WO2006117287A1 - Verfahren zum steuern einer kraftstoffzuführeinrichtung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2006117287A1
WO2006117287A1 PCT/EP2006/061588 EP2006061588W WO2006117287A1 WO 2006117287 A1 WO2006117287 A1 WO 2006117287A1 EP 2006061588 W EP2006061588 W EP 2006061588W WO 2006117287 A1 WO2006117287 A1 WO 2006117287A1
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Martin Cwielong
Gerhard Eser
Gerhard Schopp
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Siemens Vdo Automotive Ag
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    • F02D41/1402—Adaptive control

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a fuel supply device of an internal combustion engine.
  • the fuel supply device comprises a high pressure pump and a volume flow control valve associated with the high pressure pump.
  • the object of the invention is to provide a method and a corresponding device for controlling a fuel supply device of an internal combustion engine that is reliable.
  • the invention is characterized by a method and a corresponding device for controlling a fuel supply device of an internal combustion engine.
  • the fuel supply device comprises a high-pressure pump, which conveys fuel into a fuel reservoir, and a volumetric flow control valve associated with the high pressure pump.
  • a control difference is determined from a difference between a predetermined fuel pressure and a detected fuel pressure.
  • a controller comprising at least one integral component, the control difference is supplied.
  • a correction value for an error value of a fuel flow is determined as a function of the integral part of the controller if, during a predetermined operating state of the internal combustion engine, an amount of the integral component exceeds a predetermined threshold value. Further, a control signal for the volume flow control valve is generated depending on a controller value of the controller and the correction value.
  • the invention is based on the finding that, in the given operating state, the integral component is representative of the error value of the fuel flow.
  • the consideration of the error value enables a precise and reliable control of the internal combustion engine.
  • the use of the integral part for determining the error value or the correction value is also very simple. Thus, component tolerances can be compensated, which can lead to different sized error values of the fuel flow at different volume flow control valves.
  • the correction value is determined as the integral component of the controller multiplied by a predetermined factor.
  • the predetermined factor comprises a predetermined step size factor or the correction value is determined as the integral portion of the controller multiplied by the predetermined factor and multiplied by the predetermined step size factor.
  • the advantage is that the correction of the error value of the fuel flow can be iterative in several iteration steps. The control signal of the volume flow control valve is thus slowly tracked and a sudden change of the control signal and the fuel pressure is prevented. As a result, the regulation of the fuel pressure is particularly reliable possible.
  • the predetermined operating state is a stationary operating state.
  • operating quantities of the internal combustion engine e.g. an injected fuel mass, a fuel pressure or a temperature of the internal combustion engine.
  • a desired value of the fuel flow through the volume flow control valve is smaller than a predefined flow threshold value.
  • the flow rate threshold may be selected such that it is about as large as a leakage flow of the volume flow control valve.
  • the leakage flow of the volume flow control valve can then be determined particularly precisely in the form of the error value of the fuel flow.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with a Kraftstoffzu wool- device and a device for controlling the fuel supply
  • FIG. 2 is a characteristic diagram of a volume flow control valve
  • FIG. 3 is a detail of the characteristic diagram
  • Figure 4 is a block diagram of a control device for controlling a fuel pressure
  • FIG. 5 shows a flow diagram for determining a correction value.
  • An internal combustion engine (FIG. 1) comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the engine block 2 comprises a plurality of cylinders, which have pistons and connecting rods via which they are coupled to a crankshaft 21.
  • the cylinder head 3 includes a valvetrain with a gas inlet valve, a gas outlet valve and valve actuators.
  • the cylinder head 3 further includes an injection valve 34 and a spark plug.
  • a fuel supply device 5 is provided.
  • the fuel supply device 5 comprises a fuel tank 50, which is connected via a first fuel line to a low-pressure pump 51.
  • the low pressure pump 51 is operatively connected to an inlet 53 of a high pressure pump 54.
  • a mechanical regulator 52 is provided, which is connected on the output side via a further fuel line to the fuel tank 50.
  • the low-pressure pump 51, the mechanical regulator 52, the fuel line, the further fuel line and the inlet 53 form a low-pressure circuit.
  • the low-pressure pump 51 is preferably designed so that it always supplies a sufficiently high fuel quantity during operation of the internal combustion engine, which ensures that a predetermined low pressure is not exceeded.
  • the inlet 53 is guided to the high-pressure pump 54, which promotes the fuel on the output side to a fuel reservoir 55.
  • the high-pressure pump 54 is generally driven by the camshaft and thus conveys a constant fuel volume into the fuel accumulator 55 at a constant speed of the crankshaft 21.
  • the injection valves 34 are operatively connected to the fuel accumulator 55. The fuel is thus supplied to the injection valves 34 via the fuel reservoir 55.
  • a volume flow control valve 56 is provided, by means of which a volume flow can be adjusted, which is the high-pressure pump 54 is supplied.
  • a predetermined fuel pressure FUP SP can be set in the fuel reservoir 55.
  • the fuel supply device 5 can also be equipped with an electromechanical pressure regulator 57 on the output side the fuel reservoir 55 and be provided with a return line in the low-pressure circuit.
  • the electromechanical pressure regulator 57 is closed when the fuel pressure in the fuel reservoir 55 falls below a fuel pressure FUP_SP predetermined by the control signal and opened when the fuel pressure in the fuel reservoir 55 exceeds the predetermined fuel pressure FUP_SP.
  • the volume flow control valve 56 may also be integrated in the high-pressure pump 54. Likewise, the electromechanical pressure regulator 57 and the volume flow control valve 56 may be formed so that they are adjusted via a common actuator.
  • the internal combustion engine is further associated with a control device 6, which forms a device for controlling the fuel supply device 5.
