EP2449240A1 - Verfahren zur regelung des raildrucks in einem common-rail einspritzsystem einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur regelung des raildrucks in einem common-rail einspritzsystem einer brennkraftmaschine

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EP2449240A1
EP2449240A1 EP10725397A EP10725397A EP2449240A1 EP 2449240 A1 EP2449240 A1 EP 2449240A1 EP 10725397 A EP10725397 A EP 10725397A EP 10725397 A EP10725397 A EP 10725397A EP 2449240 A1 EP2449240 A1 EP 2449240A1
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EP
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pressure
rail
volume flow
rail pressure
pcr
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling and regulating a
  • a rail pressure control loop comprises a reference junction for determining a control deviation, a pressure regulator for calculating a control signal, the controlled system and a
  • the controlled system comprises the pressure actuator, the rail and the injectors for injecting the fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • Controller parameters are calculated as a function of operating parameters, here: the engine speed and the desired injection quantity.
  • the pressure regulator calculates the actuating signal for a pressure regulating valve, via which the fuel outflow from the rail into the fuel tank is determined.
  • the pressure control valve is thus arranged on the high pressure side of the common rail system.
  • an electric prefeed pump or a controllable high-pressure pump are shown in this reference.
  • Pressure relief valve may be provided as a protective measure against excessive rail pressure. The fuel is then discharged from the rail into the fuel tank via the opened pressure relief valve. A corresponding common rail system is from the
  • a common rail system has a control and a
  • the control leakage is effective when the injector is electrically energized, that is, during the duration of the injection. As the injection duration decreases, so does the control leakage.
  • the constant leakage is always effective, that is, even if the injector is not activated. This is also caused by the component tolerances. Since the constant leakage with rising
  • Raildruck increases and decreases with falling rail pressure, the pressure oscillations are damped in the rail. In contrast, the tax leakage is reversed. If the rail pressure increases, the injection duration is shortened to represent a constant injection quantity, which results in a sinking control leakage. If the rail pressure drops, the injection duration is increased accordingly, which results in an increasing control leakage. The tax leakage thus leads to the pressure vibrations in the rail to be amplified.
  • the control and constant leakage represent a loss volume flow, which is promoted and compressed by the high-pressure pump.
  • Leakage volume flow means that the high-pressure pump must be designed to be larger than necessary.
  • part of the drive energy of the high pressure pump is converted into heat, which in turn causes the heating of the fuel and an efficiency reduction of the internal combustion engine.
  • the components are shed in practice.
  • a reduction in the constant leakage has the disadvantage that the stability behavior of the common rail system deteriorates and the pressure control becomes more difficult.
  • the injection quantity ie the extracted fuel volume
  • the injection quantity is very low.
  • the invention is based on the object to optimize the stability behavior and the settling time.
  • the method consists in that in addition to the rail pressure control over the
  • Low-pressure-side suction throttle as the first pressure actuator, a rail pressure disturbance for influencing the rail pressure via a high-pressure side pressure control valve is generated as a second pressure actuator. Fuel is removed from the rail into a fuel tank via the high-pressure-side pressure control valve.
  • the invention thus consists in that a constant leakage is simulated via the control of the pressure regulating valve.
  • the rail pressure disturbance variable is calculated as a function of the actual rail pressure and a setpoint volume flow of the pressure regulating valve via a pressure regulating valve characteristic map.
  • the desired volume flow is calculated as a function of a desired injection quantity and an engine speed via a desired volume flow characteristic map.
  • the desired volume flow characteristic map is designed in such a way that in a low load range a setpoint volume flow with a positive value, for example 2 liters / minute, and in a normal operating range a setpoint volume flow of zero is calculated.
  • Low load range is to be understood in the context of the invention, the range of small injection quantities and thus small engine power.
  • the fuel is diverted only in the low load range and in a small amount, there is no significant increase in the fuel temperature and also no significant reduction in the efficiency of the internal combustion engine.
  • the increased stability of the high-pressure control circuit in the low load range can be recognized by the fact that the rail pressure remains approximately constant during overrun operation and at a load shedding the rail pressure peak value has a significantly reduced pressure level.
  • the rail pressure disturbance is additionally determined by means of a subordinate current control circuit, alternatively by means of a subordinate current control circuit together with pilot control.
  • FIG. 1 shows a system diagram
  • FIG. 2 shows a rail pressure control loop
  • FIG. 3 is a block diagram
  • FIG. 4 shows a current control circuit
  • FIG. 5 shows a current control loop with precontrol
  • FIG. 6 shows a nominal volume flow characteristic diagram
  • FIG. 7 is a timing diagram
  • FIG. 8 is a program flowchart.
  • FIG. 1 shows a system diagram of an electronically controlled
  • the common rail system comprises the following mechanical components: a low-pressure pump 3 for
  • the common rail system can also be designed with individual memories, in which case Example in the injector 7 a single memory 8 is integrated as an additional buffer volume.
  • a passive pressure relief valve 11 is provided, which abgrest the fuel from the rail 6 in the open state.
  • Pressure control valve 12 also connects the rail 6 to the fuel tank 2. About the position of the pressure control valve 12, a fuel flow is defined, which is derived from the rail 6 in the fuel tank 2. In the text below, this fuel volume flow is referred to as rail pressure disturbance variable VDRV.
  • the operation of the internal combustion engine 1 is determined by an electronic control unit (ECU) 10.
  • the electronic control unit 10 includes the usual Components of a microcomputer system, for example a microprocessor,
  • I / O blocks I / O blocks, buffers and memory blocks (EEPROM, RAM).
  • EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • the electronic control unit 10 from the input variables the output variables.
  • the following input variables are shown by way of example in FIG. 1: the rail pressure pCR, which is measured by means of a rail pressure sensor 9, an engine speed nMOT, a signal FP for output specification by the operator and an input variable EIN.
  • the other sensor signals are summarized, for example, the charge air pressure of an exhaust gas turbocharger.
  • the individual storage pressure pE is an additional input of the electronic control unit 10.
  • a signal PWMSD for controlling the suction throttle 4 as first pressure actuator a signal ve for controlling the injectors 7 (start of injection / injection end), a signal PWMDV for
  • the output variable AUS is representative of the further actuating signals for controlling and regulating the internal combustion engine 1,
  • FIG. 2 shows a rail pressure control loop 13 for regulating the rail pressure pCR.
  • the input variables of the rail pressure control loop 13 are: a target rail pressure pCR (SL), a target consumption V2, the engine speed nMOT, the PWM fundamental frequency fPWM and a quantity E1.
  • E1 for example, the battery voltage and the ohmic resistance of Saugdrosselspule are combined with supply, which are included in the calculation of the PWM signal.
  • Rail pressure control loop 13 is the raw value of the rail pressure pCR.
