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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines durch eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffrail bewirkten Raildrucks für einen Brennkraftmotor mittels eines Reglers gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Gegenstand der Erfindung sind auch ein elektronisches Steuergerät, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Hochdruckpumpen werden in Kraftstoffeinspritzanlagen für die Zufuhr von Kraftstoff verwendet. In Kraftstoffeinspritzanlagen mit Trennung von Druckerzeugung und Einspritzvorgang, wie beispielsweise Common-Rail-Einspritzanlagen, werden Hochdruckpumpen eingesetzt, um Kraftstoff zu verdichten und in das Kraftstoffrail, das einen Hochdruckspeicher darstellt, weiterzuleiten.
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Der Raildruck in dem Kraftstoffrail wird durch einen Regler auf einen erwünschten Raildruck geregelt, indem der Regler mindestens eine Stellgröße zum Stellen einer Stellvorrichtung ermittelt. Bei einem Ein-Steller-Regelsystem ist der Regler als Volumenstrom-Regler ausgebildet, der einen Volumenstromwert als Stellgröße für die Hochdruckpumpe, genauer genommen für eine hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung, wie beispielsweise eine verstellbare saugseitige Drosselung der Hochdruckpumpe, ermittelt. Bei einem Zwei-Steller-Regelsystem ist der Regler als Volumenstrom-Druck-Regler ausgebildet, der einen Volumenstromwert als Stellgröße für die hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung und einen Druckwert als Stellgröße für eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung, wie beispielsweise ein am Kraftstoffrail verbautes Druckventil, ermittelt. Ein Zwei-Steller-Regelsystem kann je nach aktuellem Anwendungszweck in unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden, in denen zur Regelung des Raildrucks nur eine oder beide der Stellgrößen zum Stellen der Stellvorrichtungen verwendet werden.
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Bei den heutzutage verwendeten Volumenstrom-Druck-Reglern wird der hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtung und der kraftstoffdruckseitigen Stellvorrichtung jeweils ein eigener Regler mit zugehörigen Parametersätzen bereitgestellt, wobei die Regler aufgrund ihrer komplexen Verkopplung aufwändig aufeinander abgestimmt werden müssen. Insbesondere die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi gestaltet sich schwierig, da die Parameter unter Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen aufeinander abgestimmt, optimiert und validiert werden müssen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und ein elektronisches Steuergerät mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
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Das vorgestellte Verfahren zum Regeln, mittels eines Reglers, eines durch eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffrail bzw. Hochdruckspeichers bewirkten Raildrucks für einen Brennkraftmotor sieht vor, dass der durch den Regler geregelte Raildruck durch mindestens eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung eingestellt wird, und dass die mindestens eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung auf Grundlage eines durch den Regler ermittelten Volumenstromwertes gestellt wird.
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Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht ein Regeln des Raildrucks mit einer oder mehreren Stellvorrichtungen, für die konventionell unterschiedliche Stellgrößen vorgesehen sind, mit der einheitlichen Stellgröße Volumenstrom. Da nur eine einzige Stellgröße einheitlich für alle gestellten Stellvorrichtungen ermittelt wird, kann einfach und ohne eine sonst erforderliche aufwändige Abstimmung von Parametern einzelner stellgrößenspezifischer Regler eines kombinierten Reglers zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi umgeschaltet werden. Ein jeweiliger Betriebsmodus repräsentiert die aktuell durch den Regler gestellten oder nicht-gestellten Stellvorrichtungen aus der Gesamtheit der durch den Regler maximal stellbaren Stellvorrichtungen.
