DE102019129323A1 - Method for volume flow-based, pump-synchronous and cylinder-selective rail pressure control for a fuel supply system of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines durch eine Hochdruckpumpe (1) in einem Kraftstoffspeicher (4) bewirkten Raildrucks (p7Soll)für ein Kraftstoffversorgungssystem (100) einer Brennkraftmaschine, wobei eine kurbelwinkelbezogene oder nockenwinkelbezogene feste Winkeldifferenz der Brennkraftmaschine zwischen einer Oberen-Totpunkt-Position eines Zylinderkolbens eines Zylinders der Brennkraftmaschine und einer Oberen-Totpunkt-Position des Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe (1) des Kraftstoffversorgungssystems (100) bei der Zumessung des Fördervolumens der Hochdruckpumpe (1) berücksichtigt wird.Es ist vorgesehen, dass wiederkehrend pumpensynchron je Segment, das einer Umdrehung einer Kurbelwelle und somit der Bewegung des Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe (1) von der Oberen-Totpunkt-Position des Pumpenkolbens zur nächsten Oberen-Totpunkt-Position entspricht, eine Diskretisierung einer Regelabweichung (Δp7) des Raildrucks (p7) im Kraftstoffspeicher (4) vorgenommen und von der diskreten Regelabweichung (Δp7) ausgehend eine volumenbezogene diskrete zylinderselektive Volumen-Regeldifferenz (ΔVRail) berechnet wird.The invention relates to a method for regulating a rail pressure (p7Soll) caused by a high pressure pump (1) in a fuel accumulator (4) for a fuel supply system (100) of an internal combustion engine, with a crank angle-related or cam angle-related fixed angle difference of the internal combustion engine between a top dead center position a cylinder piston of a cylinder of the internal combustion engine and a top dead center position of the pump piston of the high pressure pump (1) of the fuel supply system (100) is taken into account in the metering of the delivery volume of the high pressure pump (1). It is provided that recurring pumping synchronously per segment that one Rotation of a crankshaft and thus the movement of the pump piston of the high-pressure pump (1) from the top dead center position of the pump piston to the next top dead center position, a control deviation (Δp7) of the rail pressure (p7) in the fuel accumulator (4) is discretized and from the d A volume-related discrete cylinder-selective volume control difference (ΔVRail) is calculated based on the iscrete control deviation (Δp7)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines durch eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffspeicher bewirkten Raildrucks für ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine, wobei eine kurbelwinkelbezogene oder nockenwinkelbezogene feste Winkeldifferenz der Brennkraftmaschine zwischen einer Oberen-Totpunkt-Position eines Zylinderkolbens eines Zylinders der Brennkraftmaschine und einer Oberen-Totpunkt-Position des Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe des Kraftstoffversorgungssystems bei der Zumessung des Fördervolumens der Hochdruckpumpe berücksichtigt wird.The invention relates to a method for regulating a rail pressure caused by a high pressure pump in a fuel accumulator for a fuel supply system of an internal combustion engine, wherein a crank angle-related or cam angle-related fixed angular difference of the internal combustion engine between an upper dead center position of a cylinder piston of a cylinder of the internal combustion engine and an upper dead center Position of the pump piston of the high-pressure pump of the fuel supply system is taken into account when metering the delivery volume of the high-pressure pump.
Aus der Druckschrift
Das bekannte Kraftstoffversorgungssystem umfasst einen Raildruckregler zur Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens. Eine Hochdruckpumpe wird von einer Vorförderpumpe über eine Niederdruckleitung mit Kraftstoff aus einem Tank versorgt. Über eine Hochdruckleitung pumpt die Hochdruckpumpe Kraftstoff in ein Kraftstoffrail. Das Fördervolumen der Hochdruckpumpe ist gemäß einem Fördervolumen-Steuerwert eingestellt, den ein Raildruckregler zur Regelung des Raildrucks im Kraftstoffrail berechnet hat. Der Raildruckregler ist aus einem PID-Regler und einer Vorsteuerungseinheit zusammengesetzt. Dem PID-Regler wird eine Raildruck-Regelabweichung zugeführt, die als Differenz des synchron zur Motordrehzahl berechneten Raildruck-Sollwertes und des synchron zur Motordrehzahl mit einem Raildrucksensor erfassten Raildruck-Istwertes berechnet worden ist, und berechnet synchron zur Motordrehzahl einen additiven Korrekturvolumenstrom. Eine synchron zur Motordrehzahl vorgenommene Berechnung bedeutet, dass diese Berechnung einmal pro durchlaufenen oberen Totpunkt des Brennkraftmotors erfolgt.The known fuel supply system comprises a rail pressure regulator for using the proposed method. A high-pressure pump is supplied with fuel from a tank by a pre-feed pump via a low-pressure line. The high-pressure pump pumps fuel into a fuel rail via a high-pressure line. The delivery volume of the high pressure pump is set according to a delivery volume control value that a rail pressure regulator has calculated to regulate the rail pressure in the fuel rail. The rail pressure controller is composed of a PID controller and a pilot control unit. A rail pressure control deviation is fed to the PID controller, which is calculated as the difference between the rail pressure setpoint value calculated synchronously with the engine speed and the actual rail pressure value recorded synchronously with the engine speed with a rail pressure sensor, and calculates an additive corrective volume flow synchronously with the engine speed. A calculation carried out synchronously with the engine speed means that this calculation is carried out once for each top dead center of the internal combustion engine that has passed through.
