EP3169887A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine, einspritzsystem für eine brennkraftmaschine sowie brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine, einspritzsystem für eine brennkraftmaschine sowie brennkraftmaschine

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EP3169887A1
EP3169887A1 EP15733627.2A EP15733627A EP3169887A1 EP 3169887 A1 EP3169887 A1 EP 3169887A1 EP 15733627 A EP15733627 A EP 15733627A EP 3169887 A1 EP3169887 A1 EP 3169887A1
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EP
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pressure
internal combustion
combustion engine
injection system
control valve
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Armin DÖLKER
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Rolls Royce Solutions GmbH
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MTU Friedrichshafen GmbH
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    • F02M63/0235—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure
    • F02M63/025—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure from the common rail

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine according to claim 1, an injection system for an internal combustion engine according to claim 6, and a
  • German Patent DE 10 2009 031 529 B3 discloses a method for operating an internal combustion engine with an injection system, wherein the injection system has a common high-pressure reservoir, namely a so-called rail, so that the
  • Injection system is designed as a common rail system. A high pressure in the
  • High-pressure accumulator is controlled via a low-pressure suction throttle as the first pressure actuator in a high-pressure control loop. There will be a high pressure disturbance over one
  • high-pressure side pressure control valve is generated as a second pressure actuator, wherein over the
  • Pressure control valve fuel is diverted from the high-pressure accumulator into a fuel reservoir. It is provided that the pressure control valve is temporarily activated with a set protection function temporarily in the opening direction maximum.
  • the protection function is set when a dynamic high pressure exceeds a preset pressure limit.
  • the protection function is reset. A renewed setting of the protective function is only possible if the predetermined pressure limit is exceeded again, at the same time the protective function is enabled again. Activation is effected by means of a special variable which is only set to an enable value when the high pressure after activated and subsequently reset protection function reaches a predetermined value
  • the known injection system has a mechanical pressure relief valve which opens when exceeding a further, typically higher pressure limit and thus reliably prevents an inadmissibly high pressure rise in the high pressure accumulator independently of an electronic control purely mechanical way.
  • lines must be provided which connect this one hand with the high-pressure accumulator and on the other hand with the fuel reservoir.
  • the object of the invention is to provide a method which does not have at least one of the disadvantages mentioned.
  • the invention is also based on the object to provide a corresponding injection system and an internal combustion engine.
  • the object is achieved by providing a method for operating an internal combustion engine with the steps of claim 1. It is provided according to a first embodiment of the method that the high pressure is controlled in a protective operation by the pressure regulating valve via a second pressure control loop. This results in the following: The high pressure in the high-pressure accumulator is controlled in a normal operation on the low-pressure suction throttle as the first pressure actuator in a first high pressure control loop, wherein in the
  • a high-pressure disturbance variable is generated as a second pressure actuator.
  • the protective mode of the high pressure is controlled by the pressure control valve via the second pressure control loop.
  • the injection system can be protected from an inadmissibly high pressure, and on the other hand, a periodic fluctuation of the high pressure is avoided. This is rather controlled by the second high-pressure control loop to its desired value, so that no deterioration of the emission behavior of the internal combustion engine occurs.
  • a second embodiment of the method which is characterized in that the pressure control valve is permanently opened in a protective operation.
  • a large, preferably a maximum, fuel volume flow from the high-pressure accumulator into the fuel reservoir is permanently diverted via the pressure control valve.
  • the pressure regulating valve is activated in the protective operation in the direction of a maximum opening.
  • Pressure control valve in the protection mode maximum wide open. Depending on if that
  • Pressure control valve is normally open or normally closed, it is preferably driven with a large, preferably maximum drive current, or with a small drive current, preferably not energized.
  • Fuel volume flow refers to the fact that the pressure control valve is opened as far as possible.In this embodiment, an impermissibly high pressure in the
  • High-pressure accumulator not only temporarily, but permanently degraded quickly and reliably, so that the injection system is effectively and reliably protected.
  • Pressure relief valve omitted. It is therefore particularly preferred that no mechanical Pressure relief valve more used. It is possible because of the reliable and effective protection of the injection system from an inadmissibly high pressure in the protective operation, omit the mechanical pressure relief valve, so that the space associated with this and the corresponding lines space can be saved, which also accounts for the injection system, so this overall may be cheaper.
  • This embodiment of the method is accordingly characterized in that the high pressure is controlled in a first operating mode of the protective operation by means of the pressure regulating valve via the second high-pressure control loop, wherein the pressure regulating valve in a second
  • Operation mode of the protective operation is permanently opened, wherein preferably via the pressure control valve, a maximum fuel volume flow is preferably removed from the high-pressure accumulator into the fuel reservoir.
  • High-pressure accumulator is permanently guaranteed. It is preferably provided that the first operating mode of the protective operation is realized when the high pressure between a first, lower pressure limit and a second, higher pressure limit, wherein in this pressure range still a stable control of the high pressure is possible, the second
  • the first mode allows a pressure control, for example, even in case of failure of the first high pressure control loop, the second mode safe and reliable protection for the injection system at impermissibly high
  • the high-pressure accumulator is preferably designed as a common high-pressure accumulator, with which a plurality of injectors are in fluid communication.
  • a high-pressure accumulator is also referred to as a rail, wherein the injection system is preferably designed as a common-rail injection system.
  • An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that a first operating mode of the protective operation is set when the high pressure a first
  • the first operating mode addressed here corresponds to the first operating mode of the protective mode mentioned above, wherein the embodiment addressed here can be realized independently of whether a second operating mode actually exists.
  • first mode is used here only to distinguish from the "second mode” designated mode, which does not necessarily have to be provided both modes.
  • Pressure limit preferably chosen so that it is higher than a typically realized in error-free operation of the injection system, highest pressure value for the high pressure.
  • the high pressure is typically controlled in operation to a value of 2200 bar.
  • a pressure reserve is provided for any pressure fluctuations occurring up to 2300 bar.
  • the first pressure limit is preferably selected to be 2400 bar to avoid activating the first mode without malfunction of the first high pressure control loop.
  • the high pressure can increase above the intended reserve level, especially in a higher speed range of the internal combustion engine, especially if the suction throttle is formed normally open. In this case, the high pressure reaches or exceeds the first pressure limit, and the
  • Pressure control valve takes over the control of the high pressure. It is then despite the failure of the first high-pressure control loop still a stable control of the high pressure possible, so that no deterioration of the emission behavior of the engine occurs, which is also reliably protected against an inadmissible increase in high pressure.
  • a dynamic rail pressure which consists of a filtering of the measured by means of a high pressure sensor
  • High pressure in particular results with a comparatively short time constant.
  • the measured high pressure directly to the first pressure limit to compare.
  • the filtering has the advantage that - albeit rarely occurring - overshoot over the first pressure limit not directly to a setting of the first
  • Pressure control valve limited in the first mode depending on the high pressure. This has the advantage that the pressure regulating valve is not opened further than is necessary for a maximum useful at a given high pressure control. In this way, an override of the pressure control valve can be avoided.
  • To limit the manipulated variable is preferably resorted to a characteristic by which a maximum volume flow of the pressure control valve is deposited in dependence on the high pressure.
  • an integrating portion of a pressure regulator of the second high-pressure control loop which is provided for driving the pressure regulating valve, is initialized with a control value, which in the normal mode immediately before Switching to the protection mode was used to control the pressure control valve.
  • An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that a second operating mode of the protective operation is set when the high pressure exceeds a second pressure limit value.
  • the pressure control valve is permanently opened in the second mode, wherein preferably via the pressure control valve permanently a maximum fuel flow rate is removed from the high-pressure accumulator in the fuel reservoir.
  • the second operating mode thus corresponds to the second operating mode already described above, which may be provided alternatively, but also in addition to the first operating mode. If it is provided in addition to the first operating mode, the second pressure limit value is preferably selected to be greater than the first pressure limit value.
  • the second pressure limit value is preferably selected such that it corresponds to a pressure that is at a conventional pressure Design of the injection system would be selected as ⁇ ffhungstik for a mechanical pressure relief valve.
  • the second pressure limit value is preferably selected such that it corresponds to a pressure that is at a conventional pressure Design of the injection system would be selected as ⁇ ffhungstik for a mechanical pressure relief valve.
  • Pressure limit for example, at 2500 bar. This would correspond to a pressure in which a mechanical pressure relief valve would be designed for opening in this specific example. Due to the fact that in the second operating mode, the pressure control valve not only temporarily - as known from the prior art - but permanently abgrest a large, preferably a maximum fuel flow from the high pressure accumulator into the fuel reservoir, an impermissible increase in the high pressure and thus reliably avoid damage to the injection system by means of the pressure control valve. As a result, the mechanical pressure relief valve can be omitted. Its function is rather completely simulated by the pressure control valve.
  • a dynamic rail pressure is preferably compared, which is obtained by filtering in particular with a comparatively short time constant from the measured by a high-pressure sensor high pressure.
  • the measured high pressure is directly compared with the second pressure limit.
  • Emission values are possible. This is particularly the case in a low to medium speed range in which due to the low to medium speed of the high pressure pump itself via a fully open suction throttle yet controllable by a control via the pressure control valve amount of fuel from the fuel reservoir is fed into the high-pressure accumulator. If, on the other hand, the high pressure rises in the
  • High-pressure accumulator inadmissible high above the second pressure limit addition to, for example, in a high speed range of the internal combustion engine, no pressure control over the pressure control valve is possible. This is then opened as completely as possible in the second mode, so that a large, preferably maximum fuel flow in the Fuel reservoir can be repelled. This corresponds to the functionality of the otherwise provided mechanical pressure relief valve.
  • first mode and the second mode are sequentially sequentially performed, for example, when a defect in the first high-pressure control loop at low speed of the internal combustion engine, the first mode is realized, with increasing the speed then finally the second mode is realized. But it is also possible that the high pressure in the
  • High-pressure accumulator suddenly rises above the second pressure limit, in which case the first mode virtually skipped and immediately the second mode is realized.
  • An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that a normal function is set for the pressure regulating valve in normal operation, in which the pressure regulating valve is controlled as a function of a desired volume flow.
  • the normal function provides an operation for the pressure control valve, in which this generates a high-pressure disturbance by abgrest fuel from the high-pressure accumulator into the fuel reservoir.
  • the normal function is set for the pressure control valve in the first operating mode of the protective operation, so that the pressure control valve is controlled in dependence on a desired volume flow.
  • the normal operation on the one hand and the first mode of protection operation on the other hand differ in this case in the manner in which the target volume flow is calculated to control the pressure control valve:
  • the target volume flow is preferably a static and a dynamic target - calculated volume flow.
  • the static target volume flow is again preferably in dependence of a desired injection quantity and a speed of the
  • Constant leakage is simulated via the static setpoint volume flow, in that the fuel is only diverted in a low load range and in a small amount.
  • the advantage here is that no significant increase in the fuel temperature and no significant reductions in the efficiency of the internal combustion engine occur.
  • the dynamic setpoint volume flow is calculated via a dynamic correction as a function of a setpoint high pressure and the actual high pressure or the control deviation derived therefrom. If the deviation is negative, for example, in a load shedding of the internal combustion engine is on the
  • the dynamic setpoint volumetric flow counteracts a pressure increase in the high pressure, with the advantage that the settling time of the system can be further improved.
  • the setpoint volume flow is calculated in the second high-pressure control loop-in particular by a pressure regulating valve-pressure regulator.
  • the target volume flow is a control variable of the second high-pressure control loop, and it serves for the immediate control of the high pressure.
  • Input variable has the desired volume flow. It is then preferably switched by means of a - possibly virtual - switch when switching from normal operation in the first mode of protection operation of the calculation of the target volume flow as a resulting flow from the static and the dynamic setpoint volumetric flow to the calculation in the second high pressure control loop.
  • the integral part of the pressure regulating valve-pressure regulator of the second high-pressure control loop is preferred
  • Switching is initialized with the resulting target volumetric flow rate calculated last before switching, so that a smooth, smooth switchover takes place.
  • Pressure control valve then not driven in the standstill function, that is not energized, it results in a maximum opening thereof, so that a maximum fuel volume flow is removed from the high-pressure accumulator in the fuel reservoir via the pressure control valve.
  • the pressure regulating valve may have the functionality of an otherwise
  • Design of the pressure control valve has the advantage that this reliably opens completely even when it is no longer energized due to a defect.
  • the standstill function is set for the pressure control valve in this case, so that this opens a maximum and thus brings the injection system in a safe state corresponding to a state in which the mechanical pressure relief valve would be open in the prior art. It can then no longer come to an impermissible increase in the high pressure.
  • the standstill function is also set based on the normal function when a stoppage of the internal combustion engine is detected.
  • the standstill function for the pressure control valve is set. This is the case in particular when the internal combustion engine is switched off. A transition between the standstill function and the normal function takes place at a start of the internal combustion engine preferably when it is determined that the internal combustion engine is running, wherein at the same time the high pressure exceeds a starting pressure value. It is therefore preferred first a certain
  • Normal function for generating the high-pressure disturbance variable is driven. That the Internal combustion engine is running, can preferably be detected by the fact that a predetermined limit speed is exceeded for a predetermined time.
  • An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the suction throttle in the second operating mode of the protective operation is permanently opened, preferably driven to a permanently open operation. Due to the pressure regulating valve which is opened as far as possible in the second operating mode, it is possible for the pressure in the high-pressure accumulator to drop sharply. While it is then still possible in a high speed range of the internal combustion engine, nevertheless to provide sufficient high pressure for operation of the internal combustion engine, it may happen at not sufficiently open suction throttle in a medium or low speed range that the high pressure in the high-pressure accumulator drops so much that not enough fuel can be injected through the injectors. The internal combustion engine is strangled in such a case.
  • the intake throttle is permanently opened in the second mode in a kind of emergency operation, in particular driven to a permanently open operation to ensure that even in the middle and low speed range of the engine enough fuel can be pumped into the high-pressure accumulator, to be able to maintain an operation of the internal combustion engine.
  • a suction throttle which is normally open. Therefore, in the second operating mode, the suction throttle is preferably energized with a current that is small compared with its maximum closing current, for example 0.5 A, or not at all, ie not energized. In this case, it is in the case by not energized, maximum wide open.
  • the suction throttle in the first operating mode of the protective operation is permanently opened, preferably driven to a permanently open operation, in particular not energized or only with a small current.
  • the object is also achieved by providing an injection system for an internal combustion engine having the features of claim 6.
  • the injection system has at least one injector and a high-pressure accumulator, the high-pressure accumulator being connected, on the one hand, to the at least one injector and, on the other hand, via a high-pressure pump with a fuel injector. Reservoir is in fluid communication.
  • the high-pressure pump is a suction throttle first
  • the injection system has a pressure regulating valve, via which the high-pressure accumulator is fluid-connected to the fuel reservoir.
  • a control device is provided, which is operatively connected to the at least one injector, the suction throttle and the pressure regulating valve for their control.
  • the injection system is characterized in that the control unit is set up to carry out a
  • the injection system has a plurality of injectors, wherein it has exactly one and only one high-pressure accumulator or, alternatively, two high-pressure accumulators with which the various injectors are fluid-connected.
  • High-pressure accumulator is / are formed in this case as a so-called common bar, in particular as a rail, wherein the injection system is preferably designed as a common-rail injection system.
  • the suction throttle is connected upstream of the high-pressure pump, in particular upstream of the fluid, that is arranged upstream of the high-pressure pump. It is possible that the suction throttle is integrated in the high pressure pump or in a housing of the high pressure pump.
  • a pressure sensor is preferably arranged, which is adapted to detect a high pressure in the high pressure accumulator and with the control unit
  • control unit is operatively connected, so that the high pressure in the control unit is registered.
  • the control unit is preferably set up for filtering the measured high pressure, in particular for filtering with a first, longer time constant, in order to control the pressure regulation
  • Upstream of the high pressure pump and the suction throttle is preferably one
  • the control unit is preferably designed as an engine control unit (ECU) of the internal combustion engine.
  • ECU engine control unit
  • a separate control device is provided specifically for carrying out the method.
  • An embodiment of the injection system is preferred in which the
  • Pressure control valve is designed normally open. This embodiment has the advantage that the pressure regulating valve, in the event that it is not driven or energized, opens a maximum wide, which allows a particularly safe and reliable operation, especially when it is dispensed with a mechanical pressure relief valve. An impermissible increase in the high pressure in the high-pressure accumulator can then be avoided if an energization of the
  • Pressure control valve is not possible due to a technical error.