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Der Erfindung liegt eine Betrachtung der physikalischen Zusammenhänge zwischen den als Stellvorrichtungen wirkenden Komponenten eines Kraftstoffhochdrucksystems zugrunde. Die Hochdruckpumpe führt dem Kraftstoffrail eine Kraftstoffmenge zu. Injektoren und ein Druckregelventil oder Druckabbauventil entnehmen dem Kraftstoffrail eine Kraftstoffmenge. Der im Kraftstoffrail vorherrschende Raildruck ist das Ergebnis aus zugeführten und abgeführten Kraftstoffmengen bei gegebenem Volumen. Eine durch eine Mengenänderung bzw. Volumenänderung ΔV bei gegebenem Volumen Vges bewirkte Druckänderung ΔP wird durch die Gleichung ΔP = ε·ΔV/Vges repräsentiert, wobei ε ein Transformationsfaktor ist. Auf Basis dieser Gleichung kann die Regelung des Raildrucks einheitlich auf die Stellgröße Volumenstrom für alle an der Druckregelung bzw. Druckeinstellung beteiligten Komponenten umgestellt werden. Die Umrechnung einer gewünschten Volumenstromänderung in eine zur jeweiligen Stellvorrichtung passende Ansteuerung wird durch einen Stellvorrichtungstreiber realisiert. Eine derartige Regelung erfordert eine Konvention zur Unterscheidung dem Kraftstoffrail zugeführter und abgeführter Volumenströme. Beispielsweise werden dem Kraftstoffrail zugeführte Volumenströme mit einem positiven Vorzeichen versehen, und abgeführte Volumenströme mit einem negativen Vorzeichen. Aus Basis des Vorzeichens kann dann eine datenbasierte Aufteilung der Stellgröße Volumenstrom des Reglers auf die an der Regelung beteiligten Komponenten bzw. Stellvorrichtungen durchgeführt werden.
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Unter dem Begriff einer kraftstoffseitigen Stellvorrichtung wird jede Stellvorrichtung zum Einstellen eines Raildrucks in einem Kraftstoffrail verstanden, die üblicherweise, also ohne das hier vorgestellte Verfahren, auf der Stellgröße Druck gestellt wird. Ohne Beschränkung darauf wird unter dem Begriff der kraftstoffseitigen Stellvorrichtung ein zur Druckveränderung in Wirkverbindung mit dem Kraftstoffrail stehendes, insbesondere an dem Kraftstoffrail verbautes Druckregelventil oder Druckabbauventil verstanden. Das Druckregelventil hält einen zu einem Ansteuerungsstrom des Druckregelventils proportionalen Druck im Kraftstoffrail aufrecht. Das Druckabbauventil ist ein elektrisch betätigbares Ventil, welches durch gesteuertes Öffnen eine Kraftstoffmenge aus dem Kraftstoffrail abführt und somit einen Druckabbau bewirkt.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Raildruck ferner durch mindestens eine hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung eingestellt wird, die auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes gestellt wird.
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Unter dem Begriff einer hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung wird jede Stellvorrichtung verstanden, die einen Volumenstrom der Hochdruckpumpe einstellt. Ohne Beschränkung darauf wird unter dem Begriff der hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtung eine auch als Zumesseinheit bekannte Vorrichtung zur saugseitigen Androsselung der in den Hochdruckraum der Hochdruckpumpe gelangenden und dort verdichteten Fördermenge oder ein, insbesondere elektrisch, ansteuerbares Ansaugventil der Hochdruckpumpe verstanden, das im Hochdruckraum der Hochdruckpumpe als verschließbares Ansaugventil bereitgestellt ist, um so die gewünschte Fördermenge bzw. den Volumenstrom einzustellen.
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Ferner ist in einer Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass alle kraftstoffrailseitigen und hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtungen auf Grundlage des durch den Regler als einheitliche Stellgröße ermittelten Volumenstromwertes gestellt werden.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist zudem vorgesehen, dass jede der mindestens einen kraftstoffrailseitigen Stellvorrichtung ohne einen Druckwert als Stellgröße gestellt wird.
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Ferner ist in einer Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass jede Stellvorrichtung durch einen der jeweiligen Stellvorrichtung zugeordneten Stellgrößenwert gestellt wird, der durch eine der jeweiligen Stellvorrichtung zugeordnete Transformation des ermittelten Volumenstromwertes bestimmt wird. Die Transformation erfolgt durch einen der Stellvorrichtung zugeordneten Stellvorrichtungstreiber, der den ermittelten Volumenstromwert bzw. eine diesem entsprechende gewünschte Volumenstromänderung in einen zur Stellvorrichtung passenden Stellgrößenwert bzw. eine passende Ansteuerung umsetzt.
