EP2718556A2 - Verfahren zur raildruckregelung - Google Patents

Verfahren zur raildruckregelung

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EP2718556A2
EP2718556A2 EP12726024.8A EP12726024A EP2718556A2 EP 2718556 A2 EP2718556 A2 EP 2718556A2 EP 12726024 A EP12726024 A EP 12726024A EP 2718556 A2 EP2718556 A2 EP 2718556A2
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EP
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rail pressure
pcr
calculated
rail
pressure
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Armin Doelker
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MTU Friedrichshafen GmbH
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Publication date
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    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602—Fuel pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the rail pressure of an internal combustion engine in V arrangement with unequal firing order according to the preamble of claim 1.
  • Internal combustion engines in V arrangement have on the A and the B side a rail for intermediate storage of the fuel. Connected to the rail are the injectors, via which the fuel is injected into the combustion chambers.
  • a single high-pressure pump delivers the fuel in parallel pressure in both rails. There is therefore the same rail pressure in both rails.
  • a second design of the common rail system differs in that a first high pressure pump in a first rail and a second high-pressure pump in a second rail promote. Both designs are known for example from DE 43 35 171 C1.
  • a rail pressure control loop comprises a pressure regulator, the suction throttle with high pressure pump and the rail as a controlled system and a software filter in the feedback branch.
  • the pressure level in the rail corresponds to the controlled variable.
  • the measured raw values of the rail pressure are converted via the filter into an actual rail pressure and compared with a desired rail pressure.
  • the resulting deviation is then converted via the pressure regulator into a control signal for the suction throttle.
  • the control signal corresponds to a volume flow with the unit liters / minute, which is electrically designed as a PWM signal (pulse width modulated).
  • a corresponding rail pressure control loop is known from DE 10 2006 049 266 B3.
  • DE 10 2007 034 317 A1 From DE 10 2007 034 317 A1 an internal combustion engine in V-arrangement with unequal ignition sequence and a separate A-side and an independent B-side common rail system known.
  • An unequal firing order is given when, for example, the cylinder A1, ie the first cylinder on the A side, is ignited and, following the cylinder A2, that is the second cylinder on the A side, ignited.
  • the unequal ignition sequence in turn causes pressure fluctuations in the rail.
  • DE 10 2007 034 317 A1 proposes, in a first solution, a compensation line between the two rails.
  • the A-side rail pressure in an A-side rail pressure control loop is regulated with a PI controller and the B-side rail pressure in a B-side rail pressure control loop with a P-control. Due to the missing B-side I-component of the controller, this solution is critical in terms of a permanent control deviation.
  • the invention is therefore based on the object to design an improved rail pressure control in an internal combustion engine in V-arrangement with an unequal firing order.
  • the invention solves this problem by a method for rail pressure control with the features of claim 1.
  • the embodiments are shown in the subclaims.
  • the actual rail pressure is calculated via an average filter from the measured rail pressure by averaging the rail pressure over a constant time below a limit speed and averaged above the limit speed of the rail pressure over a cycle of the internal combustion engine.
  • Speed range for example, at a constant engine speed of 1500 rpm to generate a 50 Hz power frequency, the working cycle periodic rail pressure oscillations are filtered out by the fact that the rail pressure is averaged over a cycle of the internal combustion engine.
  • a speed range below the stationary speed range for example, from zero revolutions to one
  • Speed range below the limit speed is an exact averaging over a working cycle and thus an exact filtering out of the working cycle periodic rail pressure vibrations is not required because the area below the limit speed is only dynamically traversed and therefore can not develop sustainable rail vibration here.
  • the mean value filter is combined with a low-pass filter, as a result of which high-frequency rail pressure oscillations, which are not periodic in the working cycle, are damped.
  • the method can be used both in an internal combustion engine in V arrangement with unequal ignition sequence and with a separate A-side and an independent B-side common rail system as well as in a
  • FIG. 1 shows a system diagram
  • FIG. 2 is a block diagram of the rail pressure control loop
  • FIG. 3 shows a characteristic curve
  • FIG. 4 is a timing diagram
  • FIG. 5 is a program flowchart.
  • FIG. 1 shows a system diagram of an electronically controlled
  • Internal combustion engine 1 with a common rail system on the A side and a
  • the common rail system on the A side comprises as mechanical components a low-pressure pump 3A for conveying fuel from a tank 2, a suction throttle 4A for influencing the
  • the internal combustion engine 1 is controlled via an electronic engine control unit 10 (ECU).
  • ECU electronic engine control unit 10
  • In the figure 1 are as input variables of the electronic
  • Engine control unit 10 exemplified an A-side rail pressure pCR (A), a B-side rail pressure pCR (B) and a size ON.
