DE102016111696A1

DE102016111696A1 - Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016111696A1
Application number: DE102016111696.3A
Authority: DE
Inventors: Remko Baur; Franz Kallage; Matthias Schultalbers
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2017-01-26

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Betrieb des Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine insofern zu verbessern, dass für eine Ermittlung der individuellen Eigenschaften der Bestandteile des Kraftstoffversorgungssystems nicht erst bestimmte Bedingungen eingestellt werden müssen. Sowohl bei einer mit einem flüssigen Kraftstoff als auch mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine werden dazu der Druck im Kraftstoffrail sowie Eigenschaften der Pumpe/des Gasdruckreglers und/oder des Injektors mittels eines Modells rekonstruiert. Diese Eigenschaften betreffen insbesondere eine variable Charakteristik der Pumpe/des Gasdruckreglers und/oder des Injektors. Anhand dieser Eigenschaften kann eine Korrektur oder eine Diagnose des Kraftstoffversorgungssystems erfolgen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
Wie allgemein bekannt, weist jeder Injektor eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine mit mehreren Injektoren individuelle Eigenschaften auf. Insbesondere ergeben sich zwischen den einzelnen Injektoren Unterschiede hinsichtlich des Durchflusses, also der bei übereinstimmender Ansteuerung des Injektors zugemessenen Menge an Kraftstoff. Die Durchflussunterschiede können dabei z. B. aufgrund eines Unterschieds im Injektorquerschnitt entstehen. Bei dem Kraftstoffversorgungssystem kann es sich um ein Kraftstoffversorgungssystem einer mit einem flüssigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine oder um ein Kraftstoffversorgungssystem einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine handeln.
Gemäß dem Dokument DE 10 2008 017 794 A1 ist es Stand der Technik, dadurch derartige Unterschiede zu erkennen, dass der Druck im Kraftstoffsystem zeitweilig angehoben und in Abhängigkeit der durch eine Entnahme von Kraftstoff aus dem Kraftstoffsystem verursachten Druckabnahme eine tatsächlich entnommene Menge an Kraftstoff bestimmt wird. Dieser Istwert wird im weiteren Verlauf mit einem Sollwert ins Verhältnis gesetzt, wobei anhand des so gebildeten Quotienten nicht nur erkannt werden kann, dass es Unterschiede gibt und welches Ausmaß diese haben, sondern auch gleichzeitig ein Korrekturwert gebildet wird, um das unterschiedliche Durchflussverhalten einer Vielzahl von Injektoren eines Kraftstoffsystems auszugleichen. Dieses Verfahren basiert auf der Proportionalität zwischen der Druckabnahme im Kraftstoffsystem und der entnommenen Kraftstoffmenge. D. h. das Verfahren ist rein (druck-)signalbasiert und funktioniert nicht korrekt, wenn sich eine Förderung von Kraftstoff in das Kraftstoffsystem und eine Entnahme von Kraftstoff daraus überlagern. Außerdem ist es von Nachteil, dass für das Verfahren erst bestimmte Bedingungen hergestellt werden müssen, also insbesondere zeitweilig der Druck im Kraftstoffsystem angehoben werden muss. D. h. es ist nachteilig, dass in den laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine eingegriffen werden muss.
Ein Gasversorgungssystem, also das Kraftstoffversorgungssystem einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine, ist in der Regel so aufgebaut, dass die Förderung des Gases aus einem Mitteldruckvolumen in das Niederdruck-Common-Rail (Gasrail) durch ein passives oder aktives Druckregelventil erfolgt. Die Zuförderung erfolgt dabei kontinuierlich und überlagert sich mit der Abförderung durch die Gaseinblasventile/-injektoren. Die Abförderung aus dem Niederdruck-Gasrail in den Brennraum erfolgt dabei für einen Zylinder zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine vom Steuergerät berechnete Einblasdauer. Die Abförderung erfolgt also nicht kontinuierlich, sondern getaktet zu bestimmten Zeitintervallen. Der prinzipielle Aufbau eines Gasversorgungssystems für eine Verbrennungskraftmaschine geht aus der 5 hervor.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Betrieb des Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine insofern zu verbessern, dass für eine Ermittlung der individuellen Eigenschaften der Bestandteile des Kraftstoffversorgungssystems nicht erst bestimmte Bedingungen eingestellt werden müssen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in dem Fall, dass es sich um ein Kraftstoffversorgungssystem einer mit einem flüssigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine handelt, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betreiben des Kraftstoffversorgungssystems/Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine mit einer Pumpe, einem Speicher/Rail und einem Injektor der Druck in dem Speicher mittels eines Sensors ermittelt wird, das Kraftstoffsystem als dynamisches Modell nachgebildet wird, das Modell die Abhängigkeit des Druckes in dem Speicher von dem Kraftstoffstrom, der dem Speicher mittels der Pumpe zugeführt wird und von dem Kraftstoffstrom, der dem Speicher mittels des Injektors entnommen wird, beschreibt, mittels des Modells Zustandsgrößen des Kraftstoffsystems rekonstruiert werden, wobei eine Zustandsgröße der Druck in dem Speicher ist, wobei eine weitere Zustandsgröße eine Eigenschaft der Pumpe beschreibt und eine noch weitere Zustandsgröße eine Eigenschaft des Injektors beschreibt, wobei der mittels des Modells rekonstruierte Druck in dem Speicher mit dem mittels des Sensors ermittelten Druck in dem Speicher verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses die weitere Zustandsgröße und die noch weitere Zustandsgröße rekonstruiert werden, so dass sich der rekonstruierte Druck in dem Speicher und der mittels des Sensors ermittelte Druck in dem Speicher einander angleichen.
In dieser Ausführung wird bevorzugt ein einfacher Beobachter oder ein Extended Kalman Filter (EKF) oder ein Unscented Kalman Filter (UKF) auf das Modell angewendet. Der Beobachter bzw. das Filter berücksichtigt die geschätzten Eigenschaften der Pumpe und/oder der Injektoren mittels Zustandserweiterung, d. h. der Zustandsvektor wird um die gesuchten Parameter/ Eigenschaften erweitert.
In einer weiteren möglichen Ausführung werden mittels des Modells Zustandsgrößen und Systemparameter des Kraftstoffsystems rekonstruiert, wobei eine Zustandsgröße der Druck in dem Speicher ist, wobei ein Systemparameter eine Eigenschaft der Pumpe beschreibt und ein weiterer Systemparameter eine Eigenschaft des Injektors beschreibt, wobei der mittels des Modells rekonstruierte Druck in dem Speicher mit dem mittels des Sensors ermittelten Druck in dem Speicher verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses die Systemparameter rekonstruiert werden, so dass sich der rekonstruierte Druck in dem Speicher und der mittels des Sensors ermittelte Druck in dem Speicher einander angleichen. In dieser Ausführung wird bevorzugt eine auf einem Recursive-Least-Squares-Algorithmus basierende Schätzmethode auf das Modell angewendet, d. h. auch ein herkömmlicher Least-Squares-Algorithmus ist anwendbar.
In einer noch weiteren möglichen Ausführung werden mittels eines vereinfachten Modells Zustandsgrößen und Systemparameter des Kraftstoffsystems/Kraftstoffversorgungssystems rekonstruiert, wobei eine Zustandsgröße der Druck in dem Speicher ist, wobei weitere Systemparameter die Eigenschaften des Injektors bzw. der Injektoren beschreiben, wobei der mittels des Modells rekonstruierte Druck in dem Speicher mit dem mittels des Sensors ermittelten Druck in dem Speicher verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses die Systemparameter rekonstruiert werden, so dass sich der rekonstruierte Druck in dem Speicher und der mittels des Sensors ermittelte Druck in dem Speicher einander angleichen. In dieser Ausführung wird bevorzugt ein Beobachter als Schätzmethode auf das Modell angewendet.
Erfindungsgemäß kann spezifisch für jeden Injektor der entsprechende Systemparameter/die entsprechende Zustandsgröße geschätzt werden, wodurch unterschiedliche Durchflusscharakteristiken berücksichtigt und eine Injektor-individuelle Diagnose/Korrektur ermöglicht werden. Dieses Schätzproblem ist lösbar, da während eines Arbeitsspiels jeder Injektor nur einmal aktiv ist und die anderen währenddessen inaktiv sind und somit stets nur zwei Parameter zur gleichen Zeit geschätzt werden – derjenige der Pumpe und derjenige des aktiven Injektors.
Somit ergeben sich erfindungsgemäß folgende Vorteile. Das Verfahren gemäß den Ausführungen ist nicht rein (druck-)signalbasiert und funktioniert auch dann korrekt, wenn sich eine Förderung von flüssigem Kraftstoff in das Kraftstoffsystem und eine Entnahme von Kraftstoff daraus überlagern. D. h. es ist von Vorteil, dass für das erfindungsgemäße Verfahren nicht erst bestimmte Bedingungen hergestellt werden müssen, also insbesondere nicht zeitweilig der Druck im Kraftstoffsystem angehoben werden muss.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft also parallel zum Betriebsprozess der Brennkraftmaschine.