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Außerdem ist in einer Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass der Volumenstromwert unter Berücksichtigung eines berechneten Vorsteuerungswertes ermittelt wird. Der Vorsteuerungswert fasst die Summe der Einspritzmenge, Steuermenge und Leckagemenge zusammen, ergänzt um den dynamischen Anteil zum Druckaufbau bzw. Druckabbau.
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Ferner ist in einer Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass das Regeln mit einem PI(D)-Regler mit Begrenzung erfolgt. Der PI-Regler ermittelt auf Basis einer gemessenen Raildruck-Regelabweichung einen Volumenstromwert, zu dem bevorzugt der Vorsteuerungswert addiert wird, wobei das Ergebnis als Stellgröße für die mindestens eine Stellvorrichtung verwendet wird. Die obere Begrenzung des Reglers ergibt sich immer aus der Differenz der geometrischen Förderleistung der Hochdruckpumpe im aktuellen Betriebspunkt, abzüglich des Volumenstroms aus der Vorsteuerung, also des Vorsteuerungswertes. Die untere Stellgrenze ergibt sich auf Basis des mit dem System maximal darstellbaren negativen Druckgradienten. Bei Erreichen der Reglergrenzen kann der Regler temporär eingefroren werden. Wird nur eine hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung verwendet, errechnet sich die untere Stellgrenze aus der minimalen Fördermenge der Hochdruckpumpe. Wird zusätzlich zu der hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtung auch eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung verwendet, errechnet sich die untere Stellgrenze aus dem maximal realisierbaren Druckabbaugradienten, der durch die kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung eingestellt werden kann.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist zudem vorgesehen, dass der Raildruck mit einem von mindestens zwei unterschiedlichen umschaltbaren Betriebsmodi des Reglers geregelt wird, wobei in einem ersten Betriebsmodus des Reglers die mindestens eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung und die mindestens eine hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes gestellt werden und in einem zweiten Betriebsmodus des Reglers nur die mindestens eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung oder die mindestens eine hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes gestellt wird.
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In einer Fortbildung der obigen Weiterbildung des Verfahrens ist zudem vorgesehen, dass der Raildruck mit einem von drei unterschiedlichen umschaltbaren Betriebsmodi des Reglers geregelt wird, wobei in dem zweiten Betriebsmodus des Reglers nur die mindestens eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes gestellt wird und in einem dritten Betriebsmodus des Reglers nur die mindestens eine hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes gestellt wird.
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Für den Fall, dass der Raildruck nur durch Stellen mindestens einer hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes geregelt wird, errechnet sich der Stellwert für die mindestens eine hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung alleinig aus den Volumenstromanforderungen des Systems zuzüglich der Anteile aus dem Druckregler, was dem Ergebnis der oben erwähnten Summe des Ausgangswertes des PI-Reglers und des Vorsteuerungswertes entspricht.
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Für den Fall, dass der Raildruck nur durch Stellen mindestens einer kraftstoffrailseitigen Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes geregelt wird, wird die mindestens eine hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung auf die geometrische Förderleistung der Hochdruckpumpe gestellt. Von dieser geometrischen Förderleistung der Hochdruckpumpe wird der Systembedarf subtrahiert. Die Differenz der beiden Größen ergibt den stationären Mengenabfluss aus dem Kraftstoffrail für einen konstanten Raildruck. Zu diesem Wert wird der Ausgang des PI-Reglers zur Kompensation von Druckabweichungen addiert, und daraus ergibt sich die Stellgröße für die mindestens eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung.
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Für den Fall, dass der Raildruck durch Stellen mindestens einer hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtung und mindestens einer kraftstoffrailseitigen Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes geregelt wird, erfolgt die Vorgabe der Stellgröße für die mindestens eine hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung gemäß einer Vorsteuerstruktur mit einem Vorsteuerungswert. Prinzipiell erfolgt die Regelung wie bei der zuletzt erwähnten Regelung, bei der nur die mindestens eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes gestellt wird.