Der Vorsteuerungseinheit wird eine synchron zur Motordrehzahl berechnete Einspritzmenge und eine erwünschter Druckänderungswert zugeführt, so dass die Vorsteuerungseinheit synchron zur Motordrehzahl einen Vorsteuerungswert berechnet. Die Summe des additiven Korrekturvolumenstroms und des Vorsteuerungswertes wird als Fördervolumen-Steuerwert an die Hochdruckpumpe gespeist, um das Fördervolumen des aktuellen Förderhubs vorzugeben und um den Raildruck-Sollwert ps im Kraftstoffrail einzustellen.The pilot control unit is supplied with an injection quantity calculated synchronously with the engine speed and a desired pressure change value, so that the pilot control unit calculates a pilot control value synchronously with the engine speed. The sum of the additive correction volume flow and the precontrol value is fed to the high-pressure pump as a delivery volume control value in order to specify the delivery volume of the current delivery stroke and to set the rail pressure setpoint ps in the fuel rail.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Raildruckregelung zu verbessern.The invention is based on the object of improving the rail pressure regulation.
Ausgangspunkt der Erfindung ist es, dass es bei einer klassischen zeitsynchronen Raildruckregelung, die im 10ms Abtastraster arbeitet, je nach Motordrehzahl zu Unter- oder Überabtastungen des motorsynchronen Pumpenevents kommt. Dadurch kommt es in nachteiliger Weise zu Druckschwingungen in Form von Schwebungen sowie Aliasing, die selbst in stationären Betriebspunkten nicht vollständig ausgeregelt werden können.The starting point of the invention is that with a classic time-synchronous rail pressure control that works in a 10 ms sampling grid, depending on the engine speed, the engine-synchronous pump event is under- or oversampling. This disadvantageously results in pressure fluctuations in the form of beats and aliasing, which cannot be fully regulated even at stationary operating points.
Insbesondere negativ wirken sich dieser Effekte bei modernen Hochdruckpumpen aus, bei denen das Fördervolumen von einem Förderhub zum (nächsten im kompletten Stellbereich) beeinflusst wird. Abhilfe schafft bisher nur einen extrem geringe Kreisverstärkung, womit der klassische zeitsynchrone Raildruckregler, insbesondere in dynamischen Druckänderungssituationen dem nachfolgend erläuterten Verfahren gemäß der Erfindung weit unterlegen ist.These effects have a particularly negative effect on modern high-pressure pumps, in which the delivery volume is influenced from one delivery stroke to the next (the next in the entire setting range). So far, only an extremely low loop gain provides a remedy, with the result that the classic time-synchronous rail pressure regulator, in particular in dynamic pressure change situations, is far inferior to the method according to the invention explained below.
Die herkömmliche Raildruckregelung soll aufgabengemäß an die neu verfügbaren Hochdruckpumpen, die für jedes Arbeitsspiel einen Volumenstrom stellen können, anzupassen.The conventional rail pressure control should be adapted to the task of the newly available high pressure pumps, which can provide a volume flow for each work cycle.
Dabei soll eine bestmögliche Regelperformance mit Abweichungen zwischen Soll- und Istwert von weniger als 2% des aktuellen Sollwerts erreicht werden. Weiterhin soll Rechenzeit und Codespeicher im Steuergerät eingespart werden, und der Kalibrierungs- und Absicherungsaufwand soll reduziert sowie eine einfache Anpassung an verschiedene Pumpenausführungen, Druckregelventilvarianten und Hochdruckkomponenten ermöglicht werden.The best possible control performance with deviations between setpoint and actual value of less than 2% of the current setpoint should be achieved. Furthermore, computing time and code memory in the control unit should be saved, the calibration and validation effort should be reduced and simple adaptation to different pump designs, pressure control valve variants and high-pressure components should be made possible.
Gemäß den vorhergehenden Ausführungen ist bereits ein Verfahren zum Regeln eines durch eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffspeicher bewirkten Raildrucks für ein Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei eine kurbelwinkelbezogene oder nockenwinkelbezogene feste Winkeldifferenz der Brennkraftmaschine zwischen einer Oberen-Totpunkt-Position eines Zylinderkolbens eines Zylinders der Brennkraftmaschine und einer Oberen-Totpunkt-Position des Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe des Kraftstoffversorgungssystems bei der Zumessung des Fördervolumens der Hochdruckpumpe berücksichtigt wird.According to the preceding statements, a method for regulating a rail pressure caused by a high-pressure pump in a fuel accumulator for a fuel supply system of an internal combustion engine is known, with a crank angle-related or cam angle-related fixed angular difference of the internal combustion engine between a top dead center position of a cylinder piston of a cylinder of the internal combustion engine and a top dead center position of the pump piston of the high pressure pump of the fuel supply system is taken into account in the metering of the delivery volume of the high pressure pump.
