EP0837986B1 - Vorrichtung und verfahren zur regelung des kraftstoffdruckes in einem hochdruckspeicher - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur regelung des kraftstoffdruckes in einem hochdruckspeicher Download PDF

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EP0837986B1 EP97924873A EP97924873A EP0837986B1 EP 0837986 B1 EP0837986 B1 EP 0837986B1 EP 97924873 A EP97924873 A EP 97924873A EP 97924873 A EP97924873 A EP 97924873A EP 0837986 B1 EP0837986 B1 EP 0837986B1
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Siemens Corp
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    • F02D2250/31—Control of the fuel pressure

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling the Fuel pressure in a high pressure accumulator according to the Preamble of claim 1 and a method for regulation the fuel pressure in a high pressure accumulator according to the Preamble of claim 5.
  • High-pressure accumulators for fuel are used in common rail injection systems used. This is done by a high pressure pump Pumped fuel into a high pressure accumulator and starting from the high-pressure accumulator, the fuel is the fed to individual injectors. This way, a high injection pressure allows, especially in the Injection of diesel lowers particle emissions.
  • a control device is already known from EP 0 299 337 A2 the fuel pressure in a high pressure accumulator and a method to regulate the fuel pressure in a high pressure accumulator known.
  • This is fuel from a pre-feed pump via an adjustable throttle of a high pressure pump supplied with the fuel in the high pressure accumulator high pressure pumps, the high pressure accumulator fueling to the injectors and via a safety pressure valve has that when a maximum pressure the high pressure accumulator with the fuel tank connects.
  • the adjustable throttle is made by one Control unit depending on the operating parameters of the Internal combustion engine controlled, so that a volume flow control is carried out on the low pressure side.
  • the described device and the described method have the disadvantage that a pressure decrease in the high pressure accumulator can only be done relatively slowly because the adjustable Throttle is not usable for a pressure reduction.
  • the object of the invention is to provide a device for Regulation of the fuel pressure in a high pressure accumulator and a method for controlling the fuel pressure in one To provide high-pressure accumulators that reduce pressure quickly enable and also a good efficiency exhibit.
  • the object of the invention is achieved by the device of Claim 1 and the method of claim 5 solved.
  • the device of claim 1 and the method of claim 5 offer the advantage that quasi-stationary changes in fuel pressure through a low pressure volume flow control be carried out and dynamic changes of the Fuel pressure via a high-pressure pressure control be performed. In this way, the advantage of high efficiency of a low-pressure volume flow control with the advantage of the high dynamics of a high pressure side Pressure control connected and thereby an improved Dynamics compared to a pressure control on the high pressure side achieved increased efficiency.
  • FIG. 1 shows a tank 1, which has a fuel feed line 2 is connected to a feed pump 4.
  • the feed pump 4, which is not adjustable, is via a delivery line 5 and a control valve 3 connected to a high pressure pump 6.
  • the output of the high pressure pump 6 is with a High-pressure accumulator (common rail) connected.
  • the high pressure accumulator 7 has an injection line 8 which leads to a Injector 9 of an internal combustion engine 22 is guided.
  • the High-pressure accumulator 7 is via a pressure control valve 10 and a fuel return line 11 connected to the tank 1.
  • a pressure sensor 12 on the high-pressure accumulator 7 arranged, the via a first measuring line 13 with a is connected to the first controller 14 via a first control line 15 is connected to the control valve 3.
  • the Pressure sensor 12 is also connected via a second measuring line 16 a second controller 17 connected via a second Control line 18 with the pressure control valve 10 in connection stands.
  • the first controller 14 and the second controller 17 are via a first data line 24 or via a second data line 25 connected to a computing unit 23, which also via a third measuring line 26 to the internal combustion engine 22 connected is.
  • the computing unit 23 also has input lines 27 with which various input values such as for example, the accelerator pedal position of the motor vehicle become.
  • a second pressure sensor 21 for Supply of the first controller 14 can be used on the the low pressure side in front of the high pressure pump 6 in the delivery line 5 is arranged and connected to the first controller 14 is.