  • the A-side rail pressure pCR (A) is detected via an A-side rail pressure sensor 9A.
  • pCR (B) is detected via a B-side rail pressure sensor 9B.
  • the size ON is representative of the other input signals, for example for a
  • Outputs of the electronic engine control unit 10 are a PWM signal
  • Suction choke 4B a power-determining signal ve (B) for driving the B-side injectors 7B and a size OFF.
  • the latter is representative of the other control signals for controlling the internal combustion engine 1, for example a
  • the illustrated common rail system can also be designed as a common rail system with individual memories. In this case, then in the injector 7A a single memory 8A and in the injector 7B a single memory 8B are integrated as additional buffer volumes for the fuel.
  • Characteristic feature of the illustrated embodiment is the independent control of the A-side
  • FIG. 2 shows a block diagram of the A-side rail pressure control loop, which is indicated in the figure by the addition A at the reference numerals. Both control circuits are identical. In the following, the A-side rail pressure control loop 11A will be described, the description of which applies mutatis mutandis to the B-side rail pressure control loop.
  • the reference variable is identical for both rail pressure control circuits, here: a common target rail pressure pCR (SL). The target rail pressure is calculated in
  • the input variables of the rail pressure control circuit 1 1A are the target rail pressure pCR (SL), a basic frequency fPWM for the PWM signal, a quantity E1, the engine speed nMOT, a time constant T1 and a time constant T2.
  • the input quantity E1 comprises the battery voltage and the resistance of the suction throttle including the supply line, which are included in the calculation of the drive signal SD (A) for the suction throttle 4A.
  • the output of the A-side rail pressure control loop are the raw values of the rail pressure pCR (A).
  • the raw values of the rail pressure pCR (A) are measured by the A-side rail pressure sensor 9A.
  • Its output signal pMESS is then filtered via a hardware filter 16A with PT1 behavior and a corner frequency of 20 Hz.
  • the output values pHW are digitized by an A / D converter 17A.
  • Output values pAD of the A / D converter 17A are then further processed via two information paths.
  • a first information path includes a mean value filter 18A and an optional low pass filter 19A.
  • the first information path corresponds to a slow filtering, via which the actual rail pressure plST (A) is determined.
  • the mean value filter 18A has, as further input variables, the engine speed nMOT and the limit speed nl_i. Via the mean value filter 18A it is determined whether the averaging of the rail pressure takes place either via a working cycle, ie two revolutions of the crankshaft, or over a constant time. The switching between the two methods of averaging takes place at the limit speed nü.
  • the output pMW of the average filter 18A is then further processed by the low-pass filter 19A, as shown.
  • This has a time constant T1 as input.
  • T1 16 ms is used for the time constant, which corresponds to a frequency of 10 Hz.
  • a second information path includes a fast filter 20A with PT1 behavior.
  • the fast filter 20A has a smaller time constant and thus a lower phase delay than the mean value filter 18A and the optional one
  • the output value pDYN (A) of the fast filter 20A is used, inter alia, to perform a rapid energization of the suction throttle, whereby a higher dynamics is achieved in a load shedding.
  • the actual rail pressure plST (A) is compared with the target rail pressure pCR (SL).
  • This results in the control deviation ep (A) from which a pressure regulator 12A with at least PID behavior calculates a setpoint volume flow VSL as a manipulated variable.
  • the nominal volume flow VSL has the physical unit liters / minute.
  • the desired volume flow is limited (not shown) and the desired volume flow VSL via a pump characteristic 13A assigned a target electric current iSL.
  • the target current iSL is converted in a calculation 14A into a PWM signal SD (A).
  • PWM signal SD (A) is the duty cycle and the frequency fPWM is the same
  • FIG. 3 shows a characteristic curve 21.
  • an averaging time dT is calculated as a function of the engine speed nMOT.
  • the averaging time dT therefore corresponds to the time over which the rail pressure values are averaged by the mean value filter (FIG. 2: 18A).
  • the characteristic curve 21 is composed of an abscissa-parallel straight line 22 and a hyperbola 23.
  • a working cycle corresponds to two revolutions of the crankshaft
  • FIG. 4 consists of the subfigures 4A to 4C, which show different state variables. Over the time t are shown: the engine speed nMOT in Figure 4A, the
  • the target speed nSL is shown as a dotted line and the limit speed nü as a dashed line in Figure 4A.
  • the engine speed nMOT reaches the time t1
  • Limit speed of nLi 1000 1 / min.
  • the target speed of nSL 1500 1 / min is reached.
