DE19742993A1 - Verfahren zum Steuern des Kraftstoffdruckes in einem Kraftstoffverteiler - Google Patents
Verfahren zum Steuern des Kraftstoffdruckes in einem KraftstoffverteilerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Kraft
stoffdruckes in einem Kraftstoffverteiler gemäß dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1.
Aus DE 44 46 277 A1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem für
eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine elektrische
Kraftstoffpumpe Kraftstoff in die Kraftstoffleitung pumpt,
wobei die Leistung der Kraftstoffpumpe abhängig vom gewünsch
ten Kraftstoffdruck gesteuert wird. Der Kraftstoffdruck wird
vorzugsweise über einen Beobachter ausgehend von gemessenen
brennkraftmaschinenspezifischen oder pumpenspezifischen Grö
ßen berechnet. Zur Veränderung des Kraftstoffdruckes in der
Kraftstoffleitung wird die Leistung der Kraftstoffpumpe vari
iert. Aus der Leistung der Kraftstoffpumpe wird der Motorbe
triebspunkt, d. h. die Drehzahl und das Drehmoment der Kraft
stoffpumpe berechnet. Aus einem Pumpenkennfeld wird mit Hilfe
des Motorbetriebspunktes der Kraftstoffpumpe der Kraftstoff
druck in der Kraftstoffleitung ermittelt. Unter Kenntnis der
Parameter der Kraftstoffleitung wird der Druck an den Ein
spritzventilen bestimmt.
Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein Verfahren zum
Steuern des Kraftstoffdruckes bereitzustellen, bei dem der
Kraftstoffdruck auf einfache Weise berechnet wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An
spruchs 1 gelöst. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung be
ruht darin, daß die Größen, mit denen der Kraftstoffdruck be
rechnet wird, nicht gemessen werden, sondern berechnete Grö
ßen verwendet werden. Auf diese Weise werden Sensoren zum
Messen der Größen eingespart. Zudem ist das Verfahren durch
die Verwendung der berechneten Größen relativ schnell.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Er
findung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er
läutert; es zeigen
Fig. 1 einen Aufbau eines Kraftstoffversorgungssystems,
Fig. 2 ein Blockschaltbild zum Regeln der Kraftstoffpumpe,
Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Berechnung des Kraftstoff
druckes, und
Fig. 4 ein Kraftstoffversorgungssystem mit einer Hochdruck
pumpe.
Fig. 1 zeigt eine elektrisch betriebene Kraftstoffpumpe 2,
die aus einem Kraftstofftank 1 Kraftstoff fördert und über
eine Kraftstoffleitung 40 in einen Kraftstoffverteiler 4
pumpt. Der Kraftstoffverteiler 4 stellt beispielsweise einen
Kraftstoffspeicher dar. An den Kraftstoffverteiler 4 sind
Einspritzventile 5 angeschlossen, die einer Brennkraftmaschi
ne 10 zugeordnet sind. Es ist ein Steuergerät 7 vorgesehen,
das über eine erste Steuerleitung 3 die Kraftstoffpumpe 2 und
über zweite Steuerleitungen 6 die Einspritzventile 5 steuert.
Das Steuergerät 7 ist zudem mit einem Datenspeicher 12, einem
Gaspedalgeber 11 und über einen Datenbus 8 mit Sensoren 9
verbunden, die der Brennkraftmaschine 10 zugeordnet sind. Die
Sensoren 9 messen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 10
und leiten die Betriebsparameter an das Steuergerät 7 weiter.
Das Steuergerät 7 steuert nach vorgegebenen Programmen, in
Abhängigkeit vom Fahrerwunsch und in Abhängigkeit von Be
triebsparametern der Brennkraftmaschine den Einspritzvorgang
der Einspritzventile 5 und die Kraftstofförderung der Kraft
stoffpumpe 2 in der Weise, daß in dem Kraftstoffverteiler 4
der für die Einspritzung benötigte Kraftstoffdruck vorliegt.
Die Kraftstoffpumpe 2 wird von einem elektrischen Motor, ins
besondere einem Gleichstrommotor oder einem bürstenlosen Mo
tor angetrieben. Zur Steuerung der Förderleistung der Kraft
stoffpumpe 2 gibt das Steuergerät 7 den Strom vor, mit dem
der Elektromotor die Kraftstoffpumpe 2 antreibt. Die Spannung
ist im wesentlichen konstant und entspricht der Batteriespan
nung des Kraftfahrzeuges. Der Kraftstoffdruck im Kraftstoff
verteiler 4 wird für diesen Regelungsvorgang nicht gemessen,
sondern berechnet.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Blockschaltbild, das die Druck
regelung für den Kraftstoffverteiler 4 und die damit verbun
dene Stromregelung der Kraftstoffpumpe 2 darstellt. Im we
sentlichen ist ein Teil des Steuergerätes 7 dargestellt, das
über die erste Steuerleitung 3 an den Elektromotor 33 der
Kraftstoffpumpe 2 angeschlossen ist. Das Steuergerät 7 steu
ert die Einspritzventile 5 mit einer Solleinspritzleistung
E, d. h. mit einer Solleinspritzmenge pro Zeiteinheit an.