  • the control valve 3 can thus also after the pressure in the delivery line 5 are regulated.
  • Figure 2 shows an arrangement corresponding to Figure 1, wherein however, instead of the non-adjustable feed pump 4 adjustable feed pump 20 is arranged over the first Control line 15 is controlled by the first controller 14. On Another difference is that the control valve 3 omitted and instead of the control valve 3 a constant throttle 19 between the adjustable feed pump 20 and the high pressure pump 6 is switched. Corresponds in the other details the arrangement of Figure 2 the arrangement of Figure 1, wherein same parts are provided with the same reference numerals.
  • a second pressure sensor 21 for supplying the first controller 14 is used, the one on the low pressure side in front of the high pressure pump 6 in the delivery line 5 is arranged and is connected to the first controller 14.
  • the controllable feed pump 20 can thus also after the pressure be regulated in the delivery line 5.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the control method according to the invention.
  • a target pressure P SOLL is predefined in accordance with the operating state of the internal combustion engine 22.
  • the computing unit 23 based on the operating state of the internal combustion engine 22, which includes, for example, the speed, the load and the exhaust gas values, and using the input data supplied by the input lines 27, such as the position of the accelerator pedal, the target pressure P SOLL determined for the high-pressure accumulator 7, and this dictates a first comparator 31 and a second comparator 32nd
  • the pressure sensor 12 also outputs the current actual pressure of the high-pressure accumulator 7 to the first comparator 31 and to the second comparator 32 as the actual pressure P IST .
  • the gain factor K 0.2% / M pascal, the sampling time T 0 20 msec, the differentiation time T D 10 msec and the integration time T I are preferably 70 msec.
  • the two-point controller 17 switches from its zero value to the current controller intervention u2 (k) when P DIF is above a predetermined value, which is preferably 100 bar.
  • the current regulator engagement of the first and second regulators 14, 17 of the controlled system are fed to 30, wherein the pressure sensor 12 and / or the second pressure sensor 21 detects the pressure in the high-pressure accumulator or before the high-pressure accumulator and when the actual pressure P is connected to the first and to the second Comparators 31, 32 passes on.
  • the first controller 14 forwards the current first control intervention to the control valve 3 and the second controller 17 the current second controller intervention to the pressure valve 10.
  • the first controller 14 controls the controllable feed pump 20 with the current first control intervention, as shown in FIG. 2.
  • the first and second controllers 14, 17 are optionally available as Analog or digital controller implemented.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdruckes in einem Hochdruckspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Regelung des Kraftstoffdruckes in einem Hochdruckspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Hochdruckspeicher für Kraftstoff werden bei Common-RailEinspritzanlagen verwendet. Dabei wird von einer Hochdruckpumpe Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher gepumpt und ausgehend von dem Hochdruckspeicher wird der Kraftstoff den einzelnen Einspritzdüsen zugeführt. Auf diese Weise wird ein hoher Einspritzdruck ermöglicht, der insbesondere bei der Einspritzung von Diesel die Partikelemission erniedrigt.
Aus EP 0 299 337 A2 ist bereits eine Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdruckes in einem Hochdruckspeicher und ein Verfahren zur Regelung des Kraftstoffdruckes in einem Hochdruckspeicher bekannt. Dabei wird Kraftstoff von einer Vorförderpumpe über eine regelbare Drossel einer Hochdruckpumpe zugeführt, die den Kraftstoff in den Hochdruckspeicher mit hohem Druck pumpt, wobei der Hochdruckspeicher den Kraftstoff an die Einspritzdüsen weiterleitet und über ein Sicherheitsdruckventil verfügt, das bei Überschreiten eines maximalen Druckes den Hochdruckspeicher mit dem Kraftstofftank verbindet. Die regelbare Drossel wird von einem Steuergerät in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine angesteuert, so daß eine Volumenstromregelung auf der Niederdruckseite durchgeführt wird.