D. h. der Betriebsprozess der Brennkraftmaschine wird nicht beeinflusst. Anhand der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten individuellen Eigenschaften der Bestandteile des Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere der Injektoren, kann nicht nur erkannt werden, dass es Unterschiede gibt und welches Ausmaß diese haben, sondern auch eine Korrektur vorgenommen werden, um das unterschiedliche Durchflussverhalten einer Vielzahl von Gasinjektoren eines Kraftstoffsystems auszugleichen. Eine Eigenschaft eines Bestandteils eines Kraftstoffsystems, insbesondere eines Injektors oder der Pumpe entspricht z. B. einem Wirkungsgrad hinsichtlich des Durchflusses eines Injektors, beispielsweise den Durchflussbeiwert bzw. beschreibt eine variable Charakteristik des Injektors/der Kraftstoffpumpe hinsichtlich des Durchflusses/Durchflussverhaltens (z. B. den Wirkungsgrad/effektiven Querschnitt des Injektors hinsichtlich des Durchflusses)/der Pumpe (z. B. dem Wirkungsgrad/hinsichtlich der Förderleistung). Insbesondere können also zwischen den einzelnen Injektoren hinsichtlich des Durchflusses vorhandene Unterschiede (bei übereinstimmender Ansteuerung der Injektoren ist dann die mittels der Injektoren zugemessene Menge an Kraftstoff unterschiedlich) erkannt und ausgeglichen werden. Die Durchflussunterschiede können dabei z. B. aufgrund eines Unterschieds im Injektorquerschnitt entstehen oder schon vorhanden sein von vornherein. Die jeweilige Eigenschaft kann für einen gerade betrachteten Fall/Rechenschritt einen bestimmten Wert aufweisen, der sich in einem nächsten Fall/Rechenschritt jedoch schon wieder davon unterscheidet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in dem Fall, dass es sich um ein Kraftstoffversorgungssystem einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine handelt, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betreiben des Gasversorgungssystems/Gassystems einer Brennkraftmaschine mit einem Gasdruckregler/Gasdruckregelventil, einem Gasspeicher/Gasrail und einem Gaseinblasinjektor der Druck in dem Gasrail mittels eines Sensors ermittelt wird, das Gassystems als dynamisches Modell nachgebildet wird, das Modell die Abhängigkeit des Druckes in dem Gasrail von dem Gasstrom, der dem Gasrail mittels des Gasdruckreglers bzw. vom Gasdruckregelventil zugeführt wird und von dem Gasstrom, der dem Gasrail mittels des Gaseinblasinjektors entnommen wird, beschreibt, mittels des Modells Zustandsgrößen des Gassystems rekonstruiert werden, wobei eine Zustandsgröße der Druck in dem Gasrail ist, wobei weitere Zustandsgrößen Eigenschaften des Gasdruckreglers/Gasdruckregelventils beschreiben und eine noch weitere Zustandsgröße eine Eigenschaft des Gaseinblasinjektors beschreibt, wobei der mittels des Modells rekonstruierte Druck in dem Gasrail mit dem mittels des Sensors ermittelten Druck in dem Gasrail verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses die Zustandsgrößen rekonstruiert werden, so dass sich der rekonstruierte Druck in dem Gasrail und der mittels des Sensors ermittelte Druck in dem Gasrail einander angleichen.
In dieser Ausführung wird bevorzugt ein einfacher Beobachter oder ein Extended Kalman Filter (EKF) oder ein Unscented Kalman Filter (UKF) auf das Modell angewendet. Der Beobachter bzw. das Filter berücksichtigt die geschätzten Eigenschaften des Gasdruckreglers und/oder der Gaseinblasinjektoren mittels Zustandserweiterung, d. h. der Zustandsvektor wird um die gesuchten Parameter/Eigenschaften erweitert.
In einer weiteren möglichen Ausführung werden mittels des Modells Zustandsgrößen und Systemparameter des Gassystems rekonstruiert, wobei eine Zustandsgröße der Druck in dem Gasrail ist, wobei ein Systemparameter eine Eigenschaft des Gasdruckreglers/Gasdruckregelventils beschreibt und ein weiterer Systemparameter eine Eigenschaft des Gaseinblasinjektors/Gasinjektors beschreibt, wobei der mittels des Modells rekonstruierte Druck in dem Gasrail mit dem mittels des Sensors ermittelten Druck in dem Gasrail verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses die Systemparameter rekonstruiert werden, so dass sich der rekonstruierte Druck in dem Gasrail und der mittels des Sensors ermittelte Druck in dem Gasrail einander angleichen. In dieser Ausführung wird bevorzugt eine auf einem Recursive-Least-Squares-Algorithmus basierende Schätzmethode auf das Modell angewendet, d. h. auch ein herkömmlicher Least-Squares-Algorithmus ist anwendbar.
In einer noch weiteren möglichen Ausführung werden mittels eines vereinfachten Modells Zustandsgrößen und Systemparameter des Gassystems/Gasversorgungssystems rekonstruiert, wobei eine Zustandsgröße der Druck in dem Gasrail ist, wobei weitere Systemparameter die Eigenschaften des Gasinjektors bzw. der Gasinjektoren beschreiben, wobei der mittels des Modells rekonstruierte Druck in dem Gasrail mit dem mittels des Sensors ermittelten Druck in dem Gasrail verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses die Systemparameter rekonstruiert werden, so dass sich der rekonstruierte Druck in dem Gasrail und der mittels des Sensors ermittelte Druck in dem Gasrail einander angleichen. In dieser Ausführung wird bevorzugt ein Beobachter als Schätzmethode auf das Modell angewendet.
Erfindungsgemäß kann spezifisch für jeden Gasinjektor der entsprechende Systemparameter/die entsprechende Zustandsgröße geschätzt werden, wodurch unterschiedliche Durchflusscharakteristiken berücksichtigt und eine Gasinjektor-individuelle Diagnose/Korrektur ermöglicht werden. Dieses Schätzproblem ist lösbar, da während eines Arbeitsspiels jeder Gasinjektor nur einmal aktiv ist und die anderen währenddessen inaktiv sind und somit stets nur zwei Parameter zur gleichen Zeit geschätzt werden – derjenige des Gasdruckreglers und derjenige des aktiven Gasinjektors.
Somit ergeben sich erfindungsgemäß folgende Vorteile. Das Verfahren gemäß den Ausführungen ist nicht rein (druck-)signalbasiert und funktioniert auch dann korrekt, wenn sich eine Förderung von gasförmigem Kraftstoff in das Kraftstoffsystem bzw. Gassystem und eine Entnahme von Kraftstoff/Gas daraus überlagern. D. h. es ist von Vorteil, dass für das erfindungsgemäße Verfahren nicht erst bestimmte Bedingungen hergestellt werden müssen, also insbesondere nicht zeitweilig der Druck im Kraftstoffsystem/Gassystem angehoben werden muss.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft also parallel zum Betriebsprozess der Brennkraftmaschine. D. h. der Betriebsprozess der Brennkraftmaschine wird nicht beeinflusst. Anhand der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten individuellen Eigenschaften der Bestandteile des Kraftstoffsystems/Gassystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere der Gasinjektoren, kann nicht nur erkannt werden, dass es Unterschiede gibt und welches Ausmaß diese haben, sondern auch eine Korrektur vorgenommen werden, um das unterschiedliche Durchflussverhalten einer Vielzahl von Gasinjektoren eines Kraftstoffsystems/Gassystems auszugleichen. Eine Eigenschaft eines Bestandteils eines Kraftstoffsystems, insbesondere eines Gasinjektors oder des Gasdruckregelventils entspricht z. B. einem Wirkungsgrad hinsichtlich des Durchflusses, beispielsweise den Durchflussbeiwert eines Gasinjektors bzw. beschreibt eine variable Charakteristik des Gasinjektors/des Gasdruckregelventils hinsichtlich des Durchflusses/Durchflussverhaltens (z. B. den Wirkungsgrad/effektiven Querschnitt des Gasinjektors/des Gasdruckregelventils hinsichtlich des Durchflusses). Insbesondere können also zwischen den einzelnen Gasinjektoren hinsichtlich des Durchflusses vorhandene Unterschiede (bei übereinstimmender Ansteuerung der Injektoren ist dann die mittels der Injektoren zugemessene Menge an Kraftstoff unterschiedlich) erkannt und ausgeglichen werden. Die Durchflussunterschiede können dabei z. B. aufgrund eines Unterschieds im Injektorquerschnitt entstehen oder schon vorhanden sein von vornherein. Die jeweilige Eigenschaft kann für einen gerade betrachteten Fall/Rechenschritt einen bestimmten Wert aufweisen, der sich in einem nächsten Fall/Rechenschritt jedoch schon wieder davon unterscheidet.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind der folgenden detaillierten Beschreibung zu entnehmen.
Wie in 1 gezeigt, weist eine Brennkraftmaschine 1 ein Kraftstoffsystem bzw. Kraftstoffversorgungssystem mit einer Pumpe 2, einem Speicher 3 (Kraftstoffrail/Kraftstoffverteilerleitung) und mehreren Injektoren 4 (also zumindest einem Injektor 4) auf. Mittels der Injektoren 4 wird den Zylindern bzw. Brennräumen der Brennkraftmaschine 1 flüssiger Kraftstoff zugeführt. Der Druck in dem Speicher 3 wird mittels eines Sensors 5 ermittelt, so wie allgemein bekannt. Die Brennkraftmaschine 1 kann eine Otto- oder Dieselbrennkraftmaschine sein. Bei der Ottobrennkraftmaschine kann es sich auch um eine mit einem verflüssigten Gas (LPG, LNG, H₂) als Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine 1 handeln. Wie allgemein bekannt, ist der Druck in dem mit Kraftstoff gefüllten Speicher 3 abhängig von der Kraftstoffmenge q_hpp, die dem Speicher 3 mittels der Pumpe 2 pro Zeiteinheit zugeführt wird und abhängig von der Kraftstoffmenge q_inj, die dem Speicher 3 mittels der Injektoren 4 pro Zeiteinheit entnommen wird sowie abhängig vom Volumen des Speichers V_CR und Eigenschaften des Kraftstoffs, wie dem Kompressionsmodul E. Insbesondere ergibt sich eine Änderung des Druckes dp_CR des Kraftstoffs in dem Speicher 3 über eine bestimmte Zeitspanne dt gemäß dem Zusammenhang dp_CR/dt = E/V_CR(q_hpp – q_inj). D. h. anhand dieses Modells bzw. dieser Differentialgleichung kann der Druck (durch bzw. in Verbindung mit einer Integration) bzw. der Druckgradient im Speicher 3 bestimmt werden. Natürlich muss der oben beschriebene, mittels der Pumpe 2 geförderte Kraftstoffstrom q_hpp bzw. der Kraftstoffstrom q_inj, der dem Speicher 3 mittels der Injektoren 4 entnommen wird, nicht unbedingt auf die Kraftstoffmenge q bzw. das Kraftstoffvolumen v bezogen sein. Vielmehr kann es sich jeweils auch um einen Kraftstoffmassenstrom (dm_hpp/dt, dm_inj/dt) handeln, also um eine zeitabhängige Größe. Insofern ergibt sich eine Änderung des Druckes dp_CR des Kraftstoffs in dem Speicher 3 über eine bestimmte Zeitspanne dt gemäß dem Zusammenhang dp_CR/dt = E/V_CR(dm_hpp/dt – dm_inj/dt).
