EP3449111A1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine, einrichtung zum steuern und/oder regeln einer brennkraftmaschine, einspritzsystem und brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine, einrichtung zum steuern und/oder regeln einer brennkraftmaschine, einspritzsystem und brennkraftmaschine

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EP3449111A1
EP3449111A1 EP17711568.0A EP17711568A EP3449111A1 EP 3449111 A1 EP3449111 A1 EP 3449111A1 EP 17711568 A EP17711568 A EP 17711568A EP 3449111 A1 EP3449111 A1 EP 3449111A1
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EP
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pressure
internal combustion
combustion engine
engine
fuel
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Armin DÖLKER
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
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    • F02D41/3863—Controlling the fuel pressure by controlling the flow out of the common rail, e.g. using pressure relief valves
    • F02D41/3872—Controlling the fuel pressure by controlling the flow out of the common rail, e.g. using pressure relief valves characterised by leakage flow in injectors
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/31—Control of the fuel pressure

Definitions

  • Method for operating an internal combustion engine with an engine having a number of cylinders and an injection system with high-pressure components in particular a common-rail injection system with a number of injectors associated with the cylinders, in particular with an injector having an individual accumulator allocated for holding fuel is formed from the common rail for the injector.
  • the individual accumulator is supplied with pressurized fuel via a fuel feed passage from the pressure port and is directly in flow communication with the high pressure passage for the high pressure fuel in the common rail.
  • the volume of the single reservoir is large compared to the volume of the high pressure channel and the nozzle antechamber in the injector.
  • DE 10 2009 002 793 B4 discloses a single memory or a high-pressure component such as a common rail with a Druckmesseinrichung, which is formed in the form of a strain sensor, wherein the strain sensor is formed in the form of a strain gauge and disposed on the outside of a wall of the single memory and the individual memory, a hydraulic resistor is arranged upstream or downstream of the integration directly into the high pressure line.
  • the suction throttle when starting the engine according to the prior art is described in the patent DE 101 56 637 Cl.
  • the suction throttle is when the engine is stopped or when the engine is running until reaching a high pressure threshold of z. B. 800 bar with a constant Bestromungswert, preferably 0 A, energized.
  • the high-pressure control is activated, whereby the suction throttle is energized so that the high pressure is regulated to the target high pressure.
  • the rail pressure ie, the fuel pressure in the common rail
  • a low value eg. B. 0 bar
  • the intake throttle in this case initially not energized after starting the engine, so a maximum increase in the high pressure is reached up to a predetermined high pressure threshold.
  • This allows a fast and reliable engine start, since on the one hand injections in common-rail systems are only possible when the opening pressure of the injectors is reached. This is usually 350 ... 400 bar.
  • the engine can be accelerated faster at higher high pressures, since the fuel is better burned in this case, resulting in a higher efficiency.
  • a method must be developed which adjusts the pressure prevailing within the injection system in a predetermined value range at the time of engine start.
  • the invention begins, the task of which is to develop a method which degrades the high pressure until just below the target high pressure before starting the engine and activates the high-pressure control as quickly as possible when starting the engine.
  • the invention is based on a method for operating an internal combustion engine having an engine having a number of cylinders and an injection system with high-pressure components, in particular a common-rail injection system having a number of injectors associated with the cylinders, in particular wherein an individual accumulator is associated with an injector apparatus for holding fuel from the common rail for the injector, the method comprising the steps of:
  • a high-pressure limit value is set and a set high pressure is specified, a leakage in the common rail without injection is generated,
  • the invention also leads to a device of claim 9 and an injection system of claim 10 and to an internal combustion engine of claim 11.
  • the device is used for controlling and / or regulating an internal combustion engine, with an engine controller and an injection computing module, which are designed to carry out the inventive method.
  • the injection system is provided with a common rail for an internal combustion engine with an engine having a number of cylinders and with a number of injectors associated with the cylinders, wherein an injector is associated with a single accumulator for holding fuel from the common rail to
  • the internal combustion engine comprises an engine having a number of cylinders and an injection system according to claim 10, comprising a common rail and a number of injectors.
  • the invention is based on the consideration that the high pressure in the injection system of an internal combustion engine before starting should ideally be reduced to just below the predetermined high pressure.
  • the setpoint high pressure must be specified so that the maximum permissible high pressure at engine start is not exceeded.
  • high pressure control should be activated as soon as possible to avoid significant overshoot of the high pressure above the set point.
  • the invention has recognized that it is ensured in this way that the high-pressure pump on the one hand is not damaged by overloading and on the other hand, the high pressure at engine start is as large as possible in order to ensure a good emission and acceleration behavior.
  • the object is preferably achieved in that the high pressure after stopping the engine is reduced by activating a so-called "blank shot” function.
  • the injectors are energized when the engine is stopped, whereby a leak is generated, but no injection occurs.
  • This "blank-shot” function is activated until the high pressure is reduced to a value just below the setpoint high pressure.
  • a significant overshoot of the high pressure after engine start is inventively prevented by the high-pressure control is already activated when the calculated high-pressure gradient exceeds a predetermined limit.
  • the concept preferably provides the basis for an improved internal combustion engine.
  • the invention makes it possible to start the engine at the highest possible rail pressure without exceeding the maximum permissible rail pressure and thus without damaging the engine by an excessive rail pressure. Starting at high rail pressure thus allows a good acceleration behavior with low emissions.
  • Starting at high Rail pressure in the range of the maximum permissible rail pressure is achieved by lowering the rail pressure on the one hand to a value just below the maximum pressure after stopping the engine with the help of the blank shot function and on the other hand activating the rail pressure control at engine start early by checking whether the average high-pressure gradient exceeds a specifiable limit. This method thus makes it possible, furthermore, that the suction throttle does not have to be energized when the engine is stationary, which prolongs its service life.
  • the high-pressure control for regulating the fuel pressure is still activated during the engine standstill characterizing state as soon as a mean high-pressure gradient reaches or exceeds a defined limit.
  • this includes in particular the activation of the high-pressure control to regulate the fuel pressure already at a time at which there is still a motor standstill characterizing due to still low engine speed.
  • a suction throttle influencing the fuel supply is actuated in the closing direction, which leads to the fuel pressure remaining below a maximum value when starting the internal combustion engine.
  • the advantage is achieved that an increase in the fuel pressure over a maximum value is prevented by early closing of the intake throttle.
  • the high-pressure gradient is formed from a first and a second fuel pressure value, the first and second fuel pressure values following one another in a predetermined time interval.
  • This procedure has the advantage that the high-pressure gradient, ie its rate of increase, can be used as the criterion for activating the high-pressure control instead of the absolute fuel-pressure value. In this way, before reaching the maximum amount of the fuel pressure, the time can be determined at which the increase in the fuel pressure value reaches a predetermined limit.
  • a mean high-pressure gradient is formed from a finite quantity of successive high-pressure gradients by averaging.
  • This procedure leads to the advantage that a corresponding safety in the assessment is achieved by averaging high-pressure gradients.
  • short-term outliers in the measured fuel pressure values can be smoothed by such averaging.
  • an engine is detected at an engine speed of 50-120 min -1 as being in operation or continuously.
  • the specified high-pressure limit value is 560-600 bar.