Erfindungsgemäß ist jetzt vorgesehen, dass wiederkehrend pumpensynchron je Segment, das einer Umdrehung einer Kurbelwelle und somit der Bewegung des Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe von der Oberen-Totpunkt-Position des Pumpenkolbens zur nächsten Oberen-Totpunkt-Position entspricht, eine Diskretisierung einer Regelabweichung des Raildrucks im Kraftstoffspeicher vorgenommen und von der diskreten Regelabweichung ausgehend eine volumenbezogene diskrete Volumen-Regeldifferenz zylinderselektiv berechnet wird.According to the invention it is now provided that recurring pump-synchronously per segment, which corresponds to one revolution of a crankshaft and thus the movement of the pump piston of the high-pressure pump from the top dead center position of the pump piston to the next top dead center position, a discretization of a control deviation of the rail pressure in the fuel accumulator and based on the discrete control deviation, a volume-related discrete volume control difference is calculated for each cylinder.
Bevorzugt wird die volumenbezogene diskrete Volumen-Regeldifferenz als Eingangsgröße einem Regelbaustein für die Hochdruckpumpe und einem Regelbaustein für ein dem Kraftstoffspeicher zugeordnetes Druckregelventil zugeführt, wobei die diskrete Volumen-Regeldifferenz mit einem Vorsteuer-Baustein verknüpft wird, wodurch pumpensynchron und zylinderselektiv je Segment die Stellgrößen für die Hochdruckpumpe und das Druckregelventil in einem Ausgabe-Baustein berechnet und den Stellgliedern der Hochdruckpumpe und des Druckregelventils zur volumenbasierten zylinderselektiven Einstellung des Raildrucks zugeführt werden.Preferably, the volume-related discrete volume control difference is fed as an input variable to a control module for the high-pressure pump and a control module for a pressure control valve assigned to the fuel accumulator, the discrete volume control difference being linked to a pilot control module, whereby the manipulated variables for each segment are synchronized with the pump and cylinder-specific The high-pressure pump and the pressure regulating valve are calculated in an output module and fed to the actuators of the high-pressure pump and the pressure regulating valve for the volume-based, cylinder-selective setting of the rail pressure.
Ferner bevorzugt wird die diskrete Regelabweichung als Differenz aus dem diskretisierten Ist-Raildrucks und dem diskretisierten Soll-Raildruck zylinderselektiv berechnet, indem eine diskretisierte Druckinformation eines Raildruck-Sensor des aktiv erfassten pumpensynchronen Segmentes mit dem diskretisierten Soll-Raildruck des um ein Arbeitsspiel vorhergehenden pumpensynchronen Segmentes verglichen wird, um die diskrete zylinderselektive Regeldifferenz zu bestimmen.Furthermore, the discrete control deviation is preferably calculated cylinder-selectively as the difference between the discretized actual rail pressure and the discretized target rail pressure by comparing discretized pressure information from a rail pressure sensor of the actively detected pump-synchronous segment with the discretized target rail pressure of the previous pump-synchronous segment by one work cycle to determine the discrete cylinder-selective control difference.
Erfindungsgemäß wird der Soll-Raildruck zu einem Zeitpunkt diskretisiert wird, der mit einem Triggerstartsignal festgelegt wird, das wiederkehrend zu Beginn eines pumpensynchronen Segmentes ausgegeben wird. Vorgesehen ist, dass der Ist-Raildruck innerhalb des durch das Triggerstartsignal gestarteten Segmentes wiederkehrend erfasst und diskretisiert wird.According to the invention, the target rail pressure is discretized at a point in time that is established with a trigger start signal that is output repeatedly at the beginning of a pump-synchronous segment. Provision is made for the actual rail pressure within the segment started by the trigger start signal to be repeatedly recorded and discretized.
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ist-Raildruck, der innerhalb des pumpensynchronen Segmentes wiederkehrend erfasst wird, als
- - in dem Segment maximaler Ist-Raildruck und
- - in dem Segment minimaler Ist-Raildruck und
- - in dem Segment berechneter Mittelwert
- - in the segment maximum actual rail pressure and
- - in the segment minimum actual rail pressure and
- - mean calculated in the segment
Vorgesehen ist ferner bevorzugt, dass für die zylinderselektive Regelung als Ist-Wert der erfasste minimale diskrete Druck oder der erfasste maximale diskrete Druck oder der diskrete Mittelwert zum Vergleich mit dem diskreten Soll-Raildruck verwendet wird, wobei je nach Systemanforderung bei einem Druckaufbau der maximale diskrete Druck und bei einem Druckabbau der minimale diskrete Druck verwendet wird, um Regelschwingungen zylinderselektiv zu reduzieren beziehungsweise zylinderselektiv Über- oder Unterschwinger zu vermeiden.It is also preferred that the recorded minimum discrete pressure or the recorded maximum discrete pressure or the discrete mean value for comparison with the discrete setpoint rail pressure is used as the actual value for the cylinder-selective control, with the maximum discrete pressure build-up depending on the system requirements Pressure and, in the event of a pressure reduction, the minimum discrete pressure is used to reduce control oscillations for each cylinder or to avoid overshoot or undershoot for each cylinder.
Ein besonderer Aspekt der Erfindung sieht ferner vor, dass die diskrete zylinderselektive Regelabweichung in die volumenstrombasierte diskrete zylinderselektive Volumen-Regeldifferenz umgerechnet wird, wobei zusätzlich eine Kraftstoff-Dauerleckage des Hochdrucksystems des Kraftstoffversorgungssystems durch Addition berücksichtigt.A special aspect of the invention also provides that the discrete cylinder-selective control deviation is converted into the volume flow-based discrete cylinder-selective volume control difference, with a permanent fuel leakage of the high-pressure system of the fuel supply system being additionally taken into account by addition.
