EP3665377A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einem einspritzsystem, einspritzsystem, eingerichtet zur durchführung eines solchen verfahrens, und brennkraftmaschine mit einem solchen einspritzsystem - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einem einspritzsystem, einspritzsystem, eingerichtet zur durchführung eines solchen verfahrens, und brennkraftmaschine mit einem solchen einspritzsystem

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EP3665377A1
EP3665377A1 EP18752738.7A EP18752738A EP3665377A1 EP 3665377 A1 EP3665377 A1 EP 3665377A1 EP 18752738 A EP18752738 A EP 18752738A EP 3665377 A1 EP3665377 A1 EP 3665377A1
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EP
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pressure
pressure control
volume flow
value
injection system
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Armin DÖLKER
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
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    • F02M63/023—Means for varying pressure in common rails
    • 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, a
  • Injection system for an internal combustion engine which is adapted to carry out such a method, and an internal combustion engine with such an injection system.
  • high-pressure side pressure control valve which is used as a second pressure actuator, generated, wherein via the second pressure actuator fuel from the high-pressure accumulator is discharged into a fuel reservoir.
  • the pressure control valve is controlled in the normal operation on the basis of a target volume flow for the fuel to be controlled.
  • the high-pressure control delays responds.
  • the high-pressure disturbance variable that is to say the setpoint volume flow for the fuel to be removed via the pressure regulating valve
  • the target volume flow for the fuel to be eliminated is only reduced again after the internal combustion engine has reached its idling speed. This reduction in the desired volume flow is similar to the rapid increase in the target volume flow, which is provided in order to limit the increase in the high pressure immediately during load shedding.
  • the invention is based on the object, a method for operating a
  • a temporal evolution of the target volume flow is detected, and that the target volumetric flow is filtered, wherein a time constant for the filtering of the desired volumetric flow in dependence on the detected time evolution of the desired volumetric flow is selected.
  • the at least one pressure regulating valve is controlled by the filtered nominal volume flow. This will allow the dynamics of temporal
  • the setpoint volume flow can be reduced or reduced in a delayed manner, so that an excessive rise in the high pressure, which substantially worsened
  • the temporal evolution of the target volume flow can be fast and, in particular, highly dynamic, if necessary, in order to achieve the desired flow rate
  • the injection system of the internal combustion engine has at least a first high pressure side pressure control valve as a further pressure actuator. It is thus possible according to an embodiment that the injection system has only and exactly one high-pressure side pressure control valve. It is according to another embodiment but also possible that the injection system has a plurality of high-pressure side pressure control valves as further pressure actuators, and in particular it may have exactly two high-pressure side pressure control valves as further pressure actuators.
  • the injection system is in particular designed for injecting fuel into at least one combustion chamber of the internal combustion engine, in particular for direct injection of fuel into the at least one combustion chamber, and especially for injecting fuel into a plurality of combustion chambers of the internal combustion engine, in particular for direct injection of the fuel into each combustion chamber the majority of combustion chambers.
  • the high-pressure accumulator is preferably designed as a common high-pressure accumulator, with which a plurality of injectors is in fluid communication.
  • the individual injectors can in particular be assigned to different combustion chambers of the internal combustion engine for the direct injection of fuel into the respective combustion chambers.
  • Such a high-pressure accumulator is also referred to as a rail, wherein the injection system is preferably designed as a common-rail injection system.
  • a fuel volume flow that can be conveyed from the fuel reservoir into the high-pressure reservoir can be adjusted via the low-pressure-side intake throttle, so that the high-pressure over the first high-pressure control loop can be varied by varying the high-pressure accumulator
  • Time unit supplied amount of fuel is controlled.
  • a time derivative of the desired volume flow is calculated, wherein the time constant is selected for the applied to the desired volume flow filtering as a function of the time derivative.
  • the dynamics of the desired volume flow can be influenced as a function of its temporal evolution.
  • an averaged time derivative of the desired volume flow is calculated, wherein the time constant is selected as a function of the averaged time derivative.
  • a first time constant is selected when the - preferably averaged - time derivative has a positive sign or equal to zero, wherein a second, different from the first time constant time constant is selected when the - preferably averaged - Time derivative of the target volume flow has a negative sign.
  • the fact that the time derivative has a positive sign or equals zero means in particular that it is really positive or zero, in particular greater than or equal to zero.
  • the fact that the time derivative has a negative sign means that it is genuinely negative, i. less than zero.
  • the choice of the time constant i. the choice of a value for the time constant, be made dependent on whether the target volume flow increases or decreases.
  • a different, preferably smaller time constant can be selected for an increase of the desired volume flow, as for a fall in the desired volume flow.
  • the target volumetric flow may increase rapidly to avoid an unacceptable increase in high pressure or to reduce the high pressure quickly, on the other hand, a decrease in the target volumetric flow may be delayed, in this case an unacceptable increase in high pressure in the high-pressure accumulator to avoid.
  • the first time constant is equal to zero. This advantageously makes it possible to filter the nominal volumetric flow at an increase thereof, which as a result returns the identical nominal volumetric flow, which consequently has the same effect as if the nominal volumetric flow were not filtered. This can thus Highly dynamic and without delay increase to quickly fuel from the
  • the second time constant is preferably greater than zero, i. especially really positive. If the nominal volume flow drops, this drop can accordingly be delayed due to the genuinely positive second time constant, in particular the activation of the pressure control valve being delayed in the closing direction. As a result, an impermissible increase in the high pressure during the return of the desired volume flow can be avoided or at least reduced.
  • the second time constant is from at least 0.1 second to at most 1.1 seconds, preferably from at least 0.2 seconds to at most 1 second. It has been found that these values for the second time constant are particularly suitable for avoiding an unacceptable increase in the high pressure in the high-pressure accumulator by closing the pressure regulating valve.
  • the desired volume flow is filtered with a proportional filter with a delay element, in particular with a PTi algorithm.
  • This embodiment has proven to be a particularly effective filtering of the desired volume flow to achieve the advantages mentioned here.
  • the high pressure in a first operating mode of a protective operation is regulated by means of the at least one pressure regulating valve via a second high pressure control loop.
  • Saugdrosselsteckers, a terminals or soiling of the suction throttle, or another error or defect in the first high-pressure control loop - nor a regulation of the high pressure is possible, namely on the second high-pressure control circuit and by means of at least one pressure control valve. A deterioration of the emission behavior of the internal combustion engine can be avoided.
  • At least one second high-pressure-side pressure regulating valve which is provided by the at least one first high pressure side pressure control valve is different, in addition to the at least one first pressure regulating valve is controlled as a pressure actuator for controlling the high pressure.
  • the second pressure control valve is in particular arranged fluidically parallel to the first pressure control valve, wherein both pressure control valves - connect in parallel - the high-pressure accumulator with the fuel reservoir, and wherein on both
  • Pressure control valves fuel can be diverted from the high-pressure accumulator into the fuel reservoir.
  • Pressure control valve for a functioning high-pressure control is no longer sufficient, so that the high pressure continues to increase despite driving the at least one first pressure control valve, it is then possible in the second mode of protection operation, the at least one second
  • the at least one second pressure control valve is preferably also - as well as the at least one first pressure control valve - driven by the second high-pressure control loop.
  • the at least one pressure control valve is permanently opened.
  • all pressure control valves in particular the at least one first pressure control valve and the at least one second pressure control valve, are permanently opened.
  • a large volume flow of fuel from the high-pressure accumulator into the fuel reservoir can be permanently deactivated via the pressure control valves.
  • the pressure control valves are preferably driven in the direction of a maximum opening, so that a maximum fuel flow rate can be controlled via the pressure control valves.
  • an impermissibly high pressure in the high-pressure accumulator can be reduced not only temporarily but permanently quickly and reliably, so that the injection system is effectively and reliably protected.
  • This functionality makes it possible in particular to dispense with a mechanical pressure relief valve, so that space and cost can be saved.
  • the functionality of the mechanical pressure relief valve is thereby controlled by the at least one
  • the first mode of protection operation is switched when the high pressure reaches or exceeds a first pressure limit, or when a defect of the suction throttle is detected.
  • the second operating mode of the protective mode is switched when the high pressure reaches or exceeds a second pressure limit value.
  • the third mode of protection operation is switched when the high pressure reaches or exceeds a third pressure limit, or when a defect of a high pressure sensor is detected.
  • the third pressure limit value is preferably chosen to be greater than the second pressure limit value.
  • the third pressure limit value is preferably selected to be greater than the first pressure limit value.
  • the second pressure limit value is selected to be greater than the first pressure limit value.
  • the second pressure limit value is selected to be greater than the first pressure limit value, wherein the third pressure limit value is selected to be greater than the second pressure limit value.
  • the first pressure limit it is possible for the first pressure limit to be 2400 bar, with the third pressure limit being 2500 bar.
  • Pressure limit is preferably selected between the first pressure limit and the third pressure limit.
  • the suction throttle is preferably actuated to a permanently open position.
  • the suction throttle is controlled in particular or only in the third operating mode of the protective operation to a permanently open position. This also allows for permanent opening of the at least one
  • Pressure control valve sufficient fuel delivery into the high-pressure accumulator, so that the internal combustion engine is not strangled.
  • the suction throttle is permanently opened in the third mode, in particular in a kind of emergency operation, to ensure that even in the middle and low speed range of the engine enough fuel in the high-pressure accumulator can be promoted to maintain the operation of the engine can.
  • an injection system for an internal combustion engine which at least one injector, a high pressure accumulator, on the one hand with the at least one injector and on the other hand via a high pressure pump with a
  • Fuel reservoir is in fluid communication, wherein the high-pressure pump is associated with a suction throttle as the first pressure actuator, and with a pressure regulating valve, via which the
  • High-pressure accumulator fluidly connected to the fuel reservoir is created.
  • the injection system has a control unit, which with the at least one injector, the Suction throttle and the at least one pressure control valve is operatively connected.
  • the control unit is set up to carry out a method according to one of the previously described
  • the injection system has a plurality of injectors, wherein it has exactly one and only one high-pressure accumulator, with which the various injectors
  • the common high pressure accumulator is 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 fluidically upstream, 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. Upstream of the high pressure pump and the suction throttle is preferably one
  • Low pressure pump arranged to deliver fuel from the fuel reservoir to the suction throttle and 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 designed as an engine control unit (ECU) of the internal combustion engine.
  • ECU engine control unit
  • a separate control unit is provided specifically for carrying out the method.
  • 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
  • Figure 1 is a schematic representation of a first starting example of a
  • Figure 2 is a schematic detail view of a first embodiment of the method
  • Figure 3 is a schematic detail view of a second embodiment of the method
  • FIG. 4 shows a further schematic detail of the method
  • FIG. 5 shows a further schematic detail of the method
  • Figure 6 is a schematic representation of in connection with the method
  • Figure 7 is a schematic detail of the method in the form of a flow chart.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an internal combustion engine 1, which has an injection system 3. This 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
  • a high-pressure pump 11 for conveying the fuel with pressure increase in a high-pressure accumulator 13, the high-pressure accumulator 13 for storing 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 designed with individual memories, in which case
  • a single memory 17 is integrated as an additional buffer volume. It is a first, in particular electrically controllable, high-pressure-side pressure regulating valve 19 provided, via which the high pressure accumulator 13 is fluidly connected to the fuel reservoir 7. By way of the position of the first pressure regulating valve 19, a fuel volume flow is defined which is diverted from the high-pressure accumulator 13 into the fuel reservoir 7. This fuel volume flow is designated VDRV1 in FIG. 1 and represents a high-pressure disturbance variable of the injection system 3.
  • the injection system 3 has a second, in particular electrically controllable, high-pressure-side pressure regulating valve 20, via which the high-pressure accumulator 13 is likewise fluidically connected to the fuel reservoir 7.
  • the two pressure control valves 19, 20 are therefore arranged in particular fluidically parallel to each other.
  • a fuel volume flow can be defined, which can be diverted from the high-pressure accumulator 13 into the fuel reservoir 7. This fuel volume flow is designated VDRV2 in FIG.
  • the injection system 3 preferably has no mechanical pressure relief valve, which is conventionally provided and then the high-pressure accumulator 13 with the
  • Fuel reservoir 7 connects. On the mechanical pressure relief valve can be omitted, since its function is completely taken over by the at least one pressure control valve 19, 20. However, it is also an embodiment of the injection system 3 with at least one mechanical pressure relief valve possible, whereby an additional safety measure to avoid an unacceptable increase in the high pressure in the high-pressure accumulator 13 can be provided.
  • the injection system 3 has more than two pressure control valves 19, 20.
  • the operation of the injection system 3 has more than two pressure control valves 19, 20.
  • 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
  • FIG. 1 shows by way of example the following input variables: 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 ls 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.
  • a signal PWMSD for controlling the suction throttle 9 as a pressure actuator a signal ve for controlling the injectors 15 -which in particular specifies an injection start and / or an injection end or also an injection duration-a first signal PWMDRVl for controlling a first
  • the signals PWMDRV1, PWMDRV2 are preferably pulse-width-modulated signals, via which the position of a pressure control valve 19, 20 and thus of the
  • Injection system 3 has only one pressure control valve 19, 20, and only one signal PWMDRV for controlling the pressure control valve by the control unit 21 is generated and output.
  • this one signal PWMDRV is also preferably designed as a pulse width modulated signal, via which the position of the pressure control valve 19, 20 and thus the pressure control valve 19, 20 associated fuel volume flow VDRV can be defined.
  • FIG. 1 also shows an output variable A, which 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 during a register charge.
  • FIG. 2 shows a first schematic detail of a first embodiment of the invention
  • Pressure actuator of the high pressure is controlled in the high pressure accumulator 13.
  • High-pressure control circuit has as input a desired high-pressure ps for the injection system 3. This is preferably in response to a speed of the internal combustion engine 1, a load or torque request to the internal combustion engine 1 and / or in
  • Further input variables of the first high-pressure control circuit are, in particular, a measured rotational speed ni of the internal combustion engine 1 as well as a desired injection quantity Qs which is preferably also read from a characteristic field and / or resulting from a rotational speed control for the internal combustion engine 1.
  • the first high-pressure control circuit in particular an actual high-pressure pi which is obtained from the measured by the high-pressure sensor 23 high-pressure p by this is preferably subjected to a first filtering with a larger time constant, at the same time preferably with a second filtering is subjected to a smaller time constant to calculate a dynamic rail pressure pdyn as another output of the first high pressure control loop.
  • FIG. 2 shows the actuation of the one pressure regulating valve 19 of an exemplary embodiment of the injection system 3 with exactly one pressure regulating valve 19.
  • 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 - as preferably all switching elements still described below - completely on the electronic or software level
  • the switching element 27 is designed in particular as a so-called flag and can assume the values "true” or "false", switched.
  • the switching element 27 is designed as a real switch, for example as a relay. This switch can then be switched, for example, depending on a level of an electrical signal. In the specific embodiment illustrated here, normal operation is set when the first logic signal SIG1 has the value "false” (False), whereas the first operating mode of the protective operation is set when the first logic signal SIG1 has the value "true” (True). having.
