaltbild 20. Der Block 21 stellt eine Schnittstelle zum restlichen Kraftfahrzeug dar. Aus dem Block 21 können unterschiedliche Informationen in Form von Kenngrößen entnommen werden. Im Beispiel der 2 werden aus dem Verteilerblock 22 die Kenngrößen Motordrehzahl über die Signalleitung 23, die Fahrpedalstellung über die Signalleitung 24 und der Ladedruck des Turboladers über die Signalleitung 25 ausgegeben. In alternativen Ausgestaltungen können auch andere Werte herangezogen werden. Hierzu zählen insbesondere unterschiedliche Temperaturen, das Kraftstoff/Luft Verhältnis oder die Messwerte der Lambda-Sonde.
  • Der Block 26 bildet ein sogenanntes Stöchiometriemodul. In dem Block 26 wird auf Grundlage der Kenngrößen aus dem Block 21 beziehungsweise 22 der Kraftstoffbedarf berechnet. Es können beispielsweise der minimale Kraftstoffbedarf, der maximale Kraftstoffbedarf und ein Leerlauf-Kraftstoffbedarf ermittelt werden. Alle drei Kraftstoffverbräuche oder auch nur einzelne der Kraftstoffverbräuche können schließlich über die Signalleitung 27 an nachfolgende Applikationen weitergeben werden.
  • Das Stöchiometriemodul dient insbesondere zur Ermittlung des momentanen Ist-Kraftstoffbedarfs des Verbrennungsmotors unter Zuhilfenahme von Kenngrößen, die direkt aus dem Betrieb des Verbrennungsmotors stammen. Durch einen späteren Vergleich des momentanen Kraftstoffbedarfs des Verbrennungsmotors und der tatsächlich geförderten Kraftstoffmenge kann eine Differenz ermittelt werden, die als Zielgröße für eine veränderte Ansteuerung des Elektromotors genutzt werden kann.
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild 30, wobei das Blockschaltbild 30 eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens abbildet. Der untere linke Bereich ist durch das bereits in 2 gezeigte Stöchiometriemodul 26 gebildet. Es werden daher die gleichen Bezugszeichen für übereinstimmende Bestandteile verwendet.
  • Aus Block 31 wird die Drehzahl der Kraftstoffförderpumpe in den Block 32 gegeben, welcher der Bestimmung des durch die Kraftstoffförderpumpe geförderten Kraftstoffvolumens dient. Zusätzlich geht in den Block 32 ein Wert für den im Kraftstofffördersystem herrschenden Druck ein, der über Block 33 in das Blockschaltbild eingeführt wird. Dieser Druckwert aus Block 33 kann beispielsweise von einem Drucksensor erfasst werden.
  • Im Block 32 wird unter Zuhilfenahme eines Kennfeldes, wie es beispielsweise in der 1 gezeigt ist, das in Abhängigkeit vom erfassten Druck und der zugehörigen Drehzahl geförderte Kraftstoffvolumen bestimmt. Das geförderte Kraftstoffvolumen wird über Signalleitung 34 in den Block 35 geleitet, wo das momentan geförderte Kraftstoffvolumen mit dem in Block 26 ermittelten Kraftstoffbedarf abgeglichen wird. Der hier erzeugte Differenzwert stellt ein Maß für den mehr oder weniger benötigten Kraftstoff dar. Der erzeugte Differenzwert wird über die Signalleitung 36 in den Block 37 weitergeleitet.
  • In den Block 37 geht weiterhin ein von einem Regler 38, insbesondere einem PID-Regler, gewichteter Wert für den Soll-Druck im Kraftstofffördersystem ein. Dieser ist aus einem in das Blockschaltbild eingegebenen Vorgabewert 39 ermittelt, indem der Vorgabewert 39 in einem Differenzblock 40 mit dem aus dem Block 33 stammenden Wert für den im Kraftstofffördersystem herrschenden Druck verrechnet wird. Die Differenz aus dem Differenzblock 40 wird in den Regler 38 eingegeben, wobei der Wert entsprechend eines festgelegten Algorithmus oder von außen vorgegebenen Vorgaben gewichtet wird. Der Vorgabewert 39 kann in einer alternativen Ausgestaltung auch von außen vorgegeben werden, ohne eine weitere Korrektur zu erfahren.
  • Im Block 37 wird schließlich unter Verwendung des gewichteten Druckwertes aus dem Regler 38 und dem im Block 35 ermittelten Differenzwert des Kraftstoffvolumens eine Drehzahlvorgabe für die Kraftstoffförderpumpe ermittelt. Die Drehzahlvorgabe wird über Signalleitung 41 an den Block 42 ausgegeben.
  • Im Block 37 kann ein Kennfeld verwendet werden, wie es beispielsweise in Block 32 bereits verwendet wird. Auch können vorgegebene Algorithmen zur Ermittlung einer Soll-Drehzahl beziehungsweise einer Drehzahlvorgabe verwendet werden.