  • the high-pressure gradient is determined for a predetermined period of time as a mean high-pressure gradient of a number (k) of specific high-pressure gradients, the number (k) being a quotient of the predetermined time span and a sampling time is formed.
  • FIG. 1 shows a device for controlling an injection system of an internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a high-pressure control loop
  • Fig. 3 A is a timing diagram illustrating the high pressure gradient
  • Fig. 4A is a timing diagram of the measured speed n mess
  • 4B is a timing diagram of the measured fuel pressure p meS s and the target high pressure
  • 4C is a time chart of the high pressure gradient of the fuel pressure
  • 4D is a timing diagram of the duty cycle PWM SDR of the PWM signal 4E is a timing diagram of the signal "motor stop", which indicates a shutdown of the engine
  • 4F is a timing diagram of the "Motor Stall" signal indicating a motor stall
  • 4G is a timing diagram of the signal "control mode", which is an activation of the
  • 4H is a timing diagram of the signal "Blank Shot Active", which activates the
  • FIG. 5 is a flowchart of a method of a preferred embodiment.
  • Fig. 1 shows a device according to the prior art. Such a device is described in DE 10 2014 213 648 B3.
  • An internal combustion engine 1 in this case has an injection system 3.
  • the injection system 3 is preferably designed as a common 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 flowing to a high-pressure pump 11 fuel volume flow, the high-pressure pump 11 to promote the fuel with pressure increase in a high-pressure accumulator 13, the high-pressure accumulator 13 for storing the fuel, and preferably 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.
  • 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.
  • a fuel volume flow is defined which is diverted from the high-pressure accumulator 13 into the fuel reservoir 7.
  • This fuel flow is referred to in Fig. 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, since its function is 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 microprocessor, I / O devices, buffer and memory devices (EEPROM, RAM). In the memory modules relevant for the operation of the internal combustion engine 1 operating data in maps / curves are applied. 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 pressure sensor 23, a current engine speed n 1?
  • input E preferably further sensor signals are summarized, for example, a charge air pressure of an exhaust gas turbocharger.
  • a single accumulator pressure p E is preferably an additional input variable of the control unit 21.
  • Fig. 1 are as outputs of the electronic control unit 21 by way of example a signal PWMSDR 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 control valve 19 and thus the high-pressure disturbance variable VDRV defined.
  • the output variable A is representative of further control signals for controlling and / or regulating the internal combustion engine 1, for example for a control signal for activating a second exhaust gas turbocharger in a register charging.
  • Fig. 2 shows the block diagram of a high pressure control loop according to the prior art.
  • Input variable of the high pressure control loop is the target high pressure ps 0 u of the common rail system, which is compared with the measured high pressure p mess . The difference between the two high pressures results in the high pressure control deviation ep.
  • This control deviation ⁇ of the high pressure is the input variable of the high-pressure regulator, which is preferably designed as a PI (DTi) algorithm.
  • Other input variables of the high-pressure regulator include the proportional coefficient kpsDR output variable of the high-pressure regulator is the fuel volume flow V PI (DTI) SDR , which is added to the fuel target consumption Vstör SDR .
  • DTI proportional coefficient kpsDR output variable of the high-pressure regulator
  • the nominal fuel consumption Vs t ör SDR is calculated from the measured engine speed n mess and the target injection quantity Qsoii and represents a disturbance of the high pressure control loop.
  • V PI DTI
  • Vs t ör SDR Disturbance variable connection
  • This value is then set to the maximum flow rate depending on the engine speed n mess V max limited.
  • the limited nominal fuel flow V So ii is the input parameter of the pump curve.
  • the pump characteristic converts the limited nominal fuel flow rate V S oii SDR into the desired intake throttle current Is 0 n SDR .
  • the suction throttle target current Is 0 u SDR is the input variable of the intake throttle current regulator, which has the task of controlling the intake throttle flow. Another input variable of the suction throttle current regulator is the measured intake throttle flow I meS s SDR.
  • the output variable of the intake throttle current regulator is the intake throttle target voltage U S oii SDR, which is finally converted into the PWM duty cycle PWM S DR as specification for the intake throttle.
  • the controlled system of the high-pressure control loop comprises a total of the suction throttle, the high-pressure pump and the fuel rail.
  • Controlled variable of the lower Saugdrosselstrom-control circuit is in this case the Saugdrosselstrom, wherein the raw values IR 0 I I SDR still by a filter which z. B.
  • a PTrFilter can be filtered.
  • the output variable of this filter is the measured intake throttle flow I me s S SDR
  • the control variable of the high-pressure control circuit is the fuel rail pressure (high pressure).
  • the raw values of the fuel rail pressure p 0 h are filtered by a high-pressure filter which has the measured fuel rail pressure p mess as output variable.
  • This filter can, for. B. be implemented by a PTr algorithm.
  • FIGS. 3A and 3B illustrate a particularly advantageous calculation of the high-pressure gradient.
  • the time diagram shown in FIG. 3A shows the high-pressure in the form of a solid curve as a function of time.
  • the current high-pressure gradient (Gradient Current TM ⁇ ) at the time is calculated as shown in FIG. 3B by measuring the measured fuel pressure (pmessiti-AtG ra d HD )) past the time (Et Gr ad HD ) from the current fuel Subtracts the pressure (pmessit) and divides the difference by the time interval (AtGrad HD ).
  • the high-pressure gradient at the time (- Ta), where with (Ta) the
  • Sampling time is calculated by subtracting the measured fuel pressure (pmessiti - Ta - ⁇ tG ra dd HD )) by the time period (ti - Ta - aortic wheel) from the fuel pressure (pmessfa - Ta)) and the difference also divided by the period of time (EtGrad TM) becomes.
  • the high pressure gradient at time (t] - (k-1) * Ta) is calculated by taking the measured fuel pressure past the time period (t] - (k-1) * Ta-AtG ra d HD ) (p meS s (ti - (k - 1) * Ta - ⁇ tG rad HD )) is subtracted from the fuel pressure (p mess (ti - (k - 1) * Ta)) and the difference in time (AtGrad TM) divided.
  • An advantageous embodiment of the calculation of the high-pressure gradient is when it is averaged over the predetermined period of time (AtMittei HD ).
  • the mean high-pressure gradient (GradientMittei HD (ti)) at time ti results in accordance with FIG. 3B by averaging over (k) gradients, the number (k) corresponding to FIG. 3B being calculated as follows will: _ ⁇ middle
  • the related Figures 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G and 4H illustrate the invention in terms of several timing diagrams.
  • the timing diagram shown in Fig. 4A shows the measured engine speed (n meS s) -
  • the "Engine Stop" signal shown in the timing diagram of Fig. 4E changes from 0 to the value 1.
  • the engine speed changes ( n mess ), starting from the value 1000 1 / min, to the value 0 1 / min.
  • the signal shown in the timing diagram of FIG. 4F (“engine stalled") changes from value 0 to value 1.
  • FIG. 4A shows the measured engine speed (n meS s) -
  • the "Engine Stop" signal shown in the timing diagram of Fig. 4E changes from 0 to the value 1.
  • the signal shown in the timing diagram of FIG. 4F (“engine stalled") changes from value 0 to value 1.
  • the target high pressure (psoii) is a solid, bright one Curve shown.