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Es ist ferner ein elektronisches Steuergerät vorgesehen, das als Regler ausgebildet ist zum Regeln eines durch eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffrail bewirkten Raildrucks für einen Brennkraftmotor gemäß einem der oben vorgestellten Verfahren. Das Verfahren kann in diesem Steuergerät als Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware implementiert sein.
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In einer Weiterbildung des vorgestellten elektronischen Steuergeräts ist vorgesehen, dass das Steuergerät zum Ermitteln eines Volumenstromwertes als einheitliche Stellgröße für mindestens eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung und mindestens eine hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung ausgebildet ist, und dass es ausgebildet ist, in einem ersten Betriebsmodus von mindestens zwei unterschiedlichen umschaltbaren Betriebsmodi den Raildruck durch Stellen der mindestens einen kraftstoffrailseitigen Stellvorrichtung und der mindestens einen hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes zu regeln und in einem zweiten Betriebsmodus den Raildruck durch Stellen der mindestens einen kraftstoffrailseitigen Stellvorrichtung oder der mindestens einen hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes zu regeln.
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Außerdem ist in Fortbildung der obigen Weiterbildung des vorgestellten elektronischen Steuergeräts zudem vorgesehen, dass es ausgebildet ist, in dem zweiten Betriebsmodus den Raildruck nur durch Stellen der mindestens einen kraftstoffrailseitigen Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes zu regeln und in einem dritten Betriebsmodus den Raildruck nur durch Stellen der mindestens einen hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtung auf Grundlage des ermittelten Volumenstromwertes zu regeln.
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Weiterhin sind ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens auf einem Computer und ein maschinenlesbares Speichermedium mit dem darauf aufgezeichneten Computerprogramm vorgesehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Zur Verdeutlichung des oben geschilderten Verfahrens und des elektronischen Steuergeräts wird nun eine Ausgestaltung mit Verweis auf beispielhafte Figuren vorgestellt, in denen identische oder ähnliche Komponenten figurenübergreifend mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
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1 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung eines Kraftstoffversorgungssystems mit einem als Raildruckregler ausgebildeten elektronischen Steuergerät zur Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens.
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2 zeigt eine Umschalteinheit in verallgemeinerter Ansicht für eine Stellgröße des in 1 veranschaulichten Raildruckreglers.
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3 zeigt beispielhaft einen Stellvorrichtungstreiber für eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung.
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Ausführungsbeispiel der Erfindung
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1 zeigt schematisch ein Kraftstoffversorgungssystem mit einem als Raildruckregler ausgebildeten elektronischen Steuergerät zur Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens. Eine Hochdruckpumpe 1 wird von einer Vorförderpumpe 6 über eine Niederdruckleitung 7 mit Kraftstoff 5 aus einem Tank 4 versorgt. Über eine Hochdruckleitung 8 pumpt die Hochdruckpumpe 1 Kraftstoff in ein Kraftstoffrail 2. In dem Kraftstoffrail 2 aufgenommener Kraftstoff kann Injektoren 12 zugeführt werden. Das Fördervolumen der Hochdruckpumpe 1 wird über ein elektrisches Ansaugventil 11 eingestellt, das gemäß einem von einem Raildruckregler 20 ausgegebenen Stellgrößenwert 31 gestellt wird. Alternativ zu diesem Ausführungsbeispiel sind auch Modifikationen am Niederdrucksystem möglich, die von der Erfindung ebenfalls abgedeckt werden, da die Ausführung des ND-Kreislaufes nicht Bestandteil der Erfindung ist. Beispielsweise kann das Fördervolumen der Hochdruckpumpe über eine regelbare Vorförderpumpe (6) eingestellt werden, so dass das elektrische Ansaugventil (11) entfallen kann. Die regelbare Vorförderpumpe (6) übernimmt sinngemäß zusätzlich die Aufgabe des elektrischen Ansaugventils (11). An dem Kraftstoffrail 2 ist ein Druckregelventil 9 bereitgestellt, das gemäß einem von dem Raildruckregler 20 ausgegebenen Stellgrößenwert 32 gestellt wird. Zur Reduzierung des Raildrucks kann das Druckregelventil 9 gemäß dem aktuellen Stellgrößenwert 32 geöffnet werden, damit eine Teilmenge des in dem Kraftstoffrail 2 gespeicherten Kraftstoffs über eine Leitung 10 zurück in den Tank 4 gelangt.