  • a second switching element 29 is provided, which is set up to switch the activation of the pressure regulating valve 19 from a normal function into a standstill function and back.
  • the second switching element 29 is controlled in dependence on a second logic signal Z 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 29 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 Z concretely 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 regulating valve 19 is set when the second logical signal Z assumes the value 2, wherein the standstill function is set when the second logic signal Z assumes the value 1.
  • a different definition of the second logical signal Z in particular in such a way possible that a corresponding variable can take the values 0 and 1.
  • Calculation member 31 as input variables, the instantaneous speed n ls the desired injection quantity Qs, also preferably in not explicitly shown here, the setpoint high pressure p s , the dynamic rail pressure p dyn , and the actual high pressure pi enter.
  • Calculation member 31 is described in detail in German patent specifications DE 10 2009 031 528 B3 and DE 10 2009 031 527 B3. This shows in particular that in one
  • Low load range for example, when idling the internal combustion engine 1, a positive value for a static target volume flow is calculated, while in a normal operating range, a static target volume flow of 0 is calculated.
  • the static nominal volume flow is preferably corrected by adding up a dynamic setpoint volume flow, which in turn via a dynamic correction in dependence on the desired high pressure ps, the actual high pressure ! and the dynamic rail pressure p dyn 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 volumetric flow Vs is, to that extent, a resulting set volumetric flow.
  • Patent DE 10 2009 031 528 B3 described - an inverse characteristic of
  • Pressure control valve 19 from. Output of this pressure control valve map 33 is a
  • Pressure control valve setpoint current Is input variables are the setpoint volumetric flow Vs to be diverted as well as the actual high pressure p
  • 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 kpi, DR V and an ohmic resistance Ri , DR V of the pressure regulating valve 19.
  • the output variable of the current regulator 35 is a
  • Target voltage Us for the pressure control valve 19 which converted by reference to an operating voltage Ü B 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 logic signal Z has the value 2, is supplied.
  • the current at the pressure regulating valve 19 is measured as a measured current value I R , 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 manner known per se according to the following equation from the setpoint voltage Us and the operating voltage U B :
  • the target volume flow Vs is calculated differently in the first operating mode of the protective operation than in the normal operation, namely via a second high-pressure control circuit 39.
  • 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 regulating valve pressure regulator 41 has as input a high-pressure control deviation e p , which is calculated as the difference between the desired high pressure p s and the actual high pressure pi. Further input variables of the
  • Pressure control valve pressure regulator 41 are preferably a maximum volume flow V max for the pressure control valve 19, with the function block B of the setpoint volume flow Vs, ber, calculated over the calculation element 31, and / or a proportional coefficient kp D Rv-Der
  • Pressure control valve pressure regulator 41 is preferably designed as a PI (DTi) algorithm.
  • an integrating component (I component) is preferably initialized at the time at which the first switching element 27 is switched from its lower position shown in FIG. 2 to its upper switch position, ignoring the functional block B with the calculated nominal volume flow Vs .
  • the I component of the pressure regulating valve pressure regulator 41 is limited to the maximum volume flow V max for the pressure regulating valve 19.
  • the maximum volume flow V max is preferably an output variable of a two-dimensional characteristic 43, which has the pressure flow control valve 19 maximum permeating volume flow as a function of the high pressure, wherein the characteristic curve 43 as an input variable the actual high pressure p ! receives.
  • Output variable of the pressure regulating valve-pressure regulator 41 is an unlimited volume flow Vu, in a limiting element 45 to the maximum volume flow V max is limited.
  • 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 desired flow rate Vs in the manner already described the pressure control valve map 33 is supplied.
  • Pressure control valves 19, 20 is given.
  • the better understanding of the function block B is initially thought of, the meaning and mode of operation of which will be explained later.
  • an operation of the injection system 3 with two pressure control valves 19, 20 without the function block B will first be described.
  • the differences are described, which result between the control of two pressure control valves 19, 20 according to FIG. 3, in contrast to the control of only one pressure control valve 19 according to FIG.
  • the activation of the first pressure control valve 19 or one of the pressure control valves 19, 20 reference is made to the preceding description and the illustration according to FIG.
  • the same and functionally identical elements are provided with the same reference numerals and / or labels in Figure 2 and Figure 3, so far in each case to the preceding
  • the first logical signal SIG1 assumes the logical value "true” if the dynamic rail pressure pdyn reaches or exceeds a first pressure limit value poi, for example due to a cable break of the suction throttle plug As a result, the first switching element 27 changes into the upper switching position shown in Figure 3, so that the high pressure is now controlled by means of the second high-pressure control circuit 39 and one of the pressure control valves 19, 20.
  • points a third logical signal SIG2 the value "false” on when the dynamic rail pressure pdyn has not yet reached a second pressure limit po 2 .
  • a second pressure control valve target flow Is , 2 for a second pressure control valve 20, 19 is then read out via a third switching element 47 from a second pressure control valve characteristic map 49, which has the actual high pressure i and the constant value zero for the desired volume flow as an input variable. If the two pressure control valves 19, 20 formed identically, the second pressure control valve map 49 is equal to the first pressure control valve map 33 and differs only in terms of set to zero, incoming target volume flow. If different pressure control valves 19, 20 are used, the two pressure control valve maps 33, 49 may differ. By doing that the second one
  • Pressure control valve map 49 as incoming incoming flow rate has the value zero, the thus controlled pressure control valve 19, 20 is driven so that it is completely closed, and it abgrest no fuel into the fuel reservoir 7.
  • the high pressure is therefore as long as until the dynamic rail pressure pdyn reaches or exceeds the second pressure limit o 2 , only by means of a pressure control valve 19, 20 of the pressure control valves 19, 20 regulated.
  • a fourth switching element 44 which determines the value of a factor fo R v.
  • This fourth switching element 44 is also controlled in response to the third logic signal SIG2, and assumes its lower switching position shown in Fig. 3 when the third logical signal SIG2 is false (false), in which case the output becomes the characteristic 43 multiplied by a factor of 1. Accordingly, the one from the
  • Limiting element 45 resulting limited nominal volume flow V R divided by the factor 1.
  • Two equal pressure control valves 19, 20 can control a double fuel quantity compared to a single pressure control valve 19, 20.
  • the factor f D Rv now assumes the value 2, whereby the maximum volume flow V max resulting from the characteristic curve 43 is doubled.
  • the limited volume flow V R resulting from the limiting element 45 is divided by the factor f DRV and thus now by two, since ultimately the resulting pressure control valve set volumetric flow Vs respectively with a pressure control valve 19, 20 corresponds and in each case the control of a pressure control valve 19th , 20 serves.
  • This procedure is also tuned to the preferred embodiment, in which the two pressure control valves 19, 20 used are the same.
  • the second pressure control valve target current I Sj2 is the input of a second current regulator 51, which is otherwise preferably designed as well as the first current regulator 35. Also in
  • a fifth switching element 53 is provided, and wherein a second current filter 55 is provided for filtering a second, measured current I R, 2 , which has as output a second actual current I Ij2 which the second current regulator 51 is supplied becomes.
  • the controller parameters of the second current controller 51 are preferably set as the corresponding parameters of the first current controller 35.
  • PWMDRVl PWMDRV2 generated by the associated Anêtmimik, as previously explained.
  • the two drive signals PWMDRVl, PWMDRV2 are preferably not directly the
  • Pressure control valves 19, 20, but a switching logic 57 which ensures that the pressure control valves 19, 20 are driven in alternation with the drive signals PWMDRVl, PWMDRV2.
  • the measured current variables I R , I Ri2 are preferably also taken from the switching logic 57, this ensuring that they are always measured at the respective, the control signals PWMDRVl, PWMDRV2 correctly associated pressure control valves 19, 20 to a defined control of each of the pressure control valves 19, 20 via the current regulator 35, 51 to ensure.
  • the switching logic 57 By means of the switching logic 57, a load on the pressure control valves 19, 20 can be unified in an advantageous manner, so that in particular not one of the pressure control valves 19, 20 is driven much more frequently than the other.
  • first logic signal SIG1 This will first be explained below with reference to FIG. 4a) for the first logic signal SIG1.
  • the following explanations for the first logical signal SIG1 apply both to the embodiment of the injection system with only one pressure control valve 19 according to FIG. 2 and to the embodiment of the injection system 3 with two pressure control valves 19, 20 according to FIG.
  • the output of a first comparator element 59 has the value "false.”
  • the value of the first logical signal SIG 1 is initialized to "false".
  • the result of a first estimation element 61 is also "false" as long as the output of the first comparator element 59 has the value "false”.
  • the output of the first Verertanssglieds 61 is an input of a first
  • High pressure control circuit 39 - possibly up to the factor f DRV - identical. This means that in normal operation by the at least one pressure control valve 19, 20, a high-pressure disturbance variable is generated. The high pressure is always when the dynamic rail pressure pdyn first reaches the first pressure limit poi, then controlled by the pressure regulating valve pressure regulator 41, and this until a stoppage of the internal combustion engine 1 is detected. Accordingly, in the first operating mode of the protective operation, the at least one pressure regulating valve 19, 20 takes over the control of the second high-pressure control circuit 39
  • the corresponding logical switching components are provided here in comparison to Figure 4a) with primed reference numerals. Due to the completely identical mode of operation, reference is made to the explanations to FIG. 4a).
  • the third logical signal SIG2 This is initialized to the value "false” at the beginning of the operation of the internal combustion engine 1, and it changes its truth value to "true” if the dynamic rail pressure p dyn reaches or exceeds the second pressure limit po 2 . Thereupon, the truth value of the third logical signal SIG2 remains “true” until a standstill of the internal combustion engine 1 is detected.
  • FIG. 3 shows that the second mode of protection operation is activated when the third logical signal SIG2 changes its truth value from “false” to "true”, in which case the previously inactive pressure control valve 20, 19 is connected, so that the high pressure of both pressure control valves 19, 20 is controlled.
  • the third operating mode of the protective operation will also be explained below:
  • the latter is switched to when the second logic signal Z assumes the value 1.
  • the second switching element 29 and possibly also the fifth switching element 53 is / are brought into its upper switching position shown in Figures 2 and 3, thereby the standstill function for the pressure control valves 19, 20 is set.
  • the pressure control valves 19, 20 are no longer activated, that is, the drive signals PWMDRV, PWMDRV1, PWMDRV2 are set to zero. Since normally open pressure control valves 19, 20 are used at least under input pressure, they now permanently control a maximum fuel volume flow from the high-pressure accumulator 13 into the fuel reservoir 7.
  • the normal function for the pressure regulating valves 19, 20 is set, as already explained, and these are output with their respective nominal currents Is, Is, 2 and the control signals PWMDRV, PWMDRV1, PWMDRV2 calculated therefrom driven.
  • FIG. 5 schematically shows a state transition diagram for the pressure regulating valves 19, 20 from the normal function to the standstill function and back for an embodiment of the invention Injection system 3 with two pressure control valves 19, 20.
  • the embodiment of the injection system 3 with only one pressure control valve 19 - to the fact that then no three different pressure limits, but only two pressure limits, namely the first pressure limit p G i and the third pressure limit p G 3 are to be considered.
  • two pressure limits namely the first pressure limit p G i and the third pressure limit p G 3 are to be considered.
  • the pressure control valves 19, 20 are preferably formed so that they are formed without pressure and normally closed, and they are further preferably designed so that they are closed at an input pressure applied to an opening pressure value, they open when the pressure applied on the input side in the de-energized state
  • the opening pressure value may be, for example, 850 bar.
  • FIG. 5 bottom left, the standstill function is symbolized by a first circle K 1, the normal function being symbolized on 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 switching on the control unit, wherein the pressure control valves 19, 20 are initially initialized in the standstill function. Only if at the same time a running enterprise of the
  • Standstill function is set along the arrow P2 when the dynamic rail pressure p dyn exceeds the third pressure limit p G 3, 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 stationary ,
  • the second logic signal Z in turn assumes the value 1
  • the pressure control valves 19, 20 are not activated, and in the normal function - as already explained in connection with Figure 3 - by means of their respective associated set currents Is, Is , 2 are controlled.
  • Form high-pressure accumulator which eventually exceeds the starting value ps t .
  • This is preferably lower than the opening pressure value of the pressure control valves 19, 20, so that for these initially the normal function is set before they open.
  • This ensures in an advantageous manner that the pressure control valves 19, 20 are activated in each case when they first open. Since they are closed without pressure, they continue to remain closed under control until the actual high pressure pi also exceeds the opening pressure value, in which case they are opened and activated in the normal function, namely either in the normal mode or in the first mode of the protective mode. However, if one of the cases described above, in turn, the standstill function is set for the pressure control valves 19, 20.
  • the dynamic rail pressure pdyn exceeds the third pressure limit pG3, which is preferably selected to be greater than the first pressure limit poi and the second pressure limit p G2 , and in particular a value at which in a conventional embodiment of the injection system would open mechanical pressure relief valve. Since the pressure control valves 19, 20 are normally open under pressure, they open completely in the standstill function in this case and thus reliably and reliably fulfill the function of a pressure relief valve.
  • the transition from the normal function to the StiUstandsfunktion 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
  • Internal combustion engine 1 can start the cycle described here again.
  • Standstill function set they are at most wide open and control a maximum flow from the high-pressure accumulator 13 into the fuel reservoir 7 from.
  • This corresponds to a protective function for the internal combustion engine 1 and the injection system 3, wherein this protective function can replace in particular the absence of a mechanical pressure relief valve.
  • the pressure control valves 19, 20 have only two functional states, namely the standstill function and the normal function, these two functional states are fully sufficient to represent the entire relevant functionality of the pressure control valves 19, 20 including the protective function for replacing a mechanical pressure relief valve.
  • Emission values in this case still be respected. Only in the higher speed range must be expected to exceed the third pressure limit pG3. In this case, the pressure control valves 19, 20 open completely, and it must be expected with a deterioration of the engine operating values, especially the emissions. At least a stable operation of the engine will then continue to be guaranteed. Even if the high-pressure sensor 23 fails, stable engine operation is still possible, even if a deterioration of the engine operating values, in particular of the emission values, may occur in this case.
  • an embodiment of the method according to the invention for operating the internal combustion engine 1 with the injection system 3 and the High-pressure accumulator 13 before that the high pressure in the high-pressure accumulator 13 is controlled via the low-pressure suction throttle 9 as the first pressure actuator in the first high-pressure control loop wherein in the normal operation, the high-pressure Störtropic VDRV on the at least one first high-pressure side pressure control valve 19 is generated as a further pressure actuator via which fuel from the high pressure accumulator 13 is diverted into the fuel reservoir 7, wherein the pressure control valve 19 is driven in the normal operation on the basis of the target volume flow Vs for the fuel to be controlled, wherein a time evolution of the desired volume flow is detected, and the desired volumetric flow is filtered, wherein furthermore a time constant for the filtering of the desired volumetric flow in
  • the temporal development of the calculated nominal volume flow Vs, ber is detected in the function block B, and this is filtered with a time constant which depends on the detected temporal evolution.