  • Output of the rail pressure control loop 13 corresponds to the actual rail pressure pCR (IST), which is further processed in a controller 14 ( Figure 3). From the raw value of the rail pressure pCR, the actual rail pressure pCR (IST) is calculated by means of a filter 20. This is then compared with the setpoint value pCR (SL) at a summation point A, resulting in a control deviation ep. From the control deviation ep calculates
  • Pressure regulator 15 its manipulated variable, which a volume flow V1 with the physical Unit liters / minute corresponds.
  • the calculated target consumption V2 is added at a summation point B.
  • the target consumption V2 is calculated via a calculation 23, which is shown in FIG. 3 and explained in connection therewith.
  • the result of the addition at the summation point B represents the volume flow V3, which is the input variable of a limit 16.
  • the limit 16 is changed depending on the engine speed nMOT.
  • the output variable of the limit 16 corresponds to a desired volume flow VSL. If the volume flow V3 is below the limit value of the limit 16, then the value of the desired volume flow VSL corresponds to the value of the volume flow V3.
  • the nominal volume flow VSL is the input variable of a pump characteristic curve 17.
  • the pump characteristic curve 17 is used to associate the setpoint volume flow VSL with a desired electric current iSL.
  • the setpoint current iSL is then converted in a calculation 18 into a PWM signal PWMSD.
  • the PWM signal PWMSD here represents the duty cycle and the frequency fPWM corresponds to the
  • the suction throttle acted upon.
  • the path of the magnetic core is changed, whereby the flow rate of the high-pressure pump is influenced freely.
  • the suction throttle is normally open and is acted upon by the PWM control in the direction of the closed position.
  • the calculation of the PWM signal 18 may include
  • FIG. 3 shows a block diagram of the greatly simplified rail pressure control circuit 13 of FIG. 2 and the controller 14. Via the control 14, the rail pressure disturbance VDRV is generated.
  • the inputs of the controller 14 are: the actual rail pressure pCR (IST), the engine speed nMOT and the target injection amount QSL.
  • the desired injection quantity QSL is either calculated via a characteristic map as a function of a power requirement or corresponds to the manipulated variable of a speed controller.
  • the physical unit of the target injection quantity is mm 3 / stroke.
  • a desired torque MSL is used as the input variable instead of the desired injection quantity QSL.
  • a first output variable is the rail pressure disturbance VDRV, ie the one
  • Fuel flow which is controlled by the pressure control valve from the rail in the fuel tank.
  • a second output variable is the nominal consumption V2, which is further processed in the rail pressure control loop 13.
  • the actual rail pressure pCR (IST) is a maximum volume flow VMAX, unit: liter / minute, assigned.
  • the characteristic curve 21 is an example of a rising straight line with the basic values A (O bar, 0 L / min) and B (2200 bar, 7.5 L / min).
  • the maximum volume flow VMAX is one of the input variables of a limit 24.
  • the desired consumption V2 is calculated via a calculation 23.
  • a first desired volume flow VDVI (SL) for the pressure control valve is calculated via the desired volume flow characteristic map 22 (3D map).
  • the desired volume flow characteristic map 22 is designed in such a way that in the low load range, for example at idle, a positive value of the first setpoint volume flow VDVI (SL) is calculated, while in the normal operating range a first setpoint volume flow VDVI (SL) of Zero is calculated.
  • a possible embodiment of the desired volume flow characteristic map 22 is shown in FIG. 6 and will be explained in more detail in connection with this.
  • the first nominal volume flow VDVI (SL) has the physical unit liters / minute.
  • the first set volume flow VDVI (SL) is the second input variable for the limit 24.
  • the limit 24 limits the first set volume flow VDVI (SL) to the value of the maximum volume flow VMAX.
  • Output size corresponds to the nominal volume flow VDV (SL), which the
  • the target volume flow VDV (SL) and the actual rail pressure pCR (IST) are the input variables of the pressure control valve characteristic map 25.
  • the pressure control valve characteristic map 25 represents a map inversion, that is, the physical (stationary) behavior of the pressure control valve inverted with this map.
  • the output variable of the pressure control valve characteristic map 25 is a desired current iDV (SL), which is then converted via the calculation 26 into a PWM signal PWMDV.
  • the conversion can be subordinated to a current control, current control loop 27, or a current control with feedforward control.
  • the current regulation is shown in FIG. 4 and will be explained in connection therewith.
  • Feedforward control is shown in FIG. 5 and will be explained in connection therewith.
  • PWMDV the pressure regulating valve 12 is activated.
  • the electric current iDV which adjusts itself to the pressure regulating valve 12 is converted to current regulation via a filter 28 into an actual current iDV (IST) and to the calculation of the PWM signal 26 fed back.
  • the output signal of the pressure regulating valve 12 corresponds to the rail pressure disturbance variable VDRV, that is to say the fuel volume flow which is diverted from the rail into the fuel tank.
  • FIG. 4 shows a pure current regulation.
  • the input variables are the setpoint current iDV (SL), the actual current iDV (IST), the battery voltage UBAT and controller parameters (kp, Tn).
  • the output is the PWM signal PWMDV, with which the
  • Pressure control valve is controlled. From the desired current iDV (SL) and the actual current iDV (IST), see FIG. 3, the current control deviation ei is first calculated. The current control deviation ei is the input value of the current controller 29.
  • Current controller 29 may be implemented as a PI or PI (DTI) algorithm. in the
  • the controller parameters are processed. These are characterized inter alia by the proportional coefficient kp and the reset time Tn.
  • Output of the current controller 29 is a desired voltage UDV (SL) of the
  • FIG. 5 shows a current control with combined pilot control.
  • Input variables are the desired current iDV (SL), the actual current iDV (IST), the
  • Controller parameters (kp, Tn), the ohmic resistance RDV of the pressure control valve and the battery voltage UBAT.
  • the output variable is here also the PWM signal PWMDV, with which the pressure regulating valve is controlled.
  • the result corresponds to a pilot control voltage UDV (VS).
  • the current control deviation ei is calculated. From the current control deviation ei then calculated the current controller 29 as a manipulated variable, the setpoint voltage UDV (SL) of the current controller.
  • the current regulator 29 can also be embodied here as either PI or PI (DTI) controller. Thereafter, the target voltage UDV (SL) and the pilot voltage UDV (VS) are added, divided by the battery voltage UBAT and multiplied by 100.
  • FIG. 6 shows the desired volume flow characteristic map 22. This is used to determine the first nominal volume flow VDVI (SL) for the pressure regulating valve.
  • the first set volume flow VDVI (SL) and the set volume flow VDV (SL) are identical, as long as the first desired volume flow VDV1 (SL) is less than the maximum
  • volume flow VMAX is (Fig. 3: limit 24).
  • the input variables are the engine speed nMOT and the target injection quantity QSL.
  • engine speed values are plotted from 0 to 2000 rpm.