  • the setpoint high pressure is calculated as the output variable of a three-dimensional characteristic map with the input variables engine speed (n meS s) and setpoint torque (Ms 0 n). If the engine is stopped, the setpoint torque is immediately reduced to the value 0 Nm, the engine speed drops to the value 0 1 / min with a time delay.
  • the fuel pressure (pmess 1 ) is represented in the timing diagram of Fig. 4B by a dark solid curve. Since in the case of an engine stop is no longer injected and newer common-rail systems have little or no system leakage, the fuel pressure (pmess 1 ) remains constant until the time (t 2 ) to the original setpoint 1200 bar. Accordingly, as shown in the timing diagram of FIG. 4C, an intermediate high-pressure gradient (GradientMi tte i HD) from 0 bar / s calculated.
  • the timing chart of Fig. 4D shows the duty cycle (PWM SDR ) of the PWM signal of the suction throttle. By the time (ti), with the engine running, this assumes the value of 15%.
  • the engine is started. This has the consequence that the engine speed (n mess ) increases and at the time (t 5 ) reaches the value 80 1 / min. Thus, a running motor is detected at this time, the signal ("Motor Steht") changes from the value of 1 to the value 0.
  • the duty cycle (PWM SDR ) of the PWM signal is calculated from this point on and so that the fuel pressure is regulated, ie, until the time (t 5 ), the duty cycle (PWM SDR ) of the PWM signal is set to the value 0% and thus the fuel pressure controlled.
  • FIG. 4D shows that the prior art duty cycle (PWM SDR 1 ) of the P WM signal increases at time (t 5 ) with the high pressure control being activated and finally at time (tg) the stationary value is 20%.
  • the diagram shown in Fig. 4G shows the control mode (control mode 1 ) according to the prior art.
  • the prior art is again shown as a solid curve, as in the diagrams shown in FIGS. 4B and 4D.
  • control mode 1 is identical to the value 1 until the time (t 5 ), ie until this time the high-pressure control is deactivated, so that the duty cycle of the PWM signal (PWM DR ) is specified , Only at the time (t 5 ), the control mode (control mode 1 ) changes to the value 0, so that the fuel pressure (pmess 1 ) is controlled in the sequence.
  • the graph shown in Fig. 4C shows that the high-pressure gradient (GradientMittei 110 ) increases from the time (t 3 ) according to the increasing fuel pressure according to the diagram shown in Fig. 4B and at the time (t4) the limit value (LimitHDGradient Start ).
  • the high pressure control is activated upon reaching this limit and thus at the time (U).
  • the control mode shown in Fig. 4G, already at the time (U) changes to the value 0.
  • the corresponding line is shown dotted and denoted by (control mode 2 ).
  • the PWM signal according to the invention is again shown in dotted lines and denoted by (PWM SDR 2 ).
  • the inventively earlier high-pressure control causes the fuel pressure now at engine start below the maximum value (p m ax) remains and earlier, already at the time (tg), settling on its setpoint (psoii). This protects the engine when starting.
  • the resulting in this case the course of the fuel pressure is again shown in dotted lines in the diagram of FIG. 4B.
  • the fuel pressure is denoted by (p me ss).
  • Fig. 5 illustrates the method of the invention in the form of a flow chart.
  • step (Sl) is in this case the central gradient (GradientMittei TM 1) corresponding to FIG. 3 calculated. Subsequently, the operation proceeds to step (S2).
  • step (S2) a query is made as to whether the engine is stopped. Is this the Case, proceeds to step (S3).
  • step (S3) a flag which is initialized with the value 0 is scanned. If this flag is set, step (S7) is continued. If the flag is not set, proceed to step (S4).
  • step (S4) it is checked whether the gradient (GradientMittei TM 5 ) is greater than or equal to the limit value (LimitHDGradient Start ). If this is the case, continue with step (S5).
  • step (S5) the flag is set to the value 1, and the control mode to the value 0. Then, step (S7) is continued.
  • step (S4) If the query result in step (S4) is negative, ie if the mean gradient (gradient average HD) is less than the limit value (LimitHDGradient Start ), the control mode is set to the value 1 in step (S6). Subsequently, the operation proceeds to step (S7). In step (S7), the control mode is requested. If the control mode is set, the duty ratio (PWM SDR ) of the PWM signal is set to 0 in step (S8).
  • PWM SDR duty ratio
  • the duty cycle (PWM SDR ) of the PWM signal is calculated in step (S9) depending on the suction throttle target voltage (Usoii SDR ), the battery voltage (U ß a tt ) and the diode forward voltage (Uoio d e) , In both cases, the program is expired.
  • step (S10) the flag and the control mode are reset to the value 0.
  • the duty cycle (PWM SDR ) of the PWM signal is calculated as a function of the intake throttle setpoint voltage (Usoii SDR ), the battery voltage (U ß a tt ) and the diode forward voltage (Uoiode). This completes the program even in this case.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und einem Einspritzsystem mit Hochdruckkomponenten, insbesondere einem ein Common-Rail aufweisendes Einspritzsystem mit einer Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren, insbesondere wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail für den Injektor ausgebildet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: - Starten der Brennkraftmaschine, - Betreiben der Brennkraftmaschine, - Abstellen der Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß sind bei dem Verfahren die Schritte vorgesehen, dass - ein einen Motorstillstand kennzeichnender Zustand erkannt wird, insbesondere nach Abstellen der Brennkraftmaschine, - ein Hochdruck-Grenzwert festgelegt und ein Sollhochdruck vorgegeben wird, - eine Leckage im Common-Rail ohne Einspritzung erzeugt wird, - mittels der Leckage der Kraftstoff-Druck im Common-Rail auf den festgelegten Hochdruck-Grenzwert unterhalb des Sollhochdruckes abgebaut wird.

Description

BESCHREIBUNG Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine, Einspritzsystem und Brennkraftmaschine
Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und einem Einspritzsystem mit Hochdruckkomponenten, insbesondere einem ein Common-Rail aufweisendes Einspritzsystem mit einer Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren, insbesondere wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail für den Injektor ausgebildet ist.
Bewährt hat sich das Konzept eines Injektors mit einem Einzelspeicher im Rahmen eines Common-Rail-Einspritzsystems, wie er beispielsweise in DE 199 35 519 C2 beispielhaft beschrieben ist. Der Einzelspeicher wird über einen Kraftstoffzulaufkanal von dem Druckanschluss mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt und steht direkt in Strömungsverbindung mit dem Hochdruckkanal für den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff im Common-Rail. Das Volumen des Einzelspeichers ist groß, verglichen mit dem Volumen des Hochdruckkanals und des Düsenvorraums im Injektor. Aufgrund der Anordnung des Injektors— ggfs. entkoppelt vom Common-Rail über ein Drosselelement-- steht im Gehäuse des Kraftstoffinjektors genügend Raum im Einzelspeicher zur Verfügung, um Kraftstoff für wenigstens eine gesamte Einspritzmenge für ein Arbeitsspiel eines Zylinders, jedenfalls aber für eine Teileinspritzung im Rahmen des Arbeitsspiels, vorzuhalten.