Die druckbasierte diskretisierte zylinderselektive Regeldifferenz
Bei der pumpensynchronen segmentweise wiederkehrenden Umrechnung der druckbasierten diskreten zylinderselektiven Regelabweichung in die volumenbezogene diskrete Volumenzylinderselektive Regeldifferenz werden,
- a) zylinderselektiv die Kraftstoff-Einspritzmengen der Injektoren und
- b) zylinderselektiv die Kraftstoff-Schaltleckagen der Injektoren und
- d) zylinderselektiv ein Druckänderungswunsch bezüglich des Soll-Raildrucks des Kraftstoffspeichers berücksichtigt, wobei ferner
- c) die Kraftstoff-Dauerleckage des Hochdrucksystems des Kraftstoffversorgungssystems durch eine pumpensynchrone segmentweise wiederkehrende separate Umrechnung mit einer Z-Transformation ermittelt und der volumenbezogenen diskreten zylinderselektiven Volumen-Regeldifferenz hinzugefügt wird.
- a) the fuel injection quantities of the injectors and cylinder-selective
- b) the fuel switching leaks of the injectors and cylinder-selective
- d) a pressure change request with regard to the target rail pressure of the fuel accumulator is taken into account in a cylinder-selective manner, and furthermore
- c) the permanent fuel leakage of the high pressure system of the fuel supply system by a pump synchronous segment-wise recurring separate conversion is determined with a Z-transformation and added to the volume-related discrete cylinder-selective volume control difference.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Injektoren im stationären Betrieb von Zylinder zu Zylinder dieselben Mengen-Sollwerte erhalten, die zylinderselektiv mit den Mengenabnahmen aus dem Rail verglichen werden, wobei zylinderselektiv Einspritzmengenfehler festgestellt werden, die den Injektoren zugeordnet werden, wobei eine Art der Mengenabweichungen bestimmten Fehlergruppen zugeordnet wird. Die Einspritzmengenfehler werden in vorteilhafter Weise ursachenabhängig, insbesondere in Abhängigkeit der Höhe, des sich im Soll/Ist-Vergleich ergebenden Einspritzmengenfehler gruppiert, wobei die Injektoren im Betrieb einer Fehlergruppe mit einem Injektordefekt, einer Fehlergruppe mit einer alterungsbedingten Injektordrift oder einer Fehlergruppe mit einer sich ändernden Schaltleckagemenge zugeordnet werden, wobei die Einspritzmengenfehler innerhalb der zylinderselektiven Regelung im Regler ermittelt und im Einspritzsystem korrigiert werden und/oder zu einem Austausch des/der jeweiligen Injektors/Injektoren führen.According to the invention, it is provided that the injectors receive the same quantity target values from cylinder to cylinder in stationary operation, which are compared cylinder-selectively with the quantity decreases from the rail, with injection quantity errors being determined for each cylinder, which are assigned to the injectors, one type of quantity deviations being determined Is assigned to error groups. The injection quantity errors are advantageously grouped depending on the cause, in particular depending on the level of the injection quantity error resulting from the target / actual comparison, with the injectors being operated in a fault group with an injector defect, an error group with an age-related injector drift or an error group with a changing Switching leakage quantity are assigned, the injection quantity errors being determined within the cylinder-selective regulation in the controller and corrected in the injection system and / or leading to an exchange of the respective injector (s).
Eine Korrektur im Einspritzsystem kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. In einer bevorzugten Ausgestaltung findet die Korrektur durch Änderung der Injektor-Ansteuerdauer statt.A correction in the injection system can be made in various ways. In a preferred embodiment, the correction takes place by changing the injector control duration.
Das dem Verfahren zugehörige Kraftstoffversorgungssystem ist zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet, wobei das Kraftstoffversorgungssystem zu der Ermittlung der jeweiligen diskreten Eingangsgröße des jeweiligen Zylinders zylinderselektiv mehrere Regler-Bausteine für die Hochdruckpumpe und zur Ermittlung einer diskreten Eingangsgröße des jeweiligen Zylinders zylinderselektiv mehrere Regler-Bausteine für ein dem Kraftstoffspeicher zugeordnetes Druckregelventil folgende weitere Bausteine umfasst,
- - einen Sollwertvorgabe-Baustein des Raildrucks und eine zugehörigen Sollwert-Diskretisierungs-Baustein und
- - einen Istwert-Signalerfassungs-Baustein des Raildruck und einen Istwert-Diskretisierungs-Baustein,
- - sowie einen Regelfehler-Berechnungs-Baustein und
- - einen Umrechnungs-Baustein umfasst, der aus einer druckbasierten diskretisieren zylinderselektiven Regeldifferenz eine Umrechnung in eine volumenstrombasierte zylinderselektive Regeldifferenz vornimmt,
- - wobei der Umrechnungs-Baustein mit einer Regler-Zustandsmaschine verknüpft ist, welche zylinderselektiv die diskrete Eingangsgröße dem jeweiligen Regler-Baustein der Hochdruckpumpe und zylinderselektiv die diskreten Eingangsgröße dem jeweiligen Regler-Baustein des Druckregelventils ausgibt,
- - wobei die Regler-Bausteine jeweils zylinderselektiv mit einem Vorsteuer-Baustein verknüpft sind, wodurch mittels des Vorsteuer-Bausteins und der aufgeschalteten zylinderselektiven Regler-Bausteine pumpensynchron je Segment die Stellgrößen für die Hochdruckpumpe und das Druckregelventil einem Ausgabe-Baustein zugeführt und berechnet werden, und den Stellgliedern der Hochdruckpumpe und des Druckregelventils zur volumenbasierten zylinderselektiven Einstellung des Raildrucks zugeführt werden.