  • the function block B on a target volume flow filter 65, in which the calculated target volume flow Vs, received over.
  • a time constant T v for filtering the calculated setpoint volume flow Vs is entered into the desired volume flow filter 65.
  • the desired volume flow filter 65 is preferably designed as a proportional filter with a delay element, in particular as a PTi filter whose transfer function is in particular:
  • the time constant T is freely selectable.
  • a sixth switching element 67 determines, depending on a fourth logical signal SIG4, which value the time constant T v assumes. If the value of the fourth logic signal SIG4 'true' (true - T), increases the sixth switching element 67 its illustrated in Figure 2 left switch position, and the time constant T v a first value Ti V is assigned Taking the fourth logic signal SIG4. on the other hand, the value "false" (false - F), takes the sixth
  • the value of the fourth logic signal SIG4 is determined by calculating in a derivative element 69 a-preferably averaged-time derivation of the calculated nominal volume flow Vs, ber, in which case the time constant T v is selected as a function of the preferably averaged time derivative.
  • Derivative member 69 is supplied to a second comparator element 71, which still has the constant value zero as the input variable in addition to the time derivative determined by the derivative element 69.
  • the preferably averaged time derivative of the desired volume flow Vs, over is therefore compared in the second comparator element 71, in particular with zero.
  • the second comparator element 71 has the fourth logic signal SIG4 as an output variable. This assumes the value "true” if the time derivative resulting from the derivative element 69 is greater than or equal to 0. It assumes the value "false” if the time derivative derived from the time derivative element 69 is less than zero.
  • the first value Ti V is chosen for the time constant T v when the time derivative has a positive sign or equal to zero, the second value T 2 V being chosen for the time constant T v when the time derivative has a negative sign ,
  • the calculated nominal volume flow Vs over increases.
  • the first value Ti V is preferably selected to be zero, wherein the second value T 2 V is preferably greater than zero, that is selected to be really positive.
  • the second value T 2 V is selected from at least 0.1 s to at most 1.1 s, preferably from at least 0.2 s to at most 1 s.
  • a filtered desired volume flow Vs , gef which in normal operation equal to the desired volume flow Vs is set.
  • This filtered desired volume flow Vs, gef is preferably also supplied to the pressure regulating valve pressure regulator 41 as an input variable.
  • function block B is identical for the embodiment of the injection system 3 with two pressure control valves 19, 20 according to Figure 3 to the operation described with reference to Figure 2. Reference is therefore made to the extent to the preceding description.
  • Gradient M ittei V explained as an average time derivative of the calculated target flow rate Vs, via the calculation circuit 31:
  • a current gradient gradient Ak tueii V (ti) of the calculated target flow rate Vs, over the time t is calculated by the time span At Gra d V previous value Vs, above (ti - Atorad V ) is subtracted from the current value Vs, above (ti) and the difference is divided by the period Atorad V.
  • the gradient of the target volume flow Vs is over the time (t - (k - 1) Ta) calculated by the time span Atorad V past value Vs, cl (ti - Atorad V - (k - 1) Ta ) of the value of Vs, cl (ti - 1 - (k) is divided Ta) is subtracted, and the difference by the time interval At Gra V d.
  • An advantageous embodiment of the calculation of the averaged gradient is when it is averaged over a predefinable time period At M ittei V.
  • a first timing chart at a) shows the engine target speed ns as a solid line and the actual engine speed ni as a dotted line.
  • the engine target speed ns is identical to the constant value nst ar t.
  • the engine target speed ns drops from the value nstart to an idling speed. Subsequently the engine setpoint speed ns remains unchanged.
  • a second time chart at b) shows the target injection quantity Qs. Until the first time ti, the target injection amount Qs is identical to the constant value Qstart. Since the actual engine speed ni subsequently rises above the engine target speed ns, the desired injection quantity Qs drops in the sequence. At a second time t 2 , the target injection quantity Qs reaches the value
  • the setpoint injection quantity Qs drops to the value 0 mm / stroke and remains at this value until the engine actual speed ni falls below the engine setpoint speed n s falls. If this is the case, the desired injection quantity Qs increases again and reaches the value 2 mm / stroke again at a fifth time ts.
  • the target injection quantity Qs again reaches the value 10 mm / stroke, at a seventh time t 7 , this is settled to an idling injection target quantity QLeer.
  • a third time diagram at c) shows the calculated set flow rate Vs, above as
  • the calculated target volumetric flow Vs, over is identical to 0 1 / min when the target injection quantity Qs is greater than or equal to 10 mm / stroke.
  • both Vs, about as well as Vs, f ge up at the second time t 2 0 1 / min are identical.
  • the target injection quantity Qs drops from the value 10 mm / stroke to the value 2 mm / stroke.
  • the calculated set flow rate Vs, above 0 1 / min increases to 2 1 / min.
  • the input variable Vs, over the target volume flow filter 65 is not delayed and is thus with the output variable Vs, ge f of the target volume flow Filters 65 identical.
  • the target injection amount Qs is less than or equal to 2 mm / stroke. This results in a constant input variable Vs, over the desired volume flow filter 65 of 2 1 / min. Since the time constant T v in this case is identical to 0 s, the output variable Vs, ge f of the target volume flow filter 65 is identical in this case with the input variable Vs, over the target volume flow filter 65 and thus is constant 2 1 / min. From the fifth time t 5 to the sixth
  • the target injection quantity Qs increases from 2 mm / stroke to 10 mm / stroke.
  • the desired injection quantity Qs increases further and finally settles on the idling injection Set quantity QLeer.
  • the input variable Vs, above the desired volume flow filter 65 thus drops from the fifth time ts to the sixth time t 6 from the value of 2 1 / min to the value 0 1 / min. Subsequently, Vs remains above the value 0 1 / min.
  • a fourth timing diagram at d) shows the desired high pressure ps as a solid line. This is identical to a start value pstart until the first time t. After the first time t, the desired high pressure ps drops and finally settles at the seventh time t 7 to an idling value pLeer.
  • a dotted line shows the course of the actual high pressure pi without the function block B. From the first time ti to the actual high pressure pi initially increases and approaches in the sequence, due to the Abjurin of fuel using the
  • the withdrawal of the pressure to befed horrnden via the pressure control valve 19, 20 fuel is responsible.
  • the actual high-pressure pi initially rises very rapidly up to a first maximum value pi.
  • the actual high pressure pi slowly approaches the setpoint high pressure p s and is identical to this at a ninth time t 9 .
  • the course of the actual high pressure pi, ge f when using the function block B is shown in dashed lines. Since this only develops an effect when the first value Ti V is selected for the time constant T v of 0 s, if the
  • Fig. 7 shows a schematic detail of the method in the form of a flow chart.
  • a first step Sl the method is started.
  • the calculated setpoint volume flow Vs, ber is calculated by the calculation element 31.
  • a current time derivative of the calculated setpoint volumetric flow Vs, over is calculated.
  • an averaged time derivative of the calculated setpoint volumetric flow Vs, over is calculated.
  • the time constant T v is assigned the second value T 2 V in a seventh step S7.
  • the calculated nominal volume flow Vs, ber is filtered by the desired volume flow filter 65 with the time constant T v , resulting in the filtered desired volume flow Vs, ge f.
  • the process ends in a ninth step S9.
  • the method is preferably carried out continuously, at least during normal operation permanently during operation of the internal combustion engine 1. It therefore begins anew, in particular in the first step S1, when it has ended in the ninth step S9.
  • the invention makes it possible in particular to slow the withdrawal of the Abgresmenge to reduce the resulting increase in the high pressure. At the same time, the high pressure has quickly returned to its setpoint.
  • the invention makes it possible in particular to reduce significant increases in the high pressure. As a result, the emission behavior of the internal combustion engine 1 is improved and prevents impermissible loads due to excessive rail pressures.

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 geregelt wird, wobei in einem Normalbetrieb eine Hochdruck-Störgröße über wenigstens ein erstes hochdruckseitiges Druckregelventil (19, 20) als weiterem Druckstellglied erzeugt wird, über welches Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (13) in ein Kraftstoff-Reservoir (7) abgesteuert wird, wobei das wenigstens eine Druckregelventil (19, 20) in dem Normalbetrieb auf der Grundlage eines Soll-Volumenstroms (Vs) für den abzusteuernden Kraftstoff angesteuert wird. Es ist vorgesehen, dass eine zeitliche Entwicklung des Soll-Volumenstroms (Vs) erfasst wird, und dass der Soll-Volumenstrom (Vs) gefiltert wird, wobei eine Zeitkonstante (Tv) für die Filterung des Soll-Volumenstroms (Vs) in Abhängigkeit von der erfassten zeitlichen Entwicklung gewählt wird.

Description

MTU Friedrichshafen GmbH BESCHREIBUNG Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Einspritzsystem, Einspritzsystem, eingerichtet zur Durchführung eines solchen Verfahrens, und
Brennkraftmaschine mit einem solchen Einspritzsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, ein
Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, das eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens, und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Einspritzsystem.
Aus der deutschen Patentschrift DE 10 2014 213 648 B3 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Einspritzsystem bekannt, wobei das Einspritzsystem einen Hochdruckspeicher aufweist, und wobei ein Hochdruck in dem Hochdruckspeicher über eine niederdruckseitige Saugdrossel als erstem Druckstellglied in einem ersten Hochdruck-Regelkreis geregelt wird. In einem Normalbetrieb wird eine Hochdruck-Störgröße über ein
hochdruckseitiges Druckregelventil, das als zweites Druckstellglied verwendet wird, erzeugt, wobei über das zweite Druckstellglied Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in ein Kraftstoff- Reservoir abgesteuert wird. Das Druckregelventil wird in dem Normalbetrieb auf der Grundlage eines Soll- Volumenstroms für den abzusteuernden Kraftstoff angesteuert.
Erfolgt bei einer solchen und derart betriebenen Brennkraftmaschine ein plötzlicher Lastabwurf, insbesondere ein vollständiger Lastabwurf aus einem Volllast-Zustand heraus, steigt zunächst der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher an, da die in Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge schnell zurückgenommen wird, wobei die Hochdruck- Regelung verzögert anspricht. Allerdings wird in diesem Fall rasch die Hochdruck-Störgröße, also der Soll- Volumenstrom für den über das Druckregelventil abzusteuernden Kraftstoff erhöht, sodass der Hochdruck wieder absinkt. Der Soll- Volumenstrom für den abzusteuernden Kraftstoff wird erst wieder reduziert, nachdem die Brennkraftmaschine ihre Leerlauf drehzahl erreicht hat. Diese Reduzierung des Soll-Volumenstroms erfolgt ähnlich schnell wie zuvor die rasche Erhöhung des Soll-Volumenstroms, die vorgesehen ist, um den Anstieg des Hochdrucks unmittelbar beim Lastabwurf zu begrenzen. Diese rasche, quasi schlagartige Reduzierung des Soll- Volumenstroms hat aber zur Folge, dass - insbesondere wiederum aufgrund der Trägheit der Hochdruck-Regelung - der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher schlagartig ansteigt, wodurch die Brennkraftmaschine unzulässig stark belastet werden kann, und wobei sich auch ihr Emissionsverhalten durch die momentan große Abweichung des Ist-Hochdrucks von einem Soll- Hochdruck erheblich verschlechtern kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer
Brennkraftmaschine, ein Einspritzsystem, das eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens, und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Einspritzsystem zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem das zuvor beschriebene Verfahren so
weitergebildet wird, dass eine zeitliche Entwicklung des Soll- Volumenstroms erfasst wird, und dass der Soll-Volumenstrom gefiltert wird, wobei eine Zeitkonstante für die Filterung des Soll- Volumenstroms in Abhängigkeit von der erfassten zeitlichen Entwicklung des Soll- Volumenstroms gewählt wird. Das wenigstens eine Druckregelventil wird mit dem gefilterten Soll- Volumenstrom angesteuert. Dadurch wird es möglich, die Dynamik der zeitlichen
Entwicklung des Soll-Volumenstroms in Abhängigkeit von dessen momentaner zeitlicher
Entwicklung zu beeinflussen, sodass insbesondere verschiedene Zeitkonstanten für verschiedene zeitliche Entwicklungen des Soll- Volumenstroms gewählt werden können. Dabei kann der Soll- Volumenstrom insbesondere verzögert reduziert oder zurückgenommen werden, sodass ein übermäßiger Anstieg des Hochdrucks, der zu einem wesentlich verschlechterten
Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine und zu einer unzulässigen Belastung derselben führen kann, vermieden wird. Weiter kann die zeitliche Entwicklung des Soll- Volumenstroms schnell und insbesondere hochdynamisch sein, wenn dies erforderlich ist, um die
Brennkraftmaschine vor einer unzulässigen Belastung zu schützen, insbesondere um einen unzulässigen Anstieg des Hochdrucks zu begrenzen, indem der Soll- Volumenstrom rasch erhöht wird. Diese hohe Dynamik des Soll-Volumenstroms ist nun aber nicht mehr zwingend für jede zeitliche Entwicklung desselben vorgesehen, sondern kann vielmehr für solche Ereignisse verzögert werden, in denen beispielsweise eine zu rasche Rücknahme des Soll- Volumenstroms zu einer unzulässigen Hochdruck-Erhöhung in dem Hochdruckspeicher führen würde. Die Brennkraftmaschine wird auf diese Weise vor einer unzulässig hohen Belastung bewahrt, und ein verschlechtertes Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine in entsprechenden Betriebspunkten oder bei entsprechenden Betriebsereignissen kann wirksam vermieden werden. Es ergibt sich so eine längere Lebensdauer des Einspritzsystems und auch der Brennkraftmaschine insgesamt sowie ein global verbessertes Emissionsverhalten.
Das Einspritzsystem der Brennkraftmaschine weist wenigstens ein erstes hochdruckseitiges Druckregelventil als weiteres Druckstellglied auf. Es ist also gemäß einer Ausgestaltung möglich, dass das Einspritzsystem nur und genau ein hochdruckseitiges Druckregelventil aufweist. Es ist gemäß einer anderen Ausgestaltung aber auch möglich, dass das Einspritzsystem eine Mehrzahl hochdruckseitiger Druckregelventile als weitere Druckstellglieder aufweist, wobei es insbesondere genau zwei hochdruckseitige Druckregelventile als weitere Druckstellglieder aufweisen kann.