  • the nominal injection quantity values from 0 to 270 mm 3 / stroke are plotted.
  • the values within the characteristic map then correspond to the assigned first nominal volume flow VDVI (SL) in liters / minute.
  • About the desired volume flow map 22 offed horrtulnde fuel flow is determined, so the rail pressure disturbance.
  • the normal operating range is doubly framed in the figure.
  • the simple framed area corresponds to the low load area. in the
  • FIG. 7 shows as a time diagram a load shedding of 100% to 0% load in an internal combustion engine which drives an emergency power generator (60 Hz generator).
  • FIG. 7 consists of the partial diagrams 7A to 7E. These show in each case over time: the engine speed nMOT in FIG. 7A, the desired injection quantity QSL in FIG. 7B, the intake throttle flow iSD in FIG. 7C 1 the actual rail pressure pCR (IST) in FIG. 7D and the nominal volume flow VDV (SL) the pressure control valve in Figure 7E.
  • the engine speed nMOT in FIG. 7A shows the desired injection quantity QSL in FIG. 7B
  • the intake throttle flow iSD in FIG. 7C 1 the actual rail pressure pCR (IST) in FIG. 7D
  • VDV nominal volume flow
  • Target rail pressure here: 1800 bar.
  • IST actual rail pressure
  • Suction inductor current iSD decreases and settles at a lower level.
  • QSL I 20 mm 3 / stroke, whereby an increasing first setpoint volume flow VDVI (SL) and an increasing setpoint volume flow VDV (SL) are calculated via the setpoint volume flow characteristic diagram (FIG. 6).
  • Time t7 results in a positive rail pressure control deviation, causing the
  • VDV (SL) I, 5 liters / minute is diverted, the suction throttle current reaches iSD in
  • step S6 to S9 the embodiment of the current control loop with feedforward control is included.
  • the target injection amount QSL the engine speed nMOT, the actual rail pressure pCR (IST),
  • the first target volume flow VDVI (SL) Dependency of the target injection amount QSL and the engine speed nMOT the first target volume flow VDVI (SL) calculated.
  • a maximum volume flow VMAX (FIG. 3: 21) is calculated and the first setpoint volume flow VDVI (SL) is limited to the maximum volume flow VMAX, S4. Is the first target volume flow VDVI (SL) smaller than the maximum
  • the desired volume flow VDV (SL) is set to the value of the first target volume flow VDV1 (SL). Otherwise, the setpoint volume flow VDV (SL) is set to the value of the maximum volume flow VMAX.
  • the setpoint current iDV (SL) is calculated as a function of the setpoint volume flow VDV (SL) and the actual rail pressure pCR (IST).
  • a pilot voltage UDV (VS) is calculated by multiplying the target current iDV (SL) by the ohmic resistance RDV of the pressure regulating valve and the supply line.
  • a setpoint voltage UDV (SL) is calculated as a manipulated variable of the current controller as a function of the current control deviation ei.
  • the target voltage UDV (SL) for the pressure regulating valve and the pilot control voltage UDV (VS) are added.
  • the result is then divided by the battery voltage UBAT at S9 and multiplied by 100, which is the duty cycle of the PWM signal to drive the
  • ECU electronice control unit

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine (1), bei dem der Raildruck (pCR) über eine niederdruckseitige Saugdrossel (4) als erstes Druckstellglied in einem Raildruck-Regelkreis geregelt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Raildruck-Störgröße zur Beeinflussung des Raildrucks (pCR) über ein hochdruckseitiges Druckregelventil (12) als zweites Druckstellglied erzeugt wird, über welches Kraftstoff aus dem Rail (6) in einen Kraftstofftank (2) abgesteuert wird.

Description

VERFAHREN ZUR REGELUNG DES RAILDRUCKS IN EINEM COMMON-RAIL EINSPRITZSYSTEM EINER BRENNKRAFTMASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer
Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei einer Brennkraftmaschine mit Common-Railsystem wird die Güte der Verbrennung maßgeblich über das Druckniveau im Rail bestimmt. Zur Einhaltung der gesetzlichen Emissionsgrenzwerte wird daher der Raildruck geregelt. Typischerweise umfasst ein Raildruck-Regelkreis eine Vergleichsstelle zur Bestimmung einer Regelabweichung, einen Druckregler zum Berechnen eines Stellsignals, die Regelstrecke und ein
Softwarefilter zur Berechnung des Ist-Raildrucks im Rückkopplungszweig. Berechnet wird die Regelabweichung aus einem Soll-Raildruck zum Ist-Raildruck. Die Regelstrecke umfasst das Druckstellglied, das Rail und die Injektoren zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine.
Aus der DE 197 31 995 A1 ist ein Common-Railsystem mit Druckregelung bekannt, bei dem der Druckregler mit unterschiedlichen Reglerparametern bestückt wird. Durch die unterschiedlichen Reglerparameter soll die Druckregelung stabiler sein. Die
Reglerparameter wiederum werden in Abhängigkeit von Betriebsparametern, hier: die Motordrehzahl und die Soll-Einspritzmenge, berechnet. An Hand der Reglerparameter berechnet dann der Druckregler das Stellsignal für ein Druckregelventil, über welches der Kraftstoffabfluss aus dem Rail in den Kraftstofftank festgelegt wird. Das Druckregelventil ist folglich auf der Hochdruckseite des Common-Railsystems angeordnet. Als alternative Maßnahmen zur Druckregelung sind eine elektrische Vorförderpumpe oder eine steuerbare Hochdruckpumpe in dieser Fundstelle aufgezeigt.
Auch die DE 103 30 466 B3 beschreibt ein Common-Railsystem mit Druckregelung, bei dem jedoch der Druckregler über das Stellsignal auf eine Saugdrossel zugreift. Über die Saugdrossel wiederum wird der Zulaufquerschnitt zur Hochdruckpumpe festgelegt. Die Saugdrossel ist folglich auf der Niederdruckseite des Common-Railsystems angeordnet. Ergänzend kann bei diesem Common-Railsystem noch ein passives
Druckbegrenzungsventil als Schutzmaßnahme vor zu hohem Raildruck vorgesehen sein. Über das geöffnete Druckbegrenzungsventil wird dann der Kraftstoff aus dem Rail in den Kraftstofftank abgeleitet. Ein entsprechendes Common-Railsystem ist aus der
DE 10 2006 040 441 B3 bekannt.