Die Solleinspritzleistung VE wird über eine erste Eingangs
leitung 14 einem Beobachterblock 13 zugeführt. Der Beobach
terblock 13 ist zudem über eine erste Ausgangsleitung 16 an
eine zweite Addiereinheit 17 angeschlossen. Der Beobachter
block 13 führt über die erste Ausgangsleitung 16 der zweiten
Addiereinheit 17 den berechneten Kraftstoffdruck P2 zu.
Die zweite Addiereinheit 17 erhält über eine dritte Eingangs
leitung 19 den vom Steuergerät 7 in Abhängigkeit von Be
triebsbedingungen des Kraftfahrzeuges und vom Fahrerwunsch
vorgegebenen Drucksollwert PS für die Kraftstoffleitung 4 zu
geführt. Die zweite Addiereinheit 17 subtrahiert von dem
Drucksollwert PS den berechneten Kraftstoffdruck P2 und er
rechnet daraus eine Regelabweichung R, die die zweite Ad
diereinheit 17 einem Druckregelglied 18 zuführt. Das Druckre
gelglied 18 ermittelt aus der Regelabweichung. R einen Soll
strom IS, mit dem die Kraftstoffpumpe 2 angesteuert wird, da
mit die Regelabweichung R auf den Wert 0 geregelt wird. Das
Druckregelglied 18 greift dazu auf den Datenspeicher 12 zu,
in dem die Betriebskennlinien der Kraftstoffpumpe 2, insbe
sondere die Betriebskennlinien des Elektromotors 33 der
Kraftstoffpumpe 2 abgelegt sind. Die Betriebskennlinien geben
das Verhältnis zwischen dem Strom des Elektromotors 33 und
der dabei von der Kraftstoffpumpe 2 geförderten Förderlei
stung an.
Durch die adaptive Gestaltung der Reglerparameter des Druck
regelgliedes 18 wird eine gleichbleibende Regelgüte des
Druckregelkreises gewährleistet.
Das Druckregelglied 18 berechnet aus der Regelabweichung R
den Betriebspunkt, den die Kraftstoffpumpe 2 einnehmen soll,
damit die Regelabweichung auf den Wert 0 geregelt wird. Das
Druckregelglied 18 steuert die Kraftstoffpumpe 2 somit in der
Weise an, daß der für die Kraftstoffleitung 4 berechnete
Kraftstoffdruck P2 dem Drucksollwert PS entspricht. Der Soll
strom IS wird über die erste Steuerleitung 3 der Kraftstoff
pumpe 2 vorgegeben. Gleichzeitig wird der Sollstrom IS über
eine zweite Eingangsleitung 15 zum Beobachterblock 13 ge
führt.
Die Funktionsweise des Beobachterblocks 13 wird anhand der
Fig. 3 näher erläutert. Über die zweite Eingangsleitung 15
wird dem Beobachterblock 13 der Sollstrom IS zugeführt. Der
Sollstrom IS wird einem ersten Berechnungsblock 20 zugeführt,
der nach folgender Formel das Drehmoment Mm des Elektromotors
33 berechnet:
Mm = (KM/(1+S.TA)).IS (1),
wobei
mit KM die Momentenkonstante des Elektromotors,
mit S der Laplace-Operator, und
mit TA die Ankerzeitkonstante des Elektromotors bezeichnet ist.
mit KM die Momentenkonstante des Elektromotors,
mit S der Laplace-Operator, und
mit TA die Ankerzeitkonstante des Elektromotors bezeichnet ist.
Das Drehmoment Mm wird anschließend einer ersten Addierein
heit 28 zugeführt. Der ersten Addiereinheit 28 wird zudem ein
Motorlastmoment Mp zugeführt, das aus dem Widerstand durch
den Druck in der Kraftstoffleitung 4 herrührt. Die erste Ad
diereinheit 28 subtrahiert vom Drehmoment Mm das Motorlastmo
ment Mp und ermittelt somit das Beschleunigungsmoment Mb der
Kraftstoffpumpe 2 nach folgender Formel:
Mb = Mm - Mp.
Das Beschleunigungsmoment Mb wird einem zweiten Berechnungs
block 21 zugeführt, der nach folgender Formel aus dem Be
schleunigungsmoment die Drehzahl N berechnet:
wobei mit TH die Hochlaufkonstante des Elek
tromotors und mit S der Laplace-Operator be
zeichnet ist.