  • the engine speed nMOT is steady at the target speed nSL at time t4.
  • a load application takes place, which leads to a collapse of the engine speed nMOT.
  • the engine speed falls below the limit speed nLi. Due to the target actual deviation of the engine speed now more fuel is injected, whereby the engine speed nMOT increases again.
  • the engine speed nMOT again reaches the speed level of the setpoint speed nSL and has settled at the setpoint speed nSL at the time t10.
  • FIG. 4B shows the averaging time dT, via which the rail pressure values, for example the A-side rail pressure pCR (A), are averaged. Until time t1 is the rail pressure values, for example the A-side rail pressure pCR (A), are averaged. Until time t1 is the rail pressure values, for example the A-side rail pressure pCR (A), are averaged. Until time t1 is the rail pressure values, for example the A-side rail pressure pCR (A), are averaged. Until time t1 is the rail pressure values, for example the A-side rail pressure pCR (A), are averaged. Until time t1 is the rail pressure values, for example the A-side rail pressure pCR (A), are averaged. Until time t1 is the rail pressure values, for example the A-side rail pressure pCR (A), are averaged. Until time t1 is the rail pressure values, for example the A-side rail pressure pCR (A), are averaged. Until time t
  • FIG. 5 shows the method in a program flowchart as a subroutine. At S1, it is checked whether the engine speed nMOT is greater than or equal to
  • ECU electronic engine control unit
  • 19A, 19B low pass filter (PT1 filter.optional)

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Raildruckregelung einer Brennkraftmaschine in V-Anordnung mit ungleicher Zündfolge, bei dem ein Ist-Raildruck aus dem gemessenen Raildruck berechnet wird, anhand des Ist-Raildrucks sowie eines Soll-Raildrucks eine Regelabweichung bestimmt wird und bei dem eine Stellgröße zur Ansteuerung eines Druckstellglieds, insbesondere einer Saugdrossel, zur Regelung des Raildrucks berechnet wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Raildruck über ein Mittelwertfilter aus dem gemessenen Raildruck berechnet wird, indem unterhalb einer Grenzdrehzahl (nLi) der Raildruck über eine konstante Zeit gemittelt wird und oberhalb der Grenzdrehzahl (nLi) der Raildruck über ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine gemittelt wird.

Description

Verfahren zur Raildruckregelung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Raildruckregelung einer Brennkraftmaschine in V- Anordnung mit ungleicher Zündfolge nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Brennkraftmaschinen in V-Anordnung haben auf der A- und der B-Seite ein Rail zur Zwischenspeicherung des Kraftstoffs. Am Rail angeschlossen sind die Injektoren, über welche der Kraftstoff in die Brennräume eingespritzt wird. In einer ersten Bauform des Common-Railsystems fördert eine einzelne Hochdruckpumpe den Kraftstoff unter Druckerhöhung parallel in beide Rails. Es herrscht daher der gleiche Raildruck in beiden Rails. Eine zweite Bauform des Common-Railsystems unterscheidet sich dadurch, dass eine erste Hochdruckpumpe in ein erstes Rail und eine zweite Hochdruckpumpe in ein zweites Rail fördern. Beide Bauformen sind beispielsweise aus der DE 43 35 171 C1 bekannt.
Da die Güte der Verbrennung entscheidend vom Druckniveau im Rail abhängt, wird dieses geregelt. Typischerweise umfasst ein Raildruck-Regelkreis einen Druckregler, die Saugdrossel mit Hochdruckpumpe und das Rail als Regelstrecke sowie ein Softwarefilter im Rückkopplungszweig. In diesem Raildruck-Regelkreis entspricht das Druckniveau im Rail der Regelgröße. Die gemessenen Rohwerte des Raildrucks werden über das Filter in einen Ist-Raildruck gewandelt und mit einem Soll-Raildruck verglichen. Die sich hieraus ergebende Regelabweichung wird dann über den Druckregler in ein Stellsignal für die Saugdrossel gewandelt. Das Stellsignal entspricht einem Volumenstrom mit der Einheit Liter/Minute, welches elektrisch als PWM-Signal (pulsweitenmoduliert) ausgeführt ist. Ein entsprechender Raildruck-Regelkreis ist aus der DE 10 2006 049 266 B3 bekannt.
