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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von Raildrücken eines Hochdruckkraftstoffspeichersystems eines Verbrennungsmotors mit mehreren Motorbänken. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren auszuführen.
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Stand der Technik
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Benzin- und Dieselmotoren können über Common-Rail-Systeme verfügen. In einigen Anwendungsfällen ist es hierbei gerade für Dieselmotoren sinnvoll, statt einer Hochdruckkraftstoffpumpe zwei Hochdruckkraftstoffpumpen vorzusehen, wenn die zur Verfügung stehende Pumpenleistung einer einzigen Hochdruckkraftstoffpumpe für den gesamten Hochdruckmengenbedarf nicht ausreicht. Dies ist beispielsweise bei kleineren Schiffsdieselmotoren der Fall, die aus Dieselmotorbaureihen aus dem Nutzfahrzeugbereich abgeleitet sind. Der Schiffsdieselmotor weist eine höhere spezifische Leistung als die Ausführung für den Nutzfahrzeugbereich auf, so dass die Förderleistung der Hochdruckkraftstoffpumpe größer sein muss. Um dennoch weiterhin handelsübliche Komponenten verwenden zu können, kann in einem solchen Fall statt eines motorweiten Common-Rail-Systems mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe eine Lösung mit mehreren Hochdruckkraftstoffpumpen verwendet werden. Jede Hochdruckkraftstoffpumpe versorgt dabei einen Hochdruckkraftstoffspeicher einer Zylinderbank des Dieselmotors mit Kraftstoff. Für derartige Systeme sind mehrere parallele Hochdruckregelungen notwendig, die üblicherweise in mehreren elektronischen Steuergeräten in Master/Slave-Systemen implementiert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein Verbrennungsmotor, insbesondere ein Dieselmotor, mit mehreren Motorbänken kann so ausgeführt sein, dass jede Motorbank jeweils eine Hochdruckkraftstoffpumpe und einen Hochdruckkraftstoffspeicher aufweist, der alle Kraftstoffinjektoren der jeweiligen Motorbank mit Kraftstoff versorgt. In dem Verfahren zum Regeln von Raildrücken eines Hochdruckkraftstoffspeichersystems dieses Verbrennungsmotors wird ein Raildruck in dem ersten Hochdruckkraftstoffspeicher mittels eines Raildruckreglers geregelt. Die Raildrücke in allen weiteren Hochdruckkraftstoffspeichern werden mittels Differenzdruckreglern geregelt. Dieses Verfahren ermöglicht die Implementierung der Hochdruckregelung für alle Motorbänke in einem einzigen elektronischen Steuergerät, ohne die Hochdruckregelung hierbei mehrfach parallel implementieren zu müssen. Dies wäre aufwendig und würde außerdem zu Namensraumkonflikten führen. Ein oder mehrere Differenzdruckregler sind hingegen neben einem Raildruckregler einfach zu implementieren und zu kalibrieren, so dass durch Verwendung dieses Verfahrens auf zusätzliche Steuergeräte für die Hochdruckregelung verzichtet werden kann.
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Der Raildruckregler regelt den Raildruck in dem ersten Hochdruckkraftstoffspeicher vorzugsweise durch Bildung einer Differenz zwischen einem Raildrucksollwert und einem von einem Raildrucksensor des ersten Hochdruckkraftstoffspeichers gemessenen Raildruckistwert. Dies ermöglicht eine Hochdruckregelung des ersten Hochdruckkraftstoffspeichers in herkömmlicher Weise, die als Grundlage für eine Differenzdruckregelung der weiteren Hochdruckkraftstoffspeicher dienen kann.
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Jeder Differenzdruckregler regelt den Raildruck seines Hochdruckkraftstoffspeichers bevorzugt, indem er zu einer Vorsteuerung aus dem Raildruckregler eine Stellgröße addiert. Indem die bereits vorhandene Vorsteuerung aus dem Raildruckregler übernommen wird, kann der Differenzdruckregler seine Regelung mit einem geringeren Rechenaufwand durchführen als er ihn bei Verwendung einer weiteren herkömmlichen Hochdruckregelung für den oder die weiteren Hochdruckkraftstoffspeicher benötigt würde.
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Die Stellgröße wird vorzugsweise für einen zweiten Hochdruckkraftstoffspeicher so gewählt, dass ein Differenzdruck zwischen dem Raildruck in dem ersten Hochdruckkraftstoffspeicher und dem Raildruck in dem zweiten Hochdruckkraftstoffspeicher Null beträgt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Motorbänke der ersten beiden Hochdruckkraftstoffspeicher mit einem einheitlichen Kraftstoffdruck versorgt werden. Dabei werden unvermeidliche Toleranzen zwischen den einzelnen Hochdruckkraftstoffspeichern ausgeglichen, indem die Zumessung der diesen Hochdruckkraftspeichern zugeordneten Hochdruckkraftstoffpumpen bedarfsgerecht angepasst wird.