- - A setpoint specification module for the rail pressure and an associated setpoint discretization module and
- - an actual value signal acquisition module for the rail pressure and an actual value discretization module,
- - as well as a control error calculation module and
- - includes a conversion module that converts a pressure-based, discretized, cylinder-selective control difference into a volume flow-based, cylinder-selective control difference,
- - The conversion module being linked to a controller state machine which outputs the discrete input variable to the respective controller module of the high-pressure pump on a cylinder-specific basis and the discrete input variable to the respective controller module of the pressure control valve on a cylinder-specific basis,
- - The controller modules are each cylinder-selectively linked with a pilot control module, whereby by means of the pilot control module and the connected cylinder-selective controller modules pump-synchronously per segment, the manipulated variables for the high pressure pump and the pressure control valve are fed to an output module and calculated, and the actuators of the high pressure pump and the pressure control valve for volume-based cylinder-selective adjustment of the rail pressure.
In vorteilhafter Weise wird die Brennkraftmaschine mit einem beliebigen flüssigen Kraftstoff oder Kraftstoffgemisch betrieben, wodurch sich in vorteilhafter Weise die Linearisierung der Umrechnung von Druckdifferenz in Volumenstromdifferenz durch ein physikalisch anderes Elastizitätsmodul an den jeweiligen Kraftstoff anpassen lässt. Dadurch ist das erläuterte Verfahren und die Ausgestaltung des Kraftstoffversorgungssystems nicht nur für Dieselmotoren, die insbesondere als Common-Rail Dieselmotoren ausgeführt sind, sondern auch für Ottomotoren, die ein ottomotorisches - fremdgezündetes - Brennverfahren verwenden, anwendbar und einsetzbar.The internal combustion engine is advantageously operated with any liquid fuel or fuel mixture, as a result of which the linearization of the conversion of pressure difference into volume flow difference can be adapted to the respective fuel by a physically different modulus of elasticity. As a result, the explained method and the configuration of the fuel supply system can be used and used not only for diesel engines that are designed in particular as common rail diesel engines, but also for Otto engines that use an Otto engine - externally ignited - combustion process.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffversorgungssystems, das mit einer volumenstrombasierten pumpensynchronen und zylinderselektiven Regelstruktur zur Raildruckregelung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird; -
2 die volumenstrombasierte pumpensynchrone und zylinderselektiven Regelstruktur zur Raildruckregelung, die in einem elektronischen Steuergerät mit einem Mikroprozessor abgelegt ist, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
-
1 a schematic representation of a fuel supply system that is operated with a volume flow-based pump-synchronous and cylinder-selective control structure for rail pressure control according to the method according to the invention; -
2 the volume flow-based pump-synchronous and cylinder-selective control structure for rail pressure control, which is stored in an electronic control unit with a microprocessor which is set up to carry out the method according to the invention.
Die
Eine Hochdruckpumpe
Über eine Hochdruckleitung
Das Kraftstoff-Rail
Zwischen dem Kraftstoff-Rail
Die Injektoren
Ein Steuergerät
Die
Die volumenstrombasierte pumpensynchrone Regelstruktur zur Raildruckregelung wird anhand der
Die Grundidee des nachfolgend erläuterten Verfahrens für die zukünftigen Dieselmotoren, die als Common-Rail Dieselmotoren ausgeführt sind, besteht darin, dass ein benötigter Raildruck bis zu 2700 bar mit der Hochdruckpumpe
Bei positiver Mengenbilanz, das heißt ansteigendem Volumenstrom im Rail
Die Eingangsgröße des Verfahrens zum Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems
Der Gegenstand der Erfindung besteht somit darin, dass die komplette Hochdruckregelung mithin die Raildruck-Hochdruckregelung innerhalb des Rails
Dazu ist es erfindungsgemäß notwendig die zu beachtenden Volumenströme und das zugehörige Modell der erfindungsgemäßen Regelstruktur diskret zu beschreiben.For this purpose, it is necessary according to the invention to discretely describe the volume flows to be observed and the associated model of the control structure according to the invention.