Bauartbedingt treten bei einem Common-Railsystem eine Steuer- und eine
Konstantleckage auf. Die Steuerleckage ist dann wirksam, wenn der Injektor elektrisch angesteuert wird, das heißt, während der Dauer der Einspritzung. Mit abnehmender Einspritzdauer sinkt daher auch die Steuerleckage. Die Konstantleckage ist immer wirksam, das heißt, auch dann, wenn der Injektor nicht angesteuert wird. Verursacht wird diese auch durch die Bauteiltoleranzen. Da die Konstantleckage mit steigendem
Raildruck zunimmt und mit fallendem Raildruck abnimmt, werden die Druckschwingungen im Rail bedämpft. Bei der Steuerleckage verhält es sich hingegen umgekehrt. Steigt der Raildruck, so wird zur Darstellung einer konstanten Einspritzmenge die Einspritzdauer verkürzt, was eine sinkende Steuerleckage zur Folge hat. Sinkt der Raildruck, so wird die Einspritzdauer entsprechend vergrößert, was eine steigende Steuerleckage zur Folge hat. Die Steuerleckage führt also dazu, dass die Druckschwingungen im Rail verstärkt werden. Die Steuer- und die Konstantleckage stellen einen Verlustvolumenstrom dar, welcher von der Hochdruckpumpe gefördert und verdichtet wird. Dieser
Verlustvolumenstrom führt aber dazu, dass die Hochdruckpumpe größer als notwendig ausgelegt werden muss. Zudem wird ein Teil der Antriebsenergie der Hochdruckpumpe in Wärme umgesetzt, was wiederum die Erwärmung des Kraftstoffs und eine Wirkungsgrad- Reduktion der Brennkraftmaschine bewirkt.
Zur Verringerung der Konstantleckage werden in der Praxis die Bauteile miteinander vergossen. Eine Verringerung der Konstantleckage hat allerdings den Nachteil, dass sich das Stabilitätsverhalten des Common-Railsystems verschlechtert und die Druckregelung schwieriger wird. Deutlich wird dies im Schwachlastbereich, weil hier die Einspritzmenge, also das entnommene Kraftstoffvolumen, sehr gering ist. Ebenso deutlich wird dies bei einem Lastabwurf von 100% nach 0% Last, da hier die Einspritzmenge auf Null reduziert wird und sich daher der Raildruck nur langsam wieder abbaut. Dies wiederum bewirkt eine lange Ausregelzeit. Ausgehend von einem Common-Railsystem mit einer Raildruckregelung über eine niederdruckseitige Saugdrossel und mit verringerter Konstantleckage, liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, das Stabilitätsverhalten und die Ausregelzeit zu optimieren.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Das Verfahren besteht darin, dass neben der Raildruckregelung über die
niederdruckseitige Saugdrossel als erstes Druckstellglied eine Raildruck-Störgröße zur Beeinflussung des Raildrucks über ein hochdruckseitiges Druckregelventil als zweites Druckstellglied erzeugt wird. Über das hochdruckseitige Druckregelventil wird Kraftstoff aus dem Rail in einen Kraftstofftank abgesteuert. Die Erfindung besteht also darin, dass über die Steuerung des Druckregelventils eine Konstantleckage nachgebildet wird.
Berechnet wird die Raildruck-Störgröße in Abhängigkeit des Ist-Raildrucks und eines Soll- Volumenstroms des Druckregelventils über ein Druckregelventil-Kennfeld. Der Soll- Volumenstrom wiederum wird in Abhängigkeit einer Soll-Einspritzmenge und einer Motordrehzahl über ein Soll-Volumenstrom-Kennfeld berechnet. Bei einer
momentenbasierten Struktur wird anstelle der Soll-Einspritzmenge ein Soll-Moment als Eingangsgröße für das Soll-Volumenstrom-Kennfeld verwendet. Das Soll-Volumenstrom- Kennfeld ist in der Form ausgeführt, dass in einem Schwachlastbereich ein Soll- Volumenstrom mit einem positiven Wert, zum Beispiel 2 Liter/Minute, und in einem Normalbetriebsbereich ein Soll-Volumenstrom von Null berechnet wird. Unter
Schwachlastbereich ist im Sinne der Erfindung der Bereich kleiner Einspritzmengen und damit kleiner Motorleistung zu verstehen.
Da der Kraftstoff nur im Schwachlastbereich und in kleiner Menge abgesteuert wird, erfolgt keine signifikante Erhöhung der Kraftstofftemperatur und auch keine signifikante Verringerung des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine. Die erhöhte Stabilität des Hochdruck-Regelkreises im Schwachlastbereich kann daran erkannt werden, dass der Raildruck im Schubbetrieb etwa konstant bleibt und bei einem Lastabwurf der Raildruck- Spitzenwert ein deutlich reduziertes Druckniveau hat.
In einer Ausführungsform ist zur Verbesserung der Genauigkeit noch vorgesehen, dass die Raildruck-Störgröße ergänzend mittels eines unterlagerten Stromregelkreises, alternativ mittels eines unterlagerten Stromregelkreises nebst Vorsteuerung, bestimmt wird.
In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 ein Systemschaubild,
Figur 2 einen Raildruck-Regelkreis,
Figur 3 ein Blockschaltbild,
Figur 4 einen Stromregelkreis,
Figur 5 einen Stromregelkreis mit Vorsteuerung,
Figur 6 ein Soll-Volumenstrom-Kennfeld,
Figur 7 ein Zeitdiagramm und
Figur 8 einen Programm-Ablaufplan.
Die Figur 1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten
Brennkraftmaschine 1 mit einem Common-Railsystem. Das Common-Railsystem umfasst folgende mechanische Komponenten: eine Niederdruckpumpe 3 zur
Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 2, eine veränderbare,
niederdruckseitige Saugdrossel 4 zur Beeinflussung des durchströmenden
Kraftstoff-Volumenstroms, eine Hochdruckpumpe 5 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung, ein Rail 6 zum Speichern des Kraftstoffs und Injektoren 7 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1. Optional kann das Common-Railsystem auch mit Einzelspeichern ausgeführt sein, wobei dann zum Beispiel im Injektor 7 ein Einzelspeicher 8 als zusätzliches Puffervolumen integriert ist. Als Schutz vor einem unzulässig hohen Druckniveau im Rail 6 ist ein passives Druckbegrenzungsventil 11 vorgesehen, welches im geöffneten Zustand den Kraftstoff aus dem Rail 6 absteuert. Ein elektrisch ansteuerbares
Druckregelventil 12 verbindet ebenfalls das Rail 6 mit dem Kraftstofftank 2. Über die Stellung des Druckregelventils 12 wird ein Kraftstoffvolumenstrom definiert, welcher aus dem Rail 6 in den Kraftstofftank 2 abgeleitet wird. Im weiteren Text wird dieser Kraftstoffvolumenstrom als Raildruck-Störgröße VDRV bezeichnet.
Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät (ECU) 10 bestimmt. Das elektronische Steuergerät 10 beinhaltet die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor,
I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den
Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten
Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das
elektronische Steuergerät 10 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen. In der Figur 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: der Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 9 gemessen wird, eine Motordrehzahl nMOT, ein Signal FP zur Leistungsvorgabe durch den Betreiber und eine Eingangsgröße EIN. Unter der
Eingangsgröße EIN sind die weiteren Sensorsignale zusammengefasst, beispielsweise der Ladeluftdruck eines Abgasturboladers. Bei einem Common-Railsystem mit
Einzelspeichern 8 ist der Einzelspeicherdruck pE eine zusätzliche Eingangsgröße des elektronischen Steuergeräts 10.