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird von einem stark vereinfachten Modell des Kraftstoffversorgungssystems ausgegangen, bei dem der zugeförderte Kraftstoffmassenstrom dm_hpp/dt nicht mitmodelliert wird, sondern vielmehr als Störgröße betrachtet wird. Das Modell vereinfacht sich in diesem Fall zu dp_CR/dt = E/V_CR(–dm_inj/dt). Somit erfolgt anhand dieses Modells lediglich die Schätzung einer Zustandsgröße/eines Systemparameters, nämlich eine des Injektors 4 bzw. des jeweiligen Injektors 4.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird von einem stark vereinfachten Modell des Kraftstoffversorgungssystems ausgegangen, bei dem der abgeförderte Kraftstoffmassenstrom dm_inj/dt nicht mitmodelliert wird, sondern vielmehr als Störgröße betrachtet wird. Das Modell vereinfacht sich in diesem Fall zu dp_CR/dt = E/V_CR(dm_hpp/dt). Somit erfolgt anhand dieses Modells lediglich die Schätzung einer Zustandsgröße/eines Systemparameters, nämlich eine der Pumpe 2, insbesondere betreffend das Durchflussverhalten bzw. den Wirkungsgrad/die Förderleistung der Pumpe 2.
Die dem Speicher 3 mittels der Pumpe 2 zugeführte Kraftstoffmenge q_hpp pro Zeiteinheit (also der Kraftstoffmengenstrom bzw. Kraftstoffvolumenstrom) bzw. der zugeförderte Kraftstoffmassenstrom dm_hpp/dt wird beispielsweise anhand eines Modells der Pumpe 2 ermittelt, kann aber auch messtechnisch erfasst oder einfach einem Kennfeld (in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wie beispielsweise die Antriebsdrehzahl der Pumpe 2) entnommen werden. Angenommen, die Bestimmung des mittels der Pumpe 2 geförderten Kraftstoffmengenstroms q_hpp/des Kraftstoffmassenstroms dm_hpp/dt erfolgt anhand eines Modells und es handelt sich um eine Kolbenpumpe, dann erfolgt diese Bestimmung insbesondere in Abhängigkeit der Kolbendynamik und der Charakteristik bzw. Einstellung des gegebenenfalls vorhandenen Ventils zur Steuerung/Reglung des Kraftstoffdruckes- und/oder des gegebenenfalls vorhandenen Ventils zur Steuerung/Regelung der Kraftstoffmenge.
Die dem Speicher 3 mittels eines Injektors 4 bzw. der einzelnen Injektoren 4 entnommene Kraftstoffmenge q_inj pro Zeiteinheit (also der Kraftstoffmengenstrom bzw. Kraftstoffvolumenstrom) bzw. der abgeförderte Kraftstoffmassenstrom dm_inj/dt wird beispielsweise anhand eines (Mittelwert-)Modells auf Basis eines Kennfelds bestimmt, insbesondere unter Berücksichtigung der Ansteuerdauer des jeweiligen Injektors 4 und des Druckes in dem Speicher 3. Weiterhin ist es möglich, ein einfaches Modell auf Basis eines Stationär-Durchflusses bei permanenter Öffnung des Ventils/Injektors zu verwenden. Der Injektor-Massenstrom m_inj ergibt sich dann auf Basis von:

Eine messtechnische Erfassung ist natürlich auch denkbar. Ebenfalls kann der Kraftstoffmengenstrom q_inj/Kraftstoffmassenstrom dm_inj/dt (in Bezug auf einen Zylinder z der Brennkraftmaschine 1) auch in Abhängigkeit vom Verbrennungsluftverhältnis (je Zylinder z), der Luftmenge bzw. dem Luftmengenstrom und dem Mindestluftbedarf bestimmt werden.
Für eine Ermittlung der individuellen Eigenschaften der Bestandteile des Kraftstoffversorgungsystems (insbesondere der Pumpe 2 und der Injektoren 4) wird die oben genannte Differentialgleichung dp_CR/dt = E/V_CR(q_hpp – q_inj) oder dp_CR/dt = E/V_CR(dm_hpp/dt – dm_inj/dt) bzw. deren vereinfachte Formen, wie dp_CR/dt = E/V_CR(–dm_inj/dt) und dp_CR/dt = E/V_CR(dm_hpp/dt), erfindungsgemäß insofern erweitert, dass dem Kraftstoffmengenstrom q_hpp/Kraftstoffmassenstrom dm_hpp/dt, der dem Speicher 3 mittels der Pumpe 2 zugeführt wird, eine Zustandsgröße/ein Systemparameter bzw. ein erster Korrekturwert oder -faktor C_hpp und dem Kraftstoffmengenstrom q_inj//Kraftstoffmassenstrom dm_inj/dt, der dem Speicher 3 mittels der Injektoren 4 entnommen wird, eine Zustandsgröße/ein Systemparameter bzw. ein zweiter Korrekturwert oder -faktor C_inj zugeordnet wird. Infolgedessen lautet die Differentialgleichung nun dp_CR/dt = E/V_CR(C_hpp·q_hpp – C_inj·q_inj oder dp_CR/dt = E/V_CR(C_hpp·dm_hpp/dt – C_inj·dm_inj/dt) bzw. für die vereinfachten Formen dp_CR/dt = E/V_CR(C_hpp·dm_hpp/dt) und dp_CR/dt = E/V_CR(–C_inj·dm_inj/dt).
D. h. ein erster Korrekturfaktor C_hpp wird mit dem Kraftstoffmassenstrom dm_hpp/dt bzw. Kraftstoffmengenstrom q_hpp, der dem Speicher 3 mittels der Pumpe 2 zugeführt wird, multipliziert und ein zweiter Korrekturfaktor C_inj wird mit dem Kraftstoffmassenstrom dm_inj/dt bzw. Kraftstoffmengenstrom q_inj, der dem Speicher 3 mittels der Injektoren 4 entnommen wird, multipliziert.
Erfindungsgemäß wird nun in einer möglichen Ausführung das Kraftstoffversorgungssystem im Zustandsraum beispielsweise zeitdiskret beschrieben (eine kontinuierliche Beschreibung ist auch möglich). D. h. dadurch, dass z. B. ein Beobachter ein zeitdiskretes Modell verwendet, werden Informationen des Kraftstoffversorgungssystems modellbasiert rekonstruiert.
Wie in 2 gezeigt, ist ein realer Prozess/reales System durch Eingänge u, Ausgänge y und Zustände x gekennzeichnet. Das reale System entspricht hier dem Kraftstoffsystem einschließlich der Pumpe 2 und der Injektoren 4. Die Eingänge u sind sowohl der Kraftstoffstrom q_hpp/Kraftstoffmassenstrom dm_hpp/dt, der dem Speicher 3 mittels der Pumpe 2 zugeführt wird, als auch der Kraftstoffstrom q_inj/Kraftstoffmassenstrom dm_inj/dt, der dem Speicher 3 mittels der Injektoren 4 entnommen wird, wobei dieser Kraftstoffmassenstrom nach folgendem Zusammenhang bestimmt werden kann:
Der Ausgang y des realen Systems ist der Druck p_CR im Speicher 3, der mittels des Sensors 5 ermittelt werden kann.
Das von dem Beobachter verwendete zeitdiskrete Modell p_CR(k) = x(k – 1) + T_s·E/V_CR·(dm_hpp/dt – dm_inj/dt) mit der Schrittweite T_s und dem Zeitindex k, ergibt sich (mittels des expliziten Euler-Verfahrens) aus dem kontinuierlichen Systemmodell dp_CR/dt = E/V_CR·(dm_hpp/dt – dm_inj/dt), so dass anhand der Eingänge u und Ausgänge y Zustände x des betrachteten Systems geschätzt/rekonstruiert werden können. Ein Zustand/eine Zustandsgröße des betrachteten Systems ist der Druck p_CR im Speicher 3. Ein weiterer Zustand/eine weitere Zustandsgröße beschreibt eine Eigenschaft der Pumpe 2. Ein noch weiterer Zustand/eine noch weitere Zustandsgröße beschreibt eine Eigenschaft des jeweiligen Injektors 4. D. h. mittels des Beobachters werden erfindungsgemäß der Druck p_CR im Speicher 3, der erste Korrekturwert bzw. -faktor C_hpp und der zweite Korrekturwert bzw. -faktor C_inj geschätzt. Also gegeben sind u und y und gesucht sind Zustände/Zustandsgrößen x des Kraftstoffsystems, wie eben der Druck p_CR im Speicher 3, eine Eigenschaft/Eigenschaften der Pumpe 2 und eine Eigenschaft/Eigenschaften des jeweiligen Injektors 4.