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Der Raildruckregler 20 umfasst einen PI-Regler 21 mit einer unteren Stellgrenze 24 und einer oberen Stellgrenze 25, die dem PI-Regler jeweils gemäß einem aktuellen Betriebsmodus vorgegeben werden. Dem PI-Regler 21 wird eine Raildruck-Regelabweichung 22 zugeführt, die als Differenz eines Raildruck-Sollwertes ps und eines mit einem an dem Kraftstoffrail 2 montierten Raildrucksensor 3 erfassten Raildruck-Istwertes pi berechnet worden ist. Am Ausgang des PI-Reglers 21 wird ein Volumenstromstellwert 23 bereitgestellt. Ferner wird dem Raildruckregler 20 ein Vorsteuerungswert 26 zugeführt, der die Summe der Einspritzmenge, Steuermenge und Leckagemenge und des dynamischen Anteils zum Druckaufbau bzw. Druckabbau darstellt. Außerdem wird dem Raildruckregler 20 ein Volumenstrom-Vorgabewert 27 zugeführt, der als Volumenstromstellwert der geometrischen Förderleistung der Hochdruckpumpe 1 entspricht.
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Der Raildruckregler 20 ist zum Ansteuern bzw. Stellen des elektrischen Ansaugventils 11, das eine hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung darstellt, und des Druckregelventils 9 ausgebildet, das eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung darstellt. Das elektrische Ansaugventil 11 wird über einen der hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtung zugeordneten Hydrauliksteller 40 angesteuert, und das Druckregelventil 9 wird über einen der kraftstoffrailseitigen Stellvorrichtung zugeordneten Hydrauliksteller 50 angesteuert. Beide Hydrauliksteller 40 und 50 weisen jeweils zwei Eingänge 41, 42 bzw. 51, 52 zum Empfangen eines jeweiligen Stellgrößenwertes auf. In Abhängigkeit von beiden Hydraulikstellern 40, 50 zugeführten Betriebsmodus-Einstellsignalen 60 und 61 wird einer der beiden Eingänge 41 und 42 bzw. 51 und 52 zum Bereitstellen des Stellgrößenwertes 31 bzw. 32 verwendet.
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Der Raildruckregler 20 kann in einem von drei umschaltbaren Betriebsmodi betrieben werden. In einem Betriebsmodus, in dem der Raildruck nur durch Stellen der hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtung, also des elektrischen Ansaugventils 11, geregelt wird, verwendet der Hydrauliksteller 40 den Eingang 41 zum Bereitstellen des Stellgrößenwertes 31. Am Eingang 41 steht die Summe des von dem PI-Regler 21 ausgegebenen Volumenstromstellwertes 23 und des Vorsteuerungswertes 26 als Stellgrößenwert für das elektrische Ansaugventil 11 bereit.
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In einem anderen Betriebsmodus, in dem der Raildruck nur durch Stellen der kraftstoffrailseitigen Stellvorrichtung, also des Druckventils 9, geregelt wird, wird zum Bereitstellen des Stellgrößenwertes 31 der Eingang 42 verwendet, dem der Volumenstrom-Vorgabewert 27 zugeführt wird. In diesem Betriebsmodus wird also die Hochdruckpumpe 1 mit ihrem geometrischen Fördervolumen betrieben, und der Eingang 52 wird zum Bereitstellen des Stellgrößenwertes 32 zum Regeln des Raildrucks durch das Druckventil 9 verwendet. Die Differenz 28 des durch den Volumenstrom-Vorgabewert 27 festgelegten geometrischen Fördervolumens und des durch den Vorsteuerungswert 26 festgelegten Systembedarfs ergibt den stationären Mengenabfluss aus dem Kraftstoffrail für konstanten Raildruck. Zu dem Differenzwert 28 wird der Reglerausgangswert 23 zur Kompensation von Druckabweichungen addiert, wobei die resultierende Summe als Stellgrößenwert für die kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung am Eingang 52 des Hydraulikstellers 50 bereitgestellt wird.
