DE19548278B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung
und einem Common-Rail-System, wobei wenigstens eine Hochdruckpumpe
(125) den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich
fördert,
ein Istwert (PI) für
den Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich mit einem Drucksensor (140)
erfasst wird, ein erstes und ein zweites Stellglied (110, 140; 135)
zur Beeinflussung des Kraftstoffdrucks im Hochdruckbereich mit Ansteuersignalen
beaufschlagbar sind, wobei das erste Stellglied (110, 140) die Fördermenge der
Hochdruckpumpe (125) beeinflusst, ein erstes Ansteuersignal (QSV)
für das
erste Stellglied abhängig
von wenigstens der einzuspritzenden Kraftstoffmenge vorgegeben wird,
ein zweites Ansteuersignal (QSR) für das erste Stellglied (110,
140) abhängig
von einem Vergleich zwischen einem Istwert (PI) und einem Sollwert
(PS) für
den Kraftstoffruck vorgegeben wird, und dass durch Addition des
ersten und des zweiten Ansteuersignals das Ansteuersignal für das erste
Stellglied ermittelt wird.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der Hauptansprüche.
- Bei Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff mit Hilfe einer Elektrokraftstoffpumpe, bzw. mit einer mechanischen Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstoffbehälter gefördert und über Kraftstoffleitungen den Einspritzventilen zugeführt. Bei Brennkraftmaschinen mit Hochdruckeinspritzung, insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung, schließt sich an die Elektrokraftstoffpumpe eine weitere Pumpe an, die einen sehr hohen Druck in einem Hochdruckbereich der Kraftstoffversorgung erzeugt. Der Hochdruckbereich steht mit den Einspritzventilen in Verbindung. Ferner ist ein Druckregelventil vorgesehen, mit dessen Hilfe der Druck im Hochdruckbereich regelbar ist.
- Die
DE 691 10 582 T2 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung, wobei wenigstens eine Pumpe den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich fördert und der Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich mit einem Drucksensor erfassbar ist. Eine Regelung des Kraftstoffdrucks ist hier nicht vorgesehen. Dies ist hier auch nicht möglich, da der Druck während der Umdrehung der Kurbelwelle bzw. der Pumpenantriebswelle sich periodisch ändert. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eine kostengünstige und schnell arbeitende Regelung des Drucks im Hochdruckbereich zu erzielen.
- Vorteile der Erfindung
- Mit der beschriebenen Vorgehensweise ist eine kostengünstige Möglichkeit zur Regelung des Drucks im Hochdruckbereich einer Kraftstoffzumeßeinrichtung möglich. Desweiteren kann der Druck sehr schnell auf sich ändernde Vorgabewerte angepaßt werden.
- Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
- Zeichnung
- Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen
1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und2 ein detaillierteres Blockdiagramm der Regeleinrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens. - Beschreibung des Ausführungsbeispiels
- In
1 sind die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauteile eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung dargestellt. Das dargestellte System wird üblicherweise als Common-Rail-System bezeichnet. - Mit
100 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Dieser steht über ein ersten Filter105 , einer regelbaren Vorförderpumpe110 und einem zweiten Filtermittel115 in Verbindung. Vom zweiten Filtermittel115 gelangt der Kraftstoff über eine Leitung zu einem Ventil120 . Die Verbindungsleitung zwischen dem Filtermittel115 und dem Ventil120 steht über ein Niederdruckbegrenzungsventil140 mit dem Vorratsbehälter100 in Verbindung. Das Ventil120 steht über eine Hochdruckpumpe125 mit einem Rail130 in Verbindung. Das Rail steht über Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren131 in Kontakt. Über ein Druckregelventil135 ist das Rail130 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter110 verbindbar. Das Druckregelventil135 ist mittels einer Spule136 steuerbar. - Die Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe
125 und dem Eingang des Druckregelventils135 werden als Hochdruckbereich bezeichnet. In diesem Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Der Druck im Hochdruckbereich wird mittels eines Sensors140 erfaßt. - Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Kraftstoff, der sich im Vorratsbehälter befindet, wird von der Vorförderpumpe
110 durch die Filtermittel105 und115 gefördert. Ausgangsseitig der Vorförderpumpe110 ist der Kraftstoff mit einem Druck zwischen einem und ca. 3 bar beaufschlagt. Wenn der Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems einen vorgebbaren Druck erreicht hat, öffnet das Ventil120 und der Eingang der Hochdruckpumpe125 wird mit einem bestimmten Druck beaufschlagt. Dieser Druck hängt von der Ausführung des Ventils120 ab. Üblicherweise ist das Ventil120 so ausgestaltet, daß es bei einem Druck von ca. 1 bar die Verbindung zur Hochdruckpumpe125 freigibt. - Steigt der Druck im Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte an, so öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil
140 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe110 und dem Vorratsbehälter100 frei. Mittels des Ventils120 und dem Niederdruckbegrenzungsventil140 wird der Druck im Niederdruckbereich auf Werte zwischen ca. 1 und 3 bar gehalten. - Die Hochdruckpumpe
125 fördert den Kraftstoff vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die Hochddruckpumpe125 baut im Rail130 einen sehr hohen Druck auf. Dieser Druck liegt in der Größenordnung zwischen 1000 und 2000 bar. Über die Injektoren131 kann der Kraftstoff unter hohem Druck den einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zugemessen werden. - Mittels des Sensors
140 wird der Druck im Rail bzw. im gesamten Hochdruckbereich erfaßt. Mittels des Druckregelventils135 , das mit einer Spule136 ansteuerbar ist, kann der Druck im Hochdruckbereich geregelt werden. Abhängig von der an der Spule136 anliegenden Spannung bzw. des durch die Spule136 fließenden Stromes öffnet das Druckregelventil135 bei unterschiedlichen Druckwerten. - Als Vorförderpumpe
110 werden üblicherweise Elektrokraftstoffpumpen mit einem Gleichstrom-Motor (DC-Motoren) oder einem elektrisch komutierten Gleichstrom-Motoren (EC-Motoren) eingesetzt. Für höhere Fördermengen, die insbesondere bei Nutzkraftfahrzeugen erforderlich sind, können auch mehrere parallel geschaltete Vorförderpumpen eingesetzt werden. In diesem Fall werden wegen der höheren Lebensdauer und höheren Verfügbarkeit vorzugsweise EC-Motoren verwendet. - Zur Regelung des Druckes P im Hochdruckbereich werden zwei Stellglieder eingesetzt. Dies ist zum einen die in der Fördermenge verstellbare elektrische Vorförderpumpe
110 und das Druckregelventil135 . Das Druckregelventil135 kann auch als Druckbegrenzungsventil bezeichnet werden, da es bei einem einstellbaren Druck die Verbindung zwischen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich freigibt. - Die Reglerstruktur ist in
2 als Blockdiagramm dargestellt. Bereits in1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Mit200 ist eine Steuerung bezeichnet, die eine Vorsteuerung210 sowie eine Stromsteuerung250 mit Signalen beaufschlagt. Das Ausgangssignal N eines Drehzahlsensors205 wird der Steuerung200 und der Vorsteuerung210 zugeführt. Das Ausgangssignal PI des Drucksensors140 gelangt zum einen zur Vorsteuerung210 und zum anderen zu einem Verknüpfungspunkt225 . Das Ausgangssignal QSV der Vorsteuerung210 gelangt zu einem Verknüpfungspunkt215 . - Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes
225 liegt ein Signal PS, das dem gewünschten Solldruck im Rail130 entspricht. Dieses Signal PS wird von der Steuerung200 bereitgestellt. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes225 gelangt zu einem Druckregler220 , dessen Ausgangssignal QSR wiederum zum zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes215 gelangt. Mit dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes215 wird eine Sollwertvorgabe230 beaufschlagt. Diese Sollwertvorgabe gibt einen Sollwert NSE für die Drehzahl der Vorförderpumpe110 vor. Dieser Sollwert NSE gelangt zu einem Verknüpfungspunkt235 an dessen zweiten Eingang mit negativen Vorzeichen das Ausgangssignal NIE eines Drehzahlsensors240 anliegt, der die Drehzahl der Vorförderpumpe110 erfaßt. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes235 gelangt zu einem Drehzahlregler245 , der die Vorförderpumpe110 mit einem entsprechenden Ansteuersignal UEKP beaufschlagt. - Das Signal PS gelangt ferner zu einer Stromsteuerung