Aus der DE 10 2007 034 317 A1 ist eine Brennkraftmaschine in V-Anordnung mit ungleicher Zündfolge und einem eigenständigen A-seitigen sowie einem eigenständigen B-seitigen Common-Railsystem bekannt. Eine ungleiche Zündfolge ist dann gegeben, wenn beispielsweise der Zylinder A1 , also der erste Zylinder auf der A-Seite, gezündet wird und im Anschluss der Zylinder A2, also der zweite Zylinder auf der A-Seite, gezündet wird. Die ungleiche Zündfolge wiederum verursacht Druckschwankungen im Rail. Zur Lösung dieser Problematik schlägt die DE 10 2007 034 317 A1 in einer ersten Lösung eine Ausgleichsleitung zwischen den beiden Rails vor. Bei einer zweiten Lösung wird der A-seitige Raildruck in einem A-seitigen Raildruck-Regelkreis mit einem Pl-Regler und der B-seitige Raildruck in einem B-seitigen Raildruck-Regelkreis mit einem P-Regel geregelt. Aufgrund des fehlenden B-seitigen I-Anteils beim Regler ist diese Lösung hinsichtlich einer bleibenden Regelabweichung kritisch.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Raildruckregelung bei einer Brennkraftmaschine in V-Anordnung mit einer ungleichen Zündfolge zu entwerfen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Raildruckregelung mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Nach der Erfindung wird der Ist-Raildruck über ein Mittelwertfilter aus dem gemessenen Raildruck berechnet, indem unterhalb einer Grenzdrehzahl der Raildruck über eine konstante Zeit gemittelt wird und oberhalb der Grenzdrehzahl der Raildruck über ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine gemittelt wird. Unter Arbeitsspiel sind zwei
Umdrehungen der Kurbelwelle zu verstehen. Besonders bewährt hat sich diese Lösung bei einer Brennkraftmaschinen-Generatoranwendung, bei der die Motordrehzahl während des Motorbetriebs verschiedene Drehzahlbereiche durchläuft. Im stationären
Drehzahlbereich, zum Beispiel bei einer konstanten Motordrehzahl von 1500 Umdrehung pro Minute zur Erzeugung einer 50 Hz Netzfrequenz, werden die arbeitsspielperiodischen Raildruckschwingungen dadurch heraus gefiltert, dass der Raildruck über ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine gemittelt wird. In einem Drehzahlbereich unterhalb des stationären Drehzahlbereiches, zum Beispiel von Null Umdrehungen bis zu einer
Grenzdrehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute, wird der Raildruck hingegen über eine konstante Zeit gemittelt. Durch diese Maßnahme wird bewirkt, dass das Signal des Ist-Raildrucks unterhalb der Grenzdrehzahl nicht zu stark verzögert wird, was wiederum erst eine zufriedenstellende Regelung des Raildrucks ermöglicht. Von Vorteil ist daher eine Stabilisierung des Raildruck-Regelkreises unterhalb der Grenzdrehzahl. Bei einer Brennkraftmaschinen-Generatoranwendung ist damit also sichergestellt, dass im stationär fahrbaren Betriebsbereich eine Mittelung des Raildrucks über ein Arbeitsspiel zuverlässig erfolgt, da die Raildruckschwingungen arbeitsspielperiodisch sind. Im
Drehzahlbereich unterhalb der Grenzdrehzahl hingegen ist eine exakte Mittelung über ein Arbeitsspiel und damit auch eine exakte Herausfilterung der arbeitsspielperiodischen Raildruckschwingungen nicht erforderlich, da der Bereich unterhalb der Grenzdrehzahl nur dynamisch durchfahren wird und sich deshalb Raildruckschwingungen hier erst gar nicht nachhaltig entwickeln können.
In einer Ausgestaltung ist das Mittelwertfilter mit einem Tiefpassfilter kombiniert, wodurch hochfrequente Raildruckschwingungen, welche nicht arbeitsspielperiodisch sind, bedämpft werden.
Angewendet werden kann das Verfahren sowohl bei einer Brennkraftmaschine in V- Anordnung mit ungleicher Zündfolge und mit einem eigenständigen A-seitigen sowie einem eigenständigen B-seitigen Common-Railsystem als auch bei einer
Brennkraftmaschine in V-Anordnung mit ungleicher Zündfolge, bei der eine einzige Hochdruckpumpe den Kraftstoff gleichzeitig in das A-seitige und das B-seitige Rail fördert.
In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen: Figur 1 ein Systemschaubild,
Figur 2 ein Blockschaltbild des Raildruck-Regelkreises,
Figur 3 eine Kennlinie,
Figur 4 ein Zeitdiagramm und
Figur 5 einen Programm-Ablaufplan.