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Wenn das Hochdruckkraftstoffspeichersystem auch noch über einen dritten Hochdruckkraftstoffspeicher verfügt, so ist es bevorzugt, dass die Stellgröße dieses dritten Hochdruckkraftstoffspeichers so gewählt wird, dass ein Differenzdruck zwischen dem Raildruck in dem zweiten Hochdruckkraftstoffspeicher und dem Raildruck in dem dritten Hochdruckkraftstoffspeicher Null beträgt. Auf diese Weise können Daten des Differenzdruckreglers des zweiten Hochdruckkraftstoffspeichers für die Hochdruckregelung des dritten Hochdruckkraftstoffspeichers genutzt werden.
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Verbrennungsmotoren mit mehr als drei Motorbänken, die auch mehr als drei Hochdruckkraftstoffspeicher aufweisen, können für weitere Hochdruckkraftstoffspeicher jeweils einen zusätzlichen Differenzdruckregler aufweisen. Auf diese Weise kann die Hochdruckregelung für Verbrennungsmotoren mit vielen Motorbänken modular erweitert werden.
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Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem elektronischen Steuergerät abläuft. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um Raildrücke eines Hochdruckkraftstoffspeichersystems eines Verbrennungsmotors mit mehreren Motorbänken mittels des Verfahrens zu regeln.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt schematisch ein Hochdruckkraftstoffspeichersystem eines Verbrennungsmotors mit zwei Motorbänken.
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2 zeigt eine Reglerstruktur einer herkömmlichen Hochdruckregelung des Hochdruckkraftstoffspeichersystems gemäß 1.
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3 zeigt eine Reglerstruktur einer Hochdruckregelung des Hochdruckkraftstoffspeichersystems gemäß 1 nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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4 zeigt schematisch einen Hochdruckkraftstoffspeicher eines Verbrennungsmotors mit drei Motorbänken.
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5 zeigt eine Reglerstruktur des Hochdruckkraftstoffspeichers gemäß 4 nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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In 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 mit zwei Motorbänken 11, 12 gezeigt, welcher acht nicht dargestellte Zylinder aufweist. Jede Motorbank verfügt über einen separaten Hochdruckkraftstoffspeicher. Pro Motorbank ist eine Zumesseinheit 21, 22 vorgesehen, die Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Kraftstofftank fördert. Der Kraftstoff wird jeweils einer Hochdruckkraftstoffpumpe 31, 32 zugeführt, welche den jeweiligen Hochdruckkraftstoffspeicher 41, 42 mit Kraftstoff befüllt. Der erste Hochdruckkraftstoffspeicher 41 ist mit vier Kraftstoffinjektoren 411–414 verbunden, welche Kraftstoff in den ersten bis vierten Zylinder des Verbrennungsmotors 1 in der ersten Motorbank 11 einspritzen. Der zweite Hochdruckkraftstoffspeicher 42 ist mit vier weiteren Kraftstoffinjektoren 421–424 verbunden, welche Kraftstoff in den fünften bis achten Zylinder des Verbrennungsmotors 1 in der zweiten Motorbank 12 einspritzen. Jeder Hochdruckkraftstoffspeicher 41, 42 weist jeweils einen Raildrucksensor 51, 52 auf, der den im Hochdruckkraftstoffspeicher 41, 42 herrschenden Raildruck misst. Die gemessenen Raildruckwerte werden an ein elektronisches Steuergerät 6 übergeben. Dieses steuert auch die Zumesseinheiten 21, 22 und die Hochdruckkraftstoffpumpen 31, 32. Weiterhin ist es in nicht dargestellter Weise elektronisch mit den Kraftstoffinjektoren 411–414, 421–424 verbunden.
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In einer herkömmlichen Hochdruckregelungsstrategie für die Hochdruckkraftstoffspeicher 41, 42 ist ein gemeinsamer Raildrucksolldruck für die beiden Hochdruckkraftstoffspeicher 41, 42 vorgegeben 71. Dies ist in 2 dargestellt. Der Raildrucksollwert wird an einen ersten Raildruckregler 81a übergeben, welcher den Raildruck im ersten Hochdruckkraftstoffspeicher 41 regelt. Gemäß der Vorgabe des ersten Raildruckreglers 81a werden die erste Zumesseinheit 21 und die erste Hochdruckkraftstoffpumpe 31 angesteuert. Nach Ansteuerung eines der Kraftstoffinjektoren 411–414, welcher mit dem ersten Hochdruckkraftstoffspeicher 41 verbunden ist, wird der vom ersten Raildrucksensor 51 gemessene erste Raildruck an den ersten Raildruckregler 81a zurückgegeben, so dass die nächste vom ersten Raildruckregler 81a ausgelöste Ansteuerung auf der Differenz zwischen dem Raildruckistwert 71 und dem zurückgegebenen Raildrucksollwert basieren kann.