Die Drehzahl N wird anschließend einem dritten Berechnungs
block 22 zugeführt, der aus der Drehzahl N die Förderleistung
V der Kraftstoffpumpe 2 nach folgender Formel berechnet.
= kp.N, (3),
wobei mit kp die Förderleistung pro Drehzahl bezeichnet ist,
die für die Kraftstoffpumpe 2 vorgegeben ist.
Die Förderleistung der Kraftstoffpumpe 2 wird einer zwei
ten Addiereinheit 24 zugeführt, der zudem über die erste Ein
gangsleitung 14 die Solleinspritzleistung E der Einspritz
ventile 5 zugeführt wird. Die zweite Addiereinheit 24 subtra
hiert von der Förderleistung die Solleinspritzleistung E
und berechnet somit die Speicherförderleistung S:
S = -E.
Die Speicherförderleistung S wird einem fünften Berech
nungsblock 25 zugeführt, der nach folgender Formel den Kraft
stoffdruck P2 in der Kraftstoffleitung 4 berechnet:
wobei mit KS die Speicherkonstante des Kraftstoffverteilers 4
und mit S der Laplace-Operator bezeichnet ist. Mit
ist
die Übertragungsfunktion des Kraftstoffverteilers 4 bezeich
net.
Der berechnete Kraftstoffdruck P2 wird anschließend über die
erste Ausgangsleitung 16 an die zweite Addiereinheit 17 ge
führt. Zudem wird der berechnete Kraftstoffdruck P2 einer
dritten Addiereinheit 27 zugeführt.
Die Förderleistung der Kraftstoffpumpe 2 wird zudem einem
siebten Berechnungsblock 26 zugeführt, der nach folgender
Formel einen Druckverlust ΔP berechnet, der zwischen dem Aus
gang der Kraftstoffpumpe 2 in dem Kraftstoffverteiler 4 bis
zum Einspritzventil 5 durch Strömungsverluste abfällt:
Δp = .WL, wobei mit WL der Leitungswiderstand der Kraft stoffleitung 40 und des Kraftstoffverteilers 4 zwischen dem Ausgang der Kraftstoffpumpe 2 bis zum Einspritzventil 5 be zeichnet ist.
Δp = .WL, wobei mit WL der Leitungswiderstand der Kraft stoffleitung 40 und des Kraftstoffverteilers 4 zwischen dem Ausgang der Kraftstoffpumpe 2 bis zum Einspritzventil 5 be zeichnet ist.
Der siebte Berechnungsblock 26 führt den Druckabfall Δp eben
falls der dritten Addiereinheit 27 zu. Die dritte Addierein
heit 27 berechnet den am Ausgang der Kraftstoffpumpe 2 vor
liegenden Eingangsdruck P1 nach folgender Formel:
P1 = P2 + .WL.
Die dritte Addiereinheit 27 führt den Eingangsdruckwert P1
einem vierten Berechnungsblock 23 zu, der nach folgender For
mel das Motorlastmoment Mp der Kraftstoffpumpe 2 berechnet:
Mp = P1.K, wobei mit K eine Pumpenkonstante z. B. für eine Zahnradpumpe bezeichnet ist.
Mp = P1.K, wobei mit K eine Pumpenkonstante z. B. für eine Zahnradpumpe bezeichnet ist.
Fig. 3 beschreibt den Aufbau des Verfahrens, mit dem der Be
obachterblock 13 aus dem Sollstrom IS und der Solleinspritz
leistung E den im Kraftstoffverteiler 4 vorliegenden Kraft
stoffdruck P2 berechnet. Dabei wird ein Modell für die Mo
torcharakteristik der Kraftstoffpumpe 2 verwendet, mit dem
aus dem Sollstrom IS und dem am Ausgang der Kraftstoffpumpe 2
anliegenden Eingangsdruckwert P1 die Drehzahl der Kraftstoff
pumpe 2 berechnet wird. Mit diesem Modell werden die Dynamik
beim Ändern der Drehzahl ebenso wie die Dynamik bei der Ände
rung des Eingangsdruckwertes P1 berücksichtigt. Außerdem wird
ein Modell zur Berechnung des Kraftstoffdruckes im Kraft
stoffverteiler 4 verwendet, das einen Kraftstoffspeicher und
einen Strömungswiderstand in der Kraftstoffleitung berück
sichtigt. Durch die Verwendung des Modells des Kraft
stoffspeichers und des Modells der Kraftstoffleitung wird der
berechnete Kraftstoffdruck P2 auch bei dynamischen Vorgängen
genau berechnet.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem von einer Vor
förderpumpe 30 Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 1 über ein
Benzinfilter 31 einer Hochdruckpumpe 32 zugeführt wird. Die
Hochdruckpumpe 32 versorgt wiederum, über eine Kraftstofflei
tung 40 einen Kraftstoffverteiler 4 mit Kraftstoff. Der
Kraftstoffverteiler 4 steht mit Einspritzventilen 5 in Ver
bindung, die den Kraftstoff einer Brennkraftmaschine 10 zu
führen. Das Steuergerät 7 ist über einen Datenbus 8 an Senso
ren 9 angeschlossen, die Betriebsparameter der Brennkraftma
schine erfassen und an das Steuergerät 7 weitergeben. Zudem
steht das Steuergerät 7 mit einem Datenspeicher 12 und mit
einen Gaspedalgeber 11 in Verbindung. Im Steuergerät 7 ist
eine Berechnungseinheit 33 vorgesehen, die die Funktionen der
Fig. 2 und 3 übernimmt. Dabei berechnet die Berechnungs
einheit 33 aus dem Sollstrom IS unter Berücksichtigung der
Solleinspritzmenge, die im nächsten Zeittakt zur Ansteuerung
der Hochdruckpumpe 32 vorzugebenden Sollstrom IS, der über
eine dritte Steuerleitung 34 dem Elektromotor 35 der Hoch
druckpumpe 32 zugeführt wird.