Insbesondere erfolgt einerseits anhand der Eingänge u (q_hpp, q_inj bzw. dm_hpp/dt, dm_inj/dt) in Verbindung mit dem Systemmodell (dp_CR/dt = E/V_CR·(dm_hpp/dt – dm_inj/dt) eine Rekonstruktion bzw. Prädiktion des Druckes p ^_CR im Speicher 3, und andererseits eine Korrektur bzw. Anpassung der geschätzten Zustände des Systems x ^ (p ^_CR, C_hpp, C_inj) in Abhängigkeit (eines Vergleichs) des prädizierten Druckes p ^_CR in dem Speicher 3 und des realen (mittels des Sensors 5 gemessenen) Druckes p_CR in dem Speicher 3, so dass die geschätzten Zustände des Systems x ^ (p ^_CR, C_hpp, C_inj) vorliegen, anhand derer der Fehler zwischen der Prädiktion des Druckes p ^_CR in dem Speicher 3 mittels des Systemmodells und dem realen (mittels des Sensors 5 gemessenen) Druck p_CR im Speicher 3 minimal sind. Insbesondere erfolgt fortlaufend die Schätzung der Zustände x ^(k) aus jeweils vorangegangenen geschätzten Zuständen x ^(k – 1) unter Berücksichtigung aktueller Messgrößen (also des mittels des Sensors 5 gemessenen Druckes p_CR im Speicher 3) anhand des Beobachters, so dass Schätzfehler sowie die Varianz des Schätzfehlers möglichst minimal werden. Es wird folglich erfindungsgemäß das Systemmodell durch Schätzung der Zustände x ^ des Systems, nämlich durch Schätzung des Druckes p ^_CR in dem Speicher 3, des ersten Korrekturwertes bzw. -faktors C_hpp und des zweiten Korrekturwertes bzw. -faktors C_inj, an den realen Prozess angeglichen.
Insbesondere infolge der Erweiterung der oben genannten Differentialgleichung bzw. des zugrunde liegenden Modells um den ersten Korrekturwert C_hpp und den zweiten Korrekturwert C_inj bzw. durch diese Zustandserweiterung wird bei dieser Ausführung das Systemmodell nichtlinear, so dass ein nichtlinearer Beobachter- bzw. Filteransatz erforderlich ist. Insbesondere wird ein Extended Kalman Filter (EKF) oder ein Unscented Kalman Filter (UKF) auf das um den ersten Korrekturwert C_hpp und den zweiten Korrekturwert C_inj erweiterte Modell des Kraftstoffsystems angewendet.
In der weiteren Ausführung erfolgt die Anwendung einer auf einem Recursive-Least-Squares-Algorithmus basierenden Schätzmethode auf das Modell des Kraftstoffsystems. Hierbei wird keine Zustandserweiterung vorgenommen, sondern es erfolgt eine Schätzung eines Zustands/einer Zustandsgröße, nämlich des Druckes p ^_CR in dem Speicher 3 sowie eine Schätzung von Systemparametern, nämlich des ersten Korrekturwertes C_hpp und des zweiten Korrekturwertes C_inj.
Bevorzugt erfolgt erfindungsgemäß die Schätzung des ersten Korrekturwertes C_hpp während eines Arbeitsspieles der Brennkraftmaschine 1 mehrfach. Anders gesagt, angenommen die Brennkraftmaschine 1 arbeitet nach dem Viertaktprinzip und weist mehrere Zylinder z auf, dann haben nach zwei Umdrehungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 alle Zylinder z ein komplettes Arbeitsspiel durchlaufen, wobei erfindungsgemäß die Schätzung des ersten Korrekturwertes C_hpp über die zwei Umdrehungen der Kurbelwelle mehrfach erfolgt. Dies gilt natürlich auch für eine Vielzahl aufeinanderfolgender Arbeitsspiele, beispielsweise über ein bestimmtes Intervall, das eine Vielzahl von Arbeitsspielen umfasst. (Beispielsweise erfolgt die Schätzung des ersten Korrekturwertes C_hpp während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine 1 vier Mal, wobei ein vorgegebenes betrachtetes Intervall einhundert Arbeitsspiele umfasst, so dass vierhundert Schätzungen erfolgen).
Erfindungsgemäß erfolgt die Schätzung des zweiten Korrekturwertes C_inj in Bezug auf ein Arbeitsspiel nur einmal. D. h. in Bezug auf jeden einzelnen Injektor 4 vor allem immer dann, wenn der jeweilige Injektor 4 gerade aktiv ist bzw. angesteuert wird und aktuell flüssigen Kraftstoff mittels dieses Injektors 4 aus dem Speicher 3 entnommen bzw. einem Zylinder z/Brennraum der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird. Anders gesagt, wird die Schätzung des zweiten Korrekturwertes C_inj für jeden einzelnen Injektor 4 des Kraftstoffsystems durchgeführt, während der jeweils betrachtete Injektor 4 gerade aktiv ist, so dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 während eines Arbeitsspiels (natürlich neben dem Druck in dem Speicher p_CR) nur zwei Zustände – ggf. gleichzeitig während des Arbeitsspiels – geschätzt werden, nämlich der erste Korrekturwert C_hpp (in Bezug auf die Pumpe 2) und der zweite Korrekturwert C_inj (in Bezug auf einen einzelnen jeweils gerade aktiven Injektor 4).
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass praktisch permanent, d. h. während der Förderung von Kraftstoff in den Speicher 3 und der gleichzeitigen Entnahme (d. h. auch bei einer Überlappung von Förderung und Entnahme) von Kraftstoff aus den Speicher 3 bestimmt werden kann, wie die individuellen Eigenschaften der Bestandteile/Komponenten (Pumpe 2, Injektoren 4) des Kraftstoffsystems aktuell sind. Das würde bei einem rein (druck-)signalbasierten Verfahren nicht möglich sein.
Erfindungsgemäß wird die Schätzung des zweiten Korrekturwertes C_inj in Abhängigkeit von einem boolschen Operator E_injx/Zylinderzähler ct_zyl gesteuert. Wie in 3 in dem unteren Diagramm gezeigt, zählt bei einer Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern ein Zylinderzähler ct_zyl (natürlich unter Beachtung der Zündfolge der Brennkraftmaschine 1, die z. B. gemäß dem Viertaktprinzip arbeitet) über zwei Umdrehungen der Kurbelwelle (720 Grad Kurbelwinkel α) von 1 bis 4 hoch in entsprechenden Schritten (720 Grad Kurbelwelle/Anzahl Zylinder z). Wie in 3 in dem oberen Diagramm gezeigt, ist ein boolscher Operator E_injx des jeweiligen Zylinders z bei einer Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern immer dann gleich eins, wenn der aktuelle Kurbelwellenwinkel zwischen Beginn- und Endwinkel der Gaseinblasung des jeweiligen Zylinders z liegt. Das Enable-Bit E_injx ist also ein Wert, der zwei Zustände beschreibt, nämlich 0 und 1 und zwar für jeden Zylinder z (also E_inj1 bis E_inj4 bei einer Brennkraftmaschine 1 mit 4 Zylindern z). Anhand dieses Wertes E_injx kann mittels des Zusammenhangs C z / inj = C_inj1·E_inj1 + E_inj2·E_inj2 + E_inj3·E_inj3 + E_inj3·E_inj4 gesteuert werden, für welchen Injektor 4 der Korrekturfaktor C_inj gerade geschätzt werden soll. Gemäß 3 ist das Enable-Bit E_inj1 des ersten Zylinders z (ct_zyl = 1) zwischen Beginn- (z. B. 0 Grad Kurbelwinkel α) und Endwinkel der Kraftstoffeinspritzung in den bzw. zu dem ersten Zylinder z (z. B. 180 Grad Kurbelwinkel α) gleich 1 und die Enable-Bits E_inj2-4 der übrigen drei Zylinder z sind gleich 0, so dass der o. g. Zusammenhang folgendermaßen lautet: C 1 / inj = C_inj1·1 + C_inj2·0 + C_inj3·0 + C_inj4·0 , so dass nur C_inj1 im entsprechenden Kurbelwinkelintervall der Kraftstoffeinspritzung an/in den ersten Zylinder (z. B. zwischen 0 und 180 Grad Kurbelwinkel α) geschätzt wird, mittels des Beobachters. Parallel dazu oder in unmittelbarer zeitlicher Nähe zur Schätzung des zweiten Korrekturwertes C_inj1 des ersten Zylinders z wird wie beschrieben auch der erste Korrekturwert C_hpp geschätzt.
In 4 ist nun der Ablauf des oben beschriebenen Verfahrens schematisch dargestellt.
In dem unteren Diagramm ist der Verlauf des Zylinderzählers ct_zyl über der Zeit dargestellt. Weist die Brennkraftmaschine 1 vier Zylinder z auf (und arbeitet nach dem Viertaktprinzip), dann zählt der Zylinderzähler ct_zyl ein erstes Mal von 1 bis 4 hoch, so wie in 4 gezeigt. Dann beginnt der Zylinderzähler ct_zyl erneut von 1 bis 4 hochzuzählen. Gemäß 4 sind also vier Umdrehungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 gezeigt (2 mal 720 Grad Kurbelwinkel α).