In Figur 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 10 ein Signal PWMSD zur Ansteuerung der Saugdrossel 4 als erstes Druckstellglied, ein Signal ve zur Ansteuerung der Injektoren 7 (Spritzbeginn/Spritzende), ein Signal PWMDV zur
Ansteuerung des Druckregelventils 12 als zweites Druckstellglied und eine
Ausgangsgröße AUS dargestellt. Die Ausgangsgröße AUS steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1 ,
beispielsweise für ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers bei einer Registeraufladung.
Die Figur 2 zeigt einen Raildruck-Regelkreis 13 zur Regelung des Raildrucks pCR. Die Eingangsgrößen des Raildruck-Regelkreises 13 sind: ein Soll-Raildruck pCR(SL), ein Soll-Verbrauch V2, die Motordrehzahl nMOT, die PWM-Grundfrequenz fPWM und eine Größe E1. Unter der Größe E1 sind beispielsweise die Batteriespannung und der ohmsche Widerstand der Saugdrosselspule mit Zuleitung zusammengefasst, welche in die Berechnung des PWM-Signals mit eingehen. Eine erste Ausgangsgröße des
Raildruck-Regelkreises 13 ist der Rohwert des Raildrucks pCR. Eine zweite
Ausgangsgröße des Raildruck-Regelkreises 13 entspricht dem Ist-Raildruck pCR(IST), welcher in einer Steuerung 14 (Figur 3) weiter verarbeitet wird. Aus dem Rohwert des Raildrucks pCR wird mittels eines Filters 20 der Ist-Raildruck pCR(IST) berechnet. Dieser wird dann mit dem Sollwert pCR(SL) an einem Summationspunkt A verglichen, woraus eine Regelabweichung ep resultiert. Aus der Regelabweichung ep berechnet ein
Druckregler 15 seine Stellgröße, welche einem Volumenstrom V1 mit der physikalischen Einheit Liter/Minute entspricht. Zum Volumenstrom V1 wird an einem Summationspunkt B der berechnete Soll-Verbrauch V2 addiert. Berechnet wird der Soll-Verbrauch V2 über eine Berechnung 23, welche in der Figur 3 dargestellt ist und in Verbindung mit dieser erklärt wird. Das Ergebnis der Addition am Summationspunkt B stellt den Volumenstrom V3 dar, welcher die Eingangsgröße einer Begrenzung 16 ist. Die Begrenzung 16 wird in Abhängigkeit der Motordrehzahl nMOT verändert. Die Ausgangsgröße der Begrenzung 16 entspricht einem Soll-Volumenstrom VSL. Liegt der Volumenstrom V3 unterhalb des Grenzwerts der Begrenzung 16, so entspricht der Wert des Soll-Volumenstroms VSL dem Wert des Volumenstroms V3. Der Soll-Volumenstrom VSL ist die Eingangsgröße einer Pumpen-Kennlinie 17. Über die Pumpen-Kennlinie 17 wird dem Soll-Volumenstrom VSL ein elektrischer Soll-Strom iSL zugeordnet. Der Soll-Strom iSL wird danach in einer Berechnung 18 in ein PWM-Signal PWMSD umgerechnet. Das PWM-Signal PWMSD stellt hierbei die Einschaltdauer dar und die Frequenz fPWM entspricht der
Grundfrequenz. Mit dem PWM-Signal PWMSD wird dann die Magnetspule der
Saugdrossel beaufschlagt. Dadurch wird der Weg des Magnetkerns verändert, wodurch der Förderstrom der Hochdruckpumpe frei beeinflusst wird. Aus Sicherheitsgründen ist die Saugdrossel stromlos offen und wird über die PWM-Ansteuerung in Richtung der Schließstellung beaufschlagt. Der Berechnung des PWM-Signals 18 kann ein
Stromregelkreis unterlagert sein, wie dieser aus der DE 10 2004 061 474 A1 bekannt ist. Die Hochdruckpumpe, die Saugdrossel, das Rail und gegebenenfalls die Einzelspeicher entsprechen einer Regelstrecke 19. Damit ist der Regelkreis geschlossen.
Die Figur 3 zeigt als Blockschaltbild den stark vereinfachten Raildruck-Regelkreis 13 der Figur 2 und die Steuerung 14. Über die Steuerung 14 wird die Raildruck-Störgröße VDRV erzeugt. Die Eingangsgrößen der Steuerung 14 sind: der Ist-Raildruck pCR(IST), die Motordrehzahl nMOT und die Soll-Einspritzmenge QSL. Die Soll-Einspritzmenge QSL wird entweder über ein Kennfeld in Abhängigkeit eines Leistungswunsches berechnet oder entspricht der Stellgröße eines Drehzahlreglers. Die physikalische Einheit der Soll- Einspritzmenge ist mm3/Hub. Bei einer momentenorientierten Struktur wird anstelle der Soll-Einspritzmenge QSL ein Soll-Moment MSL als Eingangsgröße verwendet. Eine erste Ausgangsgröße ist die Raildruck-Störgröße VDRV, also demjenigen
Kraftstoffvolumenstrom, welcher vom Druckregelventil aus dem Rail in den Kraftstofftank abgesteuert wird. Eine zweite Ausgangsgröße ist der Soll-Verbrauch V2, welcher im Raildruck-Regelkreis 13 weiterverarbeitet wird. Über eine Kennlinie 21 wird dem Ist- Raildruck pCR(IST) ein maximaler Volumenstrom VMAX, Einheit: Liter/Minute, zugeordnet. Die Kennlinie 21 ist beispielhaft als ansteigende Gerade mit den Eckwerten A(O bar; 0 L/min) und B (2200 bar; 7.5 L/min) ausgeführt. Der maximale Volumenstrom VMAX ist eine der Eingangsgrößen einer Begrenzung 24.