250 , die ein Sollwert IS für den Strom, der durch das Druckregelventil135 fließt, vorgibt. Dieser Sollwert IS gelangt zu einem Verknüpfungspunkt255 , an dessen zweiten Eingang mit negativen Vorzeichen, das Ausgangssignal IDRV einer Strommessung160 anliegt. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes255 gelangt zu einem Stromregler265 , der das Regelventil135 mit einem Ansteuersignal UDRV beaufschlagt. - Die Vorförderpumpe
110 kann auch als erstes Stellglied und das Druckregelventil135 als zweites Stellglied bezeichnet werden. - Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt: Abhängig von der aktuellen Einspritzmenge QK, die von der Steuerung
200 bereitgestellt wird, der Motordrehzahl N der Brennkraftmaschine, und dem Druck PI im Rail130 gibt die Vorsteuerung210 das Signal QSV vor. Dieses Signal ist ein Maß für die Menge, die von der Vorförderpumpe gefördert werden muß um die für die Einspritzung benötige Menge bereitzustellen. Hierbei wird die näherungsweise bekannte druckabhängige Leckage und der druck- und motordrehzahlabhängige Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe berücksichtigt, und als Vorsteuermengenstrom QSV bezeichnet. Desweiteren ermittelt der Verknüpfungspunkt225 abhängig vom gewünschten Druck PS im Rail und dem tatsächlichen Druck PI im Rail eine Druckdifferenz. Diese Druckdifferenz zwischen dem erwarteten und dem tatsächlichen Wert wird dem Druckregler220 zugeleitet. Dieser bestimmt ausgehend von der Abweichung zwischen dem erwarteten und dem tatsächlichen Wert einen ersten Ansteuerwert QSR. Dieser erste Ansteuerwert QSR und der zweite Ansteuerwert QSV, der von der Vorsteuerung210 vorgegeben wird, werden im Verknüpfungspunkt215 additiv verknüpft. - Abhängig von diesem Wert berechnet die Sollwertberechnung
230 einen Sollwert NSE für die Drehzahl der Vorförderpumpe110 . Diesen Drehzahlwert vergleicht der Verknüpfungspunkt235 mit dem tatsächlichen Wert NIE der Drehzahl der Vorförderpumpe. Abhängig von der Abweichung zwischen dem erwarteten Wert NSE und dem tatsächlichen Wert NIE der Drehzahl der Vorförderpumpe110 bestimmt der Drehzahlregler245 ein Ansteuersignal zur Beaufschlagung des ersten Stellgliedes110 . - Insbesondere bei der Verwendung von EC-Motoren, die einen Positionssensor für die elektrische Komutierung besitzen, kann dieser als Drehzahlsensor für die Drehzahl NIE ausgewertet werden.
- Bei einer vereinfachten Ausführungsform kann der Drehzahlregelkreis weggelassen werden. In diesem Fall erfolgt lediglich eine Steuerung der Vorförderpumpe. Dies bedeutet die Sollwertvorgabe
230 gibt unmittelbar das Ansteuersignal UEKP für die Vorförderpumpe110 aus. - Anstelle der Vorförderpumpe
110 als Stellglied zur Beeinflußung der Fördermenge, kann alternativ auch ein anderes Stellglied im Niederdruckbereich verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich das Ventil140 , entsprechend wie das Ventil135 , als Druckregelventil auszugestalten und zur Steuerung der Fördermenge anzusteuern. Ferner kann vorgesehen sein, daß im Niederdruckbereich ein Absperrventil angeordnet ist, mit dem der Kraftstofffluß im Niederdruckbereich steuerbar ist. - Durch die Überlagerung des Vorsteuerwertes QSV und des Ausgangssignals QSR des Druckreglers
220 können langfristige Druckänderungen im Rail ausgeglichen werden. - Aufgrund dieser Vorgehensweise ergibt sich bei konstantem Solldruck einem diesem entsprechender mittlerer Raildruck. Bei Solldruckerhöhungen stellt der Mengenregler einen zum Druckaufbau erhöhten Sollmengenstrom QSR ein, so daß der Raildruck steigt. Bei Solldruckverringerungen reduziert der Mengenregler den Sollmengenstrom QSR bis auf Null. Reicht diese Maßnahme nicht zu der geforderten Druckreduzierung aus, kommt das Druckregelventil
135 zum Einsatz. Dessen Öffnungsdruck wird über den Strom durch die Spule136 so eingestellt, daß dieses etwa bei 20 bis 50 bar über dem Solldruck öffnet. - Fällt nun der Druck im Rail trotz geringer Förderung durch die Vorförderpumpe