Die Figur 1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten
Brennkraftmaschine 1 mit einem Common-Railsystem auf der A-Seite und einem
Common-Railsystem auf der B-Seite. Das Common-Railsystem auf der A-Seite umfasst als mechanische Komponenten eine Niederdruckpumpe 3A zur Förderung von Kraftstoff aus einem Tank 2, eine Saugdrossel 4A zur Beeinflussung des
Volumenstroms, eine Hochdruckpumpe 5A, ein Rail 6A und Injektoren 7A zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1. Das
Common-Railsystem auf der B-Seite umfasst dieselben mechanischen
Komponenten, welche durch den Zusatz B bei den Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Gesteuert wird die Brennkraftmaschine 1 über ein elektronisches Motorsteuergerät 10 (ECU). In der Figur 1 sind als Eingangsgrößen des elektronischen
Motorsteuergeräts 10 exemplarisch ein A-seitiger Raildruck pCR(A), ein B-seitiger Raildruck pCR(B) und eine Größe EIN dargestellt. Der A-seitige Raildruck pCR(A) wird über einen A-seitigen Raildrucksensor 9A erfasst. Der B-seitige Raildruck
pCR(B) wird über einen B-seitigen Raildrucksensor 9B erfasst. Die Größe EIN steht stellvertretend für die weiteren Eingangssignale, beispielsweise für eine
Motordrehzahl oder für einen Leistungswunsch des Bedieners. Die dargestellten
Ausgangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 10 sind ein PWM-Signal
SD(A) zur Ansteuerung der A-seitigen Saugdrossel 4A, ein leistungsbestimmendes Signal ve(A) zur Ansteuerung der A-seitigen Injektoren 7A, zum Beispiel
Spritzbeginn/Spritzende, ein PWM-Signal SD(B) zur Ansteuerung der B-seitigen
Saugdrossel 4B, ein leistungsbestimmendes Signal ve(B) zur Ansteuerung der B- seitigen Injektoren 7B und eine Größe AUS. Letztere steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1 , beispielsweise ein
Stellsignal zur Ansteuerung eines AGR-Ventils. Das dargestellte Common- Railsystem kann auch als Common-Railsystem mit Einzelspeichern ausgeführt sein. In diesem Fall sind dann im Injektor 7A ein Einzelspeicher 8A und im Injektor 7B ein Einzelspeicher 8B als zusätzliche Puffervolumina für den Kraftstoff integriert. Die
Einzelspeicherdrücke pE(A) und pE(B) sind dann weitere Eingangsgrößen des
elektronischen Motorsteuergeräts 10. Kennzeichnendes Merkmal der dargestellten Ausführungsform ist die von einander unabhängige Regelung des A-seitigen
Raildrucks pCR(A) und die unabhängige Regelung des B-seitigen Raildrucks
pCR(B).
Die Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild des A-seitigen Raildruck-Regelkreises, welcher in der Figur durch den Zusatz A bei den Bezugszeichen gekennzeichnet ist. Beide Regelkreise sind identisch aufgebaut. Im Folgenden wird der A-seitige Raildruck-Regelkreis 11A beschrieben, wobei dessen Beschreibung auch sinngemäß auf den B-seitigen Raildruck- Regelkreis zutrifft. Die Führungsgröße ist für beide Raildruck-Regelkreise identisch, hier: ein gemeinsamer Soll-Raildruck pCR(SL). Berechnet wird der Soll-Raildruck in
Abhängigkeit eines Soll-Moments oder in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge und der Motordrehzahl.