In dem zweiten Diagramm von unten sind die Eingänge u des Beobachters bzw. des Systemmodells gezeigt, also sowohl der Kraftstoffmengenstrom q_hpp/Kraftstoffmassenstrom dm_hpp/dt, der dem Speicher 3 mittels der Pumpe 2 zugeführt wird (durchgezogene Linie), als auch der Kraftstoffmengenstrom q_inj/Kraftstoffmassenstrom dm_inj/dt, der dem Speicher 3 mittels der Injektoren 4 bzw. dem jeweils aktiven Injektor 4 entnommen wird (unterbrochene Linie). Es ist zu erkennen, dass die Pumpe 2 zweimal pro Kurbelwellenumdrehung fördert (also die Pumpe 2 weist z. B. einen Kolben auf, der mit einem Nocken mit vier Erhebungen zusammenwirkt, der von der Nockenwelle der Brennkraftmaschine 1 mit halber Kurbelwellendrehzahl angetrieben wird). Weiterhin ist zu erkennen, dass mittels eines der vier Injektoren 4 jeweils einmal pro zwei Kurbelwellenumdrehungen Kraftstoff aus dem Speicher 3 entnommen und in den jeweiligen Zylinder z bzw. Brennraum gefördert wird.
In dem dritten Diagramm von unten ist der Verlauf des ersten Korrekturwertes C_hpp gezeigt. Wie zu erkennen ist, erfolgt innerhalb eines Arbeitsspieles (720 Grad Kurbelwinkel α) viermal eine Schätzung des ersten Korrekturwertes C_hpp. Wie weiterhin zu erkennen ist, nähert sich der erste Korrekturwert C_hpp einem konstanten Wert.
In dem vierten Diagramm von unten ist der Verlauf des zweiten Korrekturwertes C_inj und zwar des Injektors 4 des ersten Zylinders z gezeigt. Wie zu erkennen ist, erfolgt innerhalb eines Arbeitsspieles nur einmal eine Schätzung des zweiten Korrekturwertes C_inj betreffend diesen Zylinder z.
In dem fünften Diagramm von unten ist der Verlauf des zweiten Korrekturwertes C_inj und zwar des Injektors 4 des Zylinders z gezeigt, der gemäß der jeweiligen Zündfolge dem ersten Zylinder z folgt. Wie zu erkennen ist, erfolgt innerhalb eines Arbeitsspieles nur einmal eine Schätzung des zweiten Korrekturwertes C_inj dieses Zylinders z.
Auf Grundlage der mittels des oben beschriebenen Verfahrens bestimmten Zustände/Eigenschaften der Injektoren 4, also insbesondere des zweiten Korrekturwertes C_inj des jeweiligen Injektors 4, kann nun eine Diagnose des Kraftstoffsystems der Brennkraftmaschine 1 erfolgen. D. h. es kann nicht nur erkannt werden, dass es Unterschiede gibt und welches Ausmaß diese haben, um beispielsweise Korrekturwerte zu bilden und anhand dieser das unterschiedliche Durchflussverhalten der Vielzahl von Injektoren 4 des Kraftstoffsystems auszugleichen, sondern es können auch Fehlerursachen des Kraftstoffversorgungssystems identifiziert werden. Insbesondere kann dazu eine relative Auswertung der zweiten Korrekturwerte C_inj der Injektoren 4 zueinander erfolgen. Angenommen, ein Injektor 4 weist einen verminderten Durchfluss auf (beispielsweise infolge einer Versottung o. ä.), dann verhält sich der zweite Korrekturwert bzw. -faktor C_injx dieses Injektors 4 gegenüber den verbleibenden Injektoren 4 abweichend, also sinkt, während die anderen Korrekturwerte bzw. -faktoren C_injx konstant bleiben, was auf eine Versottung schließen lässt. Ein anderer Fall ist gegeben, wenn sich die Korrekturwerte bzw. -faktoren C_injx aller Injektoren 4 verringern/vergrößern und einen bestimmten Toleranzbereich verlassen. Dies deutet auf einen Fehler des Drucksensors 5 hin, etwa der Steigung oder des Offsets. Auf Grundlage des mittels des oben beschriebenen Verfahrens bestimmten ersten Korrekturwertes C_hpp kann außerdem eine Diagnose der Pumpe 2 erfolgen. Beispielsweise kann dann auf eine interne Leckage der Pumpe 2 geschlossen werden, wenn der erste Korrekturwert C_hpp kleine Werte annimmt bzw. sich verringert.
Im Fall, dass es sich um ein Kraftstoffversorgungssystem einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine 1 handelt, weist, wie in 5 gezeigt, eine Brennkraftmaschine 1 ein Kraftstoffsystem/Gassystem/Gasversorgungssystem mit einem aktiven oder mechanischen (passiven) Gasdruckregler/Gasdruckregelventil 2, einem Gasspeicher/Gasrail 3 bzw. einer Gasverteilerleiste oder -leitung/Gasspeicherleitung 3 (Kraftstoffrail) und mehreren Injektoren/Gaseinblasinjektoren 4 (also zumindest einem Gaseinblasinjektor 4) auf. Mittels der Injektoren 4 wird dem Saugrohr oder direkt den Zylindern bzw. Brennräumen der Brennkraftmaschine 1 gasförmiger Kraftstoff zugeführt. Der Druck in dem Gasrail 3 wird mittels eines Sensors 5 ermittelt, so wie allgemein bekannt. Die Brennkraftmaschine 1 ist eine Brennkraftmaschine, die geeignet ist, mit gasförmigem Kraftstoff betrieben zu werden, beispielsweise eine Otto-Brennkraftmaschine. Bei der Brennkraftmaschine 1 handelt es sich insbesondere um eine mit einem komprimierten Gas (CNG) als Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine 1. Denkbar als Kraftstoff ist neben (gasförmigem) Erdgas allerdings jedes beliebige brennbare Gas, wie Wasserstoff, Propan, Butan (oder einem Gemisch daraus = verdampftes LPG). Wie allgemein bekannt, ist der Druck in dem mit Kraftstoff gefüllten Gasrail 3 abhängig von der Gasmasse m_DR, die dem Gasrail 3 mittels des Gasdruckregelventils 2 pro Zeiteinheit zugeführt wird und abhängig von der Gasmasse m_inj, die dem Gasrail 3 mittels der Gasinjektoren 4 pro Zeiteinheit entnommen wird sowie abhängig vom Volumen des Gasspeichers/Gasrails V_CR und Eigenschaften des Kraftstoffs/Gases (Gaskonstante R) und der Temperatur T des Gases. Insbesondere ergibt sich eine Änderung des Druckes dp_CR des Kraftstoffs/Gases in dem Gasrail 3 über eine bestimmte Zeitspanne dt gemäß dem Zusammenhang dp_CR/dt = R·T/V_CR·(dm_DR/dt – dm_inj/dt). D. h. anhand dieses Modells bzw. dieser Differentialgleichung kann der Druck (durch bzw. in Verbindung mit einer Integration) bzw. der Druckgradient im Gasrail 3 bestimmt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird von einem stark vereinfachten Modell des Kraftstoffsystems/Gassystems ausgegangen, bei dem der zugeförderte Kraftstoff-/Gasstrom/Gasmassenstrom dm_DR/dt nicht mitmodelliert wird, sondern vielmehr als Störgröße betrachtet wird. Das Modell vereinfacht sich in diesem Fall zu dp_CR/dt = R·T/V_CR(–dm_inj/dt). Somit erfolgt anhand dieses Modells lediglich die Schätzung einer Zustandsgröße/eines Systemparameters, nämlich eine des Gasinjektors 4 bzw. des jeweiligen Gasinjektors 4.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird von einem stark vereinfachten Modell des Kraftstoffsystems/Gassystems ausgegangen, bei dem der abgeförderte Kraftstoff-/Gasstrom/Gasmassenstrom dm_inj/dt nicht mitmodelliert wird, sondern vielmehr als Störgröße betrachtet wird. Das Modell vereinfacht sich in diesem Fall zu dp_CR/dt = R·T/V_CR(dm_DR/dt). Somit erfolgt anhand dieses Modells lediglich die Schätzung einer Zustandsgröße/eines Systemparameters, nämlich eine des Gasdruckregelventils 2, insbesondere betreffend das Durchflussverhalten bzw. den Wirkungsgrad des Gasdruckregelventils 2.
Die dem Gasrail 3 über das Gasdruckregelventil 2 zugeführte Gasmasse m_DR pro Zeiteinheit (bzw. der Kraftstoff-/Gasmengenstrom bzw. Kraftstoff-/Gasvolumenstrom) wird beispielsweise anhand eines Modells des Gasdruckregelventils 2 ermittelt, kann aber auch messtechnisch erfasst oder einfach einem Kennfeld (in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wie beispielsweise dem Ansteuertastverhältnis) entnommen werden. Angenommen, die Bestimmung des mittels des Gasdruckregelventils 2 geförderten Kraftstoff-/Gasmengen/-massenstroms dm_DR/dt erfolgt anhand eines Modells und es handelt sich um ein mechatronisches Proportionalventil, dann erfolgt diese Bestimmung insbesondere in Abhängigkeit der Ventilkolbendynamik und der Gasdynamik am Düsenaustritt.
Die dem Gasrail 3 mittels eines Gasinjektors 4 bzw. der einzelnen Gasinjektoren 4 entnommene Kraftstoffmenge/Gasmasse m_inj pro Zeiteinheit (also der Gasmengenstrom bzw. Gasvolumenstrom) wird beispielsweise anhand eines (Mittelwert-)Modells auf Basis eines Kennfelds bestimmt, insbesondere unter Berücksichtigung der Ansteuerdauer des jeweiligen Gasinjektors 4 und des Druckes in dem Gasrail 3. Weiterhin ist es möglich, ein einfaches Modell auf Basis eines Stationär-Durchflusses bei permanenter Öffnung des Ventils/Gasinjektors zu verwenden. Der Gasinjektor-Massenstrom m_inj ergibt sich dann auf Basis von:
Eine messtechnische Erfassung ist natürlich auch denkbar. Ebenfalls kann der Kraftstoff-/Gasmassenstrom m_inj/dt (in Bezug auf einen Zylinder z der Brennkraftmaschine 1 auch in Abhängigkeit vom Verbrennungsluftverhältnis (je Zylinder z), der Luftmenge bzw. dem Luftmengenstrom und dem Mindestluftbedarf bestimmt werden.