DE 10 2009 002 793 B4 offenbart einen Einzelspeicher oder eine Hochdruck-Komponente wie ein Common-Rail mit einer Druckmesseinrichung, die in Form eines Dehnungssensors gebildet ist, wobei der Dehnungssensor in Form eines Dehnungsmessstreifens gebildet und auf der Außenseite einer Wandung des Einzelspeichers angeordnet ist und dem Einzelspeicher ein hydraulischer Widerstand unmittelbar zur Integration in die Hochdruckführung vorgeordnet oder nachgeordnet ist.
Beim Starten des Motors muss einerseits sichergestellt sein, dass der Hochdruck einen vom Pumpenhersteller vorgegebenen Maximalwert von z. B. 600 bar nicht überschreitet, da die Pumpe sonst aufgrund des zu großen Gegendruckes zu Schaden kommen kann. Andererseits sollte der Hochdruck beim Motorstart möglichst groß sein, um ein gutes Beschleunigungsverhalten sowie geringe Emissionen zu gewährleisten. Das Ansteuern der Saugdrossel beim Motorstart entsprechend dem Stand der Technik ist in der Patentschrift DE 101 56 637 Cl beschrieben. Dabei wird die Saugdrossel bei stehendem Motor oder bei laufendem Motor bis zum Erreichen eines Hochdruck-Schwellwerts von z. B. 800 bar mit einem konstanten Bestromungswert, vorzugsweise 0 A, bestromt. Mit Erreichen des Schwellwerts wird die Hochdruck-Regelung aktiviert, wodurch die Saugdrossel so bestromt wird, dass der Hochdruck auf den Sollhochdruck geregelt wird. Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren für Common-Rail-Systeme, welche eine große Systemleckage aufweisen. Bei solchen Systemen fällt der Raildruck, d. h. der Kraftstoff-Druck im Common-Rail, nach dem Abstellen des Motors schnell auf einen niedrigen Wert, z. B. 0 bar, ab. Wird die Saugdrossel in diesem Fall nach dem Starten des Motors zunächst nicht bestromt, so wird ein maximaler Anstieg des Hochdruckes bis zu einem vorgebbaren Hochdruck-Schwellwert erreicht. Dies ermöglicht einen schnellen und zuverlässigen Motorstart, da einerseits Einspritzungen bei Common-Rail- Systemen erst dann möglich sind, wenn der Öffnungsdruck der Einspritzdüsen erreicht wird. Dieser beträgt üblicherweise 350 ... 400 bar. Andererseits kann der Motor bei höheren Hochdrücken schneller beschleunigt werden, da der Kraftstoff in diesem Fall besser verbrannt wird, wodurch sich ein höherer Wirkungsgrad ergibt.
Während dies grundsätzlich richtig ist, hat sich gleichwohl folgende Problematik als relevant erwiesen: Bei neueren Common-Rail-Systemen ist ein Ansteuern der Saugdrossel entsprechend dem Stand der Technik wenig vorteilhaft, da diese Systeme nur wenig Systemleckage aufweisen. Dies hat zur Folge, dass der Hochdruck beim Abstellen des Motors nicht abgebaut wird und deshalb bei Werten, welche zum Zeitpunkt des Abstellens vorliegen, stehen bleibt. Da der Motor bei Hochdrücken von 600 ... 2200 bar betrieben wird, herrscht vor dem Starten des Motors i. d. R. ein Hochdruck, der die Hochdruckpumpe des Einspritzsystems schädigen könnte. Wünschenswert ist es daher, zum Zeitpunkt des Motorstarts den innerhalb des Einspritzsystems herrschenden Druck in einem vorbestimmten Wertebereich einzustellen, der niedrig genug ist, um die Hochdruckpumpe des Einspritzsystems nicht zu schädigen, und gleichzeitig hoch genug ist, um ein gutes Beschleunigungsverhalten sowie vorteilhaftes Emissionsverhalten aufzuweisen. Um den eingangs genannten Anforderungen in verbesserter Weise gerecht zu werden, muss ein Verfahren entwickelt werden, welches den innerhalb des Einspritzsystems herrschenden Druck passend zum Zeitpunkt des Motorstarts in einem vorbestimmten Wertebereich einstellt. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren zu entwickeln, welches vor dem Motorstart den Hochdruck bis knapp unterhalb des Sollhochdruckes abbaut und die Hochdruck-Regelung beim Starten des Motors schnellstmöglich aktiviert.
Die Aufgabe, betreffend das Verfahren, wird durch die Erfindung mit einem Verfahren des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und einem Einspritzsystem mit Hochdruckkomponenten, insbesondere einem ein Common-Rail aufweisendes Einspritzsystem mit einer Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren, insbesondere wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail für den Injektor ausgebildet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- Starten der Brennkraftmaschine,
- Betreiben der Brennkraftmaschine,
- Abstellen der Brennkraftmaschine,
Erfindungsgemäß sind bei dem Verfahren die Schritte vorgesehen, dass
- ein einen Motorstillstand kennzeichnender Zustand erkannt wird, insbesondere nach Abstellen der Brennkraftmaschine,
- ein Hochdruck-Grenzwert festgelegt und ein Sollhochdruck vorgegeben wird, - eine Leckage im Common-Rail ohne Einspritzung erzeugt wird,
- mittels der Leckage der Kraftstoff-Druck im Common-Rail auf den festgelegten Hochdruck-Grenzwert unterhalb des Sollhochdruckes abgebaut wird.
Die Erfindung führt im Rahmen der Aufgabenstellung auch auf eine Einrichtung des Anspruchs 9 und ein Einspritzsystem des Anspruchs 10 sowie eine Brennkraftmaschine des Anspruchs 11.
Die Einrichtung dient zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine, mit einem Motorregler und einem Einspritz-Rechenmodul, die ausgebildet sind zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Einspritzsystem ist versehen mit einem ein Common-Rail für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und mit einer Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren, wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail zur Injektion in den Zylinder ausgebildet ist und mit einer Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 9. Die Brennkraftmaschine umfasst einen eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und ein Einspritzsystem nach Anspruch 10, mit einem Common-Rail und einer Anzahl von Injektoren. Die Erfindung geht aus von der Überlegung dass der Hochdruck im Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine vor dem Starten idealerweiser bis knapp unterhalb des Sollhochdruckes abgebaut werden sollte. Der Sollhochdruck muss dabei so vorgegeben werden, dass der maximal zulässige Hochdruck beim Motorstart nicht überschritten wird. Wird der Motor gestartet, sollte die Hochdruck-Regelung schnellstmöglich aktiviert werden, um ein signifikantes Überschwingen des Hochdruckes über den Sollwert zu vermeiden.
