EP2718556B1 - Verfahren zur raildruckregelung - Google Patents

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EP2718556B1
EP2718556B1 EP12726024.8A EP12726024A EP2718556B1 EP 2718556 B1 EP2718556 B1 EP 2718556B1 EP 12726024 A EP12726024 A EP 12726024A EP 2718556 B1 EP2718556 B1 EP 2718556B1
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pcr
rail
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pressure
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MTU Friedrichshafen GmbH
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    • 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 ignition sequence 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 types are for example from the DE 43 35 171 C1 known.
  • 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 from the DE 10 2006 049 266 B3 known.
  • From the DE 10 2007 034 317 A1 is an internal combustion engine in V-arrangement with unequal firing order 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.
  • the A-side rail pressure in an A-side rail pressure control loop is controlled 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 below a limit speed over a constant time and averaged over the limit speed of the rail pressure over a cycle of the internal combustion engine.
  • working cycle are meant two revolutions of the crankshaft.
  • the rail pressure In a speed range below the stationary speed range, for example, from zero revolutions to a limit speed of 1000 revolutions per minute, the rail pressure, however, is averaged over a constant time. This measure causes the signal of the actual rail pressure is not delayed too much below the limit speed, which in turn allows only a satisfactory control of the rail pressure. An advantage is therefore a stabilization of the rail pressure control loop below the limit speed.
  • 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 firing order and with a separate A-side and an independent B-side common rail system as well as in an internal combustion engine in V arrangement with unequal firing order, in which a single high-pressure pump Promotes the fuel at the same time in the A-side and the B-side rail.
  • the 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 common rail system on the B side.
  • 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 volume flow, a high-pressure pump 5A, a rail 6A and injectors 7A for Injecting fuel into the combustion chambers of the internal combustion engine 1.
  • the common rail system on the B side comprises the same mechanical components, which are indicated by the suffix B at the reference numerals.
  • the internal combustion engine 1 is controlled via an electronic engine control unit 10 (ECU).
  • ECU electronic engine control unit 10
  • A-side rail pressure pCR (A) is detected via an A-side rail pressure sensor 9A.
  • the B-side rail pressure 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 an engine speed or for a performance request of the operator.
  • the illustrated outputs of the electronic engine control unit 10 are a PWM signal SD (A) for driving the A-side intake throttle 4A, a power-determining signal ve (A) for driving the A-side injectors 7A, for example injection start / end injection, a PWM Signal SD (B) for driving the B-side suction throttle 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 control signal for controlling an EGR valve.
  • the illustrated common rail system can also be designed as a common rail system with individual memories.
  • a single memory 8A and in the injector 7B are integrated as additional buffer volumes for the fuel.
  • the individual storage pressures pE (A) and pE (B) are then further inputs of the electronic engine control unit 10.
  • Characteristic feature of the illustrated embodiment is the independent control of the A-side rail pressure pCR (A) and the independent control of the B-side rail pressure pCR (B).
  • 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 as a function of a desired torque or as a function of the desired injection quantity and the engine speed.
  • the input variables of the rail pressure control loop 11A 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.
  • the 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 pIST (A) is determined.
  • the mean value filter 18A has, as further input variables, the engine speed nMOT and the limit speed nLi. 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 nLi.
  • 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 in this case has a smaller time constant and thus a lower phase delay than the average value filter 18A and the optional low-pass filter 19A.
  • 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 pIST (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).
  • the PWM signal SD (A) is the duty cycle and the frequency fPWM corresponds to the fundamental frequency of the PWM signal SD (A).
  • the fluctuations of the operating voltage and the ohmic resistance of the suction throttle including the electrical leads are taken into account.
  • the PWM signal SD (A) then the solenoid of the A-side suction throttle is applied.
  • the path of the magnetic core is changed, whereby the flow rate of the high-pressure pump is influenced freely.
  • the high-pressure pump 5A, the suction throttle 4A and the rail 6A correspond to an A-side controlled system 15A.
  • the A-side control loop 11A is closed.
  • the 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 thus corresponds to the time over which the rail pressure values from the mean value filter ( Fig. 2 : 18A) are averaged.
  • the characteristic curve 21 is composed of an abscissa-parallel straight line 22 and a hyperbola 23.
  • a constant averaging time dT 120 ms is determined via the straight line 22. This area is in the FIG. 3 hatched shown.
  • a working cycle corresponds to two revolutions of the crankshaft of the internal combustion engine, ie 720 ° crankshaft angle.
  • FIG. 4 consists of the subfigures 4A to 4C, which show different state variables. Over time t are shown: the engine speed nMOT in FIG. 4A , the averaging time dT in FIG. 4B and the average rail pressure pMW in FIG. 4C ,
  • the target speed nSL is shown as a dot-dash line and the limit speed nLi as a dashed line in the FIG. 4A located.
  • the target speed of nSL 1500 1 / min is reached.
  • the engine speed nMOT is steady at the target speed nSL at time t4.
  • the FIG. 4B shows the averaging time dT, over which the rail pressure values, for example the A-side rail pressure pCR (A), are averaged.
  • the rail pressure values for example the A-side rail pressure pCR (A)
  • the engine speed nMOT is smaller than the limit speed nLi.
  • a constant averaging time dT 120 ms is calculated.
  • the averaging over a constant time has a stabilizing effect on the rail pressure control since the signal of the actual rail pressure is not delayed too much.
  • the engine speed nMOT is greater than the limit speed nLi.
  • the averaging time dT is calculated as a function of the engine speed nMOT via the hyperbola of the FIG. 3 , As a result, the averaging time dT decreases as the engine speed nMOT increases. Since the rail pressure is now averaged over a cycle of the internal combustion engine, the working cycle periodic fluctuations of the rail pressure are filtered out.
  • the procedure is shown in a program flowchart as a subroutine.
  • S1 it is checked whether the engine speed nMOT is greater than or equal to the limit speed nLi.

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Description

  • 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 PI-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 11A 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 Ansteuersignals 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 pIST(A) bestimmt wird. Das Mittelwertfilter 18A hat als weitere Eingangsgrößen die Motordrehzahl nMOT und die Grenzdrehzahl nLi. 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 nLi. 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 pIST(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 11A 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 nLi=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 nLi wird der Raildruck mit einer konstanten Mittelungszeit dT=120 ms gefiltert. Bei größeren Motordrehzahlwerten nMOT als die Grenzdrehzahl nLi=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 nLi 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 nLi=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)
    11A, 11B
    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 (4)

  1. 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 (pIST(A), pIST(B)) über ein Mittelwertfilter (18A, 18B) aus dem gemessenen Raildruck (pCR(A), pCR(B)) berechnet wird, indem unterhalb einer Grenzdrehzahl (nLi) der Raildruck (pCR(A), pCR(B)) über eine konstante Zeit gemittelt wird und oberhalb der Grenzdrehzahl (nLi) der Raildruck (pCR(A), pCR(B)) über ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine (1) gemittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ergänzend der Ist-Raildruck (pIST(A), pIST(B)) über ein Tiefpassfilter (19A, 19B) berechnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Raildruck (pCR(A)) des Common-Railsystems auf der A-Seite über einen A-seitigen Raildruck-Regelkreis (11A) sowie der Raildruck (pCR(B)) des Common-Railsystems auf der B-Seite über einen B-seitigen Raildruck-Regelkreis (11 B) jeweils unabhängig von einander geregelt werden und ein gemeinsamer Soll-Raildruck (pSL) als Führungsgröße für beide Raildruck-Regelkreise (11A, 11 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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