  • the control device 6 are in turn associated with sensors which detect different measured variables and in each case determine the measured value of the measured variable.
  • the control device 6 determines dependent on at least one of the measured variables manipulated variables, which are then converted into corresponding control signals for controlling actuators by means of corresponding actuators.
  • the sensors are, for example, a pedal position sensor which detects the position of an accelerator pedal, a crankshaft angle sensor which detects a crankshaft angle and which is then assigned an engine speed, an air mass meter or a fuel pressure sensor 58 which detects a fuel pressure FUP_AV in the fuel accumulator 55.
  • the actuators are designed, for example, as gas inlet or gas outlet valves, injection valves 34, spark plug, throttle valve, low-pressure pump 51 or volume flow control valve 56.
  • the internal combustion engine also has other cylinders, which are then assigned corresponding actuators.
  • Figure 2 shows a characteristic diagram of the volume flow control valve 56 and Figure 3 shows an enlarged section of the characteristic diagram.
  • a fuel flow through the volume flow control valve 56 in liters per minute against an electric current I of the volume flow control valve 56 in amperes is plotted.
  • the electrical current I results from a control signal PWM of the volume flow control valve 56, which is, for example, a pulse width modulated signal.
  • a predetermined characteristic 7 represents an average of the characteristics of various volume flow control valves 56 whose individual characteristics are e.g. can differ from each other due to component tolerances.
  • a first characteristic curve 8 and a second characteristic curve 9 deviate from the predetermined characteristic curve 7 and represent different volume flow control valves 56.
  • the volume flow control valve 56 opens and allows the fuel flow through the volume flow control valve 56.
  • a threshold which in this embodiment corresponds to a value of the electrical current of about 0.5 amps
  • the volume flow control valve 56 is substantially closed.
  • a leak flow may flow through the flow control valve 56. Due to the component tolerances For example, the leakage flow for different volume flow control valves 56 may be different.
  • the respective characteristic of the volume flow control valve 56 therefore deviates generally from the predetermined characteristic curve 7.
  • the fuel flow through the volume flow control valve 56 in the closed state therefore has an error value Q_ERR with respect to the fuel flow predetermined by the predetermined characteristic curve 7.
  • the first characteristic curve 8 has a first error value Q ERR1 and the second characteristic curve 9 has a second error value Q_ERR2 in relation to the predefined characteristic curve 7.
  • the first error value Q ERR1 and the second error value Q_ERR2 correspond to a displacement of the first characteristic curve 8 or of the second characteristic curve 9 with respect to the predetermined characteristic curve 7.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a control device for regulating the fuel pressure in the fuel supply device 5, in particular in the fuel reservoir 55.
  • the control device is preferably embodied in the control device 6.
  • the fuel pressure in the fuel reservoir 55 is adjusted depending on the amount of fuel delivered by the high-pressure pump 54.
  • the amount of fuel delivered depends on the control of the volume flow control valve 56.
  • the fuel pressure in the fuel reservoir 55 increases.
  • less fuel is delivered to the fuel reservoir 55 than via the injectors 34 is injected, then decreases corresponding to the fuel pressure in the fuel tank 55th
  • a control difference FUP_DIF is determined.
  • the control difference FUP_DIF is fed to a controller in a block B1.
  • This controller comprises at least one integral component I CTRL and is preferably designed as a PI controller.
  • a controller value FUEL_MASS_FB_CTRL is determined.
  • a pilot value FUEL_MASS_PRE of a fuel mass FUEL_MASS_REQ to be delivered is determined in a block B2.
  • the pilot value FUEL_MASS_PRE of the fuel mass FUEL_MASS_REQ to be delivered, the controller value FUEL_MASS_FB_CTRL of the first controller and a fuel mass MFF to be injected are added up to the fuel mass FUEL_MASS_REQ to be delivered.
  • the actuating signal PWM is determined as a function of the fuel mass FUEL_MASS_REQ to be delivered.
  • the block B3 preferably includes a map.
  • the map preferably includes the predetermined characteristic curve 7 of the volume flow control valve 56.
  • a block B4 represents the fuel supply device 5.
  • the control signal PWM is the input of the block B4.
  • the output of the block B4 is the detected fuel pressure FUP AV detected by the fuel pressure sensor 58, for example.
  • a correction value COR is determined as a function of the integral component I CTRL of the controller in the block Bl, if a predetermined operating condition BZ, for example se is a stationary operating state, is present.
  • the correction value COR is supplied to the block B3 for correcting the error value Q_ERR of the fuel flow.
  • the predetermined characteristic curve 7 is shifted in the block B3 in accordance with the correction value COR.
  • the correction value COR can also be added to the fuel mass FUEL_MASS_REQ to be delivered.
  • the map in the block B3 is preferably determined in advance by tests on an engine test bench, by simulations or by driving tests. Alternatively, for example, functions based on physical models may also be used.
  • the fuel pressure in the fuel reservoir 55 is adjusted by means of the electro-mechanical pressure regulator 57.
  • the second mode of operation is assumed when the fuel mass MFF to be injected is smaller than the leakage flow of the volume flow control valve 56, e.g. during an idling operation or during a coasting operation of the internal combustion engine.
  • the first operating mode is preferably assumed when the fuel mass MFF to be injected is greater than the leakage flow of the volume flow control valve 56.
  • FIG. 5 shows a flow diagram of a program for determining the fuel flow error value Q ERR and the correction value COR.
  • the program is preferably executed in the control device 6 and is assigned to the block B5.
  • the Program starts in a step Sl, which is carried out, for example, at a start of operation of the internal combustion engine.
  • a step S2 it is checked whether the predetermined operating state BZ of the internal combustion engine is present.
  • the predetermined operating state BZ is preferably a stationary operating state.
  • the stationary operating