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Werden in noch einem anderen Betriebsmodus des Raildruckreglers 20 sowohl die hochdruckpumpenseitige Stellvorrichtung, also das elektrische Ansaugventil 11, als auch die kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung, also das Druckregelventil 9, zum Regeln des Raildrucks verwendet, liegt also ein gemischter Regelbetrieb vor, so erfolgt die Stellgrößenvorgabe für das elektrische Ansaugventil 11 über den Volumenstrom-Vorgabewert 27 gemäß einer gewünschten Vorsteuerstruktur, wobei die Arbeitsweise des Raildruckreglers 20 prinzipiell dem zuvor beschriebenen Betriebsmodus mit Regeln des Raildrucks durch Stellen des Druckregelventils 9 entspricht. In dem gemischten Betrieb greift der Raildruckregler 20 somit nicht in die Stellgröße für die Hochdruckpumpe 1 bzw. das elektrische Ansaugventil 11 ein.
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Für die Umschaltung zwischen den mit Verweis auf 1 erwähnten unterschiedlichen Betriebsmodi sind in dem Raildruckregler 20 die Hydrauliksteller 40 und 50 vorgesehen. Für Stellvorrichtungen ohne zeitliches Übertragungsverhalten, wie beispielsweise ein elektrisch ansteuerbares Ansaugventil der Hochdruckpumpe oder ein Druckabbauventil, kann die Umschaltung der Stellgrößen im Prinzip von einer zur nächsten Berechnung vorgenommen werden. Der resultierende Drucküberschwinger bzw. Druckunterschwinger bei der Umschaltung ist rein den unterschiedlichen betriebspunktabhängigen Umsetzungen der Stellwertvorgaben geschuldet. Für Stellvorrichtungen mit zeitlichem Übertragungsverhalten, wie beispielsweise eine Hochdruckpumpe mit Zumesseinheit oder ein Druckregelventil, sollte die Umschaltung in mehreren Schritten vollzogen werden, um die Stellvorrichtungen definiert in die neue Position zu überführen.
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2 zeigt eine Umschalteinheit für eine Stellvorrichtung im Sinne einer verallgemeinerten Ansicht der Hydrauliksteller 40 und 50. Die in 2 veranschaulichte Umschalteinheit bzw. Umschaltmimik 70 ist zum Umschalten zwischen den Stellgrößen der hochdruckpumpenseitigen Stellvorrichtung(en) und der kraftstoffrailseitigen Stellvorrichtung(en) für die unterschiedlichen Betriebsmodi des in 1 veranschaulichten Raildruckreglers 20 vorgesehen. Die Eingänge 71 und 72 entsprechen den Eingängen 41, 51 bzw. 42, 52 der Hydrauliksteller 40, 50 und sind dem jeweils verwendeten Betriebsmodus des Raildruckreglers 20 zugeordnet. Der von der Umschalteinheit 70 ausgegebene Stellgrößenwert 30 entspricht den oben erwähnten Stellgrößenwerten 31 bzw. 32.
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Wird der Stellgrößenwert 30 durch den Eingang 71 vorgegeben, so wird der Mengenbedarf und der daraus resultierende Druck im Kraftstoffrail rein über die Berechnung der Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe eingestellt. Eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung, wie beispielsweise das Druckregelventil, kommt nur bei negativem Mengenbedarf, wie er beim Druckabbau verwendet wird, zum Einsatz.