110 zu langsam ab, gibt die Steuerung250 einen solchen Strom IS vor, daß das Druckregelventil135 öffnet und der Druck dadurch abgebaut wird, bis ein Druckwert erreicht wird, der etwas über dem Solldruck liegt. Der Druck liegt nur kurzfristig über dem erwarteten Raildruck, da durch Leckage und Einspritzungen der Druck weiter absinkt und dann die Mengenregelung über die Vorförderpumpe110 wieder eingreift. - Vorzugsweise erfolgt eine Regelung des Stroms I, der durch die Spule
136 des Ventils135 fließt. Dadurch kann der sich durch Erwärmung ändernde Widerstand der Magnetspule136 aufgrund wechselnder Temperaturen ausgeglichen werden. - Bei Systemfehlern kann das Druckregelventil
135 als Notventil zum schnellen Absenken des Druckes P im Rail verwendet werden. - Diese Vorgehensweise bietet die folgenden Vorteile: Bedingt durch die kleineren notwendigen Fördermengen benötigt die Hochdruckpumpe eine niedere Antriebsleistung. Daraus folgt wiederum eine Kraftstoffersparnis. Bedingt durch die geringen Rücklaufmengen erfolgt eine verminderte Aufheizung des Kraftstoffes. Da das Druckregelventil
135 fast ständig geschlossen ist, kann die Leckageerkennung vereinfacht werden. Desweiteren ergibt sich eine verbesserte Regeldynamik beim Druckabbau. Insbesondere im Fehlerfall ist ein schneller Druckabbau möglich.
Claims (6)
- Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung und einem Common-Rail-System, wobei wenigstens eine Hochdruckpumpe (
125 ) den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich fördert, ein Istwert (PI) für den Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich mit einem Drucksensor (140 ) erfasst wird, ein erstes und ein zweites Stellglied (110 ,140 ;135 ) zur Beeinflussung des Kraftstoffdrucks im Hochdruckbereich mit Ansteuersignalen beaufschlagbar sind, wobei das erste Stellglied (110 ,140 ) die Fördermenge der Hochdruckpumpe (125 ) beeinflusst, ein erstes Ansteuersignal (QSV) für das erste Stellglied abhängig von wenigstens der einzuspritzenden Kraftstoffmenge vorgegeben wird, ein zweites Ansteuersignal (QSR) für das erste Stellglied (110 ,140 ) abhängig von einem Vergleich zwischen einem Istwert (PI) und einem Sollwert (PS) für den Kraftstoffruck vorgegeben wird, und dass durch Addition des ersten und des zweiten Ansteuersignals das Ansteuersignal für das erste Stellglied ermittelt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellglied als Elektrokraftstoffpumpe ausgebildet ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stellglied den Kraftstoffdruck unmittelbar beeinflusst und insbesondere als Druckregelventil ausgebildet ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von dem ersten und dem zweiten Ansteuersignal ein Sollwert für eine Regelung der Drehzahl des ersten Stellgliedes vorgebbar ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von dem Sollwert für den Kraftstoffdruck ein Sollwert für eine Regelung des Stroms, der durch das zweite Stellglied fließt, vorgebbar ist.
- Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung und einem Common-Rail-System, mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (
125 ), die den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich fördert, mit einem Drucksensor (140 ) der einen Istwert (PI) für den Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich erfasst, mit einem ersten und einem zweiten Stellglied (110 ,140 ;135 ) zur Beeinflussung des Kraftstoffdrucks im Hochdruckbereich, die mit Ansteuersignalen beaufschlagbar sind, wobei das erste Stellglied (110 ,140 ) die Fördermenge der Hochdruckpumpe (125 ) beeinflusst, mit Mitteln, die ein erstes Ansteuersignal (QSV) für das erste Stellglied abhängig von wenigstens der einzuspritzenden Kraftstoffmenge vorgeben, und die ein zweites Ansteuersignal (QSR) für das erste Stellglied (110 ,140 ) abhängig von einem Vergleich zwischen einem Istwert (PI) und einem Sollwert (PS) für den Kraftstoffruck vorgeben, und die durch Addition des ersten und des zweiten Ansteuersignals das Ansteuersignal für das erste Stellglied ermitteln.
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