Dazu wird die Druckinformation
Diese Druckdifferenz
Diese Volumendifferenz
Dazu wird eine Volumenbilanz erstellt, die physikalisch den sich einstellenden Druck
Bei der Volumenbilanz der volumenstrombasierten segmentsynchronen Berechnung, wird von einem volumenkonstanten Raumvolumen
Das Raumvolumen
Ausgehend von dem Raumvolumen
- a) aus den Kraftstoff-Einspritzmengen
V9n über dieInjektoren 91 ,92 ,93 ,94 und - b) den Kraftstoff-Schaltleckagen
VSLeck der Injektoren91 ,92 ,93 ,94 sowie der - c) der Kraftstoff-Dauerleckage
VDLeck des Hochdrucksystems desKraftstoffversorgungssystems 100
- a) from the fuel injection quantities
V 9n about theinjectors 91 ,92 ,93 ,94 and - b) the fuel shift leaks
V SLeck theinjectors 91 ,92 ,93 ,94 as well as the - c) the permanent fuel leakage
V DLeck of the high pressure system of thefuel supply system 100
Die Volumina a) und b) werden eventbezogen abgenommen, während c) die Kraftstoff-Dauerleckage
Hinzu kommt d) der sogenannte Last- und/oder drehzahlabhängige Änderungswunsch des Raildrucks, der sogenannte Druckänderungswunsch (auch als dynamischer Volumenstromanteil bezeichnet) innerhalb des Rails
Je nachdem, ob der Druckänderungswunsch eine Druckerhöhung oder Druckabsenkung betrifft, wird
- • bei einer Druckerhöhung ein segmentsynchrones Volumen
VZu zu dem Gesamt-VolumenVGes-Ab addiert oder - • bei einer Druckabsenkung wird ein segmentsynchrones Volumen
VGes-Ab von dem Gesamt-VolumenVGes-Ab subtrahiert.
- • A segment-synchronous volume in the event of a pressure increase
V to to the total volumeV Ges-Ab added or - • When the pressure drops, a segment-synchronous volume becomes
V Ges-Ab of the total volumeV Ges-Ab subtracted.
Die Hochdruckpumpe
Diese feste Zuordnung ermöglicht es die volumenstrombasierte und pumpensynchrone diskrete Berechnung zur Raildruckregelung auf diese Synchronität zu stützen und zu diskretisieren. Das heißt, man gewinnt nur eine diskrete Teilmenge aus einer kontinuierlichen Daten- oder Informationsmenge, wodurch eine Vereinfachung bei der Berechnung der Größen innerhalb der Regelstrecke erreicht wird.This fixed assignment enables the volume flow-based and pump-synchronous discrete calculation for rail pressure control to be based and discretized on this synchronicity. This means that only a discrete subset is obtained from a continuous amount of data or information, which simplifies the calculation of the variables within the controlled system.
Die erfindungsgemäße Berechnung erfolgt über ein Triggerstartsignal
Gemäß der
Erfindungsgemäß erfolgt die Erfassung des Raildrucks
Gemäß der
Dieser Soll-Raildruck
Das heißt explizit, dass der erste in der Segmentscheibe vorliegende Wert innerhalb des Zeitrasters als Soll-Raildruck
Dadurch, dass Soll-Raildruck
Wie oben erläutert steht als diskreter Ist-Wert
In vorteilhafter Weise besteht innerhalb der Regelung die Möglichkeit (Auswahl mehrerer diskreter Signale aus dem Sollwert-Diskretisierungs-Baustein
An dieser Stelle der Regelfehler-Berechnung erfolgt weiter erfindungsgemäß in einem Umrechnungs-Baustein A2', B2' aus der druckbasierten diskretisieren Regeldifferenz
Diese Umrechnung in den segmentsynchronen Volumenfehler
Die nichtlinearen Eigenschaften des Kraftstoffs hinsichtlich Druck und Temperatur und Kompressibilität werden in druckbasierten Systemen nicht abgebildet, worin ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden Verfahrens zu sehen ist, da diese Nichtlinearitäten durch die Umrechnung in den segmentsynchronen Volumenfehler
Dadurch ist eine exakte Versteuerung und Regelung mit geringsten Regelfehlern auch in hochdynamischen Fahrsituationen möglich, wodurch sich entscheidende Vorteile hinsichtlich Brennstabilität und Emissionen ergeben.The non-linear properties of the fuel in terms of pressure, temperature and compressibility are not mapped in pressure-based systems, which is a significant advantage of the present method, since these non-linearities are converted into segment-synchronous volume errors
This enables precise control and regulation with the smallest control errors even in highly dynamic driving situations, which results in decisive advantages in terms of combustion stability and emissions.
Als Zwischenzusammenfassung liegt somit gegenüber dem Stand der Technik eine Änderung in der Erfassung der Größen durch die Segmentierung in den Bausteinen
Als Eingangsgröße für einen Regler-Baustein
Der Regler-Baustein
Die Struktur umfasst zudem gemäß
Dem Vorsteuer-Volumenstromwert-Baustein
Die durch die PID-Regler-Bausteine
Erweiterung „Zylinderselektive Regelung“:
- Erfindungsgemäß wird die zuvor hinsichtlich der Grundkonzeption erläuterte Raildruckregelung auf eine sogenannte „Zylinderselektive Regelung‟ erweitert, wie nachfolgend erläutert wird.
- According to the invention, the rail pressure control explained above with regard to the basic concept is extended to a so-called “cylinder-selective control”, as will be explained below.