An Hand der Motordrehzahl nMOT und der Soll-Einspritzmenge QSL wird über eine Berechnung 23 der Soll-Verbrauch V2 berechnet. Ebenfalls an Hand der Motordrehzahl nMOT und der Soll-Einspritzmenge QSL wird über das Soll-Volumenstrom-Kennfeld 22 (3D-Kennfeld) ein erster Soll-Volumenstrom VDVI(SL) für das Druckregelventil berechnet. Das Soll-Volumenstrom-Kennfeld 22 ist in der Form ausgeführt, dass im Schwachlastbereich, zum Beispiel bei Leerlauf, ein positiver Wert des ersten Soll- Volumenstroms VDVI (SL) berechnet wird, während im Normalbetriebsbereich ein erster Soll-Volumenstrom VDVI (SL) von Null berechnet wird. Eine mögliche Ausführungsform des Soll-Volumenstrom-Kennfelds 22 ist in der Figur 6 dargestellt und wird in Verbindung mit dieser näher erklärt. Der erste Soll-Volumenstrom VDVI(SL) hat die physikalische Einheit Liter/Minute. Der erste Soll-Volumenstrom VDVI (SL) ist die zweite Eingangsgröße für die Begrenzung 24. Über die Begrenzung 24 wird der erste Soll-Volumenstrom VDVI (SL) auf den Wert des maximalen Volumenstroms VMAX begrenzt. Die
Ausgangsgröße entspricht dem Soll-Volumenstrom VDV(SL), welchen das
Druckregelventil aus dem Rail in den Kraftstofftank absteuern soll. Ist der erste Soll- Volumenstrom VDVI (SL) kleiner als der maximale Volumenstrom VMAX, so wird der Wert des Soll-Volumenstroms VDV(SL) auf den Wert des ersten Soll-Volumenstroms VDV1 (SL) gesetzt. Anderenfalls wird der Wert des Soll-Volumenstroms VDV(SL) auf den Wert des maximalen Volumenstroms VMAX gesetzt. Der Soll-Volumenstrom VDV(SL) und der Ist-Raildruck pCR(IST) sind die Eingangsgrößen des Druckregelventil-Kennfelds 25. Das Druckregelventil-Kennfeld 25 stellt eine Kennfeld-Inversion dar, das heißt, das physikalische (stationäre) Verhalten des Druckregelventils wird mit diesem Kennfeld invertiert. Die Ausgangsgröße des Druckregelventil-Kennfelds 25 ist ein Soll-Strom iDV(SL), welcher anschließend über die Berechnung 26 in ein PWM-Signal PWMDV umgerechnet wird. Der Umrechnung kann eine Stromregelung, Stromregelkreis 27, oder eine Stromregelung mit Vorsteuerung unterlagert sein. Die Stromregelung ist in der Figur 4 dargestellt und wird in Verbindung mit dieser erklärt. Die Stromregelung mit
Vorsteuerung ist in der Figur 5 dargestellt und wird in Verbindung mit dieser erklärt. Mit dem PWM-Signal PWMDV wird das Druckregelventil 12 angesteuert. Der sich am Druckregelventil 12 einstellende elektrische Strom iDV wird zur Stromregelung über ein Filter 28 in einen Ist-Strom iDV(IST) umgerechnet und auf die Berechnung PWM-Signal 26 zurückgekoppelt. Das Ausgangssignal des Druckregelventils 12 entspricht der Raildruck-Störgröße VDRV, also demjenigen Kraftstoffvolumenstrom, welcher aus dem Rail in den Kraftstofftank abgesteuert wird.
Die Figur 4 zeigt eine reine Stromregelung. Die Eingangsgrößen sind der Soll-Strom iDV(SL), der Ist-Strom iDV(IST), die Batteriespannung UBAT und Reglerparameter (kp, Tn). Die Ausgangsgröße ist das PWM-Signal PWMDV, mit welchem das
Druckregelventil angesteuert wird. Aus dem Soll-Strom iDV(SL) und dem Ist-Strom iDV(IST), siehe Figur 3, wird zunächst die Strom-Regelabweichung ei berechnet. Die Strom-Regelabweichung ei ist die Eingangsgröße des Stromreglers 29. Der
Stromregler 29 kann als PI- oder PI(DTI )-Algorithmus ausgeführt sein. Im
Algorithmus werden die Reglerparameter verarbeitet. Diese sind unter anderem durch den Proportionalbeiwert kp und die Nachstellzeit Tn charakterisiert. Die
Ausgangsgröße des Stromreglers 29 ist eine Soll-Spannung UDV(SL) des
Druckregelventils. Diese wird durch die Batteriespannung UBAT dividiert und danach mit 100 multipliziert. Das Ergebnis entspricht der Einschaltdauer des
Druckregelventils in Prozent.
Die Figur 5 zeigt eine Stromregelung mit kombinierter Vorsteuerung. Die
Eingangsgrößen sind der Soll-Strom iDV(SL), der Ist-Strom iDV(IST), die
Reglerparameter (kp, Tn), der ohmsche Widerstand RDV des Druckregelventils und die Batteriespannung UBAT. Die Ausgangsgröße ist auch hier das PWM-Signal PWMDV, mit welchem das Druckregelventil angesteuert wird. Zunächst wird der Soll- Strom iDV(SL) mit dem ohmschen Widerstand RDV des Druckregelventils
multipliziert. Das Ergebnis entspricht einer Vorsteuerspannung UDV(VS). An Hand des Soll-Stroms iDV(SL) und des Ist-Stroms iDV(IST) wird die Strom- Regelabweichung ei berechnet. Aus der Strom-Regelabweichung ei berechnet dann der Stromregler 29 als Stellgröße die Soll-Spannung UDV(SL) des Stromreglers. Der Stromregler 29 kann auch hier entweder als PI- oder als PI(DTI )-Regler ausgeführt sein. Danach werden die Soll-Spannung UDV(SL) und die Vorsteuerspannung UDV(VS) addiert, durch die Batteriespannung UBAT geteilt und mit 100 multipliziert.
In der Figur 6 ist das Soll-Volumenstrom-Kennfeld 22 dargestellt. Über dieses wird der erste Soll-Volumenstrom VDVI(SL) für das Druckregelventil bestimmt. Der erste Soll-Volumenstrom VDVI (SL) und der Soll-Volumenstrom VDV(SL) sind identisch, solange der erste Soll-Volumenstrom VDV1 (SL) kleiner als der maximale
Volumenstrom VMAX ist (Fig. 3: Begrenzung 24). Die Eingangsgrößen sind die Motordrehzahl nMOT und die Soll-Einspritzmenge QSL. In waagerechter Richtung sind Motordrehzahlwerte von 0 bis 2000 1/min aufgetragen. In senkrechter Richtung sind die Soll-Einspritzmengenwerte von 0 bis 270 mm3/Hub aufgetragen. Die Werte innerhalb des Kennfelds entsprechen dann dem zugeordneten ersten Soll- Volumenstrom VDVI (SL) in Liter/Minute. Über das Soll-Volumenstrom-Kennfeld 22 wird der abzusteuernde Kraftstoffvolumenstrom festgelegt, also die Raildruck- Störgröße. Das Soll-Volumenstrom-Kennfeld 22 ist in der Form ausgeführt, dass im Normalbetriebsbereich ein erster Soll-Volumenstrom von VDV1 (SL)= 0 Liter/Minute berechnet wird. Der Normalbetriebsbereich ist in der Figur doppelt gerahmt. Der einfach gerahmte Bereich entspricht dem Schwachlastbereich. Im
Schwachlastbereich wird ein positiver Wert des ersten Soll-Volumenstroms
VDVI (SL) berechnet. Beispielsweise bei nMOT=1000 1/min und QSL=30 mm3/Hub wird ein erster Soll-Volumenstrom von VDV1 (SL)=1.5 Liter/Minute festgelegt.