Die Erfindung hat erkannt, dass auf diese Weise gewährleistet wird, dass die Hochdruckpumpe einerseits durch Überlastung nicht geschädigt wird und andererseits der Hochdruck beim Motorstart möglichst groß ist, um ein gutes Emissions- und Beschleunigungsverhalten zu gewährleisten. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Aufgabe vorzugsweise dadurch gelöst, dass der Hochdruck nach dem Abstellen des Motors durch Aktivierung einer sogenannten "Blank Shot" - Funktion abgebaut wird. Dabei werden die Injektoren bei stehendem Motor bestromt, wodurch eine Leckage erzeugt wird, jedoch keine Einspritzung erfolgt. Diese "Blank-Shot"— Funktion wird so lange aktiviert, bis der Hochdruck auf einen Wert knapp unterhalb des Sollhochdruckes abgebaut ist. Ein signifikantes Überschwingen des Hochdruckes nach dem Motorstart wird erfindungsgemäß dadurch verhindert, dass die Hochdruck-Regelung bereits dann aktiviert wird, wenn der berechnete Hochdruck-Gradient einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Das Konzept bietet vorzugsweise die Basis für eine in verbesserter Weise betriebene Brennkraftmaschine. Die Erfindung ermöglicht es, den Motor bei möglichst hohem Raildruck zu starten ohne den maximal zulassigen Raildruck zu überschreiten und damit ohne den Motor durch einen zu hohen Raildruck zu schädigen. Das Starten bei hohem Raildruck ermöglicht somit ein gutes Beschleunigungsverhalten bei geringen Emissionen. Das Starten bei hohem Raildruck im Bereich des maximal zulässigen Raildruckes wird erreicht, indem der Raildruck einerseits nach dem Abstellen des Motors mit Hilfe der Blank Shot - Funktion bis auf einen Wert knapp unterhalb des Maximaldruckes abgesenkt wird und andererseits die Raildruckregelung beim Motorstart frühzeitig aktiviert wird, indem überprüft wird, ob der mittlere Hochdruck- Gradient ein vorgebbares Limit überschreitet. Dieses Verfahren ermöglicht es somit weiterhin, dass die Saugdrossel bei stehendem Motor nicht bestromt werden muss, wodurch deren Haltbarkeit verlängert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Insbesondere ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass beim Starten der Brennkraftmaschine die Hochdruck-Regelung zur Regelung des Kraftstoff-Druckes noch während des den Motorstillstand kennzeichnenden Zustands aktiviert wird, sobald ein mittlerer Hochdruck- Gradient einen definierten Grenzwert erreicht oder überschreitet.
Konkret beinhaltet dies insbesondere die Aktivierung der Hochdruck-Regelung zur Regelung des Kraftstoff-Druckes bereits zu einem Zeitpunkt, an dem aufgrund einer noch zu niedrigen Motordrehzahl noch ein einen Motorstillstand kennzeichnenden Zustand vorliegt. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass der Kraftstoff-Druck beim Starten der Brennkraftmaschine unter einem Maximalwert verbleibt und sich früher auf einen vorgegebenen Sollwert einschwingt.
Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass durch Aktivierung der Hochdruck-Regelung eine die Kraftstoffzufuhr beeinflussende Saugdrossel in Schließrichtung betätigt wird, was beim Starten der Brennkraftmaschine zu einem Verbleiben des Kraftstoff-Druckes unterhalb eines Maximalwertes führt.
Konkret beinhaltet dies, dass ein kontinuierliches Signal zur Steuerung einer Saugdrossel bei Aktivierung der Hochdruck-Regelung erhöht wird, was eine Schließbewegung der Saugdrossel zur Folge hat. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass ein Ansteigen des Kraftstoff-Druckes über einen Maximalwert durch ein frühzeitiges Schließen der Saugdrossel verhindert wird. Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Hochdruck- Gradient aus einem ersten und einem zweiten Kraftstoff-Druck- Wert gebildet wird, wobei der erste und der zweite Kraftstoff-Druck-Wert in einem vorgegebenen Zeitabstand aufeinander folgen.
Konkret bedeutet dies beispielsweise, dass zwei zeitlich aufeinanderfolgende und mittels eines Drucksensors gemessene Kraftstoff-Druck-Werte voneinander subtrahiert werden und ein Quotient aus dieser Differenz und dem Zeitraum zwischen den beiden Aufnahmen der jeweiligen Werte gebildet werden. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass als Kriterium für die Aktivierung der Hochdruck- Regelung an Stelle des absoluten Kraftstoff-Druck- Wertes der Hochdruck-Gradient, also dessen Steigerungsrate, hinzugezogen werden kann. Auf diese Weise kann vor Erreichen des betragsmäßigen Maximums des Kraftstoff-Druckes der Zeitpunkt ermittelt werden, an dem die Zunahme des Kraftstoff-Druck- Wertes einen vorbestimmten Grenzwert erreicht. Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass aus einer endlichen Menge aufeinander folgender Hochdruck-Gradienten durch Mittelwertbildung ein mittlerer Hochdruck-Gradient gebildet wird.
Dieses Vorgehen führt zu dem Vorteil, dass durch eine Mittelwertbildung von Hochdruck- Gradienten eine entsprechende Sicherheit bei der Beurteilung erreicht wird. So können beispielsweise kurzzeitige Ausreißer in den gemessenen Kraftstoff-Druck-Werten über eine derartige Mittelwertbildung geglättet werden.
Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass ein Motor bei einer Motordrehzahl von 50 - 120 min"1 als in Betrieb bzw. laufend erkannt wird.
Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass der festgelegte Hochdruck-Grenzwert 560 - 600 bar beträgt.
Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Hochdruck- Gradient für eine vorgegebene Zeitspanne bestimmt wird als mittlerer Hochdruck-Gradient aus einer Anzahl (k) von bestimmten Hochdruck-Gradienten, wobei die Anzahl (k) als ein Quotient aus der vorgegebenen Zeitspanne und einer Abtastzeit gebildet wird. Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
Fig. 1 eine Einrichtung zur Steuerung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Hochdruckregelkreises
Fig. 3 A ein Zeitdiagramm zur Darstellung des Hochdruck-Gradienten
Fig. 3B Formeln zur Berechnung des Hochdruck-Gradienten und des mittleren Hochdruck- Gradienten
Fig. 4A ein Zeitdiagramm der gemessenen Drehzahl nmess
Fig. 4B ein Zeitdiagramm des gemessenen Kraftstoff-Druckes pmeSs und des Sollhochdruckes
PSoll
Fig. 4C ein Zeitdiagramm des Hochdruck-Gradienten des Kraftstoff-Druckes
Fig. 4D ein Zeitdiagramm der Einschaltdauer PWMSDR des PWM-Signals Fig. 4E ein Zeitdiagramm des Signals„Motor Stop", welches ein Abstellen des Motors kennzeichnet
Fig. 4F ein Zeitdiagramm des Signals „Motor Steht", welches einen Motorstillstand kennzeichnet
Fig. 4G ein Zeitdiagramm des Signals „Steuermodus", welches eine Aktivierung der
Hochdruck-Regelung kennzeichnet
Fig. 4H ein Zeitdiagramm des Signals„Blank Shot Aktiv", welches eine Aktivierung der
Blank-Shot-Funktion kennzeichnet
Fig. 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens einer bevorzugten Ausführungsform..
Fig. 1 zeigt eine Einrichtung entsprechend dem Stand der Technik. Eine solche Einrichtung ist in der DE 10 2014 213 648 B3 beschrieben. Eine Brennkraftmaschine 1 weist dabei ein Einspritzsystem 3 auf. Das Einspritzsystem 3 ist bevorzugt als Common-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 zu einer Hochdruckpumpe 11 strömenden Kraftstoff- Volumenstroms, die Hochdruckpumpe 11 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung in einen Hochdruckspeicher 13, den Hochdruckspeicher 13 zum Speichern des Kraftstoffs, und vorzugsweise 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 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel 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 Fig. 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, da dessen Funktion 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 Microcomputersystems, 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 Kennfeldem/Kennlinien appliziert. Uber diese berechnet das elektronische Steuergerät 21 aus Eingangsgrößen Ausgangsgrößen. In Fig. 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: Ein gemessener, noch ungefilterter Hochdruck p, der in dem Hochdruckspeicher 13 herrscht und mittels eines Drucksensors 23 gemessen wird, eine aktuelle Motordrehzahl n1? 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 zusatzliche Eingangsgröße des Steuergeräts 21.