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In analoger Weise erfolgt das Vorgeben 71 des Raildruckistwertes auch für einen zweiten Raildruckregler 81b. Dieser steuert die zweite Zumesseinheit 22 und die zweite Hochdruckkraftstoffpumpe 32. Nach Ansteuerung eines der Kraftstoffinjektoren 421–424 des zweiten Hochdruckkraftstoffspeichers 42 wird der Raildruck im zweiten Hochdruckkraftstoffspeicher 42 vom zweiten Raildrucksensor 52 gemessen und an den zweiten Raildruckregler 81b zurückgegeben. So kann die nächste Ansteuerung auf der Differenz zwischen dem Raildrucksollwert und dem gemessenen Raildruckistwert basieren. Wenn der zweite Raildruckregler 81b neben dem ersten Raildruckregler 81a in der dargestellten Weise in demselben elektronischen Steuergerät 6 implementiert wird, so ist eine aufwendige Programmierung notwendig, um Namenraumkonflikte zu vermeiden.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet die in 3 dargestellte Reglerstruktur. Diese weist nur einen einzigen Raildruckregler 81 auf, welcher den Raildruck im ersten Hochdruckkraftstoffspeicher 41 in derselben Weise regelt wie der erste Raildruckregler 81a der herkömmlichen Reglerstruktur. Zur Regelung des Raildrucks im zweiten Hochdruckkraftstoffspeicher 42 ist anstelle des zweiten Raildruckreglers 81b ein Differenzdruckregler 82 vorgesehen. Diesem wird als Eingangsgröße ein Differenzdrucksollwert bereitgestellt 72, welcher Null beträgt. Weiterhin verwendet er als Eingangsgröße neben dem Raildruckistwert des zweiten Hochdruckkraftstoffspeichers 42, welcher vom zweiten Raildrucksensor 52 ermittelt wird, auch den Raildruckistwert im ersten Hochdruckkraftstoffspeicher 41, welcher vom ersten Raildrucksensor 51 ermittelt wird. Anders als der Raildruckistwert des zweiten Hochdruckkraftstoffspeichers 42, der in herkömmlicher Weise vom Sollwert subtrahiert wird, wird der Raildruckistwert des ersten Hochdruckkraftstoffspeichers 41 zum Sollwert addiert. Der Differenzdruckregler 82 gibt an seinem Ausgang eine Stellgröße aus, welche zu der Vorsteuerung aus dem Raildruckregler 81 addiert wird, bevor sie anschließend zur Ansteuerung der zweiten Zumesseinheit 22 und der zweiten Hochdruckkraftstoffpumpe 32 verwendet wird.
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4 zeigt einen Zwölfzylinder-Verbrennungsmotor 1, welcher gegenüber dem Achtzylinder-Verbrennungsmotor 1 gemäß 1 um eine dritte Motorbank 13 erweitert wurde. Er weist eine dritte Zumesseinheit 23, eine dritte Hochdruckkraftstoffpumpe 33 und einen dritten Hochdruckkraftstoffspeicher 43 auf. An diesen Hochdruckkraftstoffspeicher 43 sind Kraftstoffinjektoren 431–434 angeschlossen, welche Kraftstoff in den neunten bis zwölften Zylinder des Verbrennungsmotors 1 einspritzen.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt eine in 5 dargestellte Reglerstruktur zur Verfügung, mit welcher der Raildruck in allen drei Hochdruckkraftstoffspeichern 41, 42, 43 des Zwölfzylinder-Verbrennungsmotors 1 geregelt werden kann. Bezüglich der ersten beiden Hochdruckkraftstoffspeicher 41, 42 entspricht die Reglerstruktur dabei der Reglerstruktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein zweiter Differenzdruckregler 83 ist dazu vorgesehen, um eine Stellgröße bereitzustellen, die zu der Vorsteuerung aus dem Raildruckregler 81 addiert wird, um die dritte Zumesseinheit 23 und die dritte Hochdruckkraftstoffpumpe 33 anzusteuern. Als Eingangsgrößen des zweiten Differenzdruckreglers 83 dienen der Differenzdrucksollwert von Null, zu dem der vom zweiten Raildrucksensor 52 gemessene Raildruckistwert des zweiten Hochdruckkraftstoffspeichers 42 addiert wird und von dem der vom dritten Raildrucksensor 53 gemessene Raildruckistwert des dritten Hochdruckkraftstoffspeichers 43 subtrahiert wird. Diese Reglerstruktur ermöglicht die Implementierung der Hochdruckregelung im elektronischen Steuergerät 6 mit nur einem Raildruckregler 81. Alle weiteren Regler der verwendeten Reglerstruktur sind Differenzdruckregler.