Die Eingangsgrößen des Raildruck-Regelkreises 1 1A sind der Soll-Raildruck pCR(SL), eine Grund-Frequenz fPWM für das PWM-Signal, eine Größe E1 , die Motordrehzahl nMOT, eine Zeitkonstante T1 und eine Zeitkonstante T2. Die Eingangsgröße E1 umfasst die Batterie-Spannung und den ohmschen Widerstand der Saugdrossel einschließlich Zuleitung, welche in die Berechnung des Ansteuersignais SD(A) für die Saugdrossel 4A eingehen. Die Ausgangsgröße des A-seitigen Raildruck-Regelkreises sind die Rohwerte des Raildrucks pCR(A). Gemessen werden die Rohwerte des Raildrucks pCR(A) vom A- seitigen Raildrucksensor 9A. Dessen Ausgangssignal pMESS wird anschließend über ein Hardwarefilter 16A mit PT1 -Verhalten und einer Eckfrequenz von 20 Hz gefiltert. Die Ausgangswerte pHW werden durch einen A/D-Wandler 17A digitalisiert. Die
Ausgangswerte pAD des A/D-Wandlers 17A werden dann über zwei Informationspfade weiterverarbeitet. Ein erster Informationspfad umfasst ein Mittelwertfilter 18A und ein optionales Tiefpassfilter 19A. Der erste Informationspfad entspricht einer langsamen Filterung, über welche der Ist-Raildruck plST(A) bestimmt wird. Das Mittelwertfilter 18A hat als weitere Eingangsgrößen die Motordrehzahl nMOT und die Grenzdrehzahl nl_i. Über das Mittelwertfilter 18A wird festgelegt, ob die Mittelung des Raildrucks entweder über ein Arbeitsspiel, also zwei Umdrehungen der Kurbelwelle, erfolgt oder über eine konstante Zeit. Die Umschaltung zwischen den beiden Methoden der Mittelwertbildung erfolgt dabei bei der Grenzdrehzahl nü. Die Ausgangsgröße pMW des Mittelwertfilters 18A wird dann -wie dargestellt- vom Tiefpassfilter 19A weiterverarbeitet. Dieses hat eine Zeitkonstante T1 als Eingangsgröße. In der Praxis wird für die Zeitkonstante ein Wert von T1 =16 ms verwendet, was einer Frequenz von 10 Hz entspricht. Über das Tiefpassfilter 19A werden hochfrequente Raildruckschwingungen, welche nicht arbeitsspielperiodisch sind, bedämpft. Ein zweiter Informationspfad beinhaltet ein schnelles Filter 20A mit PT1- Verhalten. Das schnelle Filter 20A besitzt hierbei eine kleinere Zeitkonstante und damit einen geringeren Phasenverzug als das Mittelwertfilter 18A und das optionale
Tiefpassfilter 19A. Der Ausgangswert pDYN(A) des schnellen Filters 20A wird unter anderem verwendet, um eine Schnellbestromung der Saugdrossel durchzuführen, wodurch eine höhere Dynamik bei einem Lastabwurf erzielt wird. An einem Punkt A wird der Ist-Raildruck plST(A) mit dem Soll-Raildruck pCR(SL) verglichen. Hieraus resultiert die Regelabweichung ep(A), aus welcher ein Druckregler 12A mit zumindest PID-Verhalten einen Soll-Volumenstrom VSL als Stellgröße berechnet. Der Soll-Volumenstrom VSL hat die physikalische Einheit Liter/Minute. Danach wird der Soll-Volumenstrom begrenzt (nicht dargestellt) und dem Soll-Volumenstrom VSL über eine Pumpen-Kennlinie 13A ein elektrischer Soll-Strom iSL zugeordnet. Der Soll-Strom iSL wird in einer Berechnung 14A in ein PWM-Signal SD(A) umgerechnet. Das
PWM-Signal SD(A) ist die Einschaltdauer und die Frequenz fPWM entspricht der
Grundfrequenz des PWM-Signals SD(A). Bei der Umrechnung werden unter anderem die Schwankungen der Betriebsspannung und der ohmsche Widerstand der Saugdrossel einschließlich der elektrischen Zuleitungen mitberücksichtigt. Mit dem PWM-Signal SD(A) wird dann die Magnetspule der A-seitigen Saugdrossel beaufschlagt. Dadurch wird der Weg des Magnetkerns verändert, wodurch der Förderstrom der Hochdruckpumpe frei beeinflusst wird. Die Hochdruckpumpe 5A, die Saugdrossel 4A und das Rail 6A entsprechen einer A-seitigen Regelstrecke 15A. Damit ist der A-seitige Regelkreis 1 1A geschlossen.
Die Figur 3 zeigt eine Kennlinie 21. Über die Kennlinie 21 wird in Abhängigkeit der Motordrehzahl nMOT eine Mittelungszeit dT berechnet. Die Mittelungszeit dT entspricht also der Zeit über welche die Raildruckwerte vom Mittelwertfilter (Fig. 2: 18A) gemittelt werden. Die Kennlinie 21 setzt sich aus einer abszissenparallelen Geraden 22 und einer Hyperbel 23 zusammen. Bei kleineren Motordrehzahlwerten als eine Grenzdrehzahl nü=1000 1/min wird über die Gerade 22 eine konstante Mittelungszeit dT=120 ms bestimmt. Dieser Bereich ist in der Figur 3 schraffiert dargestellt. Die Mittelungszeit dT=120 ms errechnet sich aus der Dauer eines Arbeitsspiels bei einer Drehzahl von 1000 1/min. Ein Arbeitsspiel entspricht zwei Umdrehungen der Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine, also 720° Kurbelwellenwinkel. Unterhalb der Grenzdrehzahl nü wird der Raildruck mit einer konstanten Mittelungszeit dT=120 ms gefiltert. Bei größeren Motordrehzahlwerten nMOT als die Grenzdrehzahl nü=1000 1/min entspricht die
Mittelungszeit dT einem Arbeitsspiel, was die Hyperbel 23 ergibt. So berechnet sich zum Beispiel bei einer Motordrehzahl nMOT=1500 1/min eine Mittelungszeit dT=80 ms oder bei einer Motordrehzahl nMOT=2000 1/min eine Mittelungszeit von dT=60 ms. Die Figur 4 besteht aus den Teilfiguren 4A bis 4C, welche verschiedene Zustandsgrößen zeigen. Über der Zeit t sind dargestellt: die Motordrehzahl nMOT in Figur 4A, die
Mittelungszeit dT in Figur 4B und der gemittelte Raildruck pMW in Figur 4C.