In Fig. 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 21 beispielhaft ein Signal PWMSDR 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 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 das Blockschaltbild eines Hochdruckregelkreises entsprechend dem Stand der Technik. Eingangsgröße des Hochdruckregelkreises ist der Sollhochdruck ps0u des Common- Rail-Systems, welcher mit dem gemessenen Hochdruck pmess verglichen wird. Die Differenz beider Hochdrücke ergibt dabei die Hochdruck-Regelabweichung ep. Diese Regelabweichung βρ des Hochdruckes ist die Eingangsgröße des Hochdruckreglers, welcher bevorzugt als PI(DTi)- Algorithmus ausgeführt ist. Weitere Eingangsgrößen des Hochdruckreglers sind u. a. der Proportionalbeiwert kpsDR- Ausgangsgröße des Hochdruckreglers ist der Kraftstoff- Volumenstrom VPI(DTI) SDR, welcher mit dem Kraftstoff-Sollverbrauch VstörSDR addiert wird. Der Kraftstoff-Sollverbrauch VstörSDR wird aus der gemessenen Motordrehzahl nmess und der Soll- Einspritzmenge Qsoii berechnet und stellt eine Störgröße des Hochdruckregelkreises dar. Als Summe der Hochdruckregler- Ausgangsgröße VPI(DTI)SDR und der Störgröße VstörSDR (Störgrößen- Aufschaltung) ergibt sich der unbegrenzte Kraftstoff-Sollvolumenstrom Vunbeg SDR Dieser wird anschließend in Abhängigkeit der Motordrehzahl nmess auf den maximalen Volumenstrom Vmax begrenzt. Der begrenzte Kraftstoff-Sollvolumenstrom VSoii ist die Eingangsgröße der Pumpenkennlinie. Die Pumpenkennlinie rechnet den begrenzten Kraftstoff-Sollvolumenstrom VSoiiSDR in den Saugdrossel-Sollstrom Is0nSDR um. Der Saugdrossel-Sollstrom Is0uSDR ist die Eingangsgröße des Saugdrossel-Stromreglers, welcher die Aufgabe hat, den Saugdrosselstrom zu regeln. Eine weitere Eingangsgröße des Saugdrossel-Stromreglers ist u. a. der gemessene Saugdrosselstrom ImeSsSDR Ausgangsgröße des Saugdrossel-Stromreglers ist die Saugdrossel- Sollspannung USoiiSDR welche schließlich in die PWM-Einschaltdauer PWMSDR als Vorgabe für die Saugdrossel umgerechnet wird. Die Regelstrecke des Hochdruckregelkreises besteht insgesamt aus der Saugdrossel, der Hochdruckpumpe und dem Kraftstoff-Rail. Regelgröße des unterlagerten Saugdrosselstrom-Regelkreises ist hierbei der Saugdrosselstrom, wobei die Rohwerte IR0II SDR noch durch ein Filter, welches z. B. ein PTrFilter sein kann, gefiltert werden. Ausgangsgröße dieses Filters ist der gemessene Saugdrosselstrom ImesS SDR Die Regelgröße des Hochdruckregelkreises ist der Kraftstoff-Raildruck (Hochdruck). Die Rohwerte des Kraftstoff- Raildruckes p 0h werden dabei durch ein Hochdruck-Filter gefiltert, welches als Ausgangsgröße den gemessenen Kraftstoff-Raildruck pmess hat. Dieses Filter kann z. B. durch einen PTr Algorithmus umgesetzt sein.
Folgende Elemente des Hochdruckregelkreises sind bereits in diesen Patentschriften veröffentlicht: der Stromregelkreis in der US 7,240,667 B2 und die Störgrößenaufschaltung z. B. in der DE 10 2008 036 299 B3 bzw. der US 7,856,961 B2 für den Fall getrennter Kraftstoff- Rails.
Die Erfindung wird anhand Fig. 3A, Fig. 3B, Fig. 4 und Fig. 5 beschrieben. Fig. 3A und Fig. 3B stellen eine besonders vorteilhafte Berechnung des Hochdruck-Gradienten dar. Das in Fig 3A dargestellte Zeitdiagramm zeigt den Hochdruck in Form einer durchgezogenen Kurve in Abhängigkeit der Zeit. Der aktuelle Hochdruck-Gradient (Gradient Aktuell™^!)) zum Zeitpunkt wird entsprechend Fig. 3B berechnet, indem der um die Zeitspanne (ÄtGradHD) zurückliegende gemessene Kraftstoff-Druck (pmessiti - AtGradHD)) vom aktuellen Kraftstoff-Druck (pmessit ) subtrahiert und die Differenz durch die Zeitspanne (AtGradHD) dividiert wird. Der Hochdruck-Gradient zum Zeitpunkt ( - Ta), wobei mit (Ta) die
HD
Abtastzeit bezeichnet ist, wird berechnet, indem der um die Zeitspanne (ti - Ta - Ätorad ) zurückliegende gemessene Kraftstoff-Druck (pmessiti - Ta - ÄtGradHD)) vom Kraftstoff-Druck (pmessfa - Ta)) subtrahiert und die Differenz ebenfalls durch die Zeitspanne (ÄtGrad™) dividiert wird. Ganz allgemein wird der Hochdruck-Gradient zum Zeitpunkt (t] - (k - 1)* Ta) berechnet, indem der um die Zeitspanne (t] - (k - 1)* Ta - AtGradHD) zurückliegende gemessene Kraftstoff- Druck (pmeSs(ti - (k - l)* Ta - ÄtGrad HD)) vom Kraftstoff-Druck (pmess(ti - (k - 1)* Ta)) subtrahiert und die Differenz durch die Zeitspanne (AtGrad™) dividiert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Berechnung des Hochdruck-Gradienten ist es, wenn dieser über die vorgebbare Zeitspanne (AtMitteiHD) gemittelt wird. Bei einer Abtastzeit (Ta) ergibt sich der mittlere Hochdruck-Gradient (GradientMitteiHD(ti)) zum Zeitpunkt ti dabei entsprechend Fig. 3B indem über insgesamt (k) Gradienten gemittelt wird, wobei die Anzahl (k) entsprechend Fig. 3B folgendermaßen berechnet wird: _ ^Mittel