Die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren haben den Nachteil, daß eine Druckerniedrigung im Hochdruckspeicher nur relativ langsam erfolgen kann, da die regelbare Drossel nicht für eine Druckerniedrigung verwendbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, eine Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdruckes in einem Hochdruckspeicher und ein Verfahren zur Regelung des Kraftstoffdruckes in einem Hochdruckspeicher bereitzustellen, die eine schnelle Druckerniedrigung ermöglichen und zudem einen guten Wirkungsgrad aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Vorrichtung des Anspruchs 1 und das Verfahren des Anspruchs 5 gelöst. Die Vorrichtung des Anspruchs 1 und das Verfahren nach Anspruch 5 bieten den Vorteil, daß quasistationäre Änderungen des Kraftstoffdruckes durch eine niederdruckseitige Volumenstromregelung durchgeführt werden und dynamische Änderungen des Kraftstoffdruckes über eine hochdruckseitige Druckregelung durchgeführt werden. Auf diese Weise wird der Vorteil des hohen Wirkungsgrades einer niederdruckseitigen Volumenstromregelung mit dem Vorteil der hohen Dynamik einer hochdruckseitigen Druckregelung verbunden und dadurch eine verbesserte Dynamik mit einem gegenüber einer hochdruckseitigen Druckregelung erhöhten Wirkungsgrad erzielt.
Vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert;
Es zeigen:
Figur 1
einen Hochdruckspeicher mit einem vorgeschalteten Volumenstromregelventil,
Figur 2
einen Hochdruckspeicher mit einer vorgeschalteten regelbaren Förderpumpe, und
Figur 3
eine schematische Darstellung des Regelverfahrens.
Figur 1 zeigt einen Tank 1, der über eine Kraftstoffzulaufleitung 2 mit einer Förderpumpe 4 verbunden ist. Die Förderpumpe 4, die nicht regelbar ist, ist über eine Förderleitung 5 und ein Regelventil 3 an einer Hochdruckpumpe 6 angeschlossen. Der Ausgang der Hochdruckpumpe 6 ist mit einem Hochdruckspeicher (Common-Rail) verbunden. Der Hochdruckspeicher 7 weist eine Einspritzleitung 8 auf, die zu einem Injektor 9 einer Brennkraftmaschine 22 geführt ist. Der Hochdruckspeicher 7 ist über ein Druckregelventil 10 und über eine Kraftstoffrückleitung 11 mit dem Tank 1 verbunden.
Weiterhin ist am Hochdruckspeicher 7 ein Drucksensor 12 angeordnet, der über eine erste Meßleitung 13 mit einem ersten Regler 14 verbunden ist, der über eine erste Steuerleitung 15 mit dem Regelventil 3 in Verbindung steht. Der Drucksensor 12 ist zudem über eine zweite Meßleitung 16 mit einem zweiten Regler 17 verbunden, der über eine zweite Steuerleitung 18 mit dem Druckregelventil 10 in Verbindung steht.
Der erste Regler 14 und der zweite Regler 17 sind über eine erste Datenleitung 24 beziehungsweise über eine zweite Datenleitung 25 mit einer Recheneinheit 23 verbunden, die zudem über eine dritte Meßleitung 26 mit der Brennkraftmaschine 22 verbunden ist. Weiterhin weist die Recheneinheit 23 Eingangsleitungen 27 auf, mit denen verschiedene Eingangswerte wie zum Beispiel die Fahrpedalstellung des Kraftfahrzeugs aufgenommen werden. Anstelle des Drucksensors 12 kann in einer Weiterbildung der Erfindung ein zweiter Drucksensor 21 zur Versorgung des ersten Reglers 14 verwendet werden, der auf der Niederdruckseite vor der Hochdruckpumpe 6 in der Förderleitung 5 angeordnet ist und mit dem ersten Regler 14 verbunden ist. Das Regelventil 3 kann somit auch nach dem Druck in der Förderleitung 5 geregelt werden.