Das Einspritzsystem ist insbesondere eingerichtet zum Einspritzen von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine, insbesondere zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in den wenigstens einen Brennraum, und ganz besonders zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Mehrzahl von Brennräumen der Brennkraftmaschine, insbesondere zur Direkteinspritzung des Kraftstoffs in jeden Brennraum der Mehrzahl von Brennräumen. Der Hochdruckspeicher ist bevorzugt als gemeinsamer Hochdruckspeicher ausgebildet, mit dem eine Mehrzahl von Injektoren in Fluidverbindung steht. Die einzelnen Injektoren können dabei insbesondere verschiedenen Brennräumen der Brennkraftmaschine zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in die jeweiligen Brennräume zugeordnet sein. Ein solcher Hochdruckspeicher wird auch als Rail bezeichnet, wobei das Einspritzsystem bevorzugt als Common-Rail- Einspritzsystem ausgebildet ist.
Über die niederdruckseitige Saugdrossel ist insbesondere ein aus dem Kraftstoff-Reservoir in den Hochdruckspeicher förderbarer Kraftstoff- Volumenstrom einstellbar, sodass der Hochdruck über den ersten Hochdruck-Regelkreis durch Variation der dem Hochdruckspeicher pro
Zeiteinheit zugeführten Kraftstoffmenge geregelt wird. Über das wenigstens eine
hochdruckseitige Druckregelventil kann Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in das Kraftstoff- Reservoir abgesteuert werden, sodass das Druckregelventil insbesondere genutzt werden kann, um ein unzulässiges Ansteigen des Hochdrucks zu verhindern und/oder den Hochdruck schnell zu reduzieren. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine zeitliche Ableitung des Soll- Volumenstroms berechnet wird, wobei die Zeitkonstante für die auf den Soll-Volumenstrom angewandte Filterung in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung gewählt wird. Insbesondere durch die Wahl der Zeitkonstante in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung kann die Dynamik des Soll-Volumenstroms in Abhängigkeit von dessen zeitlicher Entwicklung beeinflusst werden. Vorzugsweise wird eine gemittelte zeitliche Ableitung des Soll- Volumenstroms berechnet, wobei die Zeitkonstante in Abhängigkeit von der gemittelten zeitlichen Ableitung gewählt wird. Dies erhöht die Sicherheit des Verfahrens, da die Wahl der Zeitkonstante dann in geringerem Maß durch singuläre Ausreißer beeinflusst wird, wobei der allgemeine Trend der zeitlichen Entwicklung des Soll-Volumenstroms genauer erfasst werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Zeitkonstante gewählt wird, wenn die - vorzugsweise gemittelte - zeitliche Ableitung ein positives Vorzeichen aufweist oder gleich null ist, wobei eine zweite, von der ersten Zeitkonstante verschiedene Zeitkonstante gewählt wird, wenn die - vorzugsweise gemittelte - zeitliche Ableitung des Soll- Volumenstroms ein negatives Vorzeichen aufweist. Dass die zeitliche Ableitung ein positives Vorzeichen aufweist oder gleich null ist bedeutet insbesondere, dass diese echt positiv oder null, insbesondere größer oder gleich null ist. Dass die zeitliche Ableitung ein negatives Vorzeichen aufweist, bedeutet insbesondere, dass sie echt negativ, d.h. kleiner als null ist. Gemäß dieser Ausgestaltung des Verfahrens kann die Wahl der Zeitkonstante, d.h. die Wahl eines Wertes für die Zeitkonstante, davon abhängig gemacht werden, ob der Soll- Volumenstrom ansteigt oder abfällt. Dabei kann für ein Ansteigen des Soll-Volumenstroms eine andere, vorzugsweise kleinere Zeitkonstante gewählt werden, als für ein Abfallen des Soll-Volumenstroms. Somit ist es möglich, dass der Soll-Volumenstrom rasch ansteigen kann, um ein unzulässiges Ansteigen des Hochdrucks zu vermeiden oder den Hochdruck schnell zu reduzieren, wobei andererseits eine Rücknahme des Soll- Volumenstroms verzögert werden kann, um in diesem Fall ein unzulässiges Ansteigen des Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher zu vermeiden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Zeitkonstante gleich null ist. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Filterung des Soll- Volumenstroms bei einem Anstieg desselben, die im Ergebnis den identischen Soll-Volumenstrom zurückgibt, was mithin den gleichen Effekt hat, als würde der Soll-Volumenstrom nicht gefiltert. Dieser kann somit hochdynamisch und ohne Verzögerung ansteigen, um rasch Kraftstoff aus dem
Hochdruckspeicher absteuern und so einen unzulässigen Anstieg des Hochdrucks vermeiden oder den Hochdruck rasch abbauen zu können. Die zweite Zeitkonstante ist bevorzugt größer null, d.h. insbesondere echt positiv. Fällt der Soll- Volumenstrom ab, kann dieser Abfall demnach aufgrund der echt positiven zweiten Zeitkonstante verzögert werden, wobei insbesondere die Ansteuerung des Druckregelventils in Schließrichtung verzögert wird. Hierdurch kann ein unzulässiger Anstieg des Hochdrucks bei der Rücknahme des Soll-Volumenstroms vermieden oder zumindest reduziert werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Zeitkonstante von mindestens 0,1 Sekunde bis höchstens 1,1 Sekunde, vorzugsweise von mindestens 0,2 Sekunde bis höchstens 1 Sekunde beträgt. Es hat sich herausgestellt, dass diese Werte für die zweite Zeitkonstante in besonderer Weise geeignet sind, ein unzulässiges Ansteigen des Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher durch Schließen des Druckregelventils zu vermeiden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Soll- Volumenstrom mit einem Proportionalfilter mit Verzögerungsglied, insbesondere mit einem PTi -Algorithmus, gefiltert wird. Diese Ausgestaltung hat sich als besonders effektive Filterung des Soll- Volumenstroms zum Erreichen der hier genannten Vorteile erwiesen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hochdruck in einer ersten Betriebsart eines Schutzbetriebs mittels des wenigstens einen Druckregelventils über einen zweiten Hochdruck-Regelkreis geregelt wird. Dies stellt insbesondere eine Redundanz in der Regelung des Hochdrucks bereit, wobei auch bei einem Ausfall des ersten Hochdruck- Regelkreises - insbesondere bei einem Ausfall der Saugdrossel als erstem Druckstellglied, beispielsweise aufgrund eines Kabelbruchs, eines vergessenen Aufsteckens eines
Saugdrosselsteckers, einem Klemmen oder Verschmutzen 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 wenigstens einen Druckregelventils. Eine Verschlechterung des Emissionsverhaltens der Brennkraftmaschine kann so vermieden werden.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass in einer zweiten Betriebsart des Schutzbetriebs wenigstens ein zweites hochdruckseitiges Druckregelventil, das von dem wenigstens einen ersten hochdruckseitigen Druckregelventil verschieden ist, zusätzlich zu dem wenigstens einen ersten Druckregelventil als Druckstellglied zur Regelung des Hochdrucks angesteuert wird. Das zweite Druckregelventil ist insbesondere strömungstechnisch parallel zu dem ersten Druckregelventil angeordnet, wobei beide Druckregelventile - in Parallelschaltung - den Hochdruckspeicher mit dem Kraftstoff-Reservoir verbinden, und wobei über beide
Druckregelventile Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in das Kraftstoff-Reservoir abgesteuert werden kann. Insbesondere in Betriebssituationen, in welchen das wenigstens eine erste
Druckregelventil für eine funktionierende Hochdruck-Regelung nicht mehr ausreicht, sodass der Hochdruck trotz Ansteuerung des wenigstens einen ersten Druckregelventils weiter ansteigt, ist es in der zweiten Betriebsart des Schutzbetriebs dann möglich, das wenigstens eine zweite
Druckregelventil zuzuschalten, sodass nunmehr die Druckventile gemeinsam zur Druckregelung des Hochdrucks als Druckstellglieder angesteuert werden. Hierdurch können größere
Absteuermengen erzielt werden, sodass eine effiziente und sichere Druckregelung auch bei höherem Absteuerbedarf möglich ist. Das wenigstens eine zweite Druckregelventil wird dabei bevorzugt ebenfalls - wie auch das wenigstens eine erste Druckregelventil - durch den zweiten Hochdruck-Regelkreis angesteuert.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass in einer dritten Betriebsart des
Schutzbetriebs das wenigstens eine Druckregelventil dauerhaft geöffnet wird. Besonders bevorzugt werden in der dritten Betriebsart des Schutzbetriebs alle Druckregelventile, insbesondere das wenigstens eine erste Druckregelventil und das wenigstens eine zweite Druckregelventil, dauerhaft geöffnet. In dieser dritten Betriebsart kann dauerhaft über die Druckregelventile ein großer Kraftstoff- Volumenstrom aus dem Hochdruckspeicher in das Kraftstoff-Reservoir abgesteuert werden. Die Druckregelventile werden dabei vorzugsweise in Richtung einer maximalen Öffnung angesteuert, sodass ein maximaler Kraftstoff-Volumenstrom über die Druckregelventile abgesteuert werden kann. Hierdurch kann ein unzulässig hoher Hochdruck in dem Hochdruckspeicher nicht nur temporär, sondern dauerhaft rasch und zuverlässig abgebaut werden, sodass das Einspritzsystem wirksam und zuverlässig geschützt ist. Diese Funktionalität ermöglicht es insbesondere, auf ein mechanisches Überdruckventil zu verzichten, sodass Bauraum und Kosten eingespart werden können. Die Funktionalität des mechanischen Überdruckventils wird dabei durch die Ansteuerung des wenigstens einen
Druckregelventils nachgebildet. Vorzugsweise wird in die erste Betriebsart des Schutzbetriebs geschaltet, wenn der Hochdruck einen ersten Druckgrenzwert erreicht oder überschreitet, oder wenn ein Defekt der Saugdrossel erkannt wird. Alternativ oder zusätzlich wird in die zweite Betriebsart des Schutzbetriebs geschaltet, wenn der Hochdruck einen zweiten Druckgrenzwert erreicht oder überschreitet. Alternativ oder zusätzlich wird in die dritte Betriebsart des Schutzbetriebs geschaltet, wenn der Hochdruck einen dritten Druckgrenzwert erreicht oder überschreitet, oder wenn ein Defekt eines Hochdruck-Sensors erkannt wird. Der dritte Druckgrenzwert ist bevorzugt größer gewählt als der zweite Druckgrenzwert. Vorzugsweise ist der dritte Druckgrenzwert größer gewählt als der erste Druckgrenzwert. Vorzugsweise ist der zweite Druckgrenzwert größer gewählt als der erste Druckgrenzwert. Besonders bevorzugt ist der zweite Druckgrenzwert größer gewählt als der erste Druckgrenzwert, wobei der dritte Druckgrenzwert größer gewählt ist als der zweite Druckgrenzwert. Es ist beispielsweise möglich, dass der erste Druckgrenzwert zu 2400 bar gewählt ist, wobei der dritte Druckgrenzwert bei 2500 bar liegen kann. Der zweite
Druckgrenzwert wird vorzugsweise zwischen dem ersten Druckgrenzwert und dem dritten Druckgrenzwert gewählt.
In wenigstens einer Betriebsart des Schutzbetriebs wird vorzugsweise die Saugdrossel zu einer dauerhaft geöffneten Position angesteuert. Bevorzugt wird die Saugdrossel insbesondere oder nur in der dritten Betriebsart des Schutzbetriebs zu einer dauerhaft geöffneten Position angesteuert. Dies ermöglicht auch bei dauerhafter Öffnung des wenigstens einen
Druckregelventils eine ausreichende Kraftstoff-Förderung in den Hochdruckspeicher, sodass die Brennkraftmaschine nicht abgewürgt wird. Die Saugdrossel wird in der dritten Betriebsart insbesondere in einer Art Notbetrieb dauerhaft geöffnet, um zu gewährleisten, dass auch im mittleren und niedrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine noch genügend Kraftstoff in den Hochdruckspeicher gefördert werden kann, um den Betrieb der Brennkraftmaschine aufrechterhalten zu können.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welches wenigstens einen Injektor, einen Hochdruckspeicher, der einerseits mit dem wenigstens einen Injektor und andererseits über eine Hochdruckpumpe mit einem
Kraftstoff-Reservoir in Fluidverbindung ist, wobei der Hochdruckpumpe eine Saugdrossel als erstes Druckstellglied zugeordnet ist, und mit einem Druckregelventil, über welches der
Hochdruckspeicher mit dem Kraftstoff-Reservoir strömungstechnisch verbunden ist, geschaffen wird. Das Einspritzsystem weist ein Steuergerät auf, das mit dem wenigstens einen Injektor, der Saugdrossel und dem wenigstens einen Druckregelventil wirkverbunden ist. Das Steuergerät ist eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen
Ausführungsformen. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit dem Einspritzsystem insbesondere 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 aufweist, mit dem die verschiedenen Injektoren
strömungstechnisch verbunden sind. Der gemeinsame Hochdruckspeicher ist 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 strömungstechnisch vorgeschaltet, also stromaufwärts der Hochdruckpumpe angeordnet. Dabei ist es möglich, dass die Saugdrossel in die Hochdruckpumpe oder in ein Gehäuse der Hochdruckpumpe integriert ist. 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.
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 als Motor-Steuergerät (Engine Control Unit - ECU) der Brennkraftmaschine ausgebildet. Es ist alternativ 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. Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, die ein Einspritzsystem nach einem zuvor beschriebenen Ausgangsbeispiele aufweist. In
Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich dabei insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Einspritzsystem und dem Verfahren erläutert wurden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausgangsbeispiels einer
Brennkraftmaschine mit einem Einspritzsystem;
Figur 2 eine schematische Detaildarstellung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens;
Figur 3 eine schematische Detaildarstellung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens;
Figur 4 eine weitere schematische Detaildarstellung des Verfahrens;
Figur 5 eine weitere schematische Detaildarstellung des Verfahrens;
Figur 6 eine schematische Darstellung der sich in Zusammenhang mit dem Verfahren
ergebenden Effekte, und
Figur 7 eine schematische Detaildarstellung des Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1, welche ein Einspritzsystem 3 aufweist. Dieses ist bevorzugt als Common-Rail- Einspritzsystem ausgebildet. Es weist eine Niederdruckpumpe 5 zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstoffreservoir 7, eine verstellbare, niederdruckseitige Saugdrossel 9 zur
Beeinflussung eines diese durchströmenden Kraftstoff- Volumenstroms, eine Hochdruckpumpe 11 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 mit Einzelspeichern ausgeführt ist, wobei dann
beispielsweise in den Injektor 15 ein Einzelspeicher 17 als zusätzliches Puffervolumen integriert ist. Es ist ein erstes, insbesondere elektrisch ansteuerbares hochdruckseitiges Druckregelventil 19 vorgesehen, über welches der Hochdruckspeicher 13 mit dem Kraftstoffreservoir 7 fluidverbunden ist. Über die Stellung des ersten Druckregelventils 19 wird ein Kraftstoff- Volumenstrom definiert, welcher aus dem Hochdruckspeicher 13 in das Kraftstoffreservoir 7 abgesteuert wird. Dieser Kraftstoff- Volumenstrom ist in Figur 1 mit VDRV1 bezeichnet und stellt eine Hochdruck-Störgröße des Einspritzsystems 3 dar.
Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 ist es möglich, dass diese nur das erste und damit einzige Druckregelventil 19 aufweist. Das Einspritzsystem 3 weist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel allerdings ein zweites, insbesondere elektrisch ansteuerbares hochdruckseitiges Druckregelventil 20 auf, über welches der Hochdruckspeicher 13 ebenfalls mit dem Kraftstoffreservoir 7 fluidverbunden ist. Die beiden Druckregelventile 19, 20 sind demnach insbesondere strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet. Auch über das zweite Druckregelventil 20 ist ein Kraftstoff- Volumenstrom definierbar, welcher aus dem Hochdruckspeicher 13 in das Kraftstoffreservoir 7 abgesteuert werden kann. Dieser Kraftstoff- Volumenstrom ist in Figur 1 mit VDRV2 bezeichnet.
Das Einspritzsystem 3 weist bevorzugt kein mechanisches Überdruckventil auf, welches herkömmlicherweise vorgesehen ist und dann den Hochdruckspeicher 13 mit dem
Kraftstoffreservoir 7 verbindet. Auf das mechanische Überdruckventil kann verzichtet werden, da dessen Funktion vollständig durch das wenigstens eine Druckregelventil 19, 20 übernommen wird. Es ist aber auch eine Ausgestaltung des Einspritzsystems 3 mit wenigstens einem mechanischen Überdruckventil möglich, wodurch eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme zur Vermeidung eines unzulässigen Anstiegs des Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher 13 bereitgestellt werden kann.
Es ist möglich, dass das Einspritzsystem 3 mehr als zwei Druckregelventile 19, 20 aufweist. Der einfacheren Darstellung wegen wird im Folgenden allerdings die Funktionsweise des
Einspritzsystems 1 insbesondere anhand des hier dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, welches genau zwei Druckregelventile 19, 20 aufweist.
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 nls 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 Druckstellglied, ein Signal ve zur Ansteuerung der Injektoren 15 - welches insbesondere einen Spritzbeginn und/oder ein Spritzende oder auch eine Spritzdauer vorgibt -, ein erstes Signal PWMDRVl zur Ansteuerung eines ersten
Druckregelventils der beiden Druckregelventile 19, 20, und ein zweites Signal PWMDRV2 zur Ansteuerung eines zweiten Druckregelventils der beiden Druckregelventile 19, 20 dargestellt. Bei den Signalen PWMDRVl, PWMDRV2 handelt es sich bevorzugt um pulsweitenmodulierte Signale, über welche die Stellung eines Druckregelventils 19, 20 und damit der dem
Druckregelventil 19, 20 jeweils zugeordnete Kraftstoff-Volumenstrom VDRV1, VDRV2 definiert werden kann. Es versteht sich, dass bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei welchem das
Einspritzsystem 3 nur ein Druckregelventil 19, 20 aufweist, auch nur ein Signal PWMDRV zur Ansteuerung des Druckregelventils durch das Steuergerät 21 erzeugt und ausgegeben wird. Auch dieses eine Signal PWMDRV ist aber bevorzugt als pulsweitenmoduliertes Signal ausgebildet, über welches die Stellung des Druckregelventils 19, 20 und damit der dem Druckregelventil 19, 20 zugeordnete Kraftstoff-Volumenstrom VDRV definiert werden kann.
In Figur 1 ist außerdem noch eine Ausgangsgröße A dargestellt, die stellvertretend für weitere Stellsignale zur Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine 1 steht, beispielsweise für ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers bei einer Registeraufladung. Fig. 2 zeigt eine erste schematische Detaildarstellung einer ersten Ausführungsform des
Verfahrens. Die Erläuterung der Funktionsweise des Einspritzsystems 3 erfolgt zunächst ohne Berücksichtigung des gestrichelt dargestellten Funktionsblocks B, wodurch insbesondere zunächst eine Funktionsweise des Einspritzsystems 3 ohne den Funktionsblock B zum besseren Verständnis dieser Funktionsweise sowie des Zwecks und der Funktion des Funktionsblocks B beschrieben wird. Es ist ein nicht dargestellter erster Hochdruck-Regelkreis 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
Hochdruck-Regelkreis 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 Hochdruck-Regelkreises sind insbesondere eine gemessene Drehzahl ni der Brennkraftmaschine 1 sowie eine bevorzugt ebenfalls aus einem Kennfeld ausgelesene und/oder aus einer Drehzahlregelung für die Brennkraftmaschine 1 resultierende Soll-Einspritzmenge Qs. Als Ausgangsgröße weist der erste Hochdruck-Regelkreis insbesondere einen Ist-Hochdruck pi auf, der aus dem von dem Hochdrucksensor 23 gemessenen Hochdruck p erhalten wird, indem dieser vorzugsweise einer ersten Filterung mit einer größeren Zeitkonstante unterzogen wird, wobei er zugleich vorzugsweise einer zweiten Filterung mit einer kleineren Zeitkonstante unterzogen wird, um einen dynamischen Raildruck pdyn als weitere Ausgangsgröße des ersten Hochdruck-Regelkreises zu berechnen.
In Figur 2 ist die Ansteuerung des einen Druckregelventils 19 eines Ausführungsbeispiels des Einspritzsystems 3 mit genau einem Druckregelventil 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 - wie vorzugsweise alle im Folgenden noch beschriebenen Schaltelemente - 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 konkret 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 einer Normalfunktion in eine Stillstandsfunktion und zurück zu schalten. Dabei wird das zweite Schaltelement 29 in Abhängigkeit von einem zweiten logischen Signal Z 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 29 als realer Schalter, beispielsweise als Relais ausgebildet ist, welches in Abhängigkeit von einem Signalwert eines elektrischen Signals schaltet. Hier entspricht das zweite logische Signal Z konkret einer Zustandsvariable, welche die Werte 1 für einen ersten Zustand und 2 für einen zweiten Zustand annehmen kann. Dabei wird die Normalfunktion für das Druckregelventil 19 gesetzt, wenn das zweite logische Signal Z den Wert 2 annimmt, wobei die Stillstandsfunktion gesetzt wird, wenn das zweite logische Signal Z den Wert 1 annimmt. Selbstverständlich ist eine abweichende Definition des zweiten logischen Signals Z, 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 nls die Soll-Einspritzmenge Qs, außerdem bevorzugt in hier nicht explizit dargestellter Weise der Soll-Hochdruck ps, der dynamische Raildruck pdyn, und der Ist-Hochdruck pi eingehen. Die Funktionsweise des
Berechnungsglieds 31 ist ausführlich 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 ! 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 Soll- Volumenstrom.
Im Normalbetrieb, wenn das erste logische Signal SIG1 den Wert„falsch" aufweist, wird - wie ausgeführt zunächst unter Hinwegdenken des Funktionsblocks B - der berechnete Soll- Volumenstrom Vs,ber unverändert 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 Druckregelventil-Kennfelds 33 ist ein
Druckregelventil-Sollstrom Is, Eingangsgrößen sind der abzusteuernde Soll-Volumenstrom Vs sowie der Ist-Hochdruck p
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 kpi, 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 ÜB in an sich bekannter 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 Z den Wert 2 aufweist, zugeführt wird. Zur Stromregelung wird der Strom am Druckregelventil 19 als gemessene Stromgröße IR 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 bekannter Weise gemäß folgender Gleichung aus der Sollspannung Us und der Betriebsspannung UB berechnet:
PWMDRV = (US/UB) x 100. Auf diese Weise wird in dem Normalbetrieb eine Hochdruck-Störgröße, nämlich der abgesteuerte Kraftstoff- Volumenstrom VDRV, über das Druckregelventil 19 als zweitem
Druckstellglied erzeugt. Nimmt das erste logische Signal SIG1 den Wert„wahr" an, schaltet das erste Schaltelement 27 von dem Normalbetrieb in die erste Betriebsart des Schutzbereichs um. Unter welchen
Bedingungen dies der Fall ist, wird in Zusammenhang mit Figur 4 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 zweite Schaltelement 29 die Normalfunktion gesetzt ist. Insoweit ergibt sich in Figur 2 rechts von dem ersten 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 Hochdruck-Regelkreis 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 ersten Schaltelements 27. Der Druckregelventil-Druckregler 41 weist als Eingangsgröße eine Hochdruck-Regelabweichung ep 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, unter Hinwegdenken des Funktionsblocks B der in dem Berechnungsglied 31 berechnete Soll- Volumenstrom Vs,ber, und/oder ein Proportionalbeiwert kpDRv- Der
Druckregelventil-Druckregler 41 ist vorzugsweise als PI(DTi)-Algorithmus ausgeführt. Dabei wird vorzugsweise ein integrierender Anteil (I- Anteil) zu dem Zeitpunkt, zu welchem das erste Schaltelement 27 von seiner in Figur 2 dargestellten unteren in seine obere Schalterstellung umgeschaltet wird, unter Hinwegdenken des Funktionsblocks B 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 Druckregelventil 19 maximal durchsetzenden Volumenstrom in Abhängigkeit von dem Hochdruck aufweist, wobei die Kennlinie 43 als Eingangsgröße den Ist- Hochdruck p! 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 Druckregelventil-Kennfeld 33 zugeführt wird.
Es erfolgt demnach in dieser Weise in der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs eine
Ansteuerung des Druckregelventils 19 als Druckstellglied zur Regelung des Hochdrucks in dem Hochdruckspeicher 13 über den zweiten Hochdruck-Regelkreis 39. Anhand von Fig. 3 wird nun die Funktionsweise erläutert, die durch Hinzunahme eines zweiten Druckregelventils 20 bei einem Ausführungsbeispiel des Einspritzsystems 3 mit zwei
Druckregelventilen 19, 20 gegeben ist. Auch hier wird zunächst dem besseren Verständnis wegen der Funktionsblock B hinweggedacht, wobei dessen Sinn und Funktionsweise später erläutert werden. Insoweit wird zunächst eine Funktionsweise des Einspritzsystems 3 mit zwei Druckregelventilen 19, 20 ohne den Funktionsblock B beschrieben. Im Folgenden werden insbesondere die Unterschiede beschrieben, die sich zwischen der Ansteuerung von zwei Druckregelventilen 19, 20 gemäß Figur 3 im Unterschied zu der Ansteuerung von nur einem Druckregelventil 19 gemäß Figur 2 ergeben. Insbesondere mit Blick auf die Ansteuerung des ersten Druckregelventils 19 beziehungsweise eines der Druckregelventile 19, 20 wird auf die vorangehende Beschreibung sowie die Darstellung gemäß Figur 2 verwiesen. Insbesondere sind in Figur 2 und Figur 3 gleiche und funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen und/oder Beschriftungen versehen, sodass insoweit jeweils auf die vorangegangene
Beschreibung verwiesen wird. Wie in Zusammenhang mit Figur 4 noch näher erläutert wird, nimmt das erste logische Signal SIG1 den logischen Wert„wahr" an, wenn der dynamische Raildruck pdyn - beispielsweise infolge eines Kabelbruchs des Saugdrossel-Steckers -, einen ersten Druckgrenzwert poi erreicht oder überschreitet. In der Folge wechselt das erste Schaltelement 27 in die in Figur 3 dargestellte obere Schaltstellung, sodass der Hochdruck nun mithilfe des zweiten Hochdruck-Regelkreises 39 und eines der Druckregelventile 19, 20 geregelt wird. Wie ebenfalls in Zusammenhang mit Figur 4 noch erläutert werden wird, weist ein drittes logisches Signal SIG2 den Wert„falsch" auf, wenn der dynamische Raildruck pdyn einen zweiten Druckgrenzwert po2 noch nicht erreicht hat. Ein zweiter Druckregelventil-Sollstrom Is,2 für ein zweites Druckregelventil 20, 19 wird dann über ein drittes Schaltelement 47 aus einem zweiten Druckregelventil-Kennfeld 49 ausgelesen, welches den Ist-Hochdruck i und den konstanten Wert Null für den Soll-Volumenstrom als Eingangsgröße aufweist. Sind die beiden Druckregelventile 19, 20 identisch ausgebildet, ist das zweite Druckregelventil-Kennfeld 49 gleich dem ersten Druckregelventil-Kennfeld 33 und unterscheidet sich nur in Hinblick auf den konstant zu Null gesetzten, eingehenden Soll- Volumenstrom. Werden verschiedene Druckregelventile 19, 20 verwendet, können sich die beiden Druckregelventil-Kennfelder 33, 49 unterscheiden. Dadurch, dass das zweite
Druckregelventil-Kennfeld 49 als eingehenden Soll-Volumenstrom den Wert Null hat, wird das derart angesteuerte Druckregelventil 19, 20 so angesteuert, das es vollständig geschlossen ist, wobei es keinen Kraftstoff in das Kraftstoffreservoir 7 absteuert. Der Hochdruck wird daher solange, bis der dynamische Raildruck pdyn den zweiten Druckgrenzwert o2 erreicht oder überschreitet, nur mithilfe eines Druckregelventils 19, 20 der Druckregelventile 19, 20 geregelt.
Es ist ein viertes Schaltelement 44 vorgesehen, welches den Wert eines Faktors foRv bestimmt. Dieses vierte Schaltelement 44 wird ebenfalls abhängig von dem dritten logischen Signal SIG2 gesteuert, und nimmt seine in Figur 3 dargestellte untere Schaltstellung ein, wenn das dritte logische Signal SIG2 den Wert„falsch" (false) aufweist. In diesem Fall wird die Ausgangsgröße der Kennlinie 43 mit dem Faktor 1 multipliziert. Entsprechend wird der aus dem
Begrenzungselement 45 resultierende begrenzte Sollvolumenstrom VR durch den Faktor 1 dividiert.
Es ist im Übrigen möglich, dass für beide Druckregelventile 19, 20 dieselbe Kennlinie 43, und somit insbesondere nur eine Kennlinie 43 verwendet wird, wenn die Druckregelventile 19, 20 identisch ausgebildet sind. Sind die Druckregelventile 19, 20 verschieden ausgebildet, werden bevorzugt verschiedene Kennlinien 43 für die verschiedenen Druckregelventile 19,20 verwendet.
Steigt der dynamische Raildruck pdyn an und erreicht oder überschreitet den zweiten
Druckgrenzwert po2, so nimmt das dritte logische Signal SIG2 den Wert„wahr" (true) an. Dies führt dazu, dass das dritte Schaltelement 47 und das vierte Schaltelement 44 in ihre in Figur 3 obere Schaltstellung wechseln. Betrachtet man zunächst das dritte Schaltelement 47, so zeigt sich, dass hierdurch nun der zweite Druckregelventil-Sollstrom Is,2 bei dem hier konkret dargestellten Ausführungsbeispiel identisch wird mit dem ersten Druckregelventil-Sollstrom Is, sodass in der Folge beide Druckregelventile 19, 20 mit demselben Sollstrom beaufschlagt werden. Dies setzt wiederum voraus, dass die beiden Druckregelventil 19, 20 identisch ausgebildet sind, was einer bevorzugten Ausgestaltung entspricht. Selbstverständlich ist es aber möglich, diese mit separaten, insbesondere aus separaten Kennfeldern resultierenden Sollströmen zu beaufschlagen, wenn sich die Druckregelventile 19, 20 unterscheiden. Somit wird insbesondere für die Druckregelventile 19, 20 dasselbe Druckregelventil-Kennfeld 33 verwendet, wenn diese identisch ausgebildet sind. Unterscheiden sie sich aber, können verschiedene Druckregelventil-Kennfelder verwendet werden.