Dazu wird für jeden Zylinder, n = Anzahl der Zylinder beziehungsweise der zugehörigen Injektoren
Da die Injektoren
Gemäß
Analog zu der Grundkonzeption steht als Eingangsgröße für mehrere (n) Regler-Bausteine C1n, C8n eine segmentsynchrone diskrete Volumen-Regeldifferenz
Je Zylinder beziehungsweise Injektor
Die Struktur umfasst zudem gemäß
Hierdurch ergeben sich folgenden Effekte:
- Die Hochdruckregelung kann durch die zylinderselektive Regelung zylinderselektiv geführt werden, das heißt jedem Zylinder beziehungsweise jedem Einspritzvorgang wird zylinderselektiv eine angepasste zylinderselektiv korrigierte Stellgröße als Stellgliedausgabe
E1 der Hochdruckpumpe1 oder StellgliedausgabeE8 desDruckregelventils 8 ausgegeben.
- The high-pressure control can be performed cylinder-selectively by the cylinder-selective control, that is, for each cylinder or each injection process, an adapted, cylinder-selectively corrected manipulated variable is output as actuator output
E1 the high pressure pump1 or actuator outputE8 of the pressure control valve8th issued.
Mit anderen Worten, die jeweiligen PID-Regler-Bausteine C1n, C8n können jeder für sich ausgewertet separat kalibriert werden. Die Auswertung der im Ausführungsbeispiel vier einzelnen PID-Regler-Bausteine C1n oder C8n, das heißt der Vergleich, der im stationären Betrieb beispielsweise unterschiedlichen Integrator-Anteile und Proportional-Anteile lässt in vorteilhafter Weise eine zylinderbezogene beziehungsweise injektorbezogene Fehleranalyse und Ursacheneingruppierung zu, wobei einerseits eine einfache Diagnosefunktion (OnBoard-Diagnose ohne Ausbau) oder eine Diagnosefunktion (OnBoard-Diagnose ohne Ausbau) mit einer Korrekturfunktion vorgesehen ist.In other words, the respective PID controller modules C1n, C8n can each be evaluated separately and calibrated. The evaluation of the four individual PID controller modules C1n or C8n in the exemplary embodiment, i.e. the comparison of the integrator components and proportional components that are different in steady-state operation, for example, allows a cylinder-related or injector-related error analysis and cause grouping, on the one hand Simple diagnostic function (on-board diagnosis without expansion) or a diagnostic function (on-board diagnosis without expansion) with a correction function is provided.
Beispielsweise kann über die Diagnosefunktion eine bestimmter zylinderbezogener beziehungsweise injektorbezogener Fehler bis zu einem vorgebbaren Schwellwert zugelassen werden und erst nach Überschreitendes Schwellwert erfolgt eine zylinderbezogene beziehungsweise injektorbezogene Fehlerkorrektur.For example, a specific cylinder-related or injector-related error can be permitted up to a predefinable threshold value via the diagnostic function, and a cylinder-related or injector-related error correction only takes place after the threshold value has been exceeded.
Es besteht erfindungsgemäße insbesondere die Möglichkeit die Einspritzmengenfehler ursachenabhängig zu gruppieren , wobei die Injektoren
Zudem können generell die zylinderselektiven Regelungsinformationen, das heißt die individualen Einspritzmengenfehler der einzelnen Injektoren
Die jeweilige zylinderselektive Regelgröße C1n, C8n kann ferner in vorteilhafter Weise in eine andere Führungsgröße umgerechnet werden, wobei insbesondere an das innere Motormoment der jeweiligen Zylinder gedacht wird, sodass durch Unterstützung der zylinderselektiven Raildruckregelung eine zylinderselektive momentenabhängige Regelung ermöglicht wird, bei der die zylinderselektiven Regelungsinformationen insbesondere für die Momenten-Zylindergleichstellung genutzt werden können, indem beispielsweise einem zylinderselektiven Momenten-Regler ein entsprechender Vorsteuerwert aus der zylinderselektiven Raildruckregelung übergeben wird.The respective cylinder-selective controlled variable C1n, C8n can also advantageously be converted into another reference variable, with particular consideration being given to the internal engine torque of the respective cylinder, so that a cylinder-selective torque-dependent control is made possible through the support of the cylinder-selective rail pressure control, in which the cylinder-selective control information in particular can be used for torque-cylinder equalization by, for example, transferring a corresponding pilot control value from the cylinder-selective rail pressure regulation to a cylinder-selective torque controller.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- KraftstoffversorgungssystemFuel supply system
- 11
- Hochdruckpumpehigh pressure pump
- 22
- VorförderpumpeFeed pump
- 33
- KraftstofftankFuel tank
- 44th
- Kraftstoffspeicher, RailFuel storage, rail
- AVRail AV Rail
- Volumen-Regeldifferenz, diskrete RegelabweichungVolume control difference, discrete control deviation
- 55
- FiltereinheitFilter unit
- 66th
- Duo-Sensor (p, T)Duo sensor (p, T)
- T6T6
- KraftstofftemperaturFuel temperature
- 77th
- Raildruck-SensorRail pressure sensor
- p7p7
- RaildruckRail pressure
- p7Ist p7 is
- Ist-RaildruckActual rail pressure
- p7Ist-max p7 actual max
- Ist-Raildruck (diskretisiert Max)Actual rail pressure (discretized max)
- p7Ist-min p7 actual min
- Ist-Raildruck (diskretisiert Min)Actual rail pressure (discretized Min)
- p7Ist-50% p7 actual-50%
- Ist-Raildruck (diskretisiert Mittelwert)Actual rail pressure (discretized mean value)
- p7Soll p7 target
- Soll-Raildruck (diskretisiert)Target rail pressure (discretized)
- Δp7 = ΔpRail Δp7 = Δp rail
- diskrete Regelabweichung (druckbezogen)discrete control deviation (pressure-related)
- EE.