Figur 2 zeigt eine Anordnung entsprechend Figur 1, wobei jedoch Anstelle der nicht regelbaren Förderpumpe 4 eine regelbare Förderpumpe 20 angeordnet ist, die über die erste Steuerleitung 15 von dem ersten Regler 14 gesteuert wird. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß das Regelventil 3 entfällt und anstelle des Regelventils 3 eine Konstantdrossel 19 zwischen der regelbaren Förderpumpe 20 und der Hochdruckpumpe 6 geschaltet ist. In den weiteren Details entspricht die Anordnung der Figur 2 der Anordnung der Figur 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Anstelle des Drucksensors 12 wird in einer Weiterbildung der Erfindung ein zweiter Drucksensor 21 zur Versorgung des ersten Reglers 14 verwendet werden, der auf der Niederdruckseite vor der Hochdruckpumpe 6 in der Förderleitung 5 angeordnet ist und mit dem ersten Regler 14 verbunden ist.
Die regelbare Förderpumpe 20 kann somit auch nach dem Druck in der Förderleitung 5 geregelt werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens. Für den Hochdruckspeicher ist entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 22 ein Solldruck PSOLL vorgegeben. In dem folgenden Beispiel wird davon ausgegangen, daß die Recheneinheit 23 aufgrund des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 22, der beispielsweise die Drehzahl, die Last und die Abgaswerte beinhaltet, und unter Verwendung der von den Eingangsleitungen 27 zugeführten Eingangsdaten, wie zum Beispiel die Stellung des Fahrpedals, den Solldruck PSOLL für den Hochdruckspeicher 7 ermittelt und diesen einem ersten Vergleicher 31 und einem zweiten Vergleicher 32 vorgibt.
Der Drucksensor 12 gibt den derzeitigen Istdruck des Hochdruckspeichers 7 ebenfalls an den ersten Vergleicher 31 und an den zweiten Vergleicher 32 als Istdruck PIST. Der erste Vergleicher 31 und der zweite Vergleicher 32 subtrahieren von dem Solldruck den Istdruck und ermitteln daraus einen Differenzdruck PDIF: PSOLL - PIST = PDIF.
Der Differenzdruck PDIF wird von dem ersten Vergleicher 31 an den ersten Regler 14, der der Ausführung der Figur 1 das Regelventil 3 oder in der Ausführung der Figur 2 die regelbare Förderpumpe 20 ansteuert, und von dem zweiten Vergleicher 32 an den zweiten Regler 17 geführt, der das Druckregelventil 10 ansteuert. Der erste Regler 14 ist vorzugsweise als PID-Regler ausgeführt, der aus dem Differenzdruck PDIF, der für die folgende Formel als aktuelle Regelabweichung e(k) bezeichnet ist, den aktuellen, ersten Reglereingriff u1(k) nach folgender Vorschrift berechnet:
Figure 00050001
wobei mit
u1(k)
der aktueller Reglereingriff,
u1(k-1)
der letze Reglereingriff,
e(k)
die aktuelle Regelabweichung,
e(k-1)
die vorletzte Regelabweichung,
K
der Verstärkungsfaktor,
T0
die Abtastzeit,
TD
die Differenzierzeit und mit
TI
die Integrierzeit bezeichnet sind.
Dabei betragen vorzugsweise der Verstärkungsfaktor K 0,2%/M pascal, die Abtastzeit T0 20 msek, die Differenzierzeit TD 10 msek und die Integrierzeit TI 70 msek.
Der zweite Regler 17 ist vorzugsweise als Zweipunkt-Regler ausgeführt, der den aktuellen, zweiten Reglereingriff u2(k) nach folgender Vorschrift berechnet: u2(k) = Te Tz Ky, wobei mit
y
der stationäre Endwert der Sollgröße bei Regler im oberen Schaltpunkt,
K
der Verstärkungsfaktor,
Tz
die Periodendauer und
Te
die Einschaltdauer bezeichnet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung betragen der stationäre Endwert 60 M pascal, der Verstärkungsfaktor K 0,045 %/M pascal, die Periodendauer Tz 2 msek und die Einschaltdauer 1 msek.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel schaltet der Zweipunkt-Regler 17 von seinem Nullwert auf den aktuellen Reglereingriff u2(k), wenn PDIF über einem vorgegebenen Wert liegt, der vorzugsweise 100 bar beträgt.