Zwei gleiche Druckregelventile 19, 20 können eine doppelte Kraftstoffmenge im Vergleich zu einem einzigen Druckregelventil 19, 20 absteuern. Aus diesem Grund nimmt - wenn man nun das vierte Schaltelement 44 betrachtet - der Faktor fDRv jetzt den Wert 2 an, wodurch der aus der Kennlinie 43 resultierende, maximale Volumenstrom Vmax verdoppelt wird. Der begrenzte Volumenstrom VR, der aus dem Begrenzungselement 45 resultiert, wird dagegen durch den Faktor fDRV und somit nun durch zwei geteilt, da letztlich der resultierende Druckregelventil- Sollvolumenstrom Vs jeweils mit einem Druckregelventil 19, 20 korrespondiert und jeweils der Ansteuerung eines Druckregelventils 19, 20 dient. Auch diese Vorgehensweise ist abgestimmt auf die bevorzugte Ausgestaltung, bei welcher die beiden verwendeten Druckregelventile 19, 20 gleich ausgebildet sind. Sind sie verschieden ausgebildet, werden dagegen vorzugsweise verschiedene Kennlinien 43, verschiedene zweite Hochdruck-Regelkreise 39, und verschiedene Druckregelventil-Kennfelder 33, 49 zur Ansteuerung der verschiedenen Druckregelventile 19, 20 verwendet. Sind dagegen mehr als zwei gleich ausgebildete Druckregelventile 19, 20
vorgesehen, können diese völlig analog zu der Darstellung in Figur 3 durch eine Vervielfachung der dort für jedes Druckregelventil 19, 20 dargestellten AnSteuerelemente angesteuert werden, wobei als Faktor foRv in der oberen Schaltstellung des vierten Schaltelements 44 die Zahl der verwendeten Druckregelventile 19, 20 eingesetzt werden kann. Der zweite Druckregelventil-Sollstrom ISj2 ist die Eingangsgröße eines zweiten Stromreglers 51 , der im Übrigen bevorzugt genauso ausgebildet ist wie der erste Stromregler 35. Auch im
Übrigen entspricht die Ansteuerungsmimik zur Erzeugung des zweiten Ansteuersignais
PWMDRV2 derjenigen zur Erzeugung des ersten Ansteuersignais PWMDRV1 und des einen Ansteuersignais PWMDRV gemäß Figur 2, wobei hier zur Umschaltung zwischen der
Normalfunktion und der Stillstandsfunktion noch ein fünftes Schaltelement 53 vorgesehen ist, und wobei zur Filterung einer zweiten, gemessenen Stromgröße IR,2 ein zweites Stromfilter 55 vorgesehen ist, welches als Ausgangsgröße einen zweiten Ist-Strom IIj2 aufweist, welcher dem zweiten Stromregler 51 zugeführt wird. Die Reglerparameter des zweiten Stromreglers 51 werden vorzugsweise so eingestellt wie die entsprechenden Parameter des ersten Stromreglers 35.
Anhand des zweiten Schaltelements 29 und des fünften Schaltelements 53 zeigt sich noch, dass die Einschaltdauer der Ansteuersignale PWMDRVl , PWMDRV2 in der Stillstandsfunktion identisch zu 0 % ist. In der Normalfunktion wird dagegen das jeweilige Ansteuersignal
PWMDRVl, PWMDRV2 durch die diesem zugeordnete Ansteuermimik erzeugt, wie dies zuvor bereits erläutert wurde. Die beiden Ansteuersignale PWMDRVl, PWMDRV2 werden bevorzugt nicht direkt den
Druckregelventilen 19, 20, sondern einer Umschaltlogik 57 zugeführt, die dafür sorgt, dass die Druckregelventile 19, 20 alternierend mit den Ansteuersignalen PWMDRVl, PWMDRV2 angesteuert werden. Ebenso werden die gemessenen Stromgrößen IR, IRi2 bevorzugt auch der Umschaltlogik 57 entnommen, wobei diese dafür sorgt, dass sie stets an den jeweiligen, den Ansteuersignalen PWMDRVl, PWMDRV2 korrekt zugeordneten Druckregelventilen 19, 20 gemessen werden, um eine definierte Regelung jedes der Druckregelventile 19, 20 über die Stromregler 35, 51 zu gewährleisten. Mittels der Umschaltlogik 57 kann eine Belastung der Druckregelventile 19, 20 in vorteilhafter Weise vereinheitlicht werden, sodass insbesondere nicht eines der Druckregelventile 19, 20 sehr viel häufiger angesteuert wird, als das andere.
Fig. 4 zeigt, unter welchen Bedingungen das erste logische Signal SIGl und das dritte logische Signal SIG2 jeweils die Werte„wahr" und„falsch" annehmen.
Dies wird im Folgenden zunächst anhand von Figur 4a) für das erste logische Signal SIGl erläutert. Die folgenden Erläuterungen für das erste logische Signal SIGl treffen sowohl für das Ausführungsbeispiel des Einspritzsystems mit nur einem Druckregelventil 19 gemäß Figur 2 als auch für das Ausführungsbeispiel des Einspritzsystems 3 mit zwei Druckregelventilen 19, 20 gemäß Figur 3 zu. Solange der dynamische Raildruck pdyn einen ersten Druckgrenzwert pGi nicht erreicht oder überschreitet, weist der Ausgang eines ersten Komparatorelements 59 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 61 „falsch", solange der Ausgang des ersten Komparatorelements 59 den Wert„falsch" aufweist. Der Ausgang des ersten Veroderungsglieds 61 wird einem Eingang eines ersten
Verundungsglieds 63 zugeführt, dessen anderem Eingang eine durch einen Querstrich dargestellte Verneinung einer Variablen MS zugeführt wird, wobei die Variable MS den Wert „wahr" aufweist, wenn die Brennkraftmaschine 1 steht, und wobei sie den Wert„falsch" aufweist, wenn die Brennkraftmaschine 1 läuft. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ist demnach der Wert der Verneinung der Variablen MS„wahr". Insgesamt zeigt sich nun, dass der Ausgang des Verundungsglieds 63 und damit der Wert des ersten logischen Signals SIGl
„falsch" ist, solange der dynamische Raildruck pdyn den ersten Druckgrenzwert poi nicht erreicht oder überschreitet. Erreicht oder überschreitet der dynamische Raildruck pdyn den ersten
Druckgrenzwert pGi, springt der Ausgang des ersten Komparatorelements 59 von„falsch" auf „wahr". Somit springt auch der Ausgang des ersten Veroderungsglieds 61 von„falsch" auf „wahr". Läuft die Brennkraftmaschine 1, springt auch der Ausgang des ersten Verundungsglieds 63 von„falsch" auf„wahr", sodass der Wert des ersten logischen Signals SIGl„wahr" wird. Dieser Wert wird dem ersten Veroderungsglied 61 wieder zugeführt, was jedoch nichts daran ändert, dass dessen Ausgang„wahr" bleibt. Selbst ein Abfall des dynamischen Raildrucks pdyn unter den ersten Druckgrenzwert poi kann den Wahrheitswert des ersten logischen Signals SIGl 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 ersten Druckgrenzwert poi unterschreitet. In diesem Fall ist der Soll- Volumenstrom Vs - unter Hinwegdenken des Funktionsblocks B - mit dem berechneten Soll- Volumenstrom Vs,ber identisch. Erreicht oder überschreitet der dynamische Raildruck pdyn den ersten Druckgrenzwert pGi, nimmt das erste logische Signal SIGl den Wert„wahr" an, und das erste Schaltelement 27 nimmt seine obere Schaltstellung ein. Damit wird der Soll- Volumenstrom Vs in diesem Fall mit dem begrenzten Volumenstrom VR des zweiten
Hochdruck-Regelkreises 39 - gegebenenfalls bis auf den Faktor fDRV - identisch. Dies bedeutet, dass im Normalbetrieb durch das wenigstens eine Druckregelventil 19, 20 eine Hochdruck- Störgröße erzeugt wird. Der Hochdruck wird immer dann, wenn der dynamische Raildruck pdyn den ersten Druckgrenzwert poi erstmalig erreicht, anschließend von dem Druckregelventil- Druckregler 41 geregelt, und dies solange, bis ein Stillstand der Brennkraftmaschine 1 erkannt wird. In der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs übernimmt demnach das wenigstens eine Druckregelventil 19, 20 über den zweiten Hochdruck-Regelkreis 39 die Regelung des
Hochdrucks.
In Figur 4b) ist die Logik zur Schaltung des dritten logischen Signals SIG2 für das
Ausführungsbeispiel des Einspritzsystems 3 mit zwei Druckregelventilen 19, 20 dargestellt. Dabei zeigt sich, dass diese vollständig der Logik zur Schaltung des ersten logischen Signals SIG1 entspricht, wobei lediglich statt des ersten Druckgrenzwerts poi der zweite Druckgrenzwert pG2 als Eingangsgröße verwendet wird. Die entsprechenden logischen Schaltkomponenten sind hier in Vergleich zu Figur 4a) mit gestrichenen Bezugszeichen versehen. Aufgrund der völlig identischen Funktionsweise wird auf die Erläuterungen zu Figur 4a) verwiesen. Analog zu dem ersten logischen Signal SIG1 zeigt sich für das dritte logische Signal SIG2 Folgendes: Dieses wird zu Beginn des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 mit dem Wert„falsch" initialisiert, wobei es seinen Wahrheitswert zu„wahr" ändert, wenn der dynamische Raildruck pdyn den zweiten Druckgrenzwert po2 erreicht oder überschreitet. Daraufhin bleibt der Wahrheitswert des dritten logischen Signals SIG2„wahr", bis ein Stillstand der Brennkraftmaschine 1 erkannt wird.
Mit Bezug auf Figur 3 zeigt sich, dass die zweite Betriebsart des Schutzbetriebs aktiviert wird, wenn das dritte logische Signal SIG2 seinen Wahrheitswert von„falsch" zu„wahr" ändert, wobei in diesem Fall das bisher nicht aktive Druckregelventil 20, 19 hinzugeschaltet wird, sodass der Hochdruck von beiden Druckregelventilen 19, 20 geregelt wird.
Zurückkommend auf die Figuren 2 und 3 wird im Folgenden auch die dritte Betriebsart des Schutzbetriebs erläutert: In diese wird geschaltet, wenn das zweite logische Signal Z den Wert 1 annimmt. In diesem Fall wird/werden das zweite Schaltelement 29 und gegebenenfalls auch das fünfte Schaltelement 53 in seine in den Figuren 2 und 3 dargestellte obere Schaltposition gebracht, wobei hierdurch die Stillstandsfunktion für die Druckregelventile 19, 20 gesetzt wird. In dieser Stillstandsfunktion werden die Druckregelventile 19, 20 nicht mehr angesteuert, das heißt, die Ansteuersignale PWMDRV, PWMDRV1, PWMDRV2 werden zu Null gesetzt. Da vorzugsweise zumindest unter Eingangsdruck stromlos offene Druckregelventile 19, 20 verwendet werden, steuern diese nun dauerhaft einen maximalen Kraftstoff-Volumenstrom aus dem Hochdruckspeicher 13 in das Kraftstoffreservoir 7 ab.
Weist dagegen das zweite logische Signal Z den Wert 2 auf, ist - wie bereits erläutert - die Normalfunktion für die Druckregelventile 19, 20 gesetzt, und diese werden mit ihren jeweiligen Sollströmen Is, Is,2 und den hieraus berechneten Ansteuersignalen PWMDRV, PWMDRV1 , PWMDRV2 angesteuert.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Zustandsübergangsdiagramm für die Druckregelventile 19, 20 von der Normalfunktion in die Stillstandsfunktion und zurück für ein Ausführungsbeispiel des Einspritzsystems 3 mit zwei Druckregelventilen 19, 20. Es ergibt sich allerdings genau dieselbe Logik auch für das Ausführungsbeispiel des Einspritzsystems 3 mit nur einem Druckregelventil 19 - bis auf die Tatsache, dass dann keine drei verschiedenen Druckgrenzwerte, sondern nur zwei Druckgrenzwerte, nämlich der erste Druckgrenzwert pGi und der dritte Druckgrenzwert pG3 zu berücksichtigen sind. Weiterhin muss dann natürlich im Folgenden überall dort, wo in
Zusammenhang mit Figur 5 auf die beiden Druckregelventile 19, 20 Bezug genommen wird, nur von einem Druckregelventil 19 ausgegangen werden.
Die Druckregelventile 19, 20 sind bevorzugt so ausgebildet, dass sie drucklos und stromlos geschlossen ausgebildet sind, wobei sie weiter bevorzugt so ausgebildet sind, dass sie bei einem eingangsseitig anliegenden Druck bis zu einem Öffnungsdruckwert geschlossen sind, wobei sie öffnen, wenn der eingangsseitig anliegende Druck im stromlosen Zustand den
Öffnungsdruckwert erreicht oder überschreitet. Sie sind dann unter Eingangsdruck stromlos offen und können durch Bestromen in Richtung des geschlossenen Zustands angesteuert werden. Der Öffnungsdruckwert kann beispielsweise bei 850 bar liegen.
In Figur 5 links unten 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 Einschalten des Steuergeräts angedeutet, wobei die Druckregelventile 19, 20 zunächst in der Stillstandsfunktion initialisiert werden. Erst wenn zugleich ein laufender Betrieb der
Brennkraftmaschine 1 erkannt wird, und der Ist-Hochdruck pi einen vorbestimmten Startwert pst überschreitet, wird für die Druckregelventile 19, 20 - entlang des Pfeils PI - die Normalfunktion gesetzt und die Stillstandsfunktion zurückgesetzt, insbesondere indem das zweite logische Signal Z seinen Wert von 1 zu 2 ändert. Die Normalfunktion wird zurückgesetzt und die
Stillstandsfunktion wird entlang des Pfeils P2 gesetzt, wenn der dynamische Raildruck pdyn den dritten Druckgrenzwert pG3 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, in welcher das zweite logische Signal Z wiederum den Wert 1 annimmt, werden die Druckregelventile 19, 20 nicht angesteuert, wobei sie in der Normalfunktion - wie bereits in Zusammenhang mit Figur 3 erläutert - mittels der ihnen jeweils zugeordneten Sollströme Is, Is,2 angesteuert werden. Es ergibt sich nun folgende Funktionalität: Startet die Brennkraftmaschine 1, liegt zunächst kein Hochdruck in dem Hochdruckspeicher 13 vor, und die Druckregelventile 19, 20 sind in ihrer Stillstandsfunktion angeordnet, sodass sie druck- und stromlos, also geschlossen sind. 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 der Druckregelventile 19, 20, sodass für diese zunächst die Normalfunktion gesetzt wird, bevor sie öffnen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Druckregelventile 19, 20 in jedem Fall angesteuert werden, wenn sie erstmals öffnen. Da sie drucklos geschlossen sind, bleiben sie auch unter Ansteuerung weiter geschlossen, bis der Ist-Hochdruck pi auch den Öffnungsdruckwert überschreitet, wobei sie dann öffnen und in der Normalfunktion angesteuert werden, nämlich entweder in dem Normalbetrieb oder in der ersten Betriebsart des Schutzbetriebs. Tritt allerdings einer der zuvor beschriebenen Fälle auf, wird wiederum die Stillstands funktion für die Druckregelventile 19, 20 gesetzt.