In der Figur 4A sind der Startvorgang und eine Lastaufschaltung bei einer
Brennkraftmaschinen-Generatoranordnung dargestellt. Die Soll-Drehzahl nSL ist als strichpunktiert Linie und die Grenzdrehzahl nü als gestrichelte Linie in der Figur 4A eingezeichnet. Die Soll-Drehzahl bleibt konstant bei nSL=1500 1/min, was einer Frequenz von 50 Hz entspricht. Die Motordrehzahl nMOT erreicht zum Zeitpunkt t1 die
Grenzdrehzahl von nLi=1000 1/min. Zum Zeitpunkt t2 wird die Soll-Drehzahl von nSL=1500 1/min erreicht. Nach einem Drehzahlüberschwinger ist die Motordrehzahl nMOT zum Zeitpunkt t4 auf der Soll-Drehzahl nSL eingeschwungen. Zum Zeitpunkt t6 erfolgt eine Lastaufschaltung, was zu einem Einbrechen der Motordrehzahl nMOT führt. Im Zeitraum t7 bis t8 unterschreitet die Motordrehzahl die Grenzdrehzahl nLi. Aufgrund der Soll-Istabweichung der Motordrehzahl wird nun mehr Kraftstoff eingespritzt, wodurch sich die Motordrehzahl nMOT wieder erhöht. Zum Zeitpunkt t9 erreicht die Motordrehzahl nMOT wieder das Drehzahlniveau der Soll-Drehzahl nSL und ist zum Zeitpunkt t10 auf der Soll-Drehzahl nSL eingeschwungen.
Die Figur 4B zeigt die Mittelungszeit dT, über welche die Raildruckwerte, beispielsweise der A-seitige Raildruck pCR(A), gemittelt werden. Bis zum Zeitpunkt t1 ist die
Motordrehzahl nMOT kleiner als die Grenzdrehzahl nLi. Über die Kennlinie der Figur 3 wird daher eine konstante Mittelungszeit dT=120 ms berechnet. Im Drehzahlbereich unterhalb der Grenzdrehzahl nLi ist eine exakte Mittelung über ein Arbeitsspiel nicht erforderlich, da dieser Bereich nur dynamisch durchfahren wird und sich deshalb
Raildruckschwingungen hier erst gar nicht entwickeln. Die Mittelung über eine konstante Zeit wirkt sich stabilisierend auf die Raildruck-Regelung aus, da das Signal des Ist- Raildrucks nicht zu stark verzögert wird. Nach dem Zeitpunkt t1 ist die Motordrehzahl nMOT größer als die Grenzdrehzahl nLi. Jetzt wird die Mittlungszeit dT in Abhängigkeit der Motordrehzahl nMOT berechnet und zwar über die Hyperbel der Figur 3. Demzufolge sinkt die Mittelungszeit dT mit zunehmender Motordrehzahl nMOT. Da der Raildruck nunmehr über ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine gemittelt wird, werden die arbeitsspielperiodischen Schwankungen des Raildrucks herausgefiltert. Zum Zeitpunkt t4 ist die Motordrehzahl nMOT auf der Soll-Drehzahl nSL=1500 1/min eingeschwungen. Damit ist auch die Mittelungszeit auf den Wert dT=80 ms
eingeschwungen. Erfolgt nun zum Zeitpunkt t6 eine Lastaufschaltung, so steigt die Mittelungszeit dT aufgrund der sinkenden Motordrehzahl an. Im Zeitraum t7/t8
unterschreitet die Motordrehzahl die Grenzdrehzahl nLi=1000 1/min. Nunmehr wird über die Kennlinie der Figur 3, hier: Gerade 22, eine konstante Mittelungszeit von dT=120 ms berechnet. Ab dem Zeitpunkt t8 übersteigt die Motordrehzahl nMOT wieder die
Grenzdrehzahl nLi, sodass die Mittelungszeit nunmehr wieder in Abhängigkeit der Motordrehzahl (Fig. 3: Hyperbel 23) berechnet wird.