- Elastizitätsmodulmodulus of elasticity
- 88th
- DruckregelventilPressure control valve
- V8V8
- abgesteuerter Volumenstrom über Rücklaufleitung 8.1controlled volume flow via return line 8.1
- 9n9n
- Injektoren (n-ter Injektor)Injectors (n-th injector)
- 9191
- erster Injektorfirst injector
- 9292
- zweiter Injektorsecond injector
- 9393
- dritter Injektorthird injector
- 9494
- vierter Injektorfourth injector
- 1.41.4
- Hochdruckleitung zwischen 1 und 4High pressure line between 1 and 4
- 2.12.1
- Niederdruckleitung zwischen 2 und 1Low pressure line between 2 and 1
- 4.94.9
- Injektorleitungen zwischen 4 und 9nInjector lines between 4 and 9n
- 8.2.18.2.1
- Rücklaufleitung zwischen 8 und 2.1Return line between 8 and 2.1
- 9.39.3
- Leckagerücklaufleitung zwischen 9n und 3Leak return line between 9n and 3
- 1.31.3
- HDP-Rücklaufleitung zwischen 1 und 3HDP return line between 1 and 3
- S1S1
- erstes Steuergerätfirst control unit
- S2S2
- zweites Steuergerät second control unit
- VGes V Ges
-
Gesamt-Volumen (
V9n +VDLeck + VSLeck+VΔp-Rail-Vorgabe )Total volume (V 9n +V DLeck + V SLeck +V Δp rail specification ) - V9n V 9n
-
Einspritzvolumen des jeweiligen n-ten Injektors 9nInjection volume of the respective n-
th injector 9n - VDLeck V DLeck
- Dauerleckagevolumenstrom des Hochdruck-KraftstoffversorgungssystemsContinuous leakage volume flow of the high pressure fuel supply system
- VSLeck V SLeck
-
Schaltleckagevolumenstrom der Injektoren 9nSwitching leakage volume flow of the
injectors 9n - VΔlip-Rail-Vorgabe V Δlip-rail specification
- Druckänderungswunsch systembedingtSystem-related pressure change request
- VZU V TO
- zugeführtes Volumen in Abhängigkeit des Druckänderungswunsches DruckerhöhungSupplied volume depending on the pressure change desired pressure increase
- VGes-Ab V Ges-Ab
- abgeführtes Volumen in Abhängigkeit des Druckänderungswunsches DruckabsenkungVolume discharged as a function of the pressure change request Pressure reduction
- VH V H
- konstantes Raumvolumen des Hochdruck-Kraftstoffversorgungssystemsconstant volume of the high pressure fuel supply system
- nsyncnsync
- Startzeitpunkt der BerechnungStart time of the calculation
- A1A1
- Sollwertvorgabe-Baustein des Raildrucks p7Soll Setpoint specification block of the rail pressure p7 target
- A2A2
- Sollwert-Diskretisierungs-BausteinSetpoint discretization module
- B1B1
- Istwert-Signalerfassungs-Baustein Raildruck p7Ist Actual value signal acquisition module rail pressure p7 Is
- B2B2
- Istwert-Diskretisierungs-BausteinActual value discretization module
- A2/B2A2 / B2
- Regelfehler-Berechnungs-BausteinControl error calculation module
- A2'/B2'A2 '/ B2'
- Umrechnungs-BausteinConversion module
- CC.
- Zustandsmaschine Regler-BausteinState machine controller block
- C1C1
- Regel-Baustein der HochdruckpumpeStandard building block of the high pressure pump
- C8C8
- Regel-Baustein des DruckregelventilsControl module of the pressure control valve
- DD.
- Vorsteuer-BausteinInput tax module
- EE.
- Ausgabe-BausteinOutput block
- E1E1
- Stellgliedausgabe HochdruckpumpeActuator output high pressure pump
- E8E8
- Stellgliedausgabe DruckregelventilActuator output pressure control valve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102016204386 A1 [0002]DE 102016204386 A1 [0002]
Claims (13)
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---|---|---|---|
EP20184711.8A EP3763933B1 (en) | 2019-07-12 | 2020-07-08 | Method for volumetric flow based pump-synchronous, in particular cylinder-selective rail pressure control for a fuel supply system of a combustion engine with current detection and current regulation of the actuators of the rail pressure control |
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DE102019129323.5A Pending DE102019129323A1 (en) | 2019-07-12 | 2019-10-30 | Method for volume flow-based, pump-synchronous and cylinder-selective rail pressure control for a fuel supply system of an internal combustion engine |
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Citations (3)
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DE102006026928A1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Siemens Ag | Operating method for injection system of internal-combustion engine, involves determining injection amount of fuel, which is injected by injector into combustion chamber and time-dependent injection pressure is also computed |
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DE102016211128A1 (en) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | Robert Bosch Gmbh | A method of volume flow based control of fuel rail pressure caused by a high pressure pump |
-
2019
- 2019-10-30 DE DE102019129323.5A patent/DE102019129323A1/en active Pending
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