Für eine Ermittlung der individuellen Eigenschaften der Bestandteile des Kraftstoffsystems/Gasversorgungssystems (insbesondere des Gasdruckregelventils 2 und der Gasinjektoren 4) wird die oben genannte Differentialgleichung dp_CR/dt = R·T/V_CR·(dm_DR/dt – dm_inj/dt) bzw. deren vereinfachte Formen, wie dp_CR/dt = R·T/V_CR(–dm_inj/dt) und dp_CR/dt = R·T/V_CR(dm_DR/dt), erfindungsgemäß insofern erweitert, dass dem Kraftstoff-/Gasmengen-/massenstrom dm_DR/dt, der dem Gasrail 3 mittels des Gasdruckreglers 2 zugeführt wird, eine Zustandsgröße/ein Systemparameter bzw. ein erster Korrekturwert oder -faktor C_DR bzw. dem Kraftstoff-/Gasmengen-/massenstrom dm_inj/dt, der dem Gasrail 3 mittels der Gasinjektoren 4 entnommen wird, eine Zustandsgröße/ein Systemparameter bzw. ein zweiter Korrekturwert oder -faktor C_inj zugeordnet wird. Infolgedessen lautet die Differentialgleichung nun dp_CR/dt = R·T/V_CR(C_DR·dm_DR/dt – C_inj·dm_inj/dt) bzw. für die vereinfachten Formen dp_CR/dt = R·T/V_CR(C_DR·dm_DR/dt) und dp_CR/dt = R·T/V_CR(–C_inj·dm_inj/dt).
D. h. ein erster Korrekturfaktor C_DR wird mit dem Kraftstoff-/Gasmengen-/massenstrom dm_DR/dt, der dem Gasrail 3 mittels des Gasdruckreglers 2 zugeführt wird, multipliziert und ein zweiter Korrekturfaktor C_inj wird mit dem Kraftstoff-/Gasmengen-/massenstrom dm_inj/dt, der dem Gasrail 3 mittels der Gasinjektoren 4 entnommen wird, multipliziert.
Erfindungsgemäß wird nun in einer möglichen Ausführung das Kraftstoffsystem/Gassystem im Zustandsraum beispielsweise zeitdiskret beschrieben (eine kontinuierliche Beschreibung ist auch möglich). D. h. dadurch, dass z. B. ein Beobachter ein zeitdiskretes Modell verwendet, werden Informationen des Kraftstoffsystems/Gassystems modellbasiert rekonstruiert.
Wie in 6 gezeigt, ist ein realer Prozess/reales System durch Eingänge u, Ausgänge y und Zustände x gekennzeichnet. Das reale System entspricht hier dem Kraftstoffsystem/Gassystem einschließlich des Gasdruckreglers/Gasdruckregelventils 2 und der Gasinjektoren 4. Die Eingänge/Ansteuersignale u sind sowohl der Ansteuerstrom i_DR des Gasdruckreglers/Gasdruckregelventils 2, woraus der dem Gasrail 3 mittels des Gasdruckreglers 2 zugeführte Kraftstoff-/Gasmengen-/massenstrom nach dem Zusammenhang

bestimmt wird, als auch der Kraftstoff-/Gasmengen-/massenstrom dm_inj/dt, der dem Gasrail 3 mittels der Gasinjektoren 4 entnommen wird, wobei dieser Kraftstoff-/Gasmengen-/massenstrom nach folgendem Zusammenhang bestimmt werden kann:
Der Ausgang y des realen Systems ist der Druck p bzw. p_CR im Gasrail 3, der mittels des Sensors 5 ermittelt werden kann.
Das von dem Beobachter verwendete zeitdiskrete Modell p_CR(k) = x(k – 1) + T_s·R·T/V_CR·(dm_DR/dt – dm_inj/dt) mit der Schrittweite T_s und dem Zeitindex k ergibt sich (mittels des expliziten Euler-Verfahrens) aus dem kontinuierlichen Systemmodell dp_CR/dt = R·T/V_CR·(dm_DR/dt – dm_inj/dt), so dass anhand der Eingänge u und Ausgänge y Zustände x des betrachteten Systems geschätzt/rekonstruiert werden können. Ein Zustand/eine Zustandsgröße x des betrachteten Systems ist der Druck p_CR im Gasrail 3. Ein weiterer Zustand/eine weitere Zustandsgröße x beschreibt eine Eigenschaft des Gasdruckreglers/Gasdruckregelventils 2. Ein noch weiterer Zustand/eine noch weitere Zustandsgröße x beschreibt eine Eigenschaft des jeweiligen Gasinjektors 4. D. h. mittels des Beobachters werden erfindungsgemäß der Druck p_CR im Gasrail 3, der erste Korrekturwert bzw. -faktor C_DR und der zweite Korrekturwert bzw. -faktor C_inj geschätzt. Also gegeben sind u und y und gesucht sind Zustände/Zustandsgrößen x des Kraftstoffsystems/Gassystems, wie eben der Druck p_CR im Gasrail 3, eine Eigenschaft/Eigenschaften des Gasdruckreglers 2 und eine Eigenschaft/Eigenschaften des jeweiligen Gasinjektors 4.
Insbesondere erfolgt einerseits anhand der Eingänge u (dm_DR/dt, dm_inj/dt) in Verbindung mit dem Systemmodell (dp_CR/dt = R·T/V_CR·(dm_DR/dt – dm_inj/dt) eine Rekonstruktion bzw. Prädiktion des Druckes p ^_CR im Gasrail 3, und andererseits eine Korrektur bzw. Anpassung der geschätzten Zustände des Systems x ^ (p ^_CR, C_DR, C_inj) in Abhängigkeit (eines Vergleichs) des prädizierten Druckes p ^_CR in dem Gasrail 3 und des realen (mittels des Sensors 5 gemessenen) Druckes p_CR in dem Gasrail 3, so dass die geschätzten Zustände des Systems x ^ (p ^_CR, C_DR, C_inj) vorliegen, anhand derer der Fehler zwischen der Prädiktion des Druckes p ^_CR in dem Gasrail 3 mittels des Systemmodells und dem realen (mittels des Sensors 5 gemessenen) Druck p_CR im Gasrail 3 minimal sind. Insbesondere erfolgt fortlaufend die Schätzung der Zustände x ^(k) aus jeweils vorangegangenen geschätzten Zuständen x ^(k – 1) unter Berücksichtigung aktueller Messgrößen (also des mittels des Sensors 5 gemessenen Druckes p_CR im Gasrail 3) anhand des Beobachters, so dass Schätzfehler sowie die Varianz des Schätzfehlers möglichst minimal werden. Es wird folglich erfindungsgemäß das Systemmodell durch Schätzung der Zustände x ^ des Systems, nämlich durch Schätzung des Druckes p ^_CR in dem Gasrail 3, des ersten Korrekturwertes bzw. -faktors C_DR und des zweiten Korrekturwertes bzw. -faktors C_inj, an den realen Prozess angeglichen.
Insbesondere infolge der Erweiterung der oben genannten Differentialgleichung bzw. des zugrunde liegenden Modells um den ersten Korrekturwert C_DR und den zweiten Korrekturwert C_inj bzw. durch diese Zustandserweiterung wird bei dieser Ausführung das Systemmodell nichtlinear, so dass ein nichtlinearer Beobachter- bzw. Filteransatz erforderlich ist. Insbesondere wird ein Extended Kalman Filter (EKF) oder ein Unscented Kalman Filter (UKF) auf das um den ersten Korrekturwert C_DR und den zweiten Korrekturwert C_inj erweiterte Modell des Kraftstoffsystems/Gassystems angewendet.
In der weiteren Ausführung erfolgt die Anwendung einer auf einem Recursive-Least-Squares-Algorithmus basierenden Schätzmethode auf das Modell des Kraftstoffsystems/Gassystems. Hierbei wird keine Zustandserweiterung vorgenommen, sondern es erfolgt eine Schätzung eines Zustands/einer Zustandsgröße x, nämlich des Druckes p ^_CR in dem Gasrail 3 sowie eine Schätzung von Systemparametern, nämlich des ersten Korrekturwertes C_DR und des zweiten Korrekturwertes C_inj.
Bevorzugt erfolgt erfindungsgemäß die Schätzung des ersten Korrekturwertes C_DR während eines Arbeitsspieles der Brennkraftmaschine 1 mehrfach. Anders gesagt, angenommen, die Brennkraftmaschine 1 arbeitet nach dem Viertaktprinzip und weist mehrere Zylinder z auf, dann haben nach zwei Umdrehungen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 alle Zylinder z ein komplettes Arbeitsspiel durchlaufen, wobei erfindungsgemäß die Schätzung des ersten Korrekturwertes C_DR über die zwei Umdrehungen der Kurbelwelle mehrfach erfolgt. Dies gilt natürlich auch für eine Vielzahl aufeinanderfolgender Arbeitsspiele, beispielsweise über ein bestimmtes Intervall, das eine Vielzahl von Arbeitsspielen umfasst.
Erfindungsgemäß erfolgt die Schätzung des zweiten Korrekturwertes C_inj in Bezug auf ein Arbeitsspiel nur einmal. D. h. in Bezug auf jeden einzelnen Gasinjektor 4 vor allem immer dann, wenn der jeweilige Gasinjektor 4 gerade aktiv ist bzw. angesteuert wird und aktuell gasförmiger Kraftstoff mittels dieses Gasinjektors 4 aus dem Gasrail 3 entnommen bzw. einem Zylinder z/Brennraum der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird. Anders gesagt, wird die Schätzung des zweiten Korrekturwertes C_inj für jeden einzelnen Gasinjektor 4 des Kraftstoffsystems/Gassystems durchgeführt, während der jeweils betrachtete Gasinjektor 4 gerade aktiv ist, so dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 während eines Arbeitsspiels (natürlich neben dem Druck in dem Speicher p_CR) nur zwei Zustände – ggf. gleichzeitig während des Arbeitsspiels – geschätzt werden, nämlich der erste Korrekturwert C_DR (in Bezug auf die Gasdruckregler 2) und der zweite Korrekturwert C_inj (in Bezug auf einen einzelnen jeweils gerade aktiven Gasinjektor 4).