Die Figur 7 zeigt als Zeitdiagramm einen Lastabwurf von 100% auf 0% Last bei einer Brennkraftmaschine, welche eine Notstromaggregat (60Hz-Generator) antreibt. Die Figur 7 besteht aus den Teildiagrammen 7A bis 7E. Diese zeigen jeweils über der Zeit: die Motordrehzahl nMOT in Figur 7A, die Soll-Einspritzmenge QSL in Figur 7B, den Saugdrosselstrom iSD in Figur 7C1 den Ist-Raildruck pCR(IST) in Figur 7D und den Soll-Volumenstrom VDV(SL) des Druckregelventils in Figur 7E. Als gestrichelte Linie ist in den Figuren 7C und 7D der Verlauf ohne Druckregelventil dargestellt, während als durchgezogene Linien der Verlauf mit Ansteuerung des
Druckregelventils dargestellt ist. Im dargestellten Zeitbereich sind die Soll- Motordrehzahl (=1800 1/min) und der Soll-Raildruck (=1800 bar) konstant. Die Soll- Motordrehzahl ist hierbei mit der Nenndrehzahl identisch.
Die Figur 7A zeigt die Motordrehzahl nMOT, welche nach dem Abwerfen der Last, Zeitpunkt t1 , zunächst ansteigt und sich anschließend wieder auf der Nenndrehzahl nMOT=1800 1/min einpendelt (t8). Steigt die Motordrehzahl nMOT an, so fällt die Soll-Einspritzmenge QSL vom Anfangswert QSL=300 mm3/Hub ab (Figur 7B). Zum Zeitpunkt t3 erreicht diese den Wert QSL=O mm3/Hub. Zum Zeitpunkt t6 schwingt die Motordrehzahl nMOT unter die Nenndrehzahl, was zu einem Ansteigen der Soll- Einspritzmenge QSL ab dem Zeitpunkt t6 führt. Ist die Motordrehzahl nMOT eingeschwungen, so ist auch die Soll-Einspritzmenge QSL eingeschwungen, und zwar auf die Leerlaufmenge von etwa QSL=30 mm3/Hub.
Der Verlauf ohne Druckregelventil und Ansteuerung (gestrichelte Linien) ist wie folgt:
Mit steigender Motordrehzahl nMOT und fallender Soll-Einspritzmenge QSL ab t1 , steigt der Ist-Raildruck pCR(IST) an, siehe Figur 7D. Da der Raildruck pCR geregelt wird, ergibt sich bei konstantem Soll-Raildruck pCR(SL) eine negative
Regelabweichung (Fig. 2: ep), so dass der Druckregler die Saugdrossel in
Schließrichtung beaufschlagt. Dies geschieht über einen ansteigenden
Saugdrosselstrom iSD. Zum Zeitpunkt t5 erreicht der Saugdrosselstrom iSD seinen Maximalwert iSD=1 ,8 A, siehe Figur 7C. Nun ist die Saugdrossel vollständig geschlossen. Da gleichzeitig die Soll-Einspritzmenge QSL=O mm3/Hub ist, erreicht der Ist-Raildruck pCR(IST) zum Zeitpunkt t5 seinen Maximalwert von
pCR(IST)=2400 bar und verharrt auf diesem Druckniveau. Zum Zeitpunkt t6 steigt die Soll-Einspritzmenge QSL wieder an, so dass nunmehr der Ist-Raildruck pCR(IST) wieder fällt. Da die Raildruck-Regelabweichung weiterhin negativ ist, bleibt der Saugdrosselstrom iSD auch weiterhin auf seinem Maximalwert iSD=1 ,8 A, das heißt, die Saugdrossel bleibt geschlossen. Auf Grund der geringen Einspritzmenge im Leerlauf fällt der Ist-Raildruck pCR(IST) nur sehr langsam ab. Ab dem Zeitpunkt t8 erreicht der Ist-Raildruck pCR(IST) schließlich wieder das Niveau des
Soll-Raildrucks, hier: 1800 bar. Anschließend kommt es zu einem Unterschwingen des Ist-Raildrucks pCR(IST), so dass sich nun kurzzeitig eine positive Raildruck- Regelabweichung ergibt. Dies führt dazu, dass nach dem Zeitpunkt t8 der
Saugdrosselstrom iSD abnimmt und sich auf einem tieferen Niveau einpendelt.
Der Verlauf bei Verwendung eines Druckregelventils (durchgezogene Linie) ist wie folgt:
Zum Zeitpunkt t2 unterschreitet die Soll-Einspritzmenge QSL den Wert
QSL=I 20 mm3/Hub, wodurch über das Soll-Volumenstrom-Kennfeld (Figur 6) ein zunehmender erster Soll-Volumenstrom VDVI(SL) und ein zunehmender Soll- Volumenstrom VDV(SL) berechnet wird. Die Soll-Einspritzmenge QSL fällt nun ab bis auf QSL=O mm3/Hub, was zu einem Ansteigen des Soll-Volumenstroms auf
VDV(SL)=2 Liter/Minute bis zum Zeitpunkt t3 führt, siehe Figur 7E. Bis zum Zeitpunkt t6 verharrt die Soll-Einspitzmenge auf dem Wert QSL=O mm3/Hub. Entsprechend bleibt der Soll-Volumenstrom auf dem Wert VDV(SL)=2 Liter/Minute. Nach dem
Zeitpunkt t6 steigt die Soll-Einspritzmenge QSL an und schwingt sich anschließend auf der Leerlaufmenge QSL=30 mm3/Hub ein. Entsprechend fällt der Soll- Volumenstrom VDV(SL) für das Druckregelventil nach dem Zeitpunkt t6 ab und pendelt sich auf den Wert VDV(SL)=I , 5 Liter/Minute ein. Da der Soll-Volumenstrom VDV(SL) und damit der vom Druckregelventil abgesteuerte Kraftstoffvolumenstrom zum Zeitpunkt t2 ansteigt, wird der Anstieg des Ist-Raildrucks pCR(IST) verlangsamt. Zum Zeitpunkt t4 erreicht der Ist-Raildruck pCR(IST) den Spitzenwert von
pCR(IST)=2200 bar (Figur 7D). Der folgende Abfall des Ist-Raildrucks pCR(IST) erfolgt auf Grund der Absteuermenge schneller, so dass der Nenndruck (1800 bar) bereits zum Zeitpunkt t7 wieder erreicht wird. Da der Ist-Raildruck pCR(IST) vom
Zeitpunkt t2 an, in Folge der Absteuerung des Kraftstoffes über das Druckregelventil, langsamer zunimmt, steigt auch der Saugdrosselstrom iSD langsamer an. Dadurch erreicht dieser später seinen Maximalwert von iSD=1 ,8 A, siehe Figur 7C. Ab dem
Zeitpunkt t7 ergibt sich eine positive Raildruck-Regelabweichung, wodurch der
Saugdrosselstrom iSD abfällt. Da nun im Leerlauf ein Soll-Volumenstrom von
VDV(SL)=I , 5 Liter/Minute abgesteuert wird, erreicht der Saugdrosselstrom iSD im
Leerlauf ein tieferes Niveau von iSD=1 ,3 A.