  • the pressure control valve is formed without pressure and normally closed. It is designed so that it is closed when the pressure prevailing in the high-pressure accumulator, ie the rail pressure, is smaller than one
  • the high pressure is applied to an input of the pressure regulating valve, if this is intended to be mounted on the injection system.
  • the pressure regulating valve opens when the pressure applied on the input side reaches or exceeds the opening pressure value when de-energized.
  • the pressure control valve on the input side is depressurized and de-energized, it is biased in a closed state, for example by means of a mechanical biasing element. If the input-side pressure reaches or exceeds the opening pressure value, and if the pressure-regulating valve is not energized, it is preferably counteracted by the force of the
  • Input pressures is normally open. If the pressure control valve is energized in this state, it closes depending on the current with which it is driven. It is maximally closed when it is driven with a predetermined, maximum current value. If it is no longer energized or fails to energize, it opens completely again, where it closes when the input side pressure falls below the ⁇ ffhungstikwert.
  • the opening pressure value is preferably selected to be lower than a minimum pressure achieved in a normal control operation of the injection system.
  • the opening pressure value it is possible for the opening pressure value to be 850 bar. Is preferred in In this case, the starting pressure value at which when starting the internal combustion engine
  • Transition from the standstill function of the pressure control valve to the normal function is made so that it is approximately of the order of the opening pressure value, preferably being chosen slightly lower to ensure that the pressure control valve is in each case activated as soon as it is reached or exceeded of
  • tolerances of the pressure control valve can be taken into account. For example, it may be that the starting pressure value is selected to 600 bar.
  • Pressure control valve arranged in its standstill function and thus de-energized and pressureless. It is therefore closed. Now starts the internal combustion engine, the closed pressure control valve initially allows a rapid and reliable pressure build-up in the
  • High-pressure accumulator since no fuel is diverted via the pressure control valve in the fuel reservoir. Typically, the high pressure in the high pressure accumulator now first reaches the starting pressure value, whereby a transition from the standstill function in the
  • Pressure control valve is no longer activated, in which case prevails at the moment of transition, a high pressure which is greater than the second pressure limit, ie in particular much larger than the ⁇ ffhungstikwert.
  • the pressure control valve is normally open in this state and therefore controls by the lack of control a maximum
  • the pressure regulating valve does not close again until the high pressure falls below the opening pressure value. In this way one becomes safe operation of the injection system achieved, and there is no damage or no inadmissibly high pressure to be feared.
  • an injection system is preferred, which is characterized in that it is free of a mechanical pressure relief valve.
  • the injection system therefore preferably has no mechanical pressure relief valve. It is possible to dispense with the mechanical pressure relief valve, since its functionality - as already explained - completely from the
  • the object is finally solved by an internal combustion engine which has the features of claim 10.
  • the internal combustion engine is characterized by an injection system according to one of the embodiments described above.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine.
  • the internal combustion engine is used to drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, for stationary
  • the internal combustion engine in this case preferably drives a generator.
  • Internal combustion engine in the field of promotion of fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas possible. It is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator.
  • Internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or other suitable gas.
  • the internal combustion engine when designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • Internal combustion engine on the other hand are to be understood complementary to each other.
  • features of the injection system or of the internal combustion engine which have been explained explicitly or implicitly in connection with the method are preferably individually or combined with one another features of a preferred exemplary embodiment of the injection system or of the internal combustion engine.
  • Method steps which have been explained explicitly or implicitly in connection with the injection system or the internal combustion engine are preferably individually or combined with one another Steps of a preferred embodiment of the method.
  • the method is preferably characterized by at least one method step, which is caused by at least one feature of the injection system or the internal combustion engine.
  • the injection system and / or the internal combustion engine are preferably characterized by at least one feature which is characterized by at least one method step
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment
  • Figure 2 is a first schematic detail of an embodiment of the method
  • Figure 3 is a second schematic detail of an embodiment of the method
  • Figure 4 is a third schematic detail of an embodiment of the method
  • Figure 5 is a fourth schematic detail of an embodiment of the method.
  • Figure 6 is a fifth schematic detail of an embodiment of the method.
  • FIG. 7 shows a sixth schematic detail of an embodiment of the method.
  • 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an internal combustion engine 1, which has an injection system 3.
  • the injection system 3 is preferably designed as a Comon Rail injection system. It has a low-pressure pump 5 for conveying fuel from a fuel reservoir 7, an adjustable, low-pressure suction throttle 9 for influencing a fuel flowing through this volume flow, a high-pressure pump 1 1 to promote the fuel with pressure increase in a high-pressure accumulator 13, the high-pressure accumulator 13 for Store the fuel, and a plurality of injectors 15 for injecting the fuel into combustion chambers 16 of the internal combustion engine 1.
  • the injection system 3 is also designed with individual memories, in which case, for example, an individual memory 17 is integrated as an additional buffer volume in the injector 15.
  • an individual memory 17 is integrated as an additional buffer volume in the injector 15.
  • There is a particular electrically controllable pressure control valve 19 is provided, via which the high pressure accumulator 13 is fluidly connected to the fuel reservoir 7. By way of the position of the pressure regulating valve 19, a fuel volume flow is defined which is diverted from the high-pressure accumulator 13 into the fuel reservoir 7.
  • Fuel flow is referred to in Figure 1 and in the following text with VDRV and represents a high-pressure disturbance of the injection system 3.
  • the injection system 3 has no mechanical pressure relief valve, which is conventionally provided according to the prior art and the high-pressure accumulator 13 with the
  • Fuel reservoir 7 connects.
  • the mechanical pressure relief valve can be omitted according to the invention, since its function is completely taken over by the pressure control valve 19.
  • the mode of operation of the internal combustion engine 1 is determined by an electronic control unit 21, which is preferably designed as an engine control unit of the internal combustion engine 1, namely as a so-called engine control unit (ECU).
  • the electronic control unit 21 includes the usual components of a microcomputer system, such as a
  • Memory chips are the relevant for the operation of the internal combustion engine 1 operating data applied in maps / curves. About this calculates the electronic control unit 21 from input variables output variables.
  • the following input variables are shown by way of example in FIG. 1: A measured, still unfiltered high pressure p which prevails in the high-pressure accumulator 13 and is measured by means of a high-pressure sensor 23, a current engine rpm n l5 a signal FP for output specification by an operator of the internal combustion engine 1, and a Input quantity E.
  • the input quantity E preferably comprises further sensor signals, for example a charge air pressure of an exhaust gas turbocharger.
  • Injection system 3 with individual memories 17 is an individual accumulator pressure p E, preferably an additional input variable of the control unit 21.
  • Figure 1 are as outputs of the electronic control unit 21, for example, a signal PWMSD for controlling the suction throttle 9 as the first pressure actuator, a signal ve for controlling the injectors 15 - which in particular an injection start and / or a spray end or an injection duration dictates - a signal PWMDRV for controlling the pressure regulating valve 19 as a second pressure actuator and an output variable A shown.
  • a signal PWMSD for controlling the suction throttle 9 as the first pressure actuator
  • a signal ve for controlling the injectors 15 - which in particular an injection start and / or a spray end or an injection duration dictates -
  • a signal PWMDRV for controlling the pressure regulating valve 19 as a second pressure actuator and an output variable A shown.
  • PWMDRV pulse width modulated signal
  • the output A is representative of other control signals for controlling and / or regulating the
  • Internal combustion engine 1 for example for a control signal to activate a second
  • Fig. 2 shows a first schematic representation of an embodiment of the method. It is a first high pressure control loop 25 is provided on the in a normal operation of the
  • the first high-pressure control circuit 25 has as an input variable a desired high-pressure ps for the injection system 3. This is preferably read as a function of a speed of the internal combustion engine 1, a load or torque request to the internal combustion engine 1 and / or in dependence of further, in particular a correction serving sizes from a map. Further input variables of the first high-pressure control loop 25 are, in particular, a measured rotational speed n!
  • the first high-pressure control circuit 25 has, in particular, the high pressure p measured by the high-pressure sensor 23, which is preferably subjected to a first filtering with a larger time constant Ist high-pressure pi to determine, while it is preferably subjected to a second filtering with a smaller time constant to calculate a dynamic rail pressure pdyn.
  • These two pressure values pi, pdyn represent further output variables of the first high-pressure control loop 25.
  • the control of the pressure control valve 19 is shown.
  • a first switching element 27 is preferably provided, with which it is possible to switch over between the normal mode and a first mode of a protective mode as a function of a first logic signal SIG1.
  • the switching element 27 is completely realized on electronic or software level.
  • the functionality described below is preferably switched depending on the value of a variable corresponding to the first logical signal SIG1, which is configured in particular as a so-called flag and can assume the values "true” or "false".
  • the switching element 27 is designed as a real switch, for example as a relay. This switch may then be switched, for example, depending on a level of an electrical signal. In the embodiment illustrated here, normal operation is set when the first logic signal SIG1 has the value "false" (False)
  • Protection mode is set when the first logic signal SIG1 is true.
  • a second switching element 29 is provided which is set up to switch the actuation of the pressure regulating valve 19 from the normal function into the standstill function and back.
  • the second switching element 29 is controlled as a function of a second logic signal SIG2 or the value of a corresponding variable.
  • Switching element 29 can be configured as a virtual, in particular software-based, switching element which switches between the normal function and the standstill function as a function of the value of a variable designed in particular as a flag.
  • the second switching element is designed as a real switch, for example as a relay, which switches in response to a signal value of an electrical signal.
  • the second logical signal SIG2 corresponds to a state variable which can assume the values 1 for a first state and 2 for a second state.
  • the normal function for the pressure control valve is set when the second logical signal SIG2 assumes the value 2, wherein the standstill function is set when the second logical signal SIG2 assumes the value 1.
  • Calculator 31 as inputs the instantaneous speed ni, the target injection quantity Qs, the target high pressure ps, the dynamic rail pressure payn, and the actual high pressure pi enter.
  • the mode of operation of the calculation element 31 is described in detail in the German patent specifications DE 10 2009 031 528 B3 and DE 10 2009 031 527 B3. This shows
  • a positive value for a static setpoint volumetric flow is calculated, while in a normal operating range, a static setpoint volumetric flow of 0 is calculated.
  • the static setpoint volumetric flow is preferably corrected by adding up a dynamic set volumetric flow, which in turn is corrected via a dynamic correction as a function of the desired high pressure ps, the actual high pressure p ! and the dynamic rail pressure pdyn is calculated.
  • the calculated setpoint volumetric flow Vs, ber is the sum of the static setpoint volumetric flow and the dynamic setpoint volumetric flow.
  • the calculated nominal volume flow Vs.ber is thus a resulting nominal volume flow.
  • the calculated setpoint volume flow Vs is transferred as a setpoint volumetric flow Vs to a pressure control valve characteristic map 33.
  • the pressure control valve characteristic map 33 forms - as in the German Patent DE 10 2009 031 528 B3 described - an inverse characteristic of
  • Pressure control valve 19 from. Output variable of this map is a pressure control valve target current Is, input variables are the target volumetric flow Vs to be diverted and the actual high pressure pr.
  • the desired volume flow Vs is not calculated by means of the calculation element 31, but is set constant during normal operation.
  • the pressure regulating valve target current Is is supplied to a current regulator 35, which has the task of regulating the current for controlling the pressure regulating valve 19.
  • Further input variables of the current regulator 35 are, for example, a proportional coefficient kp 1; DRV and an ohmic resistance RI , DRV of the pressure regulating valve 19.
  • the output of the current regulator 35 is a setpoint voltage Us for the pressure regulating valve 19, which is determined by reference to an operating voltage U B converted in a conventional manner in a duty cycle for the pulse width modeled signal PWMDRV for controlling the pressure control valve 19 and this in the
  • Normal function that is, when the second logical signal SIG2 is 2, is supplied.
  • the current at the pressure regulating valve 19 is measured as a current variable I DRV , filtered in a current filter 37 and fed back to the current regulator 35 as a filtered actual current Ii.
  • the duty cycle PWMDRV of the pulse width modeled signal for controlling the pressure regulating valve 19 is calculated in a conventional manner according to the following equation from the setpoint voltage Us and the operating voltage U B :
  • the switching element 27 switches from the normal mode to the first mode of the protective mode, under which conditions this is the case will be explained with reference to FIG
  • the pressure regulating valve 19 is also actuated here with the nominal volumetric flow V s , at least as long as the normal function is set by the switching element 29.
  • the right side of the switching element 27 results in FIG
  • the nominal volume flow Vs is calculated differently in the first operating mode of the protective mode than in the normal mode, namely via a second
  • the setpoint volume flow Vs is set identical in this case with a limited output volume flow V R of a pressure regulating valve pressure regulator 41. This corresponds to the upper one
  • the pressure control valve pressure regulator 41 has as
  • Input is a high pressure control deviation ⁇ ⁇ , which is calculated as the difference between the desired high pressure ps and the actual high pressure pi. Further input variables of the
  • Pressure control valve pressure regulator 41 are preferably a maximum flow rate V max for the Pressure control valve 19, the calculated in the calculation member 31 target volume flow Vs.ber and / or a proportional coefficient kpoRv- the pressure regulating valve pressure regulator 41 is
  • Volume flow V max preferably an output of a two-dimensional curve 43, which has the pressure control valve 19 maximum permeating volume flow as a function of the high pressure, wherein the characteristic curve 43 receives as input the actual high-pressure pi.
  • Output variable of the pressure regulating valve-pressure regulator 41 is an unlimited volume flow Vu, which is limited in a limiting element 45 to the maximum flow rate V max .
  • the limiting element 45 finally outputs the limited nominal volume flow V R as output variable. With this as a target volume flow Vs then the pressure control valve 19 is controlled by the target volume flow Vs in the manner already described the
  • Pressure control valve map 33 is supplied.
  • Verbundglieds 51 fed to the other input the negative represented by a negative value of a variable MS is fed, wherein the variable MS has the value "true” when the internal combustion engine 1 is, and the value "false" when the
  • the output of the first rounding member 51 also jumps from "false” to "true", so that the value of the first logical signal SIG1 becomes “true.” This value is fed back to the first estimator 49, but this does not change the fact that whose output remains "true”. Even a drop of the dynamic rail pressure pdyn below the first pressure limit pci can not change the truth value of the first logical signal SIG1. Rather, it remains “true” until the variable MS and thus also its negation change its truth value, namely when the internal combustion engine 1 no longer operates.
  • the second operating mode of the protective mode is explained below:
  • the second logical signal SIG2 assumes the value 1.
  • the second switching element 29 is arranged in its upper switching position shown in Figure 2, thereby a standstill function for the pressure control valve 19 is set.
  • the pressure control valve 19 is not activated, that is, the signal PWMDRV is set to 0. Since a normally open
  • Pressure control valve 19 is used, this now permanently controls a maximum fuel flow from the high-pressure accumulator 13 into the fuel reservoir 7 from.
  • the normal function for the pressure regulating valve 19 is set, as already explained, and this is controlled by means of the nominal volume flow Vs and the signal PWMDRV calculated therefrom.
  • the pressure regulating valve 19 is preferably designed so that it is formed without pressure and normally closed, wherein it is further configured so that it is at a pressure applied on the input side to a
  • Opening pressure value is closed, wherein it opens when the pressure applied on the input side reaches or exceeds the opening pressure value in the de-energized state.
  • Opening pressure value may be, for example, 850 bar.
  • the standstill function is symbolized by a first circle K 1, the normal function being symbolized at the top right with a second circle K 2.
  • a first arrow PI represents a transition between the standstill function and the normal function, wherein a second arrow P2 represents a transition between the normal function and the standstill function.
  • a third arrow P3 an initialization of the internal combustion engine 1 is indicated after the start, wherein the pressure control valve 19 is first initialized in the standstill function. Only when at the same time a running operation of the internal combustion engine 1 is detected and the actual high pressure p ! exceeds a starting value p St , the normal function is set for the pressure regulating valve 19 - along the arrow PI - and the standstill function is reset.
  • Normal function is reset and the standstill function is set along the arrow P2 when the dynamic rail pressure pdyn exceeds a second pressure limit po 2 , or when a defect of a high pressure sensor - represented here by a logical variable HDSD - is detected, or if it is detected that the Internal combustion engine 1 is.
  • the pressure control valve 19 is not activated, wherein it is in the Normal function - as explained in connection with Figure 2 - is controlled by means of the target volume flow Vs.
  • Standstill function arranged so that it is pressureless and de-energized, so closed.
  • Form high-pressure accumulator which eventually exceeds the starting value ps t .
  • This is preferably lower than the opening pressure value of the pressure regulating valve 19, so that for this first the normal function is set before it opens.