Das Diagramm der Figur 4C zeigt den gemittelten Raildruck pMW, welcher zunächst ansteigt und zum Zeitpunkt t3 den konstanten Soll-Raildruck pCR(SL)=800 bar erreicht. Nach einem Überschwinger pendelt sich der gemittelte Raildruck pMW zum Zeitpunkt t5 auf dem Soll-Raildruck pCR(SL) ein. Wie dargestellt wirkt sich der Drehzahleinbruch infolge der Lastaufschaltung nur geringfügig auf den gemittelten Raildruck pMW aus.
In der Figur 5 ist das Verfahren in einem Programm-Ablaufplan als Unterprogramm dargestellt. Bei S1 wird geprüft, ob die Motordrehzahl nMOT größer/gleich der
Grenzdrehzahl nLi ist. In der Praxis wird nü=1000 1/min gewählt. Liegt die Motordrehzahl nMOT oberhalb der Grenzdrehzahl nLi, Abfrageergebnis S1 : ja, so wird bei S2 die Anzahl der Werte N, über welche der Raildruck gemittelt wird, entsprechend der Motordrehzahl nMOT und der Abtastzeit tS berechnet. Für nMOT=1500 1/min und einer Abtastzeit tS=1 ms ergibt dies eine Anzahl von N=80 Werten. Ist die Motordrehzahl nMOT kleiner als die Grenzdrehzahl nLi, Abfrageergebnis S1 : nein, so wird bei S3 die Anzahl N nicht in Abhängigkeit der Motordrehzahl nMOT berechnet, sondern anhand der konstant vorgegebenen Grenzdrehzahl nLi. Für eine Grenzdrehzahl nLi=1000 1/min sind dies N=120 Werte. Danach ist der Programm-Ablaufplan beendet. Bezugszeichen
1 Brennkraftmaschine
2 Tank
3A, 3B Niederdruckpumpe
4A, 4B Saugdrossel
5A, 5B Hochdruckpumpe
6A, 6B Rail
7A, 7B Injektor
8A, 8B Einzelspeicher (optional)
9A, 9B Raildrucksensor
10 elektronisches Motorsteuergerät (ECU)
1 1A, 11 B Raildruck-Regelkreis
12A, 12B Druckregler
13A, 13B Pumpen-Kennlinie
14A, 14B Berechnung PWM-Signal
15A, 15B Regelstrecke
16A, 16B Hardwarefilter
17A, 17B A/D-Wandler
18A, 18B Mittelwertfilter
19A, 19B Tiefpassfilter (PT1 -Filter.optional)
20A, 20B schnelles Filter (PT1 -Filter)
21 Kennlinie
22 Gerade
23 Hyperbel

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Raildruckregelung einer Brennkraftmaschine (1) in V-Anordnung mit ungleicher Zündfolge, bei dem ein Ist-Raildruck aus dem gemessenen Raildruck berechnet wird, anhand des Ist-Raildrucks sowie eines Soll-Raildrucks eine
Regelabweichung bestimmt wird und bei dem eine Stellgröße zur Ansteuerung eines Druckstellglieds, insbesondere einer Saugdrossel, zur Regelung des
Raildrucks berechnet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ist-Raildruck (plST(A), plST(B)) über ein Mittelwertfilter (18A, 18B) aus dem gemessenen Raildruck (pCR(A), pCR(B)) berechnet wird, indem unterhalb einer Grenzdrehzahl (nl_i) der Raildruck (pCR(A), pCR(B)) über eine konstante Zeit gemittelt wird und oberhalb der Grenzdrehzahl (nl_i) der Raildruck (pCR(A), pCR(B)) über ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine (1 ) gemittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ergänzend der Ist-Raildruck (plST(A), plST(B)) über ein Tiefpassfilter (19A, 19B) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Raildruck (pCR(A)) des Common-Railsystems auf der A-Seite über einen A-seitigen Raildruck-Regelkreis (1 1A) sowie der Raildruck (pCR(B)) des Common- Railsystems auf der B-Seite über einen B-seitigen Raildruck-Regelkreis (1 1 B) jeweils unabhängig von einander geregelt werden und ein gemeinsamer Soll- Raildruck (pSL) als Führungsgröße für beide Raildruck-Regelkreise (11A, 1 1 B) festgesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorausgegangen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der gemeinsame Soll-Raildruck (pCR(SL)) in Abhängigkeit eines Soll- Moments oder in Abhängigkeit der Soll-Einspritzmenge und der Motordrehzahl (nMOT) berechnet wird.
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