Die dargestellten Diagramme zeigen, dass die Absteuerung des Kraftstoffes mit Hilfe des Druckregelventils zu einer Reduktion des Spitzenwerts des Ist-Raildrucks pCR(IST) führt. In der Figur 7D ist dieser Druckunterschied mit dp gekennzeichnet. Durch die
Absteuerung wird zudem nach einem Lastabwurf die Ausregelzeit des Ist-Raildrucks pCR(IST) reduziert. In der Figur 7D ist die Ausregelzeit ohne Druckregelventil mit dt1 und die Ausregelzeit mit Druckregelventil mit dt2 gekennzeichnet. Insgesamt wird im
Schwachlastbereich die Stabilität des Hochdruck-Regelkreises erhöht, ohne dass es hierbei zu einer signifikanten Erhöhung der Kraftstofftemperatur und Verringerung des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine kommt.
In der Figur 8 ist ein Programm-Ablaufplan des Verfahrens zur Bestimmung der
Raildruck-Störgröße dargestellt. In den Schritten S6 bis S9 ist die Ausgestaltung des Stromregelkreises mit Vorsteuerung enthalten. Bei S1 werden die Soll- Einspritzmenge QSL, die Motordrehzahl nMOT, der Ist-Raildruck pCR(IST), die
Batteriespannung UBAT und der Ist-Strom iDV(IST) des Druckregelventils eingelesen. Danach wird bei S2 über das Soll-Volumenstrom-Kennfeld in
Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge QSL und der Motordrehzahl nMOT der erste Soll-Volumenstrom VDVI(SL) berechnet. Bei S3 wird an Hand des Ist-Raildrucks pCR(IST) ein maximaler Volumenstrom VMAX (Fig. 3: 21) berechnet und der erste Soll-Volumenstrom VDVI (SL) auf den maximalen Volumenstrom VMAX begrenzt, S4. Ist der erste Soll-Volumenstrom VDVI(SL) kleiner als der maximale
Volumenstrom VMAX, so wird der Soll-Volumenstrom VDV(SL) auf den Wert des ersten Soll-Volumenstroms VDV1 (SL) gesetzt. Anderenfalls wird der Soll- Volumenstrom VDV(SL) auf den Wert des maximalen Volumenstroms VMAX gesetzt. Bei S5 wird in Abhängigkeit des Soll-Volumenstroms VDV(SL) und des Ist-Raildrucks pCR(IST) der Soll-Strom iDV(SL) berechnet. Bei S6 wird eine Vorsteuerspannung UDV(VS) berechnet, indem der Soll-Strom iDV(SL) mit dem ohmschen Widerstand RDV des Druckregelventils und der Zuleitung multipliziert wird. Bei S7 wird als Stellgröße des Stromreglers eine Soll-Spannung UDV(SL) in Abhängigkeit der Strom-Regelabweichung ei berechnet. Dann werden bei S8 die Soll-Spannung UDV(SL) für das Druckregelventil und die Vorsteuerspannung UDV(VS) addiert. Das Ergebnis wird dann bei S9 durch die Batteriespannung UBAT geteilt und mit 100 multipliziert, was der Einschaltdauer des PWM-Signals zur Ansteuerung des
Druckregelventils entspricht. Damit ist der Programmablauf beendet.
Bezugszeichen
1 Brennkraftmaschine
2 Kraftstofftank
3 Niederdruckpumpe
4 Saugdrossel
5 Hochdruckpumpe
6 Rail
7 Injektor
8 Einzelspeicher (optional)
9 Rail-Drucksensor
10 elektronisches Steuergerät (ECU)
11 Druckbegrenzungsventil, passiv
12 Druckregelventil, elektrisch ansteuerbar
13 Raildruck-Regelkreis
14 Steuerung
15 Druckregler
16 Begrenzung
17 Pumpen-Kennlinie
18 Berechnung PWM-Signal
19 Regelstrecke
20 Filter
21 Kennlinie
22 Soll-Volumenstrom-Kennfeld
23 Berechnung
24 Begrenzung
25 Druckregelventil-Kennfeld
26 Berechnung PWM-Signal
27 Stromregelkreis (Druckregelventil)
28 Filter
29 Stromregler

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine (1), bei dem der Raildruck (pCR) über eine niederdruckseitige Saugdrossel (4) als erstes
Druckstellglied in einem Raildruck-Regelkreis (13) geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Raildruck-Störgröße (VDRV) zur Beeinflussung des Raildrucks (pCR) über ein hochdruckseitiges Druckregelventil (12) als zweites Druckstellglied erzeugt wird, über welches Kraftstoff aus dem Rail (6) in einen Kraftstofftank (2)
abgesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Raildruck-Störgröße (VDRV) in Abhängigkeit des Ist-Raildrucks
(pCR(IST)) und eines Soll-Volumenstroms (VDV(SL)) des Druckregelventils (12) über ein Druckregelventil-Kennfeld (25) berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Soll-Volumenstrom (VDV(SL)) des Druckregelventils (12) in Abhängigkeit einer Soll-Einspritzmenge (QSL), alternativ einem Soll-Moment (MSL), und einer Motordrehzahl (nMOT) über ein Soll-Volumenstrom-Kennfeld (22) berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Soll-Volumenstrom-Kennfeld (22) in der Form ausgeführt ist, dass in einem Schwachlastbereich ein Soll-Volumenstrom (VDV(SL)) mit einem positiven Wert und in einem Normalbetriebsbereich ein Soll-Volumenstrom (VDV(SL)) von Null berechnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Soll-Volumenstrom (VDV(SL)) in Abhängigkeit des Ist-Raildrucks (pCR(IST)) begrenzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Raildruck-Störgröße (VDRV) ergänzend mittels eines unterlagerten Stromregelkreises (27) bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Raildruck-Störgröße (VDRV) ergänzend mittels eines unterlagerten Stromregelkreises (27) nebst Vorsteuerung bestimmt wird.
EP10725397.3A 2009-07-02 2010-06-17 Verfahren zur regelung des raildrucks in einem common-rail einspritzsystem einer brennkraftmaschine Active EP2449240B1 (de)

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