Der aktuelle Reglereingriff u2(k) des Zweipunkt-Reglers 17 wird in einer bevorzugten Ausführung an den ersten Regler 14 übermittelt, der in Abhängigkeit von dem aktuellen Reglereingriff u2(k) des zweiten Reglers 17 den aktuellen Reglereingriff des ersten Reglers 14 korrigiert oder die Regelung stoppt.
Der aktuelle Reglereingriff des ersten und des zweiten Reglers 14, 17 werden der Regelstrecke 30 zugeführt, wobei der Drucksensor 12 und/oder der zweite Drucksensor 21 den Druck im Hochdruckspeicher oder vor dem Hochdruckspeicher ermittelt und als Istdruck PIST an den ersten und an den zweiten Vergleicher 31, 32 weitergibt. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, gibt der erste Regler 14 den aktuellen ersten Regeleingriff an das Regelventil 3 und der zweite Regler 17 den aktuellen zweiten Reglereingiff an das Druckventil 10 weiter. In einer weiteren Ausführung der Erfindung regelt der erste Regler 14 mit dem aktuellen ersten Regel eingriff die regelbare Förderpumpe 20, wie in Figur 2 dargestellt.
Der erste und der zweite Regler 14, 17 sind wahlweise als Analog- oder Digitalregler ausgeführt.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdruckes in einem Hochdruckspeicher (7)
    mit einem ersten Regler (14) für den Volumenstrom im Zufluß zu einer Hochdruckpumpe (6), die an den Hochdruckspeicher (7) angeschlossen ist,
    mit einem ersten Drucksensor (12), der dem Hochdruckspeicher (7) zugeordnet ist und der den Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher (7) dem ersten Regler (14) meldet,
    wobei ein zweiter Regler (17) für den Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher (7) vorgesehen ist, wobei der erste Drucksensor (12) den Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher (7) an den zweiten Regler (17) meldet,
    wobei der erste Regler (14) ein kontinuierliches Regelverhalten aufweist, und
    wobei der zweite Regler (17) ein stufenweises Regelverhalten aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Ausgang des zweiten Reglers (17) einem Eingang des ersten Reglers (14) zugeführt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß für die Regelung des Volumenstromes eine regelbare Förderpumpe (20) vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß nach der regelbaren Förderpumpe (20) eine Konstantdrossel (19) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß vor der Hochdruckpumpe (6) ein zweiter Drucksensor (21) angeordnet ist, der über eine Meßleitung vorzugsweise anstelle des ersten Drucksensors (12) mit dem ersten Regler (14) verbunden ist.
  5. Verfahren zur Regelung des Druckes in einem Hochdruckspeicher (7) für Kraftstoff, wobei dem Hochdruckspeicher (7) über eine Hochdruckpumpe (6) Kraftstoff zugeführt wird und über eine Einspritzanlage (9) Kraftstoff abgeführt wird, wobei im Niederdruckbereich vor der Hochdruckpumpe (6) der Volumenstrom des Kraftstoffes in Abhängigkeit vom Druck im Hochdruckspeicher (9) geregelt wird,
    wobei im Hochdruckbereich der Druck im Hochdruckspeicher (9) in Abhängigkeit vom Druck im Hochdruckspeicher (9) geregelt wird,
    wobei der Volumenstrom des Kraftstoffes im Niederdruckbereich geregelt wird, wenn der Druck im Hochdruckspeicher (7) kleiner ist als ein Auslösedruck, wobei der Druck im Hochdruckspeicher (7) geregelt wird, wenn der Druck im Hochdruckspeicher (7) größer als der Auslösedruck ist, und wobei der Volumenstrom geregelt wird, wenn der Druck im Hochdruckspeicher (7) den Auslösedruck übersteigt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Volumenstromregelung in Abhängigkeit von der Druckregelung erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösedruck aus einer Summe aus einem Sollwert und einem Schwellwert ermittelt wird.
EP97924873A 1996-05-10 1997-05-02 Vorrichtung und verfahren zur regelung des kraftstoffdruckes in einem hochdruckspeicher Expired - Lifetime EP0837986B1 (de)

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