  • In alternativen Fortbildungen können die einzelnen Blöcke auch untereinander weiter vernetzt sein, so dass beispielsweise die Funktion des Reglers in Block 38 von den in anderen Blöcken ermittelten Ergebnissen abhängig ist. Auf diese Weise kann die Regelgüte deutlich erhöht werden.
  • Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden.
  • Die Ausführungsbeispiele der 1 bis 3 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Insbesondere die 3 zeigt nur eine mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, ohne dabei andere von dem Schutzbereich der Ansprüche umfasste Alternativen auszuschließen.
  • Bezugszeichenliste
    • 01
    Kennfeld
    02
    X-Achse (Drehzahl in [U/min])
    03
    Y-Achse (gefördertes Volumen [l/h])
    04
    Quadrant
    05
    isobare Kurven
    06
    Drehzahlwert
    07
    Druckwert
    08
    Wert für gefördertes Kraftstoffvolumen
    09
    Druckwert
    10
    Drehzahlwert
    11
    Pfeil
    20
    Blockschaltbild
    21
    Block
    22
    Verteiler
    23
    Signalleitung
    24
    Signalleitung
    25
    Signalleitung
    26
    Block
    27
    Signalleitung
    30
    Blockschaltbild
    31
    Block
    32
    Block
    33
    Block
    34
    Signalleitung
    35
    Block
    36
    Signalleitung
    37
    Block
    38
    Regler
    39
    Vorgabewert
    40
    Differenzblock
    41
    Signalleitung
    42
    Block

Claims (9)

  1. Verfahren zur Regelung eines Kraftstofffördersystems eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug, mit einer Kraftstoffförderpumpe zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff, wobei die Kraftstoffförderpumpe ein Pumpwerk aufweist, welches durch einen Elektromotor antreibbar ist, wobei der Elektromotor mittels eines Steuersignals ansteuerbar ist, wobei ein Steuersignal für die Ansteuerung des Elektromotors erzeugt wird, wobei in das Steuersignal das von der Kraftstoffförderpumpe geförderte Ist-Kraftstoffvolumen und der herrschende Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors eingehen, wobei der herrschende Kraftstoffbedarf unter Zuhilfenahme von Kenngrößen ermittelt wird, die den Betriebszustand des Verbrennungsmotors und/oder des Kraftfahrzeugs charakterisieren, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung des Kraftstofffördersystems stattfindet, wobei das mittels eines Kennfeldes aus einer Ist-Drehzahl und einem Ist-Druck ermittelte Ist-Kraftstoffvolumen in ein Umkehrkennfeld gegeben wird, wobei aus dem Umkehrkennfeld eine Vergleichsdrehzahl und/oder ein Vergleichsdruck ermittelt wird, wobei jeweils eine Abweichung zwischen der Ist-Drehzahl und der Vergleichsdrehzahl und/oder dem Ist-Druck und dem Vergleichsdruck ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Kraftstoffförderpumpe geförderte Ist-Kraftstoffvolumen aus dem im Kraftstofffördersystem herrschenden Ist-Druck und der Ist-Drehzahl des Pumpwerks der Kraftstoffförderpumpe unter Zuhilfenahme von zumindest einem Kennfeld bestimmt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der herrschende Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors unter Zuhilfenahme der Fahrpedalstellung und/oder dem Ladedruck eines Turboladers und/oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder der geförderten Luftmasse und/oder dem Kraftstoff/Luft Verhältnis im Verbrennungsmotor und/oder dem Lambda-Wert und/oder der Lufttemperatur ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Kraftstoffförderpumpe geförderte Ist-Kraftstoffvolumen zu einem Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem das geförderte Ist-Kraftstoffvolumen noch unverändert ist im Vergleich zu einem bereits veränderten Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Differenz zwischen dem von der Kraftstoffförderpumpe geförderten Ist-Kraftstoffvolumen und dem Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors ein zu förderndes Soll-Kraftstoffvolumen ermittelt wird, aus welchem eine Soll-Drehzahl für die Kraftstoffförderpumpe ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Kraftstoffvolumen mit einem Soll-Druck im Kraftstofffördersystem zu der Soll-Drehzahl verarbeitet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Druck im Kraftstofffördersystem durch einen in einen PID-Regler eingegebenen Differenzwert zwischen einem Vorgabewert für den Druck und einem Ist-Druck ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Kraftstoffvolumen um einen Offset-Wert korrigiert wird, wobei der Offset-Wert von zusätzlichen Elementen im Kraftstofffördersystem verursacht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors sich ändert bevor das Ist-Kraftstoffvolumen, das durch die Kraftstoffförderpumpe gefördert wird, verändert wird.
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