Dies ist insbesondere der Fall, wenn der dynamische Raildruck pdyn den dritten Druckgrenzwert pG3 überschreitet, wobei dieser vorzugsweise größer gewählt ist als der erste Druckgrenzwert poi und der zweite Druckgrenzwert pG2, und insbesondere einen Wert aufweist, bei welchem in einer herkömmlichen Ausgestaltung des Einspritzsystems ein mechanisches Überdruckventil öffnen würde. Da die Druckregelventile 19, 20 unter Druck stromlos offen sind, öffnen diese in der Stillstandsfunktion in diesem Fall vollständig und erfüllen so sicher und zuverlässig die Funktion eines Überdruckventils.
Der Übergang von der Normalfunktion in die StiUstandsfunktion erfolgt auch, wenn ein Defekt an 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 die Druckregelventile 19, 20 herbeigeführt, sodass diese öffnen und damit einen unzulässigen Anstieg des Hochdrucks verhindern.
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 der Druckregelventile 19, 20, sodass bei einem erneuten Start der
Brennkraftmaschine 1 der hier beschriebene Zyklus wieder von neuem beginnen kann.
Wird für die Druckregelventile 19, 20 unter Druck in dem Hochdruckspeicher 13 die
Stillstandsfunktion gesetzt, sind diese maximal weit geöffnet und steuern einen maximalen Volumenstrom aus dem Hochdruckspeicher 13 in das Kraftstoffreservoir 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. Wichtig ist hier, dass die Druckregelventile 19, 20 nur zwei Funktionszustände, nämlich die Stillstandsfunktion und die Normalfunktion aufweisen, wobei diese beiden Funktionszustände vollauf genügen, um die gesamte relevante Funktionalität der Druckregelventile 19, 20 einschließlich der Schutzfunktion zum Ersetzen eines mechanischen Überdruckventils darzustellen.
Es zeigt sich, dass auch nach Überschreiten des zweiten Druckgrenzwerts po2 noch eine stabile Regelung des Hochdrucks mittels der Druckregelventile möglich ist, da das Fördervermögen der Hochdruckpumpe 11 drehzahlabhängig ist. Damit können Motorbetriebswerte, vor allem
Emissionswerte, in diesem Fall noch eingehalten werden. Erst im höheren Drehzahlbereich muss mit einem Überschreiten des dritten Druckgrenzwerts pG3 gerechnet werden. In diesem Fall öffnen die Druckregelventile 19, 20 vollständig, und es muss mit einer Verschlechterung der Motorbetriebswerte, vor allem der Emissionen, gerechnet werden. Zumindest ein stabiler Betrieb des Motors wird dann aber auch weiterhin gewährleistet. Auch bei einem Ausfall des Hochdrucksensors 23 ist ein stabiler Motorbetrieb noch möglich, auch wenn eventuell in diesem Fall eine Verschlechterung der Motorbetriebswerte, insbesondere der Emissionswerte, eintritt.
Dadurch, dass der zweite Druckgrenzwert pG2 größer ist als der erste Druckgrenzwert pGi, wird vermieden, dass beide Druckregelventile 19, 20 gleichzeitig vom geschlossenen in einen geöffneten Zustand überführt werden. Auf diese Weise werden große Druckgradienten, welche sich schädigend auf das Einspritzsystem 3 auswirken könnten, vermieden. Im Folgenden wird nun die Funktionsweise des Funktionsblocks B mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 erläutert:
Bei einem Lastabwurf der Brennkraftmaschine 1, insbesondere bei einem plötzlichen, vollständigen Lastabwurf aus einem Volllast-Zustand heraus, steigt zunächst der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher 13 an, da die in die Brennräume 16 der Brennkraftmaschine 1 einzuspritzende Kraftstoffmenge schnell zurückgenommen wird, wobei die Hochdruck- Regelung erst verzögert anspricht. Zugleich mit dem Lastabwurf wird typischerweise eine Soll- Drehzahl auf eine Leerlaufdrehzahl reduziert, insbesondere in Form einer Rampe. Die aktuelle Motordrehzahl ni schwingt zunächst über und nähert sich schließlich der Soll-Drehzahl von oben her an. Die Soll-Einspritzmenge Qs nimmt mit dem Ansteigen der Motordrehzahl ni in Form des Überschwingers nach dem Lastabwurf sehr schnell - insbesondere bis auf Null - ab. Fällt die Soll-Einspritzmenge Qs auf sehr kleine Werte, steigt der über das Berechnungsglied 31 berechnete Soll-Volumenstrom Vs,ber wiederum schnell - insbesondere bis auf einen
Maximalwert von vorzugsweise 2 1/min - an. Unterschreitet dann die Motordrehzahl ni die Solldrehzahl, ergibt sich eine positive Drehzahl-Regelabweichung. Dies führt dazu, dass die Soll-Einspritzmenge Qs wieder ansteigt. Eine ansteigende Soll-Einspritzmenge Qs führt wiederum zu einem Abfall des berechneten Soll- Volumenstroms Vs,ber, insbesondere bis auf den Wert 0 1/min. Erfolgt dies sehr schnell, führt die damit verbundene, sehr schnelle Rücknahme des im Normalbetrieb über das Druckregelventil 19 abgesteuerten Kraftstoff- Volumenstroms VDRV zu einem signifikanten Anstieg des Ist-Hochdrucks pi, beispielsweise um circa 500 bar. Eine sehr schnelle Reduzierung des über das Druckregelventil 19 abgesteuerten Kraftstoff- Volumenstroms VDRV führt also zu einem starken, plötzlichen Anstieg des Ist-Hochdrucks pi. Dadurch kann die Brennkraftmaschine 1 einerseits unzulässig stark belastet werden, andererseits verschlechtert sich ihr Emissionsverhalten aufgrund der großen Abweichung vom Soll-Hochdruck ps. Während also ein rasches Ansteigen des im Normalbetrieb zur Ansteuerung des Druckregelventils 19 verwendeten Soll-Volumenstroms Vs im Fall eines zu hohen Ist-Hochdrucks pi erwünscht ist, ist ein ähnlich dynamischer Abfall des Soll-Volumenstroms Vs aus den zuvor erläuterten Gründen unerwünscht. Gemäß den Figuren 2 und 3 verhält sich der Soll- Volumenstrom Vs im
Normalbetrieb jedoch - unter Hinwegdenken des Funktionsblocks B - in beiden Situationen gleich, insbesondere mit gleicher Dynamik.
Um das zuvor beschriebene Problem zu lösen, sieht eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 mit dem Einspritzsystem 3 und dem Hochdruckspeicher 13 vor, dass der Hochdruck in dem Hochdruckspeicher 13 über die niederdruckseitige Saugdrossel 9 als erstem Druckstellglied in dem ersten Hochdruck-Regelkreis geregelt wird, wobei in dem Normalbetrieb die Hochdruck-Störgröße VDRV über das wenigstens eine erste hochdruckseitige Druckregelventil 19 als weiterem Druckstellglied erzeugt wird, über welches Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 13 in das Kraftstoffreservoir 7 abgesteuert wird, wobei das Druckregelventil 19 in dem Normalbetrieb auf der Grundlage des Soll- Volumenstroms Vs für den abzusteuernden Kraftstoff angesteuert wird, wobei eine zeitliche Entwicklung des Soll-Volumenstroms erfasst wird, und wobei der Soll- Volumenstrom gefiltert wird, wobei weiterhin eine Zeitkonstante für die Filterung des Soll-Volumenstroms in
Abhängigkeit von der erfassten zeitlichen Entwicklung des Soll- Volumenstroms gewählt wird.
Dabei wird in dem Funktionsblock B insbesondere die zeitliche Entwicklung des berechneten Soll- Volumenstroms Vs,ber erfasst, und dieser wird mit einer Zeitkonstante gefiltert, die von der erfassten zeitlichen Entwicklung abhängt. Hierzu weist der Funktionsblock B ein Soll- Volumenstrom-Filter 65 auf, in welches der berechnete Soll- Volumenstrom Vs,ber eingeht.
Weiterhin geht in das Soll-Volumenstrom-Filter 65 eine Zeitkonstante Tv zur Filterung des berechneten Soll-Volumenstroms Vs,ber ein.
Das Soll- Volumenstrom-Filter 65 ist vorzugsweise als Proportionalfilter mit Verzögerungsglied, insbesondere als PTi-Filter ausgeführt, dessen Übertragungsfunktion insbesondere lautet:
G(s) = 1 / (1 + Tvs). (1)
Dabei ist die Zeitkonstante T frei wählbar.
Ein sechstes Schaltelement 67 legt abhängig von einem vierten logischen Signal SIG4 fest, welchen Wert die Zeitkonstante Tv annimmt. Ist der Wert des vierten logischen Signales SIG4 „wahr" (true - T), nimmt das sechste Schaltelement 67 seine in Figur 2 dargestellte linke Schalterstellung ein, und der Zeitkonstante Tv wird ein erster Wert TiV zugewiesen. Nimmt das vierte logische Signal SIG4 dagegen den Wert„falsch" (false - F) an, nimmt das sechste
Schaltelement 67 seine rechte Schalterstellung ein, und der Zeitkonstante Tv wird ein zweiter Wert T2 V zugewiesen. Der Wert des vierten logischen Signals SIG4 wird ermittelt, indem in einem Ableitungsglied 69 eine - vorzugsweise gemittelte - zeitliche Ableitung des berechneten Soll- Volumenstroms Vs,ber berechnet wird, wobei demnach die Zeitkonstante Tv in Abhängigkeit von der vorzugsweise gemittelten zeitlichen Ableitung gewählt wird.
Hierzu wird die vorzugsweise gemittelte zeitliche Ableitung als Ausgangsgröße des
Ableitungsglieds 69 einem zweiten Komparatorelement 71 zugeführt, welches außer der durch das Ableitungsglied 69 ermittelten zeitlichen Ableitung noch den konstanten Wert Null als Eingangsgröße aufweist. Die vorzugsweise gemittelte zeitliche Ableitung des Soll- Volumenstroms Vs,ber wird demnach in dem zweiten Komparatorelement 71 insbesondere mit Null verglichen. Das zweite Komparatorelement 71 weist das vierte logische Signal SIG4 als Ausgangsgröße auf. Dieses nimmt den Wert„wahr" an, wenn die aus dem Ableitungsglied 69 resultierende zeitliche Ableitung größer oder gleich Null ist. Sie nimmt den Wert„falsch" an, wenn die aus dem zeitlichen Ableitungsglied 69 resultierende zeitliche Ableitung kleiner als Null ist.
Demnach wird der erste Wert TiV für die Zeitkonstante Tv gewählt, wenn die zeitliche Ableitung ein positives Vorzeichen aufweist oder gleich Null ist, wobei der zweite Wert T2 V für die Zeitkonstante Tv gewählt wird, wenn die zeitliche Ableitung ein negatives Vorzeichen aufweist.
Die Werte TiV, T2 V für die Zeitkonstante Tv werden nun insbesondere so gewählt, dass die zeitliche Entwicklung des Soll- Volumenstroms Vs verzögert wird, wenn dieser abfällt, wobei sie zugleich nicht oder nur wenig verzögert wird, wenn der Soll-Volumenstrom Vs und
insbesondere der berechnete Soll-Volumenstrom Vs,ber ansteigt. Hierzu wird der erste Wert TiV bevorzugt zu Null gewählt, wobei der zweite Wert T2 V bevorzugt größer als Null, mithin echt positiv gewählt wird. Somit existieren verschiedene Werte für die Zeitkonstante Tv für zu- und abnehmenden Soll-Volumenstrom Vs, wobei der abnehmende Soll- Volumenstrom Vs zeitlich verzögert wird, wobei ein zunehmender Soll-Volumenstrom Vs hingegen zeitlich möglichst nicht verzögert wird. Bevorzugt wird der zweite Wert T2 V von mindestens 0,1 s bis höchstens 1,1 s, vorzugsweise von mindestens 0,2 s bis höchstens 1 s gewählt.
Aus dem Soll-Volumenstromfilter 65 und damit aus dem Funktionsblock B resultiert ein gefilterter Soll- Volumenstrom Vs,gef, der im Normalbetrieb gleich dem Soll- Volumenstrom Vs gesetzt wird. Dieser gefilterte Soll-Volumenstrom Vs,gef wird bevorzugt auch dem Druckregelventil-Druckregler 41 als Eingangsgröße zugeführt.