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass praktisch permanent, d. h. während der Förderung von Kraftstoff in das Gasrail 3 und der gleichzeitigen Entnahme (d. h. auch bei einer Überlappung von Förderung und Entnahme) von gasförmigem Kraftstoff aus dem Gasrail 3 bestimmt werden kann, wie die individuellen Eigenschaften der Bestandteile/Komponenten (Gasdruckregler 2, Gasinjektoren 4) des Kraftstoffsystems/Gassystems aktuell sind. Das würde bei einem rein (druck-)signalbasierten Verfahren nicht möglich sein.
Erfindungsgemäß wird die Schätzung des zweiten Korrekturwertes C_inj in Abhängigkeit von einem boolschen Operator E_injx gesteuert. Wie in 7 in dem unteren Diagramm gezeigt, ist der boolsche Operator E_injx des jeweiligen Zylinders z bei einer Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern immer dann gleich eins, wenn der aktuelle Kurbelwellenwinkel zwischen Beginn- und Endwinkel der Gaseinblasung des jeweiligen Zylinders z liegt. Das Enable-Bit E_injx ist also ein Wert, der zwei Zustände beschreibt, nämlich 0 und 1 und zwar für jeden Zylinder z (also E_inj1 bis E_inj4 bei einer Brennkraftmaschine 1 mit 4 Zylindern z). Anhand dieses Wertes E_injx kann mittels des Zusammenhangs C z / inj = C_inj1·E_inj1 + C_inj2·E_inj2 + C_inj3·E_inj3 + C_inj4·E_inj4 gesteuert werden, für welchen Gasinjektor 4 der Korrekturfaktor C_inj gerade geschätzt werden soll. Gemäß 7 ist das Enable-Bit E_inj1 des ersten Zylinders z zwischen Beginn- und Endwinkel der Gaseinblasung an/in den ersten Zylinder gleich 1 und die Enable-Bits E_inj2-4 der übrigen drei Zylinder z sind gleich 0, so dass der o. g. Zusammenhang folgendermaßen lautet: C 1 / inj = C_inj1·1 + C_inj2·0 + C_inj3·0 + C_inj4·0 , so dass nur C_inj1 im entsprechenden Kurbelwinkelintervall der Gaseinblasung an/in den ersten Zylinder geschätzt wird, mittels des Beobachters. Parallel dazu oder in unmittelbarer zeitlicher Nähe zur Schätzung des zweiten Korrekturwertes C_inj1 des ersten Zylinders z wird wie beschrieben auch der erste Korrekturwert C_DR geschätzt.
In 8 ist nun der Ablauf des oben beschriebenen Verfahrens schematisch dargestellt.
In dem unteren Diagramm ist der Verlauf des Operators E_injx über der Zeit dargestellt.
In dem oberen Diagramm ist der Verlauf der Korrekturwerte C_injx der einzelnen Zylinder z gezeigt.
Auf Grundlage der mittels des oben beschriebenen Verfahrens bestimmten Zustände der Gasinjektoren 4, also insbesondere des zweiten Korrekturwertes C_inj des jeweiligen Gasinjektors 4, kann nun eine Diagnose des Kraftstoffsystems/Gasversorgungssystems der Brennkraftmaschine 1 erfolgen. D. h. es kann nicht nur erkannt werden, dass es Unterschiede gibt und welches Ausmaß diese haben, um beispielsweise Korrekturwerte zu bilden und anhand dieser das unterschiedliche Durchflussverhalten der Vielzahl von Gasinjektoren 4 des Kraftstoffsystems/Gassystems auszugleichen, sondern es können auch Fehlerursachen des Kraftstoffsystems/Gassystems identifiziert werden. Insbesondere kann dazu eine relative Auswertung der zweiten Korrekturwerte C_inj der Gasinjektoren 4 zueinander erfolgen. Angenommen, ein Gasinjektor 4 weist einen verminderten Durchfluss auf (beispielsweise infolge einer Versottung o. ä.), dann verhält sich der zweite Korrekturwert bzw. -faktor C_injx dieses Gasinjektors 4 gegenüber den verbleibenden Gasinjektoren 4 abweichend, also sinkt, während die anderen Korrekturwerte bzw. -faktoren C_injx konstant bleiben, was auf eine Versottung schließen lässt. Ein anderer Fall ist gegeben, wenn sich die Korrekturwerte bzw. -faktoren C_injx aller Gasinjektoren 4 verringern/vergrößern und einen bestimmten Toleranzbereich verlassen. Dies deutet auf einen Fehler des Drucksensors 5 hin, etwa der Steigung oder des Offsets. Auf Grundlage des mittels des oben beschriebenen Verfahrens bestimmten ersten Korrekturwertes C_DR kann außerdem eine Diagnose des Druckreglers 2 erfolgen. Beispielsweise kann dann auf einen geschlossenen bzw. offen klemmenden Druckregler 2 geschlossen werden, wenn der erste Korrekturwert C_DR sehr kleine oder sehr große Werte annimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008017794 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffversorgungssystems einer mit einem flüssigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine (1) mit einer Pumpe (2), einem Speicher (3) und einem Injektor (4), wobei – der Druck (p_CR) in dem Speicher (3) mittels eines Sensors (5) ermittelt wird, – das Kraftstoffversorgungssystem als Modell nachgebildet wird, – das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Speicher (3) von dem Kraftstoffstrom (q_hpp, dm_hpp/dt), der dem Speicher (3) mittels der Pumpe (2) zugeführt wird und von dem Kraftstoffstrom (q_inj, dm_inj/dt), der dem Speicher (3) mittels des Injektors (4) entnommen wird, beschreibt, oder das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Speicher (3) von dem Kraftstoffstrom (q_hpp, dm_hpp/dt), der dem Speicher (3) mittels der Pumpe (2) zugeführt wird, beschreibt, wobei der Kraftstoffstrom (q_inj, dm_inj/dt), der dem Speicher (3) mittels des Injektors (4) entnommen wird, lediglich als Störgröße betrachtet wird, oder das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Speicher (3) von dem Kraftstoffstrom (q_inj, dm_inj/dt), der dem Speicher (3) mittels des Injektors (4) entnommen wird, beschreibt, wobei der Kraftstoffstrom (q_hpp, dm_hpp/dt), der dem Speicher (3) mittels der Pumpe (2) zugeführt wird, lediglich als Störgröße betrachtet wird, – mittels des Modells Zustandsgrößen (x) des Kraftstoffversorgungssystems rekonstruiert werden, – eine Zustandsgröße der Druck (p ^_CR) in dem Speicher (3) ist, – eine Zustandsgröße (C_hpp) eine Eigenschaft der Pumpe (2) beschreibt, und/oder – eine Zustandsgröße (C_inj) eine Eigenschaft des Injektors (4) beschreibt, – der mittels des Modells rekonstruierte Druck (p ^_CR) in dem Speicher (3) mit dem mittels des Sensors (5) ermittelten Druck (p_CR) in dem Speicher (3) verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses die Zustandsgröße (C_hpp) der Pumpe (2) und/oder die Zustandsgröße (C_inj) des Injektors (4) rekonstruiert wird, so dass sich der rekonstruierte Druck (p ^_CR) in dem Speicher (3) und der mittels des Sensors (5) ermittelte Druck (p_CR) in dem Speicher (3) einander angleichen, – die Zustandsgröße (C_hpp) der Pumpe (2) den Wirkungsgrad der Pumpe (2) betrifft, – die Zustandsgröße (C_inj) des Injektors (4) das Durchflussverhalten des Injektors (4) betrifft.
Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffversorgungssystems einer mit einem flüssigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine (1) mit einer Pumpe (2), einem Speicher (3) und einem Injektor (4), wobei – der Druck (p_CR) in dem Speicher (3) mittels eines Sensors (5) ermittelt wird, – das Kraftstoffversorgungssystem als Modell nachgebildet wird, – das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Speicher (3) von dem Kraftstoffstrom (q_hpp, dm_hpp/dt), der dem Speicher (3) mittels der Pumpe (2) zugeführt wird und von dem Kraftstoffstrom (q_inj, dm_inj/dt), der dem Speicher (3) mittels des Injektors (4) entnommen wird, beschreibt, oder das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Speicher (3) von dem Kraftstoffstrom (q_hpp, dm_hpp/dt), der dem Speicher (3) mittels der Pumpe (2) zugeführt wird, beschreibt, wobei der Kraftstoffstrom (q_inj, dm_inj/dt), der dem Speicher (3) mittels des Injektors (4) entnommen wird, lediglich als Störgröße betrachtet wird, oder das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Speicher (3) von dem Kraftstoffstrom (q_inj, dm_inj/dt), der dem Speicher (3) mittels des Injektors (4) entnommen wird, beschreibt, wobei der Kraftstoffstrom (q_hpp, dm_hpp/dt), der dem Speicher (3) mittels der Pumpe (2) zugeführt wird, lediglich als Störgröße betrachtet wird, – mittels des Modells zumindest eine Zustandsgröße (x) und zumindest ein Systemparameter des Kraftstoffversorgungssystems rekonstruiert wird, – eine Zustandsgröße der Druck (p ^_CR) in dem Speicher (3) ist, – ein Systemparameter (C_hpp) eine Eigenschaft der Pumpe (2) beschreibt, und/oder – ein Systemparameter (C_inj) eine Eigenschaft des Injektors (4) beschreibt, – der mittels des Modells rekonstruierte Druck (p ^_CR) in dem Speicher (3) mit dem mittels des Sensors (5) ermittelten Druck (p_CR) in dem Speicher (3) verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses der Systemparameter (C_hpp) der Pumpe (2) und/oder der Systemparameter (C_inj) des Injektors (4) rekonstruiert wird, so dass sich der rekonstruierte Druck (p ^_CR) in dem Speicher (3) und der mittels des Sensors (5) ermittelte Druck (p_CR) in dem Speicher (3) einander angleichen, – der Systemparameter (C_hpp) der Pumpe (2) den Wirkungsgrad der Pumpe (2) betrifft, – der Systemparameter (C_inj) des Injektors (4) das Durchflussverhalten des Injektors (4) betrifft.
Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffversorgungssystems einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine (1) mit einem Gasdruckregelventil (2), einem Gasrail (3) und einem Gaseinblasinjektor (4), wobei – der Druck (p_CR) in dem Gasrail (3) mittels eines Sensors (5) ermittelt wird, – das Kraftstoffversorgungssystem als Modell nachgebildet wird, – das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Gasrail (3) von dem Gasstrom (dm_DR/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gasdruckregelventils (2) zugeführt wird und von dem Gasstrom (dm_inj/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gaseinblasinjektors (4) entnommen wird, beschreibt, oder das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Gasrail (3) von dem Gasstrom (dm_DR/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gasdruckregelventils (2) zugeführt wird, beschreibt, wobei der Gasstrom (dm_inj/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gaseinblasinjektors (4) entnommen wird, lediglich als Störgröße betrachtet wird, oder das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Gasrail (3) von dem Gasstrom (dm_inj/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gaseinblasinjektors (4) entnommen wird, beschreibt, wobei der Gasstrom (dm_DR/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gasdruckregelventils (2) zugeführt wird, lediglich als Störgröße betrachtet wird, – mittels des Modells Zustandsgrößen (x) des Kraftstoffversorgungssystems rekonstruiert werden, – eine Zustandsgröße der Druck (p ^_CR) in dem Gasrail (3) ist, – eine Zustandsgröße (C_DR) eine Eigenschaft des Gasdruckregelventils (2) beschreibt, und/oder eine Zustandsgröße (C_inj) eine Eigenschaft des Gaseinblasinjektors (4) beschreibt, – der mittels des Modells rekonstruierte Druck (p ^_CR) in dem Gasrail (3) mit dem mittels des Sensors (5) ermittelten Druck (p_CR) in dem Gasrail (3) verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses die Zustandsgröße (C_DR) des Gasdruckregelventils (2) und/oder die Zustandsgröße (C_inj) des Gaseinblasinjektors (4) rekonstruiert wird, so dass sich der rekonstruierte Druck (p ^_CR) in dem Gasrail (3) und der mittels des Sensors (5) ermittelte Druck (p_CR) in dem Gasrail (3) einander angleichen, – die Zustandsgröße (C_DR) des Gasdruckregelventils (2) das Durchflussverhalten des Gasdruckregelventils (2) betrifft, – die Zustandsgröße (C_inj) des Gaseinblasinjektors (4) das Durchflussverhalten des Gaseinblasinjektors (4) betrifft.
Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffversorgungssystems einer mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine (1) mit einem Gasdruckregelventil (2), einem Gasrail (3) und einem Gaseinblasinjektor (4), wobei – der Druck (p_CR) in dem Gasrail (3) mittels eines Sensors (5) ermittelt wird, – das Kraftstoffversorgungssystem als Modell nachgebildet wird, – das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Gasrail (3) von dem Gasstrom (dm_DR/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gasdruckregelventils (2) zugeführt wird und von dem Gasstrom (dm_inj/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gaseinblasinjektors (4) entnommen wird, beschreibt, oder das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Gasrail (3) von dem Gasstrom (dm_DR/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gasdruckregelventils (2) zugeführt wird, beschreibt, wobei der Gasstrom (dm_inj/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gaseinblasinjektors (4) entnommen wird, lediglich als Störgröße betrachtet wird, oder das Modell die Abhängigkeit des Druckes (p_CR) in dem Gasrail (3) von dem Gasstrom (dm_inj/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gaseinblasinjektors (4) entnommen wird, beschreibt, wobei der Gasstrom (dm_DR/dt), der dem Gasrail (3) mittels des Gasdruckregelventils (2) zugeführt wird, lediglich als Störgröße betrachtet wird, – mittels des Modells zumindest eine Zustandsgröße (x) und zumindest ein Systemparameter des Kraftstoffversorgungssystems rekonstruiert wird, – eine Zustandsgröße der Druck (p ^_CR) in dem Gasrail (3) ist, – ein Systemparameter (C_DR) eine Eigenschaft des Gasdruckregelventils (2) beschreibt, und/oder ein Systemparameter (C_inj) eine Eigenschaft des Gaseinblasinjektors (4) beschreibt, – der mittels des Modells rekonstruierte Druck (p ^_CR) in dem Gasrail (3) mit dem mittels des Sensors (5) ermittelten Druck (p_CR) in dem Gasrail (3) verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses der Systemparameter (C_DR) des Gasdruckregelventils (2) und/oder der Systemparameter (C_inj) des Gaseinblasinjektors (4) rekonstruiert wird, so dass sich der rekonstruierte Druck (p ^_CR) in dem Gasrail (3) und der mittels des Sensors (5) ermittelte Druck (p_CR) in dem Gasrail (3) einander angleichen, – der Systemparameter (C_DR) des Gasdruckregelventils (2) das Durchflussverhalten des Gasdruckregelventils (2) betrifft, – der Systemparameter (C_inj) des Gaseinblasinjektors (4) das Durchflussverhalten des Gaseinblasinjektors (4) betrifft.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei – das Modell den Zusammenhang dp_CR/dt = E/V_CR·(dm_hpp/dt – dm_inj/dt) oder den Zusammenhang dp_CR/dt = E/V_CR·(–dm_inj/dt) oder den Zusammenhang dp_CR/dt = E/V_CR(dm_hpp/dt) widerspiegelt, – das Volumen (V_CR) des Speichers (3) sowie der Kompressionsmodul (E) des Kraftstoffs berücksichtigt werden, – ein Extended Kalman Filter (EKF) oder ein Unscented Kalman Filter (UKF) auf das Modell angewendet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei – das Modell den Zusammenhang dp_CR/dt = E/V_CR·(dm_hpp/dt – dm_inj/dt) oder den Zusammenhang dp_CR/dt = E/V_CR·(–dm_inj/dt) oder den Zusammenhang dp_CR/dt = E/V_CR(dm_hpp/dt) widerspiegelt, – das Volumen (V_CR) des Speichers (3) sowie der Kompressionsmodul (E) des Kraftstoffs berücksichtigt werden, – eine auf einem Least-Squares-Algorithmus basierende Schätzmethode auf das Modell angewendet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 3, wobei – das Modell den Zusammenhang dp_CR/dt = R·T/V_CR·(dm_DR/dt – dm_inj/dt) oder den Zusammenhang dp_CR/dt = R·T/V_CR·(–dm_inj/dt) oder den Zusammenhang dp_CR/dt = R·T/V_CR(dm_DR/dt) widerspiegelt, – das Volumen (V_CR) des Gasrails (3) sowie die Temperatur (T) und die Gaskonstante (R) des Gases berücksichtigt werden, – ein Extended Kalman Filter (EKF) oder ein Unscented Kalman Filter (UKF) auf das Modell angewendet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 4, wobei – das Modell den Zusammenhang dp_CR/dt = R·T/V_CR·(dm_DR/dt – dm_inj/dt) oder den Zusammenhang dp_CR/dt = R·T/V_CR·(–dm_inj/dt) oder den Zusammenhang dp_CR/dt = R·T/V_CR(dm_DR/dt) widerspiegelt, – das Volumen (V_CR) des Gasrails (3) sowie die Temperatur (T) und die Gaskonstante (R) des Gases berücksichtigt werden, – eine auf einem Least-Squares-Algorithmus basierende Schätzmethode auf das Modell angewendet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 8, wobei die Rekonstruktion der Zustandsgröße/des Systemparameters (C_inj) des Injektors/Gaseinblasinjektors (4) während eines Arbeitsspieles der Brennkraftmaschine (1) nur einmal erfolgt, wobei wenn die Brennkraftmaschine (1) mehrere Zylinder (z) aufweist und jedem Zylinder (z) ein Injektor/Gaseinblasinjektor (4) zugeordnet ist, die Rekonstruktion der Zustandsgröße/des Systemparameters (C_inj) des jeweiligen Injektors/Gaseinblasinjektors (4) dann erfolgt, wenn dieser Injektor/Gaseinblasinjektor (4) gerade aktiv ist und aktuell Kraftstoff mittels dieses Injektors/Gaseinblasinjektors (4) aus dem Speicher/Gasrail (3) entnommen und einem Zylinder (z) der Brennkraftmaschine (1) zugeführt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 9, wobei in Abhängigkeit der Zustandsgröße/des Systemparameters (C_hpp, C_DR) der Pumpe/des Gasdruckregelventils (2) eine Diagnose der Pumpe/des Gasdruckregelventils (2) erfolgt und/oder in Abhängigkeit der Zustandsgröße/des Systemparameters (C_inj) des Injektors/Gaseinblasinjektors (4) oder der Injektoren/Gaseinblasinjektoren (4) eine Diagnose des Injektors/des Gaseinblasinjektors (4) oder der Injektoren/Gaseinblasinjektoren (4) erfolgt.