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Wird der Stellgrößenwert 30 durch den Eingang 72 vorgegeben, so wird der Mengenbedarf des Hochdrucksystems stets übererfüllt. Die Einstellung des gewünschten Drucks erfolgt über die Mengenentnahme an der kraftstoffrailseitigen Stellvorrichtung. Dieser Betriebsmodus kann eine Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe vom tatsächlichen Bedarf, wie er in dem dem Eingang 71 zugeordneten Betriebsmodus besteht, bis hin zur geometrischen Förderleistung der Kraftstoffhochdruckpumpe abdecken. Dieser Betriebsmodus des Mengenüberangebots wird typischerweise bei kalten Umgebungsbedingungen verwendet, um den Kraftstoff zu heizen (ca. 5°C / 100 bar durch Verdichten/Entspannen von Kraftstoff) und um somit die Versulzungsneigung des Systems und die Zeitdauer der aktiven Filterheizung zu reduzieren.
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Zum Einstellen des Betriebsmodus werden den Schalteinheiten 73, 74 der Umschalteinheit 70 die bereits in 1 veranschaulichten Betriebsmodus-Einstellsignale 60 bzw. 61 zugeführt. In Abhängigkeit von dem Betriebsmodus-Einstellsignal 60 (bzw. 61) wird entweder der Eingang 71 oder der Eingang 72 zum Ausgang 76 (bzw. 75) der Schalteinheit 74 (bzw. 73) durchgeschaltet. Das Betriebsmodus-Einstellsignal 60 repräsentiert den aktuellen Betriebsmodus des Raildruckreglers, während das Betriebsmodus-Einstellsignal 61 den gewünschten Betriebsmodus repräsentiert. Der Übergang zwischen den verschiedenen Betriebsmodi des Raildruckreglers 20 erfolgt bei Verwendung der in 2 veranschaulichten Umschalteinheit 70 über eine spezifische Logik einer Rampe. Die Geschwindigkeit der Überführung eines Betriebsmodus in einen anderen Betriebsmodus kann über die Rampensteigung eingestellt werden, die auf Basis definierter Eingangsgrößen applizierbar und auf die Erfordernisse der Komponenten abstimmbar ist. In dem in 2 gezeigten Beispiel wird die Rampensteigung über den Grad der Einspritzmengenänderung beeinflusst. Wie in 2 veranschaulicht, wird eine Differenz der Stellwerte 77 mit einem Faktor 78 multipliziert. Das Ergebnis 79 wird zum Basiswert 80 addiert, so dass der Stellgrößenwert 30 erhalten wird. Der Faktor 78 wird berechnet, indem ein Wert 83 auf Grundlage eines gefilterten Eingangssignals 81 und eines Kennfeldes 82 ermittelt und einem Integrator 84 zugeführt wird. Der Umschaltvorgang zu dem gewünschten Betriebsmodus ist abgeschlossen, wenn der Faktor 78 den Wert „= 1“ erreicht hat.
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3 veranschaulicht beispielhaft einen Stellvorrichtungstreiber für eine kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung, die durch ein Druckregelventil verkörpert ist. Für das in 1 veranschaulichte Druckregelventil 9 als kraftstoffrailseitige Stellvorrichtung wird mit dem Stellvorrichtungstreiber 90 ein Stellgrößenwert 32 berechnet, der an das Druckregelventil 9 adaptiert ist. Durch eine dem Druckregelventil 9 zugeordnete Streckenbeschreibung bzw. Transformationsvorschrift 95, die den physikalischen Zusammenhang des Entnahmevolumens am Betriebspunkt zu der Stellgröße repräsentiert, werden ein aktuell gewünschter Raildruck-Sollwert 91 (bzw. ps, wie in 1 veranschaulicht) und ein Entnahmevolumen der kraftstoffrailseitigen Stellvorrichtung in eine berechnete Stellgröße 94 umgesetzt, die zur Entnahme des gewünschten Volumens führt. Im Falle des als Proportionalventil ausgebildeten Druckregelventils 9 ist diese bevorzugt ein Stromwert, wohingegen diese im Fall eines Druckabbauventils bevorzugt eine Öffnungsdauer des Ventils ist. Über den Eingang 96 besteht die Möglichkeit, die Transformationsvorschrift 95 an die individuell verbaute Komponente anzupassen und somit die Stellgenauigkeit zu erhöhen.