Die Funktionsweise des Funktionsblocks B ist für das Ausführungsbeispiel des Einspritzsystems 3 mit zwei Druckregelventilen 19, 20 gemäß Figur 3 identisch zu der mit Bezug auf Figur 2 beschriebenen Funktionsweise. Es wird daher insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
Es wird noch eine besonders vorteilhafte Berechnung eines gemittelten Gradienten
GradientMitteiV als gemittelte zeitliche Ableitung des berechneten Soll-Volumenstroms Vs,ber des Berechnungsglieds 31 erläutert: Ein aktueller Gradient GradientAktueiiV (ti) des berechneten Soll- Volumenstroms Vs,ber zum Zeitpunkt ti wird berechnet, indem der um die Zeitspanne AtGradV zurückliegende Wert Vs,ber (ti - AtoradV) vom aktuellen Wert Vs,ber (ti) subtrahiert und die Differenz durch die Zeitspanne AtoradV dividiert wird. Der Gradient zum Zeitpunkt (ti - Ta), wobei mit Ta eine Abtastzeit bezeichnet ist, wird berechnet, indem der um die Zeitspanne AtoradV zurückliegende Wert Vs,ber (ti - AtGradV - Ta) vom Wert Vs,ber (ti - Ta) subtrahiert und die
Differenz ebenfalls durch die Zeitspanne AtoradV dividiert wird. Ganz allgemein wird der Gradient des Soll- Volumenstroms Vs,ber zum Zeitpunkt (ti - (k - 1) Ta) berechnet, indem der um die Zeitspanne AtoradV zurückliegende Wert Vs,ber (ti - AtoradV - (k - 1) Ta) vom Wert Vs,ber (ti - (k - 1) Ta) subtrahiert und die Differenz durch die Zeitspanne AtGradV dividiert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Berechnung des gemittelten Gradienten ist es, wenn dieser über eine vorgebbare Zeitspanne AtMitteiV gemittelt wird. Bei einer Abtastzeit Ta ergibt sich der gemittelte Gradient GradientMittei(ti) zum Zeitpunkt ti dabei, indem über insgesamt k Gradienten gemittelt wird, wobei die Anzahl k folgendermaßen berechnet wird: k = AtMltteiV / Ta. (2)
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der sich in Zusammenhang mit dem Verfahren ergebenden Effekte, insbesondere in Form von vier Zeitdiagrammen. Ein erstes Zeitdiagramm bei a) zeigt die Motor-Solldrehzahl ns als durchgezogene Linie und die Motor-Istdrehzahl ni als punktierte Linie. Bis zu einem ersten Zeitpunkt ti ist die Motor-Solldrehzahl ns mit dem konstanten Wert nstart identisch. Vom ersten Zeitpunkt ti bis zu einem vierten Zeitpunkt t4 fällt die Motor-Solldrehzahl ns von dem Wert nstart bis zu einer Leerlauf drehzahl ab. In der Folge bleibt die Motor-Solldrehzahl ns unverändert. Die Motor-Istdrehzahl ni steigt zum ersten Zeitpunkt ti an und nähert sich der Motor-Solldrehzahl ns anschließend an, bis zu einem siebten Zeitpunkt t7 schließlich die Motor-Solldrehzahl ns und die Motor-Istdrehzahl ni identisch sind. Ein zweites Zeitdiagramm bei b) zeigt die Soll-Einspritzmenge Qs. Bis zum ersten Zeitpunkt ti ist die Soll-Einspritzmenge Qs mit dem konstanten Wert Qstart identisch. Da die Motor- Istdrehzahl ni anschließend über die Motorsolldrehzahl ns ansteigt, fällt die Soll-Einspritzmenge Qs in der Folge ab. Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 erreicht die Soll-Einspritzmenge Qs den Wert
10 mm 3 /Hub und zu einem dritten Zeitpunkt t3 den Wert 2 mm 3 /Hub. Da die Motor-Istdrehzahl ni im weiteren Verlauf oberhalb der Motor-Solldrehzahl ns verläuft, fällt die Soll-Einspritzmenge Qs auf den Wert 0 mm /Hub und verharrt auf diesem Wert so lange, bis die Motor-Istdrehzahl ni unter die Motor-Solldrehzahl ns fällt. Ist dies der Fall, steigt die Soll-Einspritzmenge Qs wieder an und erreicht zu einem fünften Zeitpunkt ts wieder den Wert 2 mm /Hub. Zu einem sechsten Zeitpunkt t6 erreicht die Soll-Einspritzmenge Qs wieder den Wert 10 mm /Hub, zu einem siebten Zeitpunkt t7 ist diese auf eine Leerlauf-Einspritz-Sollmenge QLeer eingeschwungen.
Ein drittes Zeitdiagramm bei c) zeigt den berechneten Soll- Volumenstrom Vs,ber als
durchgezogene Linie sowie den gefilterten Soll-Volumenstrom Vs,gef als gestrichelte Linie. Der berechnete Soll-Volumenstrom Vs,ber ist beispielsweise identisch zu 0 1/min, wenn die Soll- Einspritzmenge Qs größer oder gleich 10 mm /Hub ist. Dies hat zur Folge, dass sowohl Vs,ber als auch Vs,gef bis zu dem zweiten Zeitpunkt t2 identisch 0 1/min sind. Vom zweiten Zeitpunkt t2 bis zu dem dritten Zeitpunkt t3 fällt die Soll-Einspritzmenge Qs vom Wert 10 mm /Hub auf den Wert 2 mm /Hub. Dies führt dazu, dass der berechnete Soll- Volumenstrom Vs,ber vom Wert 0 1/min auf den Wert 2 1/min ansteigt. Da der erste Wert TiV für die Zeitkonstante Tv für ansteigenden Soll- Volumenstrom identisch 0 s ist, wird die Eingangsgröße Vs,ber des Soll- Volumenstrom-Filters 65 nicht verzögert und ist damit mit der Ausgangsgröße Vs,gef des Soll- Volumenstrom-Filters 65 identisch. Vom dritten Zeitpunkt t3 bis zu dem fünften Zeitpunkt ts ist die Soll-Einspritzmenge Qs kleiner oder gleich 2 mm /Hub. Damit ergibt sich eine konstante Eingangsgröße Vs,ber des Soll-Volumenstrom-Filters 65 von 2 1/min. Da die Zeitkonstante Tvauch in diesem Fall identisch 0 s ist, ist die Ausgangsgröße Vs,gef des Soll- Volumenstrom- Filters 65 auch in diesem Fall mit der Eingangsgröße Vs,ber des Soll- Volumenstrom-Filters 65 identisch und beträgt somit konstant 2 1/min. Vom fünften Zeitpunkt t5 bis zum sechsten
3 3
Zeitpunkt t6 steigt die Soll-Einspritzmenge Qs von 2 mm /Hub auf 10 mm /Hub an. In der Folge steigt die Soll-Einspritzmenge Qs weiter und pendelt sich schließlich auf der Leerlauf-Einspritz- Sollmenge QLeer ein. Die Eingangsgröße Vs,ber des Soll-Volumenstrom-Filters 65 fällt damit vom fünften Zeitpunkt ts bis zum sechsten Zeitpunkt t6 vom Wert 2 1/min auf den Wert 0 1/min ab. Anschließend verharrt Vs,ber auf dem Wert 0 1/min. Da der zweite Wert T2 V für die Zeitkonstante Tv für abfallenden Druckregelventil-Sollvolumenstrom größer als 0 s ist und typischerweise Werte von 0,2 bis 1 s annimmt, fällt die Ausgangsgröße Vs,gef des Soll- Volumenstrom-Filters 65 vom fünften Zeitpunkt ts an zeitverzögert ab und nähert sich schließlich der Eingangsgröße Vs,ber des Soll- Volumenstrom-Filters 65 und damit dem Wert 0 1/min an. Dies ist in Form einer gestrichelten Linie dargestellt. Ein viertes Zeitdiagramm bei d) zeigt den Soll-Hochdruck ps als durchgezogene Linie. Dieser ist bis zu dem ersten Zeitpunkt t mit einem Startwert pstart identisch. Nach dem ersten Zeitpunkt t fällt der Soll-Hochdruck ps ab und pendelt sich schließlich zu dem siebten Zeitpunkt t7 auf einen Leerlaufwert pLeer ein. Eine punktierte Linie zeigt den Verlauf des Ist-Hochdrucks pi ohne den Funktionsblock B. Von dem ersten Zeitpunkt ti an steigt der Ist-Hochdruck pi zunächst an und nähert sich in der Folge, bedingt durch das Absteuern von Kraftstoff mithilfe des
Druckregelventils 19, 20, dem Soll-Hochdruck pSoii an. Zum fünften Zeitpunkt t5 kommt es zu einem signifikanten Anstieg des Ist-Hochdrucks pi. Hierfür ist die Rücknahme des über das Druckregelventil 19, 20 abzusteuernden Kraftstoffs verantwortlich. Dabei steigt der Ist- Hochdruck pi zunächst sehr schnell bis auf einen ersten Maximalwert pi an. In der Folge nähert sich der Ist-Hochdruck pi langsam wieder dem Soll-Hochdruck ps an und ist zu einem neunten Zeitpunkt t9 mit diesem identisch. Für das verlangsamte Abfallen des Ist-Hochdrucks pi ist das Fehlen der Kraftstoff- Absteuermenge verantwortlich. Der Verlauf des Ist-Hochdrucks pi,gef bei Anwendung des Funktionsblocks B ist gestrichelt dargestellt. Da dieser bei Wahl eines ersten Werts TiV für die Zeitkonstante Tv von 0 s nur dann einen Effekt entfaltet, wenn die
Eingangsgröße Vs,ber des Soll-Volumenstrom-Filters 65 abfällt, kommt dieser Effekt erst ab dem fünften Zeitpunkt t5 zur Geltung. Da die Filterung dazu führt, dass der abzusteuernde Soll- Volumenstrom Vs langsamer abfällt, kommt es lediglich zu einem kleinen Anstieg des Ist- Hochdrucks pi,gef. Dabei wird ein zweiter Maximalwert p2 erreicht. Außerdem ist der Ist- Hochdruck pljgef früher, bereits zu einem achten Zeitpunkt t , auf dem Soll-Hochdruck ps eingeschwungen. Die Filterung ermöglicht es damit, den Anstieg des Ist-Hochdrucks pi um den Differenzwert Δρ zu reduzieren. In der Praxis handelt es sich bei Δρ um Werte von 300 bis 400 bar.
Fig. 7 zeigt eine schematische Detaildarstellung des Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. In einem ersten Schritt Sl wird das Verfahren gestartet. In einem zweiten Schritt S2 wird der berechnete Soll-Volumenstrom Vs,ber durch das Berechnungsglied 31 berechnet. In einem dritten Schritt S3 wird eine momentane zeitliche Ableitung des berechneten Soll- Volumenstroms Vs,ber berechnet. In einem vierten Schritt S4 wird eine gemittelte zeitliche Ableitung des berechneten Soll- Volumenstroms Vs,ber berechnet. In einem fünften Schritt S5 wird überprüft, ob die gemittelte zeitliche Ableitung größer oder gleich Null ist. Ist dies der Fall, wird der Zeitkonstante Tv in einem sechsten Schritt S6 der erste Wert TiV zugewiesen. Ist dies nicht der Fall, wird der Zeitkonstante Tv in einem siebten Schritt S7 der zweite Wert T2 V zugewiesen. In einem achten Schritt S8 wird der berechnete Soll-Volumenstrom Vs,ber durch das Soll-Volumenstrom-Filter 65 mit der Zeitkonstante Tv gefiltert, woraus der gefilterte Soll-Volumenstrom Vs,gef resultiert. Das Verfahren endet in einem neunten Schritt S9. Das Verfahren wird vorzugsweise fortlaufend, zumindest im Normalbetrieb dauerhaft während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 , durchgeführt. Es beginnt also insbesondere in dem ersten Schritt Sl neu, wenn es in dem neunten Schritt S9 geendet hat.
Die Erfindung hat folgende Vorteile:
Im Stationärbetrieb - insbesondere bei konstanter Drehzahl und konstanter Last der
Brennkraftmaschine 1 - wird über das Druckregelventil 19, 20 vorteilhafterweise kein
Kraftstoff abgesteuert, da eine solche Absteuerung den Wirkungsgrad der
Brennkraftmaschine 1 verschlechtern würde. Tritt jedoch ein Lastabwurf auf, so ermöglicht es die Erfindung insbesondere, die Absteuermenge des Druckregelventils 19, 20 sehr schnell zu erhöhen, wodurch der Überschwinger des Hochdrucks wirksam reduziert wird.
Erfolgt nach dem Lastabwurf wieder der Übergang in den Stationärbetrieb, so muss die Absteuermenge wieder auf den Wert Null reduziert werden. Die Erfindung ermöglicht dabei insbesondere, die Rücknahme der Absteuermenge zu verlangsamen, um den dadurch entstehenden Anstieg des Hochdrucks zu reduzieren. Gleichzeitig ist der Hochdruck schneller wieder auf seinem Sollwert eingeschwungen.
In beiden Fällen ermöglicht es die Erfindung insbesondere, signifikante Anstiege des Hochdrucks zu reduzieren. Dadurch wird das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine 1 verbessert sowie unzulässige Belastungen infolge zu hoher Raildrücke verhindert.

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 geregelt wird, wobei in einem Normalbetrieb eine Hochdruck- Störgröße über wenigstens ein erstes hochdruckseitiges Druckregelventil (19,20) als weiterem Druckstellglied erzeugt wird, über welches Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher (13) in ein Kraftstoff-Reservoir (7) abgesteuert wird, wobei das wenigstens eine
Druckregelventil (19,20) in dem Normalbetrieb auf der Grundlage eines Soll- Volumenstroms (Vs) für den abzusteuernden Kraftstoff angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitliche Entwicklung des Soll- Volumenstroms (Vs) erfasst wird, und dass der Soll- Volumenstrom (Vs) gefiltert wird, wobei eine Zeitkonstante (Tv) für die Filterung des Soll-Volumenstroms (Vs) in Abhängigkeit von der erfassten zeitlichen Entwicklung gewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine - vorzugsweise gemittelte - zeitliche Ableitung des Soll- Volumenstroms (Vs) berechnet wird, wobei die Zeitkonstante (Tv) in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung gewählt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Wert (TiV) für die Zeitkonstante (Tv) gewählt wird, wenn die zeitliche Ableitung ein positives Vorzeichen aufweist oder gleich Null ist, wobei ein zweiter Wert (T2 V) für die Zeitkonstante (Tv) gewählt wird, wenn die zeitliche Ableitung ein negatives Vorzeichen aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wert (TiV) für die Zeitkonstante (Tv) gleich Null gewählt wird, wobei der zweite Wert (T2 V) für die Zeitkonstante (Tv) größer als Null gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wert (T2 V) für die Zeitkonstante (Tv) von mindestens 0,1 s bis höchstens 1,1 s, vorzugsweise von 0,2 s bis höchstens 1 s, gewählt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll- Volumenstrom (Vs) mit einem Proportionalfilter mit Verzögerungsglied, insbesondere mit einem PTi -Filter, gefiltert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Hochdruck in einer ersten Betriebsart eines Schutzbetriebs mittels des wenigstens einen Druckregelventils (19,20) über einen zweiten Hochdruck-Regelkreis (39) geregelt wird, und/oder dass
b) in einer zweiten Betriebsart des Schutzbetriebs wenigstens ein zweites
hochdruckseitiges Druckregelventil (19,20), das von dem wenigstens einen ersten Druckregelventil (19,20) verschieden ist, zusätzlich zu dem wenigstens einen ersten Druckregelventil (19,20) als Druckstellglied zur Regelung des Hochdrucks - vorzugsweise durch den zweiten Hochdruck-Regelkreis (39) - angesteuert wird, und/oder dass
c) in einer dritten Betriebsart des Schutzbetriebs das wenigstens eine Druckregelventil (19,20) dauerhaft geöffnet wird.
8. Einspritzsystem (3) für eine Brennkraftmaschine (1), mit
- wenigstens einem Inj ektor (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 (1 1) eine Saugdrossel (9) als erstes Druckstellglied zugeordnet ist, mit
- wenigstens einem Druckregelventil (19,20), 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 (19,20) wirkverbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät (21) eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Einspritzsystem (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Druckregelventil (19,20) stromlos offen ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine (1), gekennzeichnet durch ein Einspritzsystem (3) nach einem der Ansprüche 8 oder 9.
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