Die zusammenhängenden Figuren Fig. 4A, Fig. 4B, Fig. 4C, Fig. 4D, Fig. 4E, Fig. 4F, Fig. 4G und Fig. 4H stellen die Erfindung in Form mehrerer Zeitdiagramme dar. Das in Fig. 4A dargestellte Zeitdiagramm zeigt die gemessene Motordrehzahl (nmeSs)- Zum Zeitpunkt (ti) wird der Motor abgestellt, das im Zeitdiagramm der Fig. 4E dargestellte "Motor Stop"-Signal wechselt vom Wert 0 auf den Wert 1. Als Folge ändert sich die Motordrehzahl (nmess), ausgehend vom Wert 1000 1/min, auf den Wert 0 1/min. Zum Zeitpunkt (t2) wird Motorstillstand erkannt, das im Zeitdiagramm der Fig. 4F dargestellte Signal ("Motor Steht") wechselt vom Wert 0 auf den Wert 1. Im Zeitdiagramm der Fig. 4B ist der Sollhochdruck (psoii) als durchgezogene, helle Kurve dargestellt. Der Sollhochdruck wird als Ausgangsgröße eines dreidimensionalen Kennfelds mit den Eingangsgrößen Motordrehzahl (nmeSs) und Sollmoment (Ms0n) berechnet. Wird der Motor abgestellt, wird das Sollmoment sofort auf den Wert 0 Nm reduziert, die Motordrehzahl fällt zeitverzögert auf den Wert 0 1/min. Entsprechend dem in Fig. 4B dargestellten Zeitdiagramm ergibt sich in diesem Fall, der Auslegung des Sollhochdruck- Kennfelds entsprechend, ebenfalls ein fallender Sollhochdruck (psoii), dargestellt durch eine durchgezogene helle Kurve mit dem Anfangswert 1200 bar und dem Endwert 600 bar, welcher zum Zeitpunkt (t2) erreicht wird. Der Kraftstoff-Druck (pmess1) wird im Zeitdiagramm der Fig. 4B durch eine dunkle durchgezogene Kurve dargestellt. Da im Falle eines Motorstops nicht mehr eingespritzt wird und neuere Common-Rail-Systeme keine oder nur sehr wenig Systemleckage haben, bleibt der Kraftstoff-Druck (pmess1) bis zum Zeitpunkt (t2) konstant auf dem ursprünglichen Sollwert 1200 bar. Entsprechend wird, dargestellt im Zeitdiagramm der Fig. 4C, ein mittlerer Hochdruck-Gradient (GradientMitteiHD) von 0 bar/s berechnet. Das Zeitdiagramm der Fig. 4D zeigt die Einschaltdauer (PWMSDR) des PWM-Signals der Saugdrossel. Bis zum Zeitpunkt (ti), bei laufendem Motor, nimmt dieses den Wert 15 % an. Da der Sollhochdruck (Psoii) vom Zeitpunkt (ti) an unter den Kraftstoff-Druck (pmess1) fallt, ergibt sich eine negative Hochdruckregelabweichung (ep). Dies führt dazu, dass entsprechend Fig. 2 eine größere Einschaltdauer (PWMSDR) des PWM-Signals berechnet wird, d. h. die Saugdrossel wird in Schließrichtung bewegt. Entsprechend dem in Fig. 4D dargestellten Zeitdiagramm steigt die Einschaltdauer (PWMSDR) des PWM-Signals auf seinen Maximalwert 25 % an und verharrt auf diesem Wert bis zum Zeitpunkt (t2). Bei der Einschaltdauer des PWM-Signals handelt es sich dabei um ein berechnetes Signal entsprechend Fig. 2, dies wird im Zeitdiagramm der Fig. 4G dadurch angezeigt, dass der Steuermodus bis zum Zeitpunkt (t2) den Wert 0 annimmt.
Zum Zeitpunkt (t2) wird der Motor entsprechend dem in Fig. 4F dargestellten Zeitdiagramm als stehend erkannt, das Signal ("Motor Steht") wechselt vom Wert 0 auf den Wert 1. Wie das in Fig. 4H dargestellte Zeitdiagramm zeigt, wird zu diesem Zeitpunkt die Blank Shot-Funktion aktiviert, dies wird angezeigt durch das Signal "Blank Shot Aktiv", welches vom Wert 0 auf den Wert 1 wechselt. Dies führt dazu, dass der Kraftstoff-Druck (pmess1), dargestellt in Fig. 4B, ausgehend vom Wert 1200 bar, abfällt und zum Zeitpunkt (t3) den Wert 580 bar erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Blank Shot - Funktion deaktiviert, so dass das Signal ("Blank Shot Aktiv") vom Wert 1 wieder auf den Wert 0 wechselt. Da der Kraftstoff-Druck vom Zeitpunkt (t2) bis zum Zeitpunkt (t3) abfallt, ergibt sich, wie im dritten Zeitdiagramm dargestellt, ein negativer Hochdruck-Gradient, angezeigt durch den Wert -100 bar/s.
Zum Zeitpunkt (t3) wird der Motor gestartet. Dies hat zur Folge, dass die Motordrehzahl (nmess) ansteigt und zum Zeitpunkt (t5) den Wert 80 1/min erreicht. Damit wird zu diesem Zeitpunkt ein laufender Motor erkannt, das Signal ("Motor Steht") wechselt vom Wert 1 auf den Wert 0. Entsprechend dem Stand der Technik wird die Einschaltdauer (PWMSDR) des PWM-Signals erst von diesem Zeitpunkt an berechnet und damit der Kraftstoff-Druck geregelt, d. h. bis zum Zeitpunkt (t5) wird die Einschaltdauer (PWMSDR) des PWM-Signals auf den Wert 0 % gesetzt und damit der Kraftstoff-Druck gesteuert. Dies hat zur Folge, dass der Kraftstoff-Druck (pmess1) entsprechend dem Stand der Technik, beginnend mit dem Zeitpunkt (t3), ansteigt und erst zum Zeitpunkt (t7) und damit nach dem Aktivieren der Hochdruck-Regelung zum Zeitpunkt (t5), mit dem Wert 750 bar seinen Maximalwert erreicht. Nach dem Zeitpunkt (t7) fallt der Kraftstoff- Druck wieder und erreicht zum Zeitpunkt (tg) schließlich seinen Sollwert (psoii)- Das Zeitdiagramm in Fig. 4B zeigt, dass der Kraftstoff-Druck ( mess1) den zulässigen Maximaldruck (Pmax) beim Motorstart deutlich übersteigt. Das in Fig. 4D dargestellte Diagramm zeigt, dass die dem Stand der Technik entsprechende Einschaltdauer (PWMSDR 1) des P WM-Signals zum Zeitpunkt (t5) mit dem Aktivieren der Hochdruck-Regelung ansteigt und sich zum Zeitpunkt (tg) schließlich auf dem stationären Wert 20 % einschwingt. Das in Fig. 4G dargestellte Diagramm zeigt den Steuermodus (Steuermodus1) entsprechend dem Stand der Technik. Der Stand der Technik wird, wie bei den in Fig. 4B und Fig. 4D dargestellten Diagrammen, wiederum als durchgezogene Kurve dargestellt. Man erkennt, dass der Steuermodus (Steuermodus1) bis zum Zeitpunkt (t5) mit dem Wert 1 identisch ist, d. h. bis zu diesem Zeitpunkt ist die Hochdruck- Regelung deaktiviert, so dass die Einschaltdauer des PWM-Signals (PWMsDR)vorgegeben wird. Erst zum Zeitpunkt (t5) wechselt der Steuermodus (Steuermodus1) auf den Wert 0, so dass der Kraftstoff-Druck (pmess1) in der Folge geregelt wird.