Claims (5)
1. Verfahren zum Steuern des Kraftstoffdruckes in einem Kraft
stoffverteiler (4),
bei dem eine elektrische Kraftstoffpumpe (2, 32) Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung in einen Kraftstoffverteiler (4) pumpt,
bei dem Kraftstoff aus dem Kraftstoffverteiler (4) in eine Brennkraftmaschine (10) abgegeben wird,
bei dem der Kraftstoffdruck im Kraftstoffverteiler (4) be rechnet wird,
bei dem der berechnete Kraftstoffdruck mit einem vorgegebenen Solldruck verglichen wird und der Kraftstoffdruck über eine Steuerung der Kraftstoffpumpe (2, 32) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet,
bei dem eine elektrische Kraftstoffpumpe (2, 32) Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung in einen Kraftstoffverteiler (4) pumpt,
bei dem Kraftstoff aus dem Kraftstoffverteiler (4) in eine Brennkraftmaschine (10) abgegeben wird,
bei dem der Kraftstoffdruck im Kraftstoffverteiler (4) be rechnet wird,
bei dem der berechnete Kraftstoffdruck mit einem vorgegebenen Solldruck verglichen wird und der Kraftstoffdruck über eine Steuerung der Kraftstoffpumpe (2, 32) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet,
- - daß zur Steuerung der Kraftstoffpumpe ein Sollstrom (IS) ermittelt wird,
- - daß die Kraftstoffpumpe (2, 35) mit dem Sollstrom (IS) an getrieben wird,
- - daß eine Sollkraftstoffmenge vorgegeben wird, mit der ein Einspritzventil (5) zum Einspritzen von Kraftstoff gesteu ert wird, und
- - daß aus dem Sollstrom und der Sollkraftstoffmenge der Kraftstoffdruck im Kraftstoffverteiler (4) berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Kraftstoffpumpe eine Hochdruckpumpe (32, 35) verwendet wird,
die von einer Vorförderpumpe (31) mit Kraftstoff versorgt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus
dem Sollstrom die Drehzahl der Kraftstoffpumpe in Abhängig
keit vom Druck in der Kraftstoffleitung berechnet wird, und
daß aus der berechneten Drehzahl die Förderleistung der
Kraftstoffpumpe (2, 35) berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus
dem Sollstrom das Drehmoment der Kraftstoffpumpe (2, 35) be
rechnet wird, daß aus dem Druck in der Kraftstoffleitung das
Motorlastmoment der Kraftstoffpumpe (2, 35) berechnet wird,
daß aus dem Drehmoment und dem Motorlastmoment das Beschleu
nigungsmoment der Kraftstoffpumpe (2, 35) berechnet wird,
daß aus dem Beschleunigungsmoment die Drehzahl der Kraft
stoffpumpe (2, 35) berechnet wird, und
daß aus der Drehzahl die Förderleistung der Kraftstoffpumpe
(2, 35) berechnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus
der Förderleistung und der Sollkraftstoffmenge eine effektive
Förderleistung berechnet wird,
daß aus der effektiven Förderleistung und der Förderleistung ein Eingangsdruck (P1) in der Kraftstoffleitung (40) berech net wird,
daß aus dem Eingangsdruck unter Berücksichtigung des Lei tungswiderstandes, der Kraftstoffleitung (40) ein Kraftstoff druck im Kraftstoffverteiler (4) berechnet wird.
daß aus der effektiven Förderleistung und der Förderleistung ein Eingangsdruck (P1) in der Kraftstoffleitung (40) berech net wird,
daß aus dem Eingangsdruck unter Berücksichtigung des Lei tungswiderstandes, der Kraftstoffleitung (40) ein Kraftstoff druck im Kraftstoffverteiler (4) berechnet wird.
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