  • the pressure regulating valve 19 is activated in every case when it first opens. Since it is closed without pressure, it remains closed under control further until the actual high pressure pi also exceeds the ⁇ ffhungstikwert, wherein it then opens and is driven in the normal function, either in normal operation or in the first mode of protection operation.
  • the standstill function for the pressure control valve 19 is again set. This is particularly the case when the dynamic rail pressure p d yn exceeds the second pressure limit P G2 , which is preferably selected to be greater than the first pressure limit p d and in particular has a value at which open in a conventional embodiment of the injection system, a mechanical pressure relief valve would. Since the pressure control valve 19 is normally open under pressure, this opens completely in the standstill function in this case and so safely and reliably fulfills the function of a pressure relief valve.
  • the transition from the normal function to the standstill function also occurs when a defect in the high pressure sensor 23 is detected. If there is a defect here, the high pressure in the high-pressure accumulator 13 can no longer be regulated. In order to still operate safely the internal combustion engine 1, the transition from the normal function in the
  • Standstill function for the pressure control valve 19 brought about, so this opens and thus prevents an impermissible increase in the high pressure. Furthermore, the transition from the normal function to the standstill function in a case in which a stoppage of the internal combustion engine 1 is detected. This corresponds to a reset of the pressure control valve 19, so that when a restart of the internal combustion engine 1 of the cycle described here can start again.
  • the pressure control valve 19 - unlike in the prior art - has only two states, namely the standstill function and the normal function, these two states are fully sufficient to the entire relevant functionality of the pressure control valve 19 including the protective function for replacing a mechanical Represent overpressure valve.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the pressure regulating valve pressure regulator 41, which is designed here as P ⁇ DT ⁇ pressure regulator. It turns out that the output Vu of the
  • Pressure control valve pressure regulator 41 consists of three summed controller shares, namely a proportional share A P , an integral portion Ai, and a differential share ADTI- These three shares are in a summation point 53 to each other to the unlimited
  • the proportional component A P represents the product of the control deviation ⁇ multiplied by the value -1 in a multiplication point 55
  • the integrating component ⁇ ⁇ results from the sum of two summands.
  • the first addend is the current integral component A t delayed by one sampling step T a .
  • the second summand is the product of an amplification factor T2 DRV and the sum of the current control deviation ⁇ ⁇ delayed by one sampling step, multiplied again by the factor -1 in the multiplication point 55.
  • the sum of both summands is limited to the maximum volume flow V max in a limiting element 57.
  • the amplification factor T2 DRV is calculated according to the following formula, in which tnoRv is a reset time: " _ 64 kp DRV T a .
  • the integrating component Ai depends on whether the dynamic rail pressure pdyn has first reached the first pressure limit P GI after the start of the internal combustion engine 1. If this is the case, the first logic signal SIG1 assumes the value "true", and a switching element 59 shown in Figure 5 switches to its lower switch position In this switch position, the integrating component Ai is identical to the output signal of the limiting element 57, that is the integrating component Ai is limited to the maximum volume flow V max . If a standstill of the internal combustion engine 1 is detected, the first logical signal SIG1 assumes the value "false", as already explained in connection with FIG. 3, and the switching element 59 changes to its upper switch position. The integrating component Ai is set in this case to the calculated volume flow Vs, t > er. Thus, the calculated target volumetric flow s.ber the initialization value of the integrating portion A ⁇ represents in the case that the
  • Pressure control valve pressure regulator 41 is activated when the dynamic rail pressure p ⁇ iyn exceeds the first pressure limit p d .
  • the calculation of the differential component A DTI is shown in the lower part of FIG. This share is the sum of two products.
  • the first product results from a multiplication of the factor T4 DRV by the one-sample delayed differential component A DT1 .
  • the second product results from the multiplication of the factor T3 D RV with the difference of the control deviation e p multiplied by the factor -1 and the control deviation ⁇ delayed accordingly by one sampling step and multiplied by the factor -1.
  • the factor T3 DRV is calculated according to the following equation, in which tvoRv a
  • Lead time and tlo R v is a delay time:
  • the factor T4 DRV is calculated according to the following equation:
  • the gain factors T2DRV and T3DRV depend on the proportional coefficient kp DR v.
  • the gain factor T2DRV additionally depends on the reset time ÜI D RV, the gain factor T3DRV on the derivative time tv DR v and the delay time Ü DRV.
  • the amplification factor r4 DR v also depends on the delay time Ü DRV.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a logic for calculating the value of a third logic signal SIG3 which is used to ensure that in the first and in the second operating mode of the protective operation, the suction throttle 9 is actuated to a permanently open operation. This procedure will be explained in more detail in connection with FIG. The value of the third logical signal SIG3 results from a second one
  • the third logical signal SIG3 is initially initialized with the value "false" at the start of the internal combustion engine 1.
  • the result of a second comparator element 65 in which it is checked whether the dynamic air pressure pa yn is greater than or equal to a first input of a second Veroderungsglieds 63 same as the first
  • Comparator element 65 or the comparison element 67 assumes the value "true.” So that the output of the second Verologungsglieds 63 assumes the value "true”, at least one of the following conditions must be satisfied: The dynamic pressure p ⁇ jyn must be the first
  • the output of the second Verologungsglieds 63 enters a first input of a third Veroderungsglieds 69, in whose second input the value of the third logical signal SIG3 received. Since this is originally initialized with the value "false", the output of the third Verert réellesglieds 69 the value "false” until the output of the second If this is the case, then the output of the third Verologungsglieds 69 jumps to the value "true".
  • suction throttle 9 is to be opened permanently only in the second operating mode of the protective operation, this can be achieved by using the second pressure limit value po 2 instead of the first pressure limit value p 0 in the second comparator element 65 and comparing it with the dynamic rail pressure p dyn.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the first high-pressure control loop 25 including a switching element 71 for displaying the permanently opened operation of the suction throttle 9 in the first and second operating modes of the protective operation, wherein the third logic signal SIG3 is received in the switching element 71 for its control, the calculation thereof has been described in connection with FIG. It is possible that the switching element 71 is designed as a software switch, ie as a purely virtual switch, as already described in connection with FIGS
  • Switching elements 27, 29 has been described.
  • the switching element 71 is formed as an actual switch, for example as a relay.
  • an input variable of the high pressure control loop 25 is the desired high pressure ps, which is compared with the actual high pressure pi for calculating the control deviation ep.
  • This control deviation ⁇ ⁇ is an input variable of a high-pressure regulator 73, preferably as is executed.
  • Another input variable of the high-pressure regulator 73 is preferably a proportional coefficient kpsD output variable of the high-pressure regulator 73 is a
  • This nominal fuel consumption VQ is calculated in a calculation element 77 as a function of the rotational speed ni and the desired injection quantity Q s and represents a disturbance variable of the first high-pressure control loop 25.
  • the sum of the output variable V S D of the high-pressure regulator 73 and the disturbance variable VQ results an unlimited fuel nominal volume flow VU.SD- This is in a limiting element 79 in
  • This suction throttle setpoint current I S , SD represents the input variable of a suction throttle current regulator 83, which has the task of regulating the suction throttle flow through the suction throttle 9.
  • Input variable of the suction throttle current regulator 83 is inter alia an actual suction throttle current I ⁇ SD - output variable of the suction throttle current regulator 83 is a suction throttle target voltage U S. SD , which finally in a calculation element 85 in a conventional manner in a
  • Duty cycle of a pulse width modulated signal PWMSD for the suction throttle 9 is converted.
  • the suction throttle is controlled, the signal thus acts on a total of a controlled system 87, which in particular the suction throttle 9, the high-pressure pump 11, and the high-pressure accumulator 13 has.
  • the Saugdrosselstrom is measured, resulting in a raw measurement I R, SD , which is filtered in a current filter 89.
  • the power filter 89 is
  • Output variable of this filter is the actual intake throttle flow I ⁇ SD , which in turn is the Saugdrossel current regulator 83 is supplied.
  • the controlled variable of the first high pressure control loop 25 is the high pressure in the
  • High-pressure accumulator 13 Raw values of this high-pressure p are measured by the high-pressure sensor 23 and filtered by a first high-pressure filter element 91, which has the actual high-pressure pi as output variable. In addition, the raw values of the high pressure p are filtered by a second high pressure filter element 93 whose output is the dynamic rail pressure pdyn. Both filters are preferably implemented by a PTj algorithm, with a
  • Time constant of the first high pressure filter element 91 is greater than a time constant of the second high pressure filter element 93.
  • the second high pressure filter element 93 is formed as a faster filter than the first high pressure filter element 91.
  • the time constant of the second high-pressure filter element 93 can also be identical to the value zero, so that then the dynamic rail pressure pdyn corresponds to the measured raw values of the high pressure p or is identical to these. With the dynamic rail pressure pdyn is thus one high dynamic value for the high pressure before, which in particular is always needed when a rapid response to certain events occurring must occur.
  • the suction throttle target current I S, SD is no longer identical to the characteristic Suction inductor current I KL, SD , but rather is equated with a suction throttle emergency current I N, SD
  • the suction throttle emergency power I N, SD preferably has a predetermined, constant value, for example 0 A, in which case the preferably normally open suction throttle 9 is opened at most wide, or he has a small compared to a maximum closed position of the suction throttle 9 current value,
  • the intake throttle emergency power I NISD and the associated opening of the intake throttle 9 reliably prevents the internal combustion engine 1 from stopping when operated in the second operating mode of the protection operation with the pressure control valve 19 open to the maximum.
  • the opening of the suction throttle 9 thereby causes that even in a medium to low speed range still sufficient fuel can be promoted in the high-pressure accumulator 13, so that operation of the internal combustion engine 1 without stalling is possible.
  • a double control of the high pressure on the one hand via the suction throttle and on the other hand via the pressure control valve is prevented in this way.
  • Internal combustion engine 1 is possible to perform a stable pressure control even when the first high-pressure control circuit 25 can no longer take over the pressure control, and alternatively or additionally, a mechanical pressure relief valve can be saved because its functionality is taken over by the pressure control valve 19.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Einspritzsystem (3) mit einem Hochdruckspeicher (13), wobei ein Hochdruck in dem Hochdruckspeicher (13) über eine niederdruckseitige Saugdrossel (9) als erstem Druckstellglied in einem ersten Hochdruck-Regelkreis (25) geregelt wird, wobei in einem Normalbetrieb eine Hochdruck-Störgröße über ein hochdruckseitiges Druckregelventil (19) als zweitem Druckstellglied erzeugt wird, über welches Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (13) in ein Kraftstoff-Reservoir (7) abgesteuert wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Hochdruck in einem Schutzbetrieb mittels des Druckregelventils (19) über einen zweiten Hochdruck-Regelkreis (39) geregelt wird, oder dass in dem Schutzbetrieb dauerhaft über das Druckregelventil (19) ein maximaler Kraftstoff-Volumenstrom aus dem Hochdruckspeicher (13) in das Kraftstoff-Reservoir (7) abgesteuert wird.

Description

BESCHREIBUNG Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Einspritzsystem für eine
Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 , ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 6, und eine
Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 10.
Aus der deutschen Patentschrift DE 10 2009 031 529 B3 geht ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Einspritzsystem hervor, wobei das Einspritzsystem einen gemeinsamen Hochdruck-Speicher, nämlich ein sogenanntes Rail aufweist, sodass das
Einspritzsystem als Common-Rail-System ausgebildet ist. Ein Hochdruck in dem
Hochdruckspeicher wird über eine niederdruckseitige Saugdrossel als erstem Druckstellglied in einem Hochdruck-Regelkreis geregelt. Es wird eine Hochdruck-Störgröße über ein
hochdruckseitiges Druckregelventil als zweites Druckstellglied erzeugt, wobei über das
Druckregelventil Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in ein Kraftstoff-Reservoir abgesteuert wird. Dabei ist vorgesehen, dass das Druckregelventil bei einer gesetzten Schutzfunktion temporär in Öffnungsrichtung maximal angesteuert wird. Die Schutzfunktion wird gesetzt, wenn ein dynamischer Hochdruck einen vorgegebenen Druckgrenzwert überschreitet. Durch das Ansteuern des Druckregelventils in Richtung einer maximalen Öffnung kann ein weiteres Ansteigen des Raildrucks temporär verhindert werden. Nach Ablauf einer vorgegebenen
Zeitspanne wird die Schutzfunktion zurückgesetzt. Ein erneutes Setzen der Schutzfunktion ist dann nur möglich, wenn der vorgegebene Druckgrenzwert wiederum überschritten wird, wobei zugleich die Schutzfunktion erneut freigeschaltet ist. Das Freischalten wird über eine spezielle Variable bewirkt, die erst dann auf einen Freischaltwert gesetzt wird, wenn der Hochdruck nach aktivierter und anschließend zurückgesetzter Schutzfunktion einen vorgegebenen
Hysteresedruckwert unterschreitet.
Bei dieser Ansteuerung der Druckregelfunktion tritt der Nachteil auf, dass die Schutzfunktion beispielsweise bei einem Kabelbruch des Saugdrosselsteckers periodisch aktiviert wird, wenn eine stromlos offene Saugdrossel verwendet wird. In diesem Fall wird nämlich die Saugdrossel dauerhaft in geöffnetem Zustand betrieben, wodurch eine maximale Kraftstoffmenge in den Hochdruckspeicher gefördert wird, und zwar umso mehr, je höher die Drehzahl der
Brennkraftmaschine ist. Dies führt zu einem Ansteigen des Hochdrucks, welches gestoppt wird, wenn das Druckregelventil öffnet. Da jedoch die Schutzfunktion nur temporär aktiv ist, fällt der Hochdruck zunächst ab und steigt wieder an, wenn die Schutzfunktion zurückgesetzt wird, da über die Saugdrossel ständig Kraftstoff nachgefördert wird. In der Folge wird die Schutzfunktion wieder aktiviert, wodurch der Raildruck wieder abfallt, wobei sich das hier aufgezeigte Schema in der Folge periodisch fortsetzt. Ergebnis ist ein periodisch schwankender Hochdruck, was zu einem unruhigen Motorlauf führt. Außerdem verschlechtert sich das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine, da der Hochdruck bei ansprechender Schutzfunktion nicht mehr geregelt wird und somit stark von einem vorgesehenen Sollwert abweichen kann.
Es zeigt sich weiterhin, dass das bekannte Einspritzsystem ein mechanisches Überdruckventil aufweist, welches bei Überschreiten eines weiteren, typischerweise höheren Druckgrenzwerts öffnet und somit einen unzulässig hohen Druckanstieg in dem Hochdruckspeicher unabhängig von einer elektronischen Ansteuerung auf rein mechanischem Weg sicher verhindert. Neben dem Überdruckventil selbst müssen Leitungen vorgesehen sein, welche dieses einerseits mit dem Hochdruckspeicher und andererseits mit dem Kraftstoff-Reservoir verbinden. Diese Teile erfordern Bauraum und tragen zu den Kosten des Einspritzsystems bei. Es ist daher
wünschenswert, das Überdruckventil und die damit verbundenen Leitungen einsparen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, welches wenigstens einen der genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll es mithilfe des Verfahrens möglich sein, die Brennkraftmaschine vor einem unzulässigen Anstieg des Hochdrucks zuverlässig zu schützen und nach Möglichkeit zugleich einen stabilen Hochdruck für ein verbessertes
Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Einspritzsystem sowie eine Brennkraftmaschine zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Dabei ist gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens vorgesehen, dass der Hochdruck in einem Schutzbetrieb durch das Druckregelventil über einen zweiten Druckregelkreis geregelt wird. Damit ergibt sich Folgendes: Der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher wird in einem Normalbetrieb über die niederdruckseitige Saugdrossel als erstem Druckstellglied in einem ersten Hochdruck-Regelkreis geregelt, wobei in dem
Normalbetrieb über das Druckregelventil eine Hochdruck-Störgröße als zweites Druckstellglied erzeugt wird. In dem Schutzbetrieb wird der Hochdruck dagegen mittels des Druckregelventils über den zweiten Druckregelkreis geregelt. Dadurch ist es möglich, dass auch bei einem Ausfall des ersten Hochdruckregelkreises - insbesondere bei einem Ausfall der Saugdrossel als erstem Druckstellglied, beispielsweise aufgrund eines Kabelbruchs, eines vergessenen Aufsteckens des Saugdrosselsteckers, einem Klemmen oder Verdrecken der Saugdrossel, oder einem anderen Fehler oder Defekt in dem ersten Hochdruck-Regelkreis - noch eine Regelung des Hochdrucks möglich ist, nämlich über den zweiten Hochdruck-Regelkreis und mittels des Druckregelventils. Zum einen kann so das Einspritzsystem vor einem unzulässig hohen Hochdruck geschützt werden, zum anderen wird ein periodisches Schwanken des Hochdrucks vermieden. Dieser wird vielmehr durch den zweiten Hochdruck-Regelkreis auf seinen Sollwert geregelt, sodass keine Verschlechterung des Emissionsverhaltens der Brennkraftmaschine auftritt.
Es wird auch eine zweite Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Druckregelventil in einem Schutzbetrieb dauerhaft geöffnet wird. Dies bedeutet insbesondere, dass dauerhaft über das Druckregelventil ein großer, vorzugsweise ein maximaler Kraftstoff- Volumenstrom aus dem Hochdruckspeicher in das Kraftstoff-Reservoir abgesteuert wird. Das heißt insbesondere, dass das Druckregelventil in dem Schutzbetrieb in Richtung einer maximalen Öffnung angesteuert wird. Besonders bevorzugt wird das
Druckregelventil in dem Schutzbetrieb maximal weit geöffnet. Je nachdem, ob das
Druckregelventil stromlos offen oder stromlos geschlossen ausgebildet ist, wird es dabei bevorzugt mit einem großen, vorzugsweise maximalen Ansteuerstrom angesteuert, oder mit einem kleinen Ansteuerstrom, vorzugsweise nicht bestromt. Der dabei tatsächlich das
Druckregelventil durchsetzende Kraftstoff- Volumenstrom hängt selbstverständlich von dem Hochdruck in dem Hochdruckspeicher ab, wobei der Begriff„maximaler
Kraftstoffvolumenstrom" sich darauf bezieht, dass das Druckregelventil soweit wie möglich geöffnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird ein unzulässig hoher Hochdruck in dem
Hochdruckspeicher nicht nur temporär, sondern dauerhaft rasch und zuverlässig abgebaut, sodass das Einspritzsystem wirksam und zuverlässig geschützt ist.
Im Rahmen des Verfahrens wird bevorzugt auf die Verwendung eines mechanischen
Überdruckventils verzichtet. Es wird also insbesondere bevorzugt kein mechanisches Überdruckventil mehr verwendet. Dabei ist es aufgrund des zuverlässigen und effektiven Schutzes des Einspritzsystems vor einem unzulässig hohen Hochdruck in dem Schutzbetrieb möglich, das mechanische Überdruckventil wegzulassen, sodass der mit diesem und den entsprechenden Leitungen verbundene Bauraum eingespart werden kann, wobei auch Kosten für das Einspritzsystem entfallen, sodass dieses insgesamt günstiger ausgebildet sein kann.
Bevorzugt wird eine Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher die erste und die zweite Ausführungsform miteinander kombiniert sind, sodass sie zusätzlich zueinander verwirklicht werden. Diese Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich demnach dadurch aus, dass der Hochdruck in einer ersten Betriebsart des Schutzbetriebs mittels des Druckregelventils über den zweiten Hochdruckregelkreis geregelt wird, wobei das Druckregelventil in einer zweiten
Betriebsart des Schutzbetriebs dauerhaft geöffnet wird, wobei bevorzugt dauerhaft über das Druckregelventil ein maximaler Kraftstoff- Volumenstrom aus dem Hochdruckspeicher in das Kraftstoff-Reservoir abgesteuert wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass in der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs noch eine Regelung des Hochdrucks möglich ist, wobei in der zweiten Betriebsart eine sichere und zuverlässige Verhinderung eines unzulässig hohen Hochdrucks in dem
Hochdruckspeicher dauerhaft gewährleistet ist. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Betriebsart des Schutzbetriebs verwirklicht wird, wenn der Hochdruck zwischen einem ersten, niedrigeren Druckgrenzwert und einem zweiten, höheren Druckgrenzwert liegt, wobei in diesem Druckbereich noch eine stabile Regelung des Hochdrucks möglich ist, wobei die zweite
Betriebsart in einem Druckbereich oberhalb des zweiten, höheren Druckgrenzwerts verwirklicht wird, bei welcher ohne Absteuerung des Kraftstoff- Volumenstroms aus dem Hochdruckspeicher in das Kraftstoff-Reservoir eine Beschädigung des Einspritzsystems durch einen unzulässig hohen Druck gegeben wäre. In diesem Fall ermöglicht die erste Betriebsart eine Druckregelung beispielsweise auch bei Ausfall des ersten Hochdruck-Regelkreises, wobei die zweite Betriebsart einen sicheren und zuverlässigen Schutz für das Einspritzsystem bei unzulässig hohem
Druckanstieg gewährleistet, sodass insbesondere auf ein mechanisches Überdruckventil verzichtet werden kann. Der Hochdruckspeicher ist vorzugsweise als gemeinsamer Hochdruckspeicher ausgebildet, mit dem eine Mehrzahl von Injektoren in Fluidverbindung stehen. Ein solcher Hochdruckspeicher wird auch als Rail bezeichnet, wobei das Einspritzsystem bevorzugt als Common-Rail- Einspritzsystem ausgestaltet ist. Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine erste Betriebsart des Schutzbetriebs gesetzt wird, wenn der Hochdruck einen ersten
Druckgrenzwert erreicht oder überschreitet. Dabei übernimmt in der ersten Betriebsart das Druckregelventil die Regelung des Hochdrucks. Die hier angesprochene erste Betriebsart entspricht also der zuvor angesprochenen ersten Betriebsart des Schutzbetriebs, wobei die hier angesprochene Ausführungsform unabhängig davon realisiert sein kann, ob tatsächlich auch eine zweite Betriebsart existiert. Insoweit dient hier die Bezeichnung„erste Betriebsart" lediglich zur Unterscheidung von der als„zweiten Betriebsart" bezeichneten Betriebsart, wobei nicht zwingend beide Betriebsarten vorgesehen sein müssen. Indem die erste Betriebsart gesetzt wird, wenn der Hochdruck den ersten Druckgrenzwert erreicht oder überschreitet, wird gewährleistet, dass diese Betriebsart stets dann - und vorzugsweise nur dann - aktiviert wird, wenn eine Fehlfunktion in dem ersten Hochdruck-Regelkreis vorliegt. Hierzu wird der erste
Druckgrenzwert bevorzugt so gewählt, dass er höher ist als ein typischerweise im fehlerfreien Betrieb des Einspritzsystems realisierter, höchster Druckwert für den Hochdruck. Bei einem konkreten Einspritzsystem einer konkreten Brennkrafbnaschine ist es beispielsweise möglich, dass der Hochdruck typischerweise im Betrieb auf einen Wert von 2200 bar geregelt wird. Dabei ist eine Druckreserve für allfällig auftretende Druckschwankungen bis zu 2300 bar vorgesehen. In diesem Fall wird der erste Druckgrenzwert vorzugsweise zu 2400 bar gewählt, um zu vermeiden, dass die erste Betriebsart aktiviert wird, ohne dass eine Fehlfunktion des ersten Hochdruck-Regelkreises vorliegt. Tritt allerdings eine solche Fehlfunktion auf- beispielsweise ein Kabelbruch in dem Saugdrosselstecker, ein Klemmen der Saugdrossel, ein Verdrecken derselben, oder ein vergessenes Aufstecken des Saugdrosselsteckers - kann der Hochdruck insbesondere in einem höheren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine über das vorgesehene Reserveniveau ansteigen, insbesondere wenn die Saugdrossel stromlos offen ausgebildet ist. In diesem Fall erreicht oder überschreitet der Hochdruck den ersten Druckgrenzwert, und das
Druckregelventil übernimmt die Regelung des Hochdrucks. Es ist dann trotz Ausfall des ersten Hochdruck-Regelkreises noch eine stabile Regelung des Hochdrucks möglich, sodass keine Verschlechterung des Emissionsverhaltens der Brennkraftmaschine auftritt, wobei diese zugleich zuverlässig vor einem unzulässigen Anstieg des Hochdrucks geschützt ist.
Zum Vergleich mit dem ersten Druckgrenzwert wird vorzugsweise ein dynamischer Raildruck verwendet, welcher aus einer Filterung des mittels eines Hochdrucksensors gemessenen
Hochdrucks insbesondere mit einer vergleichsweisen kurzen Zeitkonstante resultiert. Alternativ ist es aber auch möglich, den gemessenen Hochdruck direkt mit dem ersten Druckgrenzwert zu vergleichen. Die Filterung hat demgegenüber den Vorteil, dass - wenn auch selten auftretende - Überschwinger über den ersten Druckgrenzwert nicht direkt zu einem Setzen der ersten
Betriebsart führen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Stellgröße für das
Druckregelventil in der ersten Betriebsart in Abhängigkeit des Hochdrucks begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass das Druckregelventil nicht weiter geöffnet wird, als es für eine bei gegebenem Hochdruck überhaupt maximal sinnvolle Absteuerung nötig ist. Auf diese Weise kann eine Übersteuerung des Druckregelventils vermieden werden. Zur Begrenzung der Stellgröße wird vorzugsweise auf eine Kennlinie zurückgegriffen, durch welche ein maximaler Volumenstrom des Druckregelventils in Abhängigkeit von dem Hochdruck hinterlegt ist.
Bei einem Schalten von dem Normalbetrieb in die erste Betriebsart des Schutzbetriebs wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ein integrierender Anteil eines Druckreglers des zweiten Hochdruck-Regelkreises, welcher zur Ansteuerung des Druckregelventils vorgesehen ist, mit einem Ansteuerwert initialisiert, welcher in dem Normalbetrieb unmittelbar vor dem Umschalten in den Schutzbetrieb zur Ansteuerung des Druckregelventils verwendet wurde. Auf diese Weise wird ein sanfter, störungsfreier und kontinuierlicher Übergang in der Druckregelung zwischen der Regelung durch den ersten Hochdruckregelkreis in dem
Normalbetrieb und der Regelung durch den zweiten Hochdruckregelkreis in dem Schutzbetrieb gewährleistet. Insbesondere wird auf diese Weise verhindert, dass Sprünge in dem Hochdruck auftreten, was zu einem instabilen Betrieb der Brennkraftmaschine führen würde.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine zweite Betriebsart des Schutzbetriebs gesetzt wird, wenn der Hochdruck einen zweiten Druckgrenzwert überschreitet. Dabei wird in der zweiten Betriebsart das Druckregelventil dauerhaft geöffnet, wobei bevorzugt über das Druckregelventil dauerhaft ein maximaler Kraftstoff- Volumenstrom aus dem Hochdruckspeicher in das Kraftstoff-Reservoir abgesteuert wird. Die zweite Betriebsart entspricht also der bereits oben beschriebenen zweiten Betriebsart, die alternativ, aber auch zusätzlich zu der ersten Betriebsart vorgesehen sein kann. Ist sie zusätzlich zu der ersten Betriebsart vorgesehen, ist der zweite Druckgrenzwert vorzugsweise größer als der erste Druckgrenzwert gewählt. Unabhängig davon, ob die zweite Betriebsart zusätzlich oder alternativ zu der ersten Betriebsart vorgesehen ist, ist der zweite Druckgrenzwert bevorzugt so gewählt, dass er einem Druck entspricht, der bei einer konventionellen Ausgestaltung des Einspritzsystems als Öffhungsdruck für ein mechanisches Überdruckventil gewählt würde. Bei dem zuvor in Zusammenhang mit der ersten Betriebsart angesprochenen konkreten Beispiel eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine würde der zweite
Druckgrenzwert beispielsweise bei 2500 bar liegen. Dies entspräche einem Druck, bei dem bei diesem konkreten Beispiel ein mechanisches Überdruckventil zur Öffnung ausgelegt würde. Dadurch, dass in der zweiten Betriebsart das Druckregelventil nicht nur temporär - wie aus dem Stand der Technik bekannt - sondern vielmehr dauerhaft einen großen, vorzugsweise einen maximalen Kraftstoff- Volumenstrom aus dem Hochdruckspeicher in das Kraftstoff-Reservoir absteuert, wird ein unzulässiges Ansteigen des Hochdrucks und damit eine Beschädigung des Einspritzsystems mittels des Druckregelventils zuverlässig vermieden. Dadurch kann das mechanische Überdruckventil entfallen. Dessen Funktion wird vielmehr vollständig durch das Druckregelventil nachgebildet.
Mit dem zweiten Druckgrenzwert wird bevorzugt ein dynamischer Raildruck verglichen, der durch Filterung insbesondere mit einer vergleichsweisen kurzen Zeitkonstante aus dem mittels eines Hochdrucksensors gemessenen Hochdruck gewonnen wird. Alternativ ist es aber auch möglich, dass direkt der gemessene Hochdruck mit dem zweiten Druckgrenzwert verglichen wird. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher sowohl die erste Betriebsart als auch die zrweite Betriebsart realisiert werden, ergibt sich folgendes Bild: Fällt der erste Hochdruck- Regelkreis aus, und steigt in der Folge dieses Ereignisses der Hochdruck in dem
Hochdruckspeicher an, wird dieser zunächst in einem Bereich zwischen dem ersten
Druckgrenzwert und dem zweiten Druckgrenzwert durch das Druckregelventil geregelt. Damit kann in diesem Bereich noch ein stabiler Betrieb der Brennkraftmaschine bei guten
Emissionswerten ermöglicht werden. Dies ist insbesondere der Fall in einem niedrigen bis mittleren Drehzahlbereich, in welchem aufgrund der niedrigen bis mittleren Drehzahl der Hochdruckpumpe selbst über eine vollständig geöffnete Saugdrossel eine noch mittels einer Regelung über das Druckregelventil beherrschbare Kraftstoffmenge aus dem Kraftstoff- Reservoir in den Hochdruckspeicher gefördert wird. Steigt dagegen der Hochdruck in dem
Hochdruckspeicher unzulässig hoch über den zweiten Druckgrenzwert hinaus an, beispielsweise in einem hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine, ist keine Druckregelung mehr über das Druckregelventil möglich. Dieses wird dann vielmehr in der zweiten Betriebsart möglichst vollständig geöffnet, sodass ein großer, bevorzugt maximaler Kraftstoffvolumenstrom in das Kraftstoff-Reservoir abgesteuert werden kann. Dies entspricht der Funktionalität des ansonsten vorgesehenen mechanischen Überdruckventils.
Dabei ist es möglich, dass die erste Betriebsart und die zweite Betriebsart sequentiell nacheinander durchlaufen werden, wobei beispielsweise bei Auftreten eines Defekts in dem ersten Hochdruckregelkreis bei zunächst geringer Drehzahl der Brennkraftmaschine die erste Betriebsart realisiert wird, wobei bei Ansteigen der Drehzahl dann schließlich die zweite Betriebsart verwirklicht wird. Es ist aber auch möglich, dass der Hochdruck in dem
Hochdruckspeicher schlagartig über den zweiten Druckgrenzwert ansteigt, wobei in diesem Fall die erste Betriebsart quasi übersprungen und sofort die zweite Betriebsart verwirklicht wird.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass für das Druckregelventil in dem Normalbetrieb eine Normalfunktion gesetzt wird, in welcher das Druckregelventil in Abhängigkeit von einem Soll- Volumenstrom angesteuert wird. In dem Normalbetrieb stellt die Normalfunktion dabei eine Betriebsweise für das Druckregelventil bereit, bei welcher dieses eine Hochdruck-Störgröße erzeugt, indem es Kraftstoff aus dem Hochdruck-Speicher in das Kraftstoff-Reservoir absteuert.
Bevorzugt wird für das Druckregelventil auch in der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs die Normalfunktion gesetzt, sodass das Druckregelventil in Abhängigkeit von einem Soll- Volumenstrom angesteuert wird. Der Normalbetrieb einerseits und die erste Betriebsart des Schutzbetriebs andererseits unterscheiden sich in diesem Fall in der Art und Weise, in welcher der Soll- Volumenstrom zur Ansteuerung des Druckregelventils berechnet wird: In dem Normalbetrieb wird der Soll- Volumenstrom bevorzugt aus einem statischen und einem dynamischen Soll- Volumenstrom berechnet. Der statische Soll- Volumenstrom wird wiederum bevorzugt in Abhängigkeit einer Soll-Einspritzmenge und einer Drehzahl der
Brennkraftmaschine über ein Soll- Volumenstrom-Kennfeld berechnet. Bei einer
momentenorientierten Struktur kann dabei anstelle der Soll-Einspritzmenge auch ein Soll- Moment oder eine Soll-Lastanforderung verwendet werden. Über den statischen Soll- Volumenstrom wird eine Konstantleckage nachgebildet, indem der Kraftstoff nur in einem Schwachlastbereich und in kleiner Menge abgesteuert wird. Von Vorteil ist dabei, dass keine signifikante Erhöhung der Kraftstofftemperatur und auch keine signifikante Verringerungen des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine auftreten. Durch die Nachbildung einer Konstantleckage für das Einspritzsystem über das Druckregelventil wird die Stabilität des Hochdruck- Regelkreises im Schwachlastbereich erhöht, was beispielsweise daran erkannt werden kann, dass der Hochdruck im Schubbetrieb etwa konstant bleibt. Der dynamische Soll- Volumenstrom wird über eine dynamische Korrektur in Abhängigkeit eines Soll-Hochdrucks und des Ist-Hochdrucks beziehungsweise der daraus abgeleiteten Regelabweichung berechnet. Ist die Regelabweichung negativ, beispielsweise bei einem Lastabwurf der Brennkraftmaschine, wird über den
dynamischen Soll-Volumenstrom der statische Soll-Volumenstrom korrigiert. Anderenfalls, also insbesondere bei positiver Regelabweichung, erfolgt keine Veränderung des statischen Soll- Volumenstroms. Über den dynamischen Soll- Volumenstrom wird einer Druckerhöhung des Hochdrucks entgegengewirkt, mit dem Vorteil, dass die Ausregelzeit des Systems nochmals verbessert werden kann.
Diese Vorgehensweise ist detailliert in der deutschen Patentschrift DE 10 2009 031 529 B3 beschrieben. Das Druckregelventil wird also in dem Normalbetrieb mithilfe des Soll- Volumenstroms derart angesteuert, dass es über die Nachbildung einer Konstantleckage die Stabilität des Hochdruck-Regelkreises erhöht und vermittels der Korrektur über den
dynamischen Soll- Volumenstrom die Ausregelzeit des Einspritzsystems verbessert.
In der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs wird der Soll- Volumenstrom dagegen in dem zweiten Hochdruck-Regelkreis - insbesondere durch einen Druckregelventil-Druckregler - berechnet. In diesem Fall stellt der Soll- Volumenstrom eine Stellgröße des zweiten Hochdruck- Regelkreises dar, und er dient der unmittelbaren Ausregelung des Hochdrucks.
Vorzugsweise ist eine Ansteuermimik für das Druckregelventil vorgesehen, welche als
Eingangsgröße den Soll-Volumenstrom aufweist. Es wird dann vorzugsweise mittels eines - gegebenenfalls virtuellen - Schalters beim Umschalten von dem Normalbetrieb in die erste Betriebsart des Schutzbetriebs von der Berechnung des Soll- Volumenstroms als resultierendem Volumenstrom aus dem statischen und dem dynamischen Soll- Volumenstrom umgeschaltet auf die Berechnung in dem zweiten Hochdruck-Regelkreis. Dabei wird bevorzugt der integrale Anteil des Druckregel ventil-Druckreglers des zweiten Hochdruck-Regelkreises beim
Umschalten mit dem zuletzt vor dem Umschalten berechneten, resultierenden Soll- Volumenstrom initialisiert, sodass eine störungsfreie, sanfte Umschaltung erfolgt. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt, dass für das Druckregelventil in der zweiten
Betriebsart des Schutzbetriebs eine Stillstandsfunktion gesetzt wird, wobei das Druckregelventil in der Stillstandsfunktion nicht angesteuert wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein Druckregelventil verwendet wird, welches stromlos offen ist. Dadurch, dass das
Druckregelventil dann in der Stillstandsfunktion nicht angesteuert, also nicht bestromt wird, ergibt sich eine maximale Öffnung desselben, sodass ein maximaler Kraftstoff- Volumenstrom aus dem Hochdruckspeicher in das Kraftstoff-Reservoir über das Druckregelventil abgesteuert wird. Auf diese Weise kann das Druckregelventil die Funktionalität eines ansonsten
vorgesehenen mechanischen Überdruckventils vollständig übernehmen, sodass auf das mechanische Überdruckventil verzichtet werden kann. Dabei hat die stromlos offene
Ausgestaltung des Druckregelventils den Vorteil, dass dieses zuverlässig auch dann vollständig öffnet, wenn es aufgrund eines Defekts nicht mehr bestromt wird.
Ein Übergang von der Normalfunktion in die Stillstandsfunktion wird vorzugsweise
durchgeführt, wenn der Hochdruck, insbesondere der dynamische Raildruck, den zweiten
Druckgrenzwert erreicht oder überschreitet, oder wenn ein Defekt des Hochdrucksensors erkannt wird. Ist der Hochdrucksensor defekt, kann der Hochdruck nicht mehr geregelt werden, und es ist auch nicht mehr möglich, einen unzulässig hohen Druck in dem Hochdruckspeicher zu erkennen. Aus Sicherheitsgründen wird daher in diesem Fall die Stillstandsfunktion für das Druckregelventil gesetzt, sodass dieses maximal öffnet und damit das Einspritzsystem in einen sicheren Zustand bringt, der einem Zustand entspricht, bei welchem im Stand der Technik das mechanische Überdruckventil geöffnet wäre. Es kann dann nicht mehr zu einer unzulässigen Erhöhung des Hochdrucks kommen. Bevorzugt wird die Stillstandsfunktion ausgehend von der Normalfunktion auch dann gesetzt, wenn ein Stillstand der Brennkraftmaschine festgestellt wird. Insbesondere wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine für eine vorherbestimmte Zeit unter einen vorherbestimmten Wert absinkt, wird ein Stillstand der Brennkraftmaschine erkannt, und die Stillstandsfunktion für das Druckregelventil wird gesetzt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Brennkraftmaschine abgestellt wird. Ein Übergang zwischen der Stillstandsfunktion und der Normalfunktion erfolgt bei einem Start der Brennkraftmaschine vorzugsweise dann, wenn festgestellt wird, dass die Brennkraftmaschine läuft, wobei zugleich der Hochdruck einen Start-Druckwert überschreitet. Es erfolgt also bevorzugt zunächst ein gewisser
Minimaldruckaufbau in dem Hochdruckspeicher, bevor das Druckregelventil in der
Normalfunktion zur Erzeugung der Hochdruck-Störgröße angesteuert wird. Dass die Brennkraftmaschine läuft, kann vorzugsweise dadurch erkannt werden, dass eine vorherbestimmte Grenzdrehzahl für eine vorherbestimmte Zeit überschritten wird.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Saugdrossel in der zweiten Betriebsart des Schutzbetriebs dauerhaft geöffnet, bevorzugt zu einem dauerhaft geöffneten Betrieb angesteuert wird. Aufgrund des in der zweiten Betriebsart insbesondere so weit wie möglich geöffneten Druckregelventils ist es möglich, dass der Druck in dem Hochdruckspeicher stark abfällt. Während es dann in einem hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine noch möglich ist, gleichwohl einen ausreichenden Hochdruck zum Betrieb der Brennkraftmaschine bereitzustellen, kann es bei nicht hinreichend geöffneter Saugdrossel in einem mittleren oder niedrigen Drehzahlbereich dazu kommen, dass der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher so stark abfällt, dass nicht mehr genügend Kraftstoff über die Injektoren eingespritzt werden kann. Die Brennkraftmaschine wird in einem solchen Fall abgewürgt. Um dies zu vermeiden, wird die Saugdrossel in der zweiten Betriebsart in einer Art Notbetrieb dauerhaft geöffnet, insbesondere zu einem dauerhaft geöffneten Betrieb angesteuert, um zu gewährleisten, dass auch im mittleren und niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine noch genügend Kraftstoff in den Hochdruckspeicher gefördert werden kann, um einen Betrieb der Brennkraftmaschine aufrechterhalten zu können. Es wird vorzugsweise eine Saugdrossel verwendet, die stromlos offen ist. Daher wird die Saugdrossel in der zweiten Betriebsart vorzugsweise mit einem im Vergleich zu ihrem maximalen Schließstrom kleinen Strom, beispielsweise mit 0,5 A, oder aber gar nicht angesteuert, also nicht bestromt. Dabei ist sie in dem Fall, indem sie nicht bestromt wird, maximal weit geöffnet.
Alternativ oder zusätzlich wird die Saugdrossel in der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs dauerhaft geöffnet, bevorzugt zu einem dauerhaft geöffneten Betrieb angesteuert, insbesondere nicht oder nur mit einem kleinen Strom bestromt. Dadurch wird insbesondere in einem Fall, in dem die erste Betriebsart durch ein Überschwingen des Hochdrucks bei intakter Saugdrossel aktiviert wird, eine zweifache, gleichzeitige Regelung des Hochdrucks einerseits über das Druckregelventil und andererseits über die Saugdrossel verhindert.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 6 geschaffen wird. Das Einspritzsystem weist wenigstens einen Injektor und einen Hochdruck-Speicher auf, wobei der Hochdruckspeicher einerseits mit dem wenigstens einen Injektor und andererseits über eine Hochdruckpumpe mit einem Kraftstoff- Reservoir in Fluidverbindung ist. Der Hochdruckpumpe ist eine Saugdrossel als erstes
Druckstellglied zugeordnet. Weiterhin weist das Einspritzsystem ein Druckregelventil auf, über welches der Hochdruckspeicher mit dem Kraftstoff-Reservoir fluidverbunden ist. Es ist außerdem ein Steuergerät vorgesehen, das mit dem wenigstens einen Injektor, der Saugdrossel und dem Druckregelventil zu deren Ansteuerung wirkverbunden ist. Das Einspritzsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuergerät eingerichtet ist zur Durchführung eines
Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Somit verwirklichen sich in Zusammenhang mit dem Einspritzsystem die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Bevorzugt weist das Einspritzsystem eine Mehrzahl von Injektoren auf, wobei es genau einen und nur einen Hochdruckspeicher oder alternativ zwei Hochdruckspeicher aufweist, mit dem/denen die verschiedenen Injektoren fluidverbunden sind. Der/die gemeinsame(n)
Hochdruckspeicher ist/sind in diesem Fall als sogenannte gemeinsame Leiste, insbesondere als Rail ausgebildet, wobei das Einspritzsystem bevorzugt als Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet ist.
Die Saugdrossel ist der Hochdruckpumpe vorgeschaltet, insbesondere fluidisch vorgeschaltet, also stromaufwärts der Hochdruckpumpe angeordnet. Dabei ist es möglich, dass die Saugdrossel in die Hochdruckpumpe oder in ein Gehäuse der Hochdruckpumpe integriert ist.
An dem Hochdruckspeicher ist vorzugsweise ein Drucksensor angeordnet, der zur Erfassung eines Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher eingerichtet und mit dem Steuergerät
wirkverbunden ist, sodass der Hochdruck in dem Steuergerät registrierbar ist. Das Steuergerät ist vorzugsweise eingerichtet zur Filterung des gemessenen Hochdrucks, insbesondere zur Filterung mit einer ersten, längeren Zeitkonstante, um einen im Rahmen der Druckregelung zu
verwendenden Ist-Hochdruck zu berechnen, und zur Filterung des gemessenen Hochdrucks mit einer zweiten, kürzeren Zeitkonstante, um den dynamischen Raildruck zu berechnen. Stromaufwärts der Hochdruckpumpe und der Saugdrossel ist vorzugsweise eine
Niederdruckpumpe angeordnet, um Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Reservoir zu der Saugdrossel und der Hochdruckpumpe zu fördern. Das Steuergerät ist vorzugsweise als Motor- Steuergerät (Engine Control Unit - ECU) der Brennkraftmaschine ausgebildet. Es ist alternativ allerdings auch möglich, dass ein gesondertes Steuergerät eigens zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen ist. Es wird ein Ausführungsbeispiel des Einspritzsystems bevorzugt, bei welchem das
Druckregelventil stromlos offen ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Druckregelventil in dem Fall, dass es nicht angesteuert oder bestromt wird, maximal weit öffnet, was einen besonders sicheren und zuverlässigen Betrieb insbesondere dann ermöglicht, wenn auf ein mechanisches Überdruckventil verzichtet wird. Ein unzulässiger Anstieg des Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher kann dann auch vermieden werden, wenn eine Bestromung des
Druckregelventils aufgrund eines technischen Fehlers nicht möglich ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Druckregelventil drucklos und stromlos geschlossen ausgebildet. Es ist dabei so ausgebildet, dass es geschlossen ist, wenn der in dem Hochdruckspeicher herrschende Druck, also der Raildruck, kleiner ist als ein
Öffhungsdruckwert. Der Hochdruck liegt an einem Eingang des Druckregelventils an, wenn dieses bestimmungsgemäß an dem Einspritzsystem montiert ist. Das Druckregelventil öffnet, wenn der eingangsseitig anliegende Druck in stromlosem Zustand den Öffnungsdruckwert erreicht oder überschreitet. Ist also das Druckregelventil eingangsseitig drucklos und unbestromt, ist es in einen geschlossenen Zustand vorgespannt, beispielsweise mittels eines mechanischen Vorspannelements. Erreicht oder übersteigt der eingangsseitige Druck den Öffhungsdruckwert, und ist das Druckregelventil nicht bestromt, wird es - vorzugsweise gegen die Kraft des
Vorspannelements - geöffnet, sodass es dann bei dem Öffhungsdruckwert und höheren
Eingangsdrücken stromlos offen ist. Wird das Druckregelventil in diesem Zustand bestromt, schließt es in Abhängigkeit von dem Strom, mit welchem es angesteuert wird. Dabei ist es maximal weit geschlossen, wenn es mit einem vorherbestimmten, maximalen Stromwert angesteuert wird. Wird es nicht mehr bestromt oder fällt die Bestromung aus, öffnet es wieder vollständig, wobei es schließt, wenn der eingangsseitige Druck unter den Öffhungsdruckwert abfällt.
Der Öffhungsdruckwert ist vorzugsweise so gewählt, dass er niedriger ist als ein in einem normalen Regelbetrieb des Einspritzsystems minimal erreichter Hochdruck. Insbesondere ist es bei dem zuvor in Zusammenhang mit den beiden Betriebsarten des Schutzbetriebs erwähnten, konkreten Beispiel möglich, dass der Öffhungsdruckwert 850 bar beträgt. Bevorzugt wird in diesem Fall auch der Startdruckwert, bei dem beim Starten der Brennkraftmaschine ein
Übergang von der Stillstandsfunktion des Druckregelventils zu der Normalfunktion erfolgt, so gewählt, dass er ungefähr in der Größenordnung des Öffhungsdruckwerts liegt, wobei er vorzugsweise etwas geringer gewählt wird, um sicherzustellen, dass das Druckregelventil in jedem Fall angesteuert wird, sobald es durch Erreichen oder Überschreiten des
Öffhungsdruckwerts öffhet. Dabei können auch Toleranzen des Druckregelventils berücksichtig werden. Beispielsweise kann es sein, dass der Startdruckwert zu 600 bar gewählt wird.
Es ergibt sich folgende Funktionalität: Steht die Brennkraftmaschine und ist demzufolge der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher unter den Öffhungsdruckwert abgefallen, ist das
Druckregelventil in seiner Stillstandsfunktion angeordnet und damit stromlos und drucklos. Es ist demnach geschlossen. Startet nun die Brennkraftmaschine, ermöglicht das geschlossene Druckregelventil zunächst einen raschen und zuverlässigen Druckaufbau in dem
Hochdruckspeicher, da kein Kraftstoff über das Druckregelventil in das Kraftstoff-Reservoir abgesteuert wird. Typischerweise erreicht nun der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher zunächst den Startdruckwert, wodurch ein Übergang von der Stillstandsfunktion in die
Normalfunktion erfolgt, wobei das Druckregelventil in der Folge angesteuert wird. Es ist in diesem Fall allerdings typischerweise noch immer geschlossen, weil der Öffhungsdruckwert noch nicht erreicht wird. Der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher steigt weiter und
überschreitet schließlich auch den Öffhungsdruckwert, wobei das Druckregelventil dann öffhet und - bei fehlender Ansteuerung - auch stromlos offen wäre. Durch Bestromung und
entsprechende Ansteuerung des Druckregelventils ist es nun möglich, dessen Öff ungsgrad zu beeinflussen und es insbesondere durch stärkere Bestromung weiter zu schließen
beziehungsweise durch geringere Bestromung weiter zu öffnen. Erfolgt in der zweiten
Betriebsart des Schutzbetriebs wieder ein Übergang in die Stillstandsfunktion, wird das
Druckregelventil nicht mehr angesteuert, wobei in diesem Fall im Moment des Übergangs ein Hochdruck vorherrscht, der größer ist als der zweite Druckgrenzwert, also insbesondere sehr viel größer als der Öffhungsdruckwert. Somit ist das Druckregelventil in diesem Zustand stromlos geöffnet und steuert daher durch die fehlende Ansteuerung einen maximalen
Kraftstoffvolumenstrom aus dem Hochdruckspeicher in das Kraftstoff-Reservoir ab, sodass es sicher und zuverlässig seine Schutzfunktion erfüllt. Dadurch ist es ohne weiteres möglich, auf ein mechanisches Überdruckventil zu verzichten. Das Druckregelventil schließt erst dann wieder, wenn der Hochdruck unter den Öffhungsdruckwert abfallt. Auf diese Weise wird ein sicherer Betrieb des Einspritzsystems erreicht, und es ist keine Beschädigung beziehungsweise kein unzulässig hoher Druck mehr zu befürchten.
Schließlich wird auch ein Einspritzsystem bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es frei ist von einem mechanischen Überdruckventil. Das Einspritzsystem weist also bevorzugt kein mechanisches Überdruckventil auf. Dabei ist es möglich, auf das mechanische Überdruckventil zu verzichten, da dessen Funktionalität - wie bereits erläutert - vollständig von dem
Druckregelventil übernommen werden kann. Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche die Merkmale des Anspruchs 10 aufweist. Die Brennkraftmaschine zeichnet sich durch ein Einspritzsystem nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aus. Somit verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und dem Einspritzsystem erläutert wurden.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären
Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der
Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die
Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet.
Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet. Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und des Einspritzsystems sowie der
Brennkraftmaschine andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Insbesondere sind Merkmale des Einspritzsystems oder der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiel des Einspritzsystems oder der Brennkraftmaschine. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit im Zusammenhang mit dem Einspritzsystem oder der Brennkraftmaschine erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Das Verfahren zeichnet sich vorzugsweise durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal des Einspritzsystems oder der Brennkraftmaschine bedingt ist. Das Einspritzsystem und/oder die Brennkraftmaschine zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt einer
bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
Brennkraftmaschine mit einem Einspritzsystem;
Figur 2 eine erste schematische Detaildarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens;
Figur 3 eine zweite schematische Detaildarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens; Figur 4 eine dritte schematische Detaildarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens;
Figur 5 eine vierte schematische Detaildarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens;
Figur 6 eine fünfte schematische Detaildarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens, und
Figur 7 eine sechste schematische Detaildarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 , welche ein Einspritzsystem 3 aufweist. Das Einspritzsystem 3 ist bevorzugt als Comon-Rail- Einspritzsystem ausgebildet. Es weist eine Niederdruckpumpe 5 zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstoff-Reservoir 7, eine verstellbare, niederdruckseitige Saugdrossel 9 zur Beeinflussung eines diese durchströmenden Kraftstoff- Volumenstroms, eine Hochdruckpumpe 1 1 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung in einen Hochdruckspeicher 13, den Hochdruckspeicher 13 zum Speichern des Kraftstoffs, und eine Mehrzahl von Injektoren 15 zum Einspritzen des Kraftstoffs in Brennräume 16 der Brennkraftmaschine 1 auf. Optional ist es möglich, dass das Einspritzsystem 3 auch mit Einzelspeichern ausgeführt ist, wobei dann beispielsweise in dem Injektor 15 ein Einzelspeicher 17 als zusätzliches Puffervolumen integriert ist. Es ist ein insbesondere elektrisch ansteuerbares Druckregelventil 19 vorgesehen, über welches der Hochdruckspeicher 13 mit dem Kraftstoff-Reservoir 7 fluidverbunden ist. Über die Stellung des Druckregelventils 19 wird ein Kraftstoffvolumenstrom definiert, welcher aus dem Hochdruckspeicher 13 in das Kraftstoff-Reservoir 7 abgesteuert wird. Dieser
Kraftstoffvolumenstrom wird in Figur 1 sowie im folgenden Text mit VDRV bezeichnet und stellt eine Hochdruck-Störgröße des Einspritzsystems 3 dar.
Das Einspritzsystem 3 weist kein mechanisches Überdruckventil auf, welches gemäß dem Stand der Technik herkömmlicherweise vorgesehen ist und den Hochdruckspeicher 13 mit dem
Kraftstoff-Reservoir 7 verbindet. Auf das mechanische Überdruckventil kann erfindungsgemäß verzichtet werden, da dessen Funktion vollständig durch das Druckregelventil 19 übernommen wird.
Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät 21, welches bevorzugt als Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine 1, nämlich als sogenannte Engine Control Unit (ECU) ausgebildet ist, bestimmt. Das elektronische Steuergerät 21 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 21 aus Eingangsgrößen Ausgangsgrößen. In Figur 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: Ein gemessener, noch ungefilterter Hochdruck p, der in dem Hochdruckspeicher 13 herrscht und mittels eines Hochdrucksensors 23 gemessen wird, eine aktuelle Motordrehzahl nl5 ein Signal FP zur Leistungsvorgabe durch einen Betreiber der Brennkraftmaschine 1 , und eine Eingangsgröße E. Unter der Eingangsgröße E sind vorzugsweise weitere Sensorsignale zusammengefasst, beispielsweise ein Ladeluftdruck eines Abgasturboladers. Bei einem
Einspritzsystem 3 mit Einzelspeichern 17 ist ein Einzelspeicherdruck pE bevorzugt eine zusätzliche Eingangsgröße des Steuergeräts 21.
In Figur 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 21 beispielhaft ein Signal PWMSD zur Ansteuerung der Saugdrossel 9 als erstes Druckstellglied, ein Signal ve zur Ansteuerung der Injektoren 15 - welches insbesondere einen Spritzbeginn und/oder ein Spritzende oder auch eine Spritzdauer vorgibt -, ein Signal PWMDRV zur Ansteuerung des Druckregelventils 19 als zweites Druckstellglied und eine Ausgangsgröße A dargestellt. Über das vorzugsweise pulsweitenmodulierte Signal PWMDRV wird die Stellung des
Druckregelventils 19 und damit die Hochdruck-Störgröße VDRV definiert. Die Ausgangsgröße A steht stellvertretend für weitere Stellsignale zur Steuerung und/oder Regelung der
Brennkraftmaschine 1 , beispielsweise für ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten
Abgasturboladers bei einer Registeraufladung.
Fig. 2 zeigt eine erste schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens. Es ist ein erster Hochdruckregelkreis 25 vorgesehen, über den in einem Normalbetrieb des
Einspritzsystems 3 mittels der Saugdrossel 9 als erstem Druckstellglied der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher 13 geregelt wird. Der erste Hochdruckregelkreis 25 wird in Zusammenhang mit Figur 7 näher erläutert, wo er im Detail dargestellt ist. Der erste Hochdruckregelkreis 25 weist als Eingangsgröße einen Soll-Hochdruck ps für das Einspritzsystem 3 auf. Dieser wird vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 , einer Last- oder Drehmomentanforderung an die Brennkraftmaschine 1 und/oder in Abhängigkeit weiterer, insbesondere einer Korrektur dienender Größen, aus einem Kennfeld ausgelesen. Weitere Eingangsgrößen des ersten Hochdruckregelkreises 25 sind insbesondere eine gemessene Drehzahl n! der Brennkraftmaschine 1 sowie eine - insbesondere ebenfalls aus einem Kennfeld ausgelesene - Soll-Einspritzmenge Qs- Als Ausgangsgröße weist der erste Hochdruckregelkreis 25 insbesondere den von dem Hochdrucksensor 23 gemessenen Hochdruck p auf, der vorzugsweise einer ersten Filterung mit einer größeren Zeitkonstanten unterzogen wird, um den Ist- Hochdruck pi zu bestimmen, wobei er zugleich vorzugsweise einer zweiten Filterung mit einer kleineren Zeitkonstanten unterzogen wird, um einen dynamischen Raildruck pdyn zu berechnen. Diese beiden Druckwerte pi, pdyn stellen weitere Ausgangsgrößen des ersten Hochdruckregelkreises 25 dar. In Figur 2 ist die Ansteuerung des Druckregelventils 19 dargestellt. Es ist vorzugsweise ein erstes Schaltelement 27 vorgesehen, mit dem abhängig von einem ersten logischen Signal SIG1 zwischen dem Normalbetrieb und einer ersten Betriebsart eines Schutzbetriebs umgeschaltet werden kann. Bevorzugt ist das Schaltelement 27 vollständig auf elektronischer oder Software- Ebene verwirklicht. Dabei wird die im Folgenden beschriebene Funktionalität vorzugsweise abhängig von dem Wert einer dem ersten logischen Signal SIG1 entsprechenden Variable, die insbesondere als sogenanntes Flag ausgebildet ist und die Werte„wahr" oder„falsch" annehmen kann, umgeschaltet. Alternativ ist es allerdings selbstverständlich auch möglich, dass das Schaltelement 27 als realer Schalter, beispielsweise als Relais, ausgebildet ist. Dieser Schalter kann dann beispielsweise abhängig von einem Niveau eines elektrischen Signals geschaltet werden. Bei der hier konkreten dargestellten Ausgestaltung ist der Normalbetrieb gesetzt, wenn das erste logische Signal SIG1 den Wert„falsch" (False) aufweist. Dagegen ist die erste
Betriebsart des Schutzbetriebs gesetzt, wenn das erste logische Signal SIG1 den Wert„wahr" (True) aufweist.
Es ist ein zweites Schaltelement 29 vorgesehen, welches eingerichtet ist, um die Ansteuerung des Druckregelventils 19 von der Normalfunktion in die Stillstandsfunktion und zurück zu schalten. Dabei wird das zweite Schaltelement 29 in Abhängigkeit von einem zweiten logischen Signal SIG2 beziehungsweise dem Wert einer entsprechenden Variable gesteuert. Das zweite
Schaltelement 29 kann als virtuelles, insbesondere Software-basiertes Schaltelement ausgestaltet sein, welches in Abhängigkeit von dem Wert einer insbesondere als Flag ausgestalteten Variable zwischen der Normalfunktion und der Stillstandsfunktion schaltet. Es ist alternativ aber auch möglich, dass das zweite Schaltelement als realer Schalter, beispielsweise als Relais ausgebildet ist, welches in Abhängigkeit von einem Signalwert eines elektrischen Signals schaltet. Bei der hier konkret dargestellten Ausführungsform entspricht das zweite logische Signal SIG2 einer Zustandsvariable, welche die Werte 1 für einen ersten Zustand und 2 für einen zweiten Zustand annehmen kann. Dabei wird hier die Normal funktion für das Druckregel ventil gesetzt, wenn das zweite logische Signal SIG2 den Wert 2 annimmt, wobei die Stillstandsfunktion gesetzt wird, wenn das zweite logische Signal SIG2 den Wert 1 annimmt. Selbstverständlich ist eine abweichende Definition des zweiten logischen Signal SIG2, insbesondere dergestalt möglich, dass eine entsprechende Variable die Werte 0 und 1 annehmen kann. Zunächst wird nun die Ansteuerung des Druckregelventils 19 in dem Normalbetrieb sowie bei gesetzter Normalfunktion beschrieben. Es ist ein Berechnungsglied 31 vorgesehen, welches als Ausgangsgröße einen berechneten Soll- Volumenstrom Vs,ber ausgibt, wobei in das
Berechnungsglied 31 als Eingangsgrößen die momentane Drehzahl ni, die Soll-Einspritzmenge Qs, der Soll-Hochdruck ps, der dynamische Raildruck payn, und der Ist-Hochdruck pi eingehen. Die Funktionsweise des Berechnungsglieds 31 ist ausfuhrlich in den deutschen Patentschriften DE 10 2009 031 528 B3 und DE 10 2009 031 527 B3 beschrieben. Dabei zeigt sich
insbesondere, dass in einem Schwachlastbereich, beispielsweise im Leerlauf der
Brennkraftmaschine 1 , ein positiver Wert für einen statischen Soll-Volumenstrom berechnet wird, während in einem Normalbetriebsbereich ein statischer Soll- Volumenstrom von 0 berechnet wird. Der statische Soll- Volumenstrom wird bevorzugt durch Aufaddieren eines dynamischen Soll- Volumenstroms korrigiert, der seinerseits über eine dynamische Korrektur in Abhängigkeit von dem Soll-Hochdruck ps, dem Ist-Hochdruck p! und dem dynamischen Raildruck pdyn berechnet wird. Der berechnete Soll- Volumenstrom Vs,ber ist schließlich die Summe aus dem statischen Soll- Volumenstrom und dem dynamischen Soll- Volumenstrom. Es handelt sich bei dem berechneten Soll- Volumenstrom Vs.ber insoweit um einen resultierenden S oll- Volumenstrom.
Im Normalbetrieb, wenn das erste logische Signal SIG1 den Wert„falsch" aufweist, wird der berechnete Soll-Volumenstrom Vs,ber als Soll- Volumenstrom Vs an ein Druckregelventil- Kennfeld 33 übergeben. Das Druckregelventil-Kennfeld 33 bildet hierbei - wie in der deutschen Patentschrift DE 10 2009 031 528 B3 beschrieben - eine inverse Charakteristik des
Druckregelventils 19 ab. Ausgangsgröße dieses Kennfelds ist ein Druckregelventil-Sollstrom Is, Eingangsgrößen sind der abzusteuernde Soll- Volumenstrom Vs sowie der Ist-Hochdruck pr.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist es auch möglich, dass der Soll- Volumenstrom Vs nicht mittels des Berechnungsglieds 31 berechnet, sondern im Normalbetrieb konstant vorgegeben wird. Der Druckregelventil-Sollstrom Is wird einem Stromregler 35 zugeführt, der die Aufgabe hat, den Strom zur Ansteuerung des Druckregelventils 19 zu regeln. Weitere Eingangsgrößen des Stromreglers 35 sind beispielsweise ein Proportionalbeiwert kp1; DRV und ein Ohm' scher Widerstand RI, DRV des Druckregelventils 19. Ausgangsgröße des Stromreglers 35 ist eine Sollspannung Us für das Druckregelventil 19, welche durch Bezug auf eine Betriebsspannung UB in an sich üblicher Weise in eine Einschaltdauer für das pulsweitenmodellierte Signal PWMDRV zur Ansteuerung des Druckregelventils 19 umgerechnet und diesem in der
Normalfunktion, wenn also das zweite logische Signal SIG2 den Wert 2 aufweist, zugeführt wird. Zur Stromregelung wird der Strom am Druckregelventil 19 als Stromgröße IDRV gemessen, in einem Stromfilter 37 gefiltert und als gefilterter Ist-Strom Ii dem Stromregler 35 wieder zugeführt.
Wie bereits angedeutet, wird die Einschaltdauer PWMDRV des pulsweitenmodellierten Signals zur Ansteuerung des Druckregelventils 19 in für sich genommen üblicher Weise gemäß folgender Gleichung aus der Sollspannung Us und der Betriebsspannung UB berechnet:
PWMDRV = (US/UB) x 100. (1)
Auf diese Weise wird in dem Normalbetrieb eine Hochdruck- Störgröße, nämlich der
abgesteuerte Soll- Volumenstrom Vs über das Druckregelventil 19 als zweitem Druckstellglied erzeugt.
Nimmt das erste logische Signal SIG1 den Wert„wahr" an, schaltet das Schaltelement 27 von dem Normalbetrieb in die erste Betriebsart des Schutzbetriebs um. Unter welchen Bedingungen dies der Fall ist, wird in Zusammenhang mit Figur 3 erläutert. Bezüglich der Ansteuerung des Druckregelventils 19 ergibt sich in der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs insoweit kein Unterschied, als auch hier das Druckregelventil 19 mit dem Soll-Volumenstrom Vs angesteuert wird, jedenfalls solange durch das Schaltelement 29 die Normalfunktion gesetzt ist. Insoweit ergibt sich in Figur 2 rechts von dem Schaltelement 27 keine Änderung zu den zuvor gegebenen Erläuterungen. Der Soll- Volumenstrom Vs wird in der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs jedoch anders berechnet als in dem Normalbetrieb, nämlich über einen zweiten
Hochdruckregelkreis 39.
Der Soll- Volumenstrom Vs wird in diesem Fall mit einem begrenzten Ausgangsvolumenstrom VR eines Druckregelventil-Druckreglers 41 identisch gesetzt. Dies entspricht der oberen
Schalterstellung des Schaltelements 27. Der Druckregelventil-Druckregler 41 weist als
Eingangsgröße eine Hochdruck-Regelabweichung βρ auf, welche als Differenz von dem Soll- Hochdruck ps und dem Ist-Hochdruck pi berechnet wird. Weitere Eingangsgrößen des
Druckregelventil-Druckreglers 41 sind bevorzugt ein maximaler Volumenstrom Vmax für das Druckregelventil 19, der in dem Berechnungsglied 31 berechnete Soll- Volumenstrom Vs.ber und/oder ein Proportionalbeiwert kpoRv- Der Druckregelventil-Druckregler 41 wird
vorzugsweise als PI(DT!)- Algorithmus ausgeführt, der in Figur 6 näher erläutert wird. Dabei wird - wie noch ausgeführt wird - ein integrierender Anteil (I- Anteil) zu dem Zeitpunkt, zu welchem das Schaltelement 27 von seiner in Figur 2 dargestellten unteren in seine obere
Schalterstellung umgeschaltet wird, mit dem berechneten Soll- Volumenstrom Vs,ber initialisiert. Nach oben wird der I- Anteil des Druckregelventil-Druckreglers 41 auf den maximalen
Volumenstrom Vmax für das Druckregelventil 19 begrenzt. Dabei ist der maximale
Volumenstrom Vmax vorzugsweise eine Ausgangsgröße einer zweidimensionalen Kennlinie 43, welche den das Druckregel ventil 19 maximal durchsetzenden Volumenstrom in Abhängigkeit von dem Hochdruck aufweist, wobei die Kennlinie 43 als Eingangsgröße den Ist-Hochdruck pi erhält. Ausgangsgröße des Druckregelventil-Druckreglers 41 ist ein unbegrenzter Volumenstrom Vu, der in einem Begrenzungselement 45 auf den maximalen Volumenstrom Vmax begrenzt wird. Das Begrenzungselement 45 gibt als Ausgangsgröße schließlich den begrenzten Soll- Volumenstrom VR aus. Mit diesem als Soll-Volumenstrom Vs wird dann das Druckregelventil 19 angesteuert, indem der Soll- Volumenstrom Vs in bereits beschriebener Weise dem
Druckregel ventil-Kennfeld 33 zugeführt wird.
Fig. 3 zeigt, unter welchen Bedingungen das erste logische Signal SIGl die Werte„wahr" und „falsch" annimmt. Solange der dynamische Raildruck pdyn einen ersten Druckgrenzwert pGi nicht erreicht oder überschreitet, weist der Ausgang eines ersten Komparatorelements 47 den Wert „falsch" auf. Beim Start der Brennkraftmaschine 1 wird der Wert des ersten logischen Signals SIGl mit„falsch" initialisiert. Dadurch ist auch das Ergebnis eines ersten Veroderungsglieds 49 „falsch", solange der Ausgang des ersten Komparatorelements 47 den Wert„falsch" aufweist. Der Ausgang des ersten Veroderungsglieds 49 wird einem Eingang eines ersten
Verundungsglieds 51 zugeführt, dessen anderem Eingang die durch einen Querstrich dargestellte Verneinung einer Variable MS zugeführt wird, wobei die Variable MS den Wert„wahr" aufweist, wenn die Brennkraftmaschine 1 steht, und den Wert„falsch" wenn die
Brennkraftmaschine 1 läuft. Im Betrieb der Brennkraftmaschine ist demnach der Wert der Verneinung der Variable MS„wahr". Insgesamt zeigt sich nun, dass der Ausgang des
Verundungsglieds 51 und damit der Wert des ersten logischen Signals SIGl„falsch" ist, solange der dynamische Raildruck pdyn den ersten Druckgrenzwert PGI nicht erreicht oder überschreitet. Erreicht oder überschreitet der dynamische Raildruck pdyn den ersten Druckgrenzwert PGU springt der Ausgang des ersten Komparatorelements 47 von„falsch" zu„wahr". Somit springt auch der Ausgang des ersten Veroderungsglieds 49 von„falsch" auf„wahr". Läuft die
Brennkraftmaschine 1 , springt auch der Ausgang des ersten Verundungsglieds 51 von„falsch" auf„wahr", sodass der Wert des ersten logischen Signals SIG1„wahr" wird. Dieser Wert wird dem ersten Veroderungsglied 49 wieder zugeführt, was jedoch nichts daran ändert, dass dessen Ausgang„wahr" bleibt. Selbst ein Abfall des dynamischen Raildrucks pdyn unter den ersten Druckgrenzwert pci kann den Wahrheitswert des ersten logischen Signals SIG1 nicht mehr ändern. Dieser bleibt vielmehr solange„wahr", bis die Variable MS und damit auch deren Verneinung ihren Wahrheitswert ändert, nämlich wenn die Brennkraftmaschine 1 nicht mehr läuft.
Somit zeigt sich Folgendes: Der Normalbetrieb wird realisiert, solange der dynamische
Raildruck pdyn den Grenzwert PGI unterschreitet. In diesem Fall ist der Soll- Volumenstrom Vs mit dem berechneten Soll- Volumenstrom Vs.ber identisch, da das erste logische Signal SIG1 den Wert„falsch" annimmt und damit das Schaltelement 27 in seiner unteren Position in Figur 2 angeordnet ist. Erreicht oder überschreitet der dynamische Raildruck dyn den Grenzwert pci, nimmt das erste logische Signal SIG1 den Wert„wahr" an, und das Schaltelement 27 nimmt seine obere Schalterstellung ein. Damit wird der Soll- Volumenstrom Vs in diesem Fall mit dem begrenzten Volumenstrom VR des zweiten Hochdruck-Regelkreises 39 identisch. Dies bedeutet, dass im Normalbetrieb über das Druckregelventil 19 eine Hochdruck- Störgröße erzeugt wird, wobei in der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs der Hochdruck immer dann, wenn der dynamische Raildruck pdyn den ersten Druckgrenzwert pci erreicht, anschließend von dem Druckregel ventil-Druckregl er 41 geregelt wird, und dies solange, bis ein Stillstand der
Brennkraftmaschine 1 erkannt wird, da nur in diesem Fall die Variable MS den Wert„wahr", somit deren Verneinung den Wert„falsch" und damit letztlich das erste logische Signal SIG1 wieder den Wert„falsch" annimmt, wodurch das Schaltelement 27 erneut in seine untere Schalterstellung gebracht wird. In der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs übernimmt nach allem das Druckregelventil 19 über den zweiten Hochdruckregelkreis 39 die Regelung des Hochdrucks.
Zurückkommend auf Figur 2 wird im Folgenden die zweite Betriebsart des Schutzbetriebs erläutert: In die zweite Betriebsart wird geschaltet, wenn hier das zweite logische Signal SIG2 den Wert 1 annimmt. In diesem Fall wird das zweite Schaltelement 29 in seiner in Figur 2 dargestellten oberen Schaltposition angeordnet, wobei hierdurch eine Stillstandsfunktion für das Druckregelventil 19 gesetzt wird. In dieser wird das Druckregelventil 19 nicht angesteuert, das heißt, das Signal PWMDRV wird zu 0 gesetzt. Da bevorzugt ein stromlos offenes
Druckregel ventil 19 verwendet wird, steuert dies nun dauerhaft einen maximalen Kraftstoff- Volumenstrom aus dem Hochdruckspeicher 13 in das Kraftstoff-Reservoir 7 ab.
Weist dagegen das zweite logische Signal SIG2 den Wert 2 auf, ist - wie bereits erläutert - die Normalfunktion für das Druckregelventil 19 gesetzt, und dieses wird mittels dem Soll- Volumenstrom Vs und dem hieraus berechneten Signal PWMDRV angesteuert.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Zustandsübergangsdiagramm für das Druckregelventil 19 von der Normalfunktion in die Stillstandsfunktion und zurück. Dabei ist das Druckregelventil 19 bevorzugt so ausgebildet, dass es drucklos und stromlos geschlossen ausgebildet ist, wobei es weiter so ausgebildet ist, dass es bei einem eingangsseitig anliegenden Druck bis zu einem
Öffnungsdruckwert geschlossen ist, wobei es öffnet, wenn der eingangsseitig anliegende Druck in stromlosem Zustand den Öffnungsdruckwert erreicht oder überschreitet. Der
Öffnungsdruckwert kann beispielsweise bei 850 bar liegen. In Figur 4 ist mit einem ersten Kreis Kl die Stillstandsfunktion symbolisiert, wobei rechts oben mit einem zweiten Kreis K2 die Normalfunktion symbolisiert ist. Ein erster Pfeil PI stellt einen Übergang zwischen der Stillstandsfunktion und der Normalfunktion dar, wobei ein zweiter Pfeil P2 einen Übergang zwischen der Normalfunktion und der Stillstandsfunktion darstellt. Mit einem dritten Pfeil P3 ist eine Initialisierung der Brennkraftmaschine 1 nach dem Start angedeutet, wobei das Druckregelventil 19 zunächst in der Stillstandsfunktion initialisiert wird. Erst wenn zugleich ein laufender Betrieb der Brennkraftmaschine 1 erkannt wird und der Ist- Hochdruck p! einen Startwert pSt überschreitet, wird für das Druckregelventil 19 - entlang des Pfeils PI - die Normalfunktion gesetzt und die Stillstandsfunktion zurückgesetzt. Die
Normalfunktion wird zurückgesetzt und die Stillstandsfunktion wird entlang des Pfeils P2 gesetzt, wenn der dynamische Raildruck pdyn einen zweiten Druckgrenzwert po2 überschreitet, oder wenn ein Defekt eines Hochdrucksensors - hier dargestellt durch eine logische Variable HDSD - erkannt wird, oder wenn erkannt wird, dass die Brennkraftmaschine 1 steht. In der Stillstandsfunktion wird das Druckregelventil 19 nicht angesteuert, wobei es in der Normalfunktion - wie in Zusammenhang mit Figur 2 erläutert - mittels des Soll- Volumenstroms Vs angesteuert wird.
Es ergibt sich nun folgende Funktionalität: Startet die Brennkraftmaschine 1, liegt zunächst kein Hochdruck in dem Hochdruckspeicher 13 vor, und das Druckregelventil 19 ist in seiner
Stillstandsfunktion angeordnet, sodass es druck- und stromlos ist, also geschlossen. Beim Hochlaufen der Brennkraftmaschine 1 kann sich daher rasch ein Hochdruck in dem
Hochdruckspeicher ausbilden, der irgendwann den Startwert pst überschreitet. Dieser liegt bevorzugt niedriger als der Öffnungsdruckwert des Druckregelventils 19, sodass für dieses zunächst die Normalfunktion gesetzt wird, bevor es öffnet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass das Druckregelventil 19 in jedem Fall angesteuert wird, wenn es erstmals öffnet. Da es drucklos geschlossen ist, bleibt es auch unter Ansteuerung weiter geschlossen, bis der Ist-Hochdruck pi auch den Öffhungsdruckwert überschreitet, wobei es dann öffnet und in der Normalfunktion angesteuert wird, nämlich entweder in dem Normalbetrieb oder in der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs.
Tritt allerdings einer der zuvor beschriebenen Fälle auf, wird wiederum die Stillstandsfunktion für das Druckregelventil 19 gesetzt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der dynamische Raildruck pdyn den zweiten Druckgrenzwert PG2 überschreitet, wobei dieser vorzugsweise größer gewählt ist als der erste Druckgrenzwert pd und insbesondere einen Wert aufweist, bei welchem in einer herkömmlichen Ausgestaltung des Einspritzsystems ein mechanisches Überdruckventil öffnen würde. Da das Druckregelventil 19 unter Druck stromlos offen ist, öffnet dieses in der Stillstandsfunktion in diesem Fall vollständig und erfüllt so sicher und zuverlässig die Funktion eines Überdruckventils.
Der Übergang von der Normalfunktion in die Stillstandsfunktion erfolgt auch, wenn ein Defekt in dem Hochdrucksensor 23 festgestellt wird. Liegt hier ein Defekt vor, kann der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher 13 nicht mehr geregelt werden. Um die Brennkraftmaschine 1 trotzdem noch sicher betreiben zu können, wird der Übergang von der Normalfunktion in die
Stillstandsfunktion für das Druckregelventil 19 herbeigeführt, sodass dieses öffnet und damit einen unzulässigen Anstieg des Hochdrucks verhindert. Weiterhin erfolgt der Übergang von der Normalfunktion in die Stillstandsfunktion in einem Fall, in welchem ein Stillstand der Brennkraftmaschine 1 festgestellt wird. Dies entspricht einem Zurücksetzen des Druckregelventils 19, sodass bei einem erneuten Start der Brennkraftmaschine 1 der hier beschriebene Zyklus wieder von neuem beginnen kann.
Wird für das Druckregel ventil 19 unter Druck in dem Hochdruckspeicher 13 die
Stillstandsfunktion gesetzt, ist dieses maximal weit geöffnet und steuert einen maximalen Volumenstrom aus dem Hochdruckspeicher 13 in das Kraftstoff-Reservoir 7 ab. Dies entspricht einer Schutzfunktion für die Brennkraftmaschine 1 und das Einspritzsystem 3, wobei diese Schutzfunktion insbesondere das Fehlen eines mechanischen Überdruckventils ersetzen kann.
Wesentlich ist hier, dass das Druckregelventil 19 - anders als im Stand der Technik - nur zwei Zustände, nämlich die Stillstandsfunktion und die Normalfunktion aufweist, wobei diese beiden Zustände vollauf genügen, um die gesamte relevante Funktionalität des Druckregelventils 19 einschließlich der Schutzfunktion zum Ersetzen eines mechanischen Überdruckventils darzustellen.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Druckregelventil-Druckreglers 41 , der hier als P^DT^-Druckregler ausgeführt ist. Dabei zeigt sich, dass die Ausgangsgröße Vu des
Druckregelventil-Druckreglers 41 aus drei summierten Regler- Anteilen besteht, nämlich einem Proportional -Anteil AP, einem Integral- Anteil Ai, und einem differenziellen Anteil ADTI- Diese drei Anteile werden in einer Summationsstelle 53 miteinander zu dem unbegrenzten
Volumenstrom Vu addiert. Der Proportional- Anteil AP stellt hierbei das Produkt der in einer Multiplikationsstelle 55 mit dem Wert -1 multiplizierten Regelabweichung βρ mit dem
Proportionalbeiwert kpDRv dar. Der integrierende Anteil ΑΪ resultiert aus der Summe zweier Summanden. Der erste Summand ist hierbei der aktuelle, um einen Abtastschritt Ta verzögerte Integral-Anteil At. Der zweite Summand ist das Produkt eines Verstärkungsfaktors T2DRV und der Summe von aktueller und um einen Abtastschritt verzögerter Regelabweichung βρ - wiederum in der Multiplikationsstelle 55 mit dem Faktor -1 multipliziert. Die Summe beider Summanden wird dabei nach oben auf den maximalen Volumenstrom Vmax in einem Begrenzungselement 57 begrenzt. Der Verstärkungsfaktor T2DRV wird nach folgender Formel berechnet, in welcher tnoRv eine Nachstellzeit ist: „ _ 64 kpDRV Ta .
triDRv
Der integrierende Anteil Ai hängt davon ab, ob der dynamische Raildruck pdyn den ersten Druckgrenzwert PGI nach dem Start der Brennkraftmaschine 1 erstmalig erreicht hat. Ist dies der Fall, nimmt das erste logische Signal SIG1 den Wert„wahr" an, und ein in Figur 5 dargestelltes Schaltelement 59 wechselt in seine untere Schalterstellung. In dieser Schalterstellung ist der integrierende Anteil Ai identisch mit dem Ausgangssignal des Begrenzungselements 57, das heißt der integrierende Anteil Ai wird auf den maximalen Volumenstrom Vmax begrenzt. Wird ein Stillstand der Brennkraftmaschine 1 erkannt, nimmt - wie bereits in Zusammenhang mit Figur 3 erläutert - das erste logische Signal SIG1 den Wert„falsch" an, und das Schaltelement 59 wechselt in seine obere Schalterstellung. Der integrierende Anteil Ai wird in diesem Fall auf den berechneten Volumenstrom Vs,t>er gesetzt. Damit stellt der berechnete Soll- Volumenstrom s.ber den Initialisierungswert des integrierenden Anteils A\ für den Fall dar, dass der
Druckregelventil-Druckregler 41 aktiviert wird, wenn der dynamische Raildruck p<iyn den ersten Druckgrenzwert pdüberschreitet.
Die Berechnung des differenziellen Anteils ADTI ist im unteren Teil von Figur 5 dargestellt. Dieser Anteil ergibt sich als Summe zweier Produkte. Das erste Produkt resultiert aus einer Multiplikation des Faktor T4DRV mit dem um einen Abtastschritt verzögerten differenziellen Anteil ADT1. Das zweite Produkt ergibt sich aus der Multiplikation des Faktors T3DRV mit der Differenz der mit dem Faktor -1 multiplizierten Regelabweichung ep und der entsprechend um einen Abtastschritt verzögerten und mit dem Faktor -1 multiplizierten Regelabweichung βρ.
Dabei berechnet sich der Faktor T3DRV nach folgender Gleichung, in welcher tvoRv eine
Vorhaltzeit und tloRv eine Verzögerungszeit ist:
3 _ 2 kpDRV tVDRV
* DRV ~ +
2 tlDRV+'a
Der Faktor T4DRV errechnet sich gemäß folgender Gleichung:
_ 2 tlpRy-Tg
*DRV ~ 2 n tlDRV+Ta Es zeigt sich damit, dass die Verstärkungsfaktoren T2DRV und T3DRV von dem Proportionalbeiwert kpDRv abhängen. Der Verstärkungsfaktor T2DRV hängt zusätzlich von der Nachstellzeit ÜIDRV, der Verstärkungsfaktor T3DRV von der Vorhaltzeit tvDRvund der Verzögerungszeit Ü DRV ab. Der Verstärkungsfaktor r4DRv hängt ebenfalls von der Verzögerungszeit Ü DRV ab.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Logik zur Berechnung des Werts eines dritten logischen Signals SIG3, das verwendet wird, um zu gewährleisten, dass hier in der ersten und in der zweiten Betriebsart des Schutzbetriebs die Saugdrossel 9 zu einem dauerhaft geöffneten Betrieb angesteuert wird. Diese Vorgehensweise wird in Zusammenhang mit Figur 7 näher erläutert. Der Wert des dritten logischen Signals SIG3 resultiert aus einem zweiten
Verundungsglied 61, in dessen ersten Ausgang wiederum die Verneinung der Variable MS eingeht, wobei in den zweiten Eingang das Ergebnis einer vorangegangen Berechnung, die im Folgenden näher erläutert wird, eingeht. Das dritte logische Signal SIG3 wird beim Start der Brennkraftmaschine 1 zunächst mit dem Wert„falsch" initialisiert. In einen ersten Eingang eines zweiten Veroderungsglieds 63 geht das Ergebnis eines zweiten Komparatorelements 65 ein, in welchem geprüft wird, ob der dynamische Raüdruck payn größer oder gleich dem ersten
Druckgrenzwert poi ist. In den zweiten Eingang des zweiten Veroderungsglieds 63 geht das Ergebnis eines Vergleichselements 67 ein, welches prüft, ob der Wert der logischen Variable HDSD, welche einen Sensordefekt des Hochdrucksensors 23 anzeigt, gleich 1 ist, wobei in diesem Fall ein Sensordefekt vorliegt, und wobei kein Sensordefekt vorliegt, wenn der Wert der Variable HDSD gleich 0 ist. Somit zeigt sich, dass der Ausgang des zweiten Veroderungsglieds 63 den Wert„wahr" annimmt, wenn zumindest einer der Ausgänge des zweiten
Komparatorelements 65 oder des Vergleichselements 67 den Wert„wahr" annimmt. Damit also der Ausgang des zweiten Veroderungsglieds 63 den Wert„wahr" annimmt, muss wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt sein: Der dynamische Raüdruck p<jyn muss den ersten
Druckgrenzwert pci erreicht oder überschritten haben, und/oder es muss ein Sensordefekt in dem Hochdrucksensor 23 festgestellt worden sein, sodass die Variable HDSD den Wert 1 annimmt. Ist keine dieser Bedingungen erfüllt, weist der Ausgang des zweiten Veroderungsglieds 63 den Wert„falsch" auf.
Der Ausgang des zweiten Veroderungsglieds 63 geht in einen ersten Eingang eines dritten Veroderungsglieds 69 ein, in dessen zweiten Eingang der Wert des dritten logischen Signals SIG3 eingeht. Da dieses ursprünglich mit dem Wert„falsch" initialisiert ist, weist der Ausgang des dritten Veroderungsglieds 69 solange den Wert„falsch" auf, bis der Ausgang des zweiten Veroderungsglieds 63 den Wert„wahr" annimmt. Ist dies der Fall, springt auch der Ausgang des dritten Veroderungsglieds 69 auf den Wert„wahr". In diesem Fall springt auch der Wert des zweiten Verundungsglieds 61 auf wahr, wenn die Brennkraftmaschine 1 läuft, sodass auch der Wert des dritten logischen Signals SIG3 auf„wahr" springt. Anhand von Figur 6 zeigt sich, dass der Wert des dritten logischen Signals SIG3 solange„wahr" bleibt, bis ein Stillstand der
Brennkraftmaschine 1 erkannt wird, wobei in diesem Fall die Variable MS den Wert„wahr" und damit ihre Verneinung den Wert„falsch" annimmt.
Soll die Saugdrossel 9 alternativ nur in der zweiten Betriebsart des Schutzbetriebs dauerhaft geöffnet werden, kann dies erreicht werden, indem in dem zweiten Komparatorelement 65 der zweite Druckgrenzwert po2 statt des ersten Druckgrenzwerts pot verwendet und mit dem dynamischen Raildruck pdyn verglichen wird.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Hochdruckregelkreises 25 inklusive eines Schaltelements 71 zur Darstellung des dauerhaft geöffneten Betriebs der Saugdrossel 9 in der ersten und zweiten Betriebsart des Schutzbetriebs, wobei in das Schaltelement 71 zu dessen Ansteuerung das dritte logische Signal SIG3 eingeht, dessen Berechnung in Zusammenhang mit Figur 6 beschrieben wurde. Es ist möglich, dass das Schaltelement 71 als Softwareschalter, also als rein virtueller Schalter ausgebildet ist, wie dies bereits in Zusammenhang mit den
Schaltelementen 27, 29 beschrieben wurde. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, dass das Schaltelement 71 als tatsächlicher Schalter, beispielsweise als Relais, ausgebildet ist.
Wie bereits erläutert, ist eine Eingangsgröße des Hochdruckregelkreises 25 der Soll-Hochdruck ps, der zur Berechnung der Regelabweichung ep mit dem Ist-Hochdruck pi verglichen wird. Diese Regelabweichung βρ ist eine Eingangsgröße eines Hochdruckreglers 73, der vorzugsweise als ausgeführt ist. Eine weitere Eingangsgröße des Hochdruckreglers 73 ist bevorzugt ein Proportionalbeiwert kpsD- Ausgangsgröße des Hochdruckreglers 73 ist ein
Kraftstoff- Volumenstrom VSD für die Saugdrossel 9, zu dem in einer Additionsstelle 75 ein Kraftstoff-Sollverbrauch VQ addiert wird. Dieser Kraftstoff-Sollverbrauch VQ wird in einem Berechnungsglied 77 in Abhängigkeit von der Drehzahl ni und der Soll-Einspritzmenge Qs berechnet und stellt eine Störgröße des ersten Hochdruckregelkreises 25 dar. Als Summe der Ausgangsgröße VSD des Hochdruckreglers 73 und der Störgröße VQ ergibt sich ein unbegrenzter Kraftstoff-Sollvolumenstrom VU.SD- Dieser wird in einem Begrenzungselement 79 in
Abhängigkeit von der Drehzahl ni auf einen maximalen Volumenstrom VmaXjsD für die Saugdrossel 9 begrenzt. Als Ausgang des Begrenzungselements 79 ergibt sich ein begrenzter Kraftstoff-Sollvolumenstrom VS,SD für die Saugdrossel 9, welcher als Eingangsgröße in eine Pumpenkennlinie 81 eingeht. Diese rechnet den begrenzten Kraftstoff-Sollvolumenstrom VS,SD in einen Kennlinien-Saugdrosselstrom IKL,SD um.
Weist das Schalterelement 71 den in Figur 7 dargestellten, oberen Schaltzustand auf, was der Fall ist, wenn das dritte logische Signal SIG3 den Wert„falsch" aufweist, wird ein Saugdrossel- Sollstrom IS,SD mit dem Kennlinien-Saugdrosselstrom IKL,SD gleichgesetzt. Dieser Saugdrossel- Sollstrom IS,SD stellt die Eingangsgröße eines Saugdrossel-Stromreglers 83 dar, welcher die Aufgabe hat, den Saugdrosselstrom durch die Saugdrossel 9 zu regeln. Eine weitere
Eingangsgröße des Saugdrossel-Stromreglers 83 ist unter anderem ein Ist-Saugdrosselstrom I^SD- Ausgangsgröße des Saugdrossel-Stromreglers 83 ist eine Saugdrossel-Sollspannung US.SD, welche schließlich in einem Berechnungsglied 85 in an sich bekannter Weise in eine
Einschaltdauer eines pulsweitenmodulierten Signals PWMSD für die Saugdrossel 9 umgerechnet wird. Mit diesem wird die Saugdrossel angesteuert, wobei das Signal somit insgesamt auf eine Regelstrecke 87 wirkt, welche insbesondere die Saugdrossel 9, die Hochdruckpumpe 11, und den Hochdruckspeicher 13 aufweist. Der Saugdrosselstrom wird gemessen, wobei ein Rohmesswert IR,SD resultiert, welcher in einem Stromfilter 89 gefiltert wird. Das Stromfilter 89 ist
vorzugsweise als PTj -Filter ausgebildet. Ausgangsgröße dieses Filters ist der Ist- Saugdrosselstrom I^SD, welcher wiederum dem Saugdrossel-Stromregler 83 zugeführt wird.
Die Regelgröße des ersten Hochdruckregelkreises 25 ist der Hochdruck in dem
Hochdruckspeicher 13. Rohwerte dieses Hochdrucks p werden durch den Hochdrucksensor 23 gemessen und durch ein erstes Hochdruck-Filterelement 91 gefiltert, welches als Ausgangsgröße den Ist-Hochdruck pi hat. Außerdem werden die Rohwerte des Hochdrucks p durch ein zweites Hochdruck-Filterelement 93 gefiltert, dessen Ausgangsgröße der dynamische Raildruck pdyn ist. Beide Filter sind vorzugsweise durch einen PTj -Algorithmus umgesetzt, wobei eine
Zeitkonstante des ersten Hochdruck-Filterelements 91 größer ist als eine Zeitkonstante des zweiten Hochdruck-Filterelements 93. Insbesondere ist das zweite Hochdruck-Filterelement 93 als ein schnelleres Filter als das erste Hochdruck-Filterelement 91 ausgebildet. Die Zeitkonstante des zweiten Hochdruck-Filterelements 93 kann auch mit dem Wert Null identisch sein, sodass dann der dynamische Raildruck pdyn den gemessenen Rohwerten des Hochdrucks p entspricht beziehungsweise mit diesen identisch ist. Mit dem dynamischen Raildruck pdyn liegt somit ein hochdynamischer Wert für den Hochdruck vor, welcher insbesondere stets dann benötigt wird, wenn eine schnelle Reaktion auf bestimmte auftretende Ereignisse erfolgen muss.
Ausgangsgrößen des ersten Hochdruckregelkreises sind somit neben dem ungefilterten
Hochdruck p die gefilterten Hochdruckwerte pt, pdyn-
Nimmt das dritte logische Signal SIG3 den Wert„wahr" an, schaltet das Schaltelement 71 in seine in Figur 7 dargestellte, untere Schaltposition. In diesem Fall ist der Saugdrossel-Sollstrom IS.SD nicht mehr identisch mit dem Kennlinien-Saugdrosselstrom IKL,SD, sondern wird vielmehr mit einem Saugdrossel-Notstrom IN;SD gleichgesetzt. Der Saugdrossel-Notstrom IN,SD weist bevorzugt einen vorherbestimmten, konstanten Wert auf, beispielsweise 0 A, wobei dann die vorzugsweise stromlos offene Saugdrossel 9 maximal weit geöffnet ist, oder er weist einen im Vergleich zu einer maximalen Schließstellung der Saugdrossel 9 kleinen Stromwert,
beispielsweise 0,5 A auf, sodass die Saugdrossel 9 zwar nicht vollständig, aber doch weitgehend geöffnet ist. Dabei verhindert der Saugdrossel-Notstrom INISD und die damit verbundene Öffnung der Saugdrossel 9 zuverlässig, dass die Brennkraftmaschine 1 stehen bleibt, wenn sie in der zweiten Betriebsart des Schutzbetriebs mit maximal geöffnetem Druckregelventil 19 betrieben wird. Die Öffnung der Saugdrossel 9 bewirkt dabei, dass auch in einem mittleren bis niedrigen Drehzahlbereich noch hinreichend viel Kraftstoff in den Hochdruckspeicher 13 gefördert werden kann, sodass ein Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ohne Abwürgen möglich ist. In der ersten Betriebsart wird auf diese Weise eine doppelte Regelung des Hochdrucks einerseits über die Saugdrossel und andererseits über das Druckregel ventil verhindert.
Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens, des Einspritzsystems 3 sowie der
Brennkraftmaschine 1 möglich ist, eine stabile Druckregelung auch dann noch durchzuführen, wenn der erste Hochdruck-Regelkreis 25 die Druckregelung nicht mehr übernehmen kann, wobei alternativ oder zusätzlich ein mechanisches Überdruckventil eingespart werden kann, da dessen Funktionalität von dem Druckregelventil 19 übernommen wird.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Einspritzsystem (3) mit einem Hochdruckspeicher (13), wobei ein Hochdruck in dem Hochdruckspeicher (13) über eine niederdruckseitige Saugdrossel (9) als erstem Druckstellglied in einem ersten Hochdruck- Regelkreis (25) geregelt wird, wobei in einem Normalbetrieb eine Hochdruck-Störgröße über ein hochdrucksei tiges Druckregel ventil (19) als zweitem Druckstellglied erzeugt wird, über welches Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (13) in ein Kraftstoff-Reservoir (7) abgesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruck in einem Schutzbetrieb mittels des
Druckregelventils (19) über einen zweiten Hochdruck-Regelkreis (39) geregelt wird, oder dass das Druckregelventil (19) in dem Schutzbetrieb dauerhaft geöffnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Betriebsart des Schutzbetriebs gesetzt wird, wenn der Hochdruck einen ersten Druckgrenzwert (PGI) erreicht oder überschreitet, wobei das Druckregel ventil (19) in der ersten Betriebsart die Regelung des Hochdrucks übernimmt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Betriebsart des Schutzbetriebs gesetzt wird, wenn der Hochdruck einen zweiten
Druckgrenzwert ( G2) überschreitet oder wenn ein Defekt eines Hochdrucksensors (23) erkannt wird, wobei das Druckregel ventil (19) in der zweiten Betriebsart dauerhaft geöffnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Druckregel ventil (19) in dem Normalbetrieb - und vorzugsweise in der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs - eine Normalfunktion gesetzt wird, in welcher das Druckregelventil (19) in Abhängigkeit von einem Soll- Volumenstrom (Vs) angesteuert wird, und/oder dass für das Druckregelventil (19) in der zweiten Betriebsart des Schutzbetriebs eine Stillstandsfunktion gesetzt wird, in der das Druckregelventil (19) nicht angesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugdrossel (9) in der zweiten Betriebsart und/oder in der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs dauerhaft geöffnet wird.
6. Einspritzsystem (3) für eine Brennkraftmaschine (1), mit - wenigstens einem Injektor (15),
- einem Hochdruckspeicher (13), der einerseits mit dem wenigstens einen Injektor (15) und andererseits über eine Hochdruckpumpe (11) mit einem Kraftstoff-Reservoir (7) in Fluidverbindung ist, wobei
- der Hochdruckpumpe (11) eine Saugdrossel (9) als erstes Druckstellglied zugeordnet ist, und mit
- einem Druckregelventil (19), über welches der Hochdruckspeicher (13) mit dem
Kraftstoff-Reservoir (7) fluidverbunden ist, und mit
- einem Steuergerät (21), das mit dem wenigstens einen Injektor (15), der Saugdrossel (9) und dem Druckregelventil (19) wirkverbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (21) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Einspritzsystem (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (19) stromlos offen ausgebildet ist.
8. Einspritzsystem (3) nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (19) drucklos und stromlos geschlossen ausgebildet ist, wobei es so ausgebildet ist, dass es bei einem eingangsseitig anliegenden Druck bis zu einem Öffnungsdruckwert geschlossen ist, wobei es öffnet, wenn der eingangsseitig anliegende Druck in stromlosem Zustand den Öffhungsdruckwert erreicht oder überschreitet.
9. Einspritzsystem (3) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem (3) frei ist von einem mechanischen Überdruck- Ventil.
10. Brennkraftmaschine (1), gekennzeichnet durch ein Einspritzsystem (3) nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
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