Das in Fig. 4C dargestellte Diagramm zeigt, dass der Hochdruck-Gradient (GradientMittei110) vom Zeitpunkt (t3) an entsprechend dem steigenden Kraftstoff-Druck gemäß dem in Fig. 4B dargestellten Diagramm ansteigt und zum Zeitpunkt (t4) den Grenzwert (LimitHDGradientStart) erreicht. Im Sinne der Erfindung wird die Hochdruck-Regelung mit Erreichen dieses Grenzwerts und damit zum Zeitpunkt (U) aktiviert. Damit wechselt der Steuermodus, dargestellt in Fig. 4G, bereits zum Zeitpunkt (U) auf den Wert 0. Die entsprechende Linie ist punktiert dargestellt und mit (Steuermodus2) bezeichnet. Mit dem erfindungsgemäßen Aktivieren der Hochdruck- Regelung zum Zeitpunkt (U) steigt das PWM-Signal entsprechend dem in Fig. 4D dargestellten Diagramm bereits zum Zeitpunkt (t4) an, so dass die Saugdrossel früher als dem Stand der Technik entsprechend, in Schließrichtung betätigt wird. Das PWM-Signal entsprechend der Erfindung ist wiederum punktiert dargestellt und mit (PWMSDR 2) bezeichnet. Die erfindungsgemäß früher einsetzende Hochdruck-Regelung führt dazu, dass der Kraftstoff-Druck nun beim Motorstart unter dem Maximalwert (pmax) verbleibt und sich früher, bereits zum Zeitpunkt (tg), auf seinem Sollwert (psoii) einschwingt. Dadurch wird der Motor beim Start geschützt. Der sich in diesem Fall ergebende Verlauf des Kraftstoff-Druckes ist im Diagramm der Fig. 4B wiederum punktiert dargestellt. Der Kraftstoff-Druck ist dabei mit (pmess ) bezeichnet.
Fig. 5 stellt das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Flussdiagramms dar. In Schritt (Sl) wird hierbei der mittlere Gradient (GradientMittei™1) entsprechend Fig. 3 berechnet. Anschließend wird mit Schritt (S2) fortgefahren. In Schritt (S2) wird abgefragt, ob der Motor steht. Ist dies der Fall, wird mit Schritt (S3) fortgefahren. In Schritt (S3) wird ein Merker, welcher mit dem Wert 0 initialisiert ist, abgefragt. Ist dieser Merker gesetzt, wird mit Schritt (S7) fortgefahren. Ist der Merker nicht gesetzt, wird mit Schritt (S4) fortgefahren. In Schritt (S4) wird geprüft, ob der Gradient (GradientMittei™5) größer oder gleich als der Grenzwert (LimitHDGradientStart) ist. Ist dies der Fall, wird mit Schritt (S5) fortgefahren. In Schritt (S5) wird der Merker auf den Wert 1 gesetzt sowie der Steuermodus auf den Wert 0. Anschließend wird mit Schritt (S7) fortgefahren.
Ist das Abfrageergebnis in Schritt (S4) negativ, d. h. ist der mittlere Gradient (GradientMittei HD ) kleiner als der Grenzwert (LimitHDGradientStart), wird der Steuermodus in Schritt (S6) auf den Wert 1 gesetzt. Anschließend wird mit Schritt (S7) fortgefahren. In Schritt (S7) wird der Steuermodus abgefragt. Ist der Steuermodus gesetzt, wird die Einschaltdauer (PWMSDR) des PWM-Signals in Schritt (S8) auf den Wert 0 gesetzt. Ist der Steuermodus nicht gesetzt, wird die Einschaltdauer (PWMSDR) des PWM-Signals im Schritt (S9) in Abhängigkeit der Saugdrossel-Sollspannung (UsoiiSDR), der Batteriespannung (Ußatt) und der Diodenflussspannung (Uoiode) berechnet. In beiden Fällen ist der Pro grammablauf hiermit beendet.
Ist das Abfrageergebnis in Schritt (S2) negativ, wird mit Schritt (S10) fortgefahren. In Schritt (S10) werden der Merker und der Steuermodus auf den Wert 0 zurückgesetzt. Die Einschaltdauer (PWMSDR) des PWM-Signals wird in Abhängigkeit der Saugdrossel- Sollspannung (UsoiiSDR), der Batteriespannung (Ußatt) und der Diodenflussspannung (Uoiode) berechnet. Damit ist der Programmablauf auch in diesem Fall beendet.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und einem ein Common-Rail aufweisendes Einspritzsystem mit einer
Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren und dergleichen Hochdruckkomponenten , insbesondere wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail für den Injektor ausgebildet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- Starten der Brennkraftmaschine,
- Betreiben der Brennkraftmaschine,
- Abstellen der Brennkraftmaschine,
dadurch gekennzeichnet, dass - ein einen Motorstillstand kennzeichnender Zustand erkannt wird, insbesondere nach
Abstellen der Brennkraftmaschine,
- ein Hochdruck-Grenzwert festgelegt und ein Sollhochdruck vorgegeben wird,
- eine Leckage im Common-Rail ohne Einspritzung erzeugt wird,
- mittels der Leckage der Kraftstoff-Druck im Common-Rail auf den festgelegten Hochdruck-Grenzwert unterhalb des Sollhochdruckes abgebaut wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass beim Starten der Brennkraftmaschine die Hochdruck-Regelung zur Regelung des Kraftstoff-Druckes noch während des den Motorstillstand kennzeichnenden Zustande aktiviert wird, sobald ein mittlerer Hochdruck-Gradient einen definierten Grenzwert erreicht oder überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch Aktivierung der Hochdruck-Regelung eine die Kraftstoffzufuhr beeinflussende Saugdrossel in Schließrichtung betätigt wird, was beim Starten der Brennkraftmaschine zu einem Verbleiben des Kraftstoff-Druckes unterhalb eines Maximalwertes führt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruck-Gradient aus einem ersten und einem zweiten Kraftstoff-Druck- Wert gebildet wird, wobei der erste und der zweite Kraftstoff-Druck- Wert in einem vorgegebenen Zeitabstand (Ätcrad™*) aufeinander folgen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass aus einer endlichen Menge aufeinander folgender Hochdruck-Gradienten durch Mittelwertbildung ein mittlerer Hochdruck-Gradient gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Motor bei einer Motordrehzahl von 50 - 120 min-1 als in Betrieb erkannt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der festgelegte Hochdruck-Grenzwert 560 - 600 bar beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruck-Gradient für eine vorgegebene Zeitspanne (Ät itteiHD) bestimmt wird als mittlerer Hochdruck-Gradient aus einer Anzahl (k) von bestimmten Hochdruck-Gradienten, wobei die Anzahl (k) als ein Quotient aus der vorgegebenen Zeitspanne (AtMitteiHD) und einer Abtastzeit (Ta) gebildet wird.
9. Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine, mit einem Motorregler und einem Einspritz-Rechenmodul, die ausgebildet sind zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Einspritzsystem mit einem ein Common-Rail für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und mit einer Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren, wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail zur Injektion in den Zylinder ausgebildet ist und mit einer Einrichtung nach Anspruch 9 zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine.
11. Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und einem Einspritzsystem mit einem Common-Rail und einer Anzahl von Injektoren und dergleichen Hochdruckkomponenten und mit einer Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln nach Anspruch 9, insbesondere mit einem Einspritzsystem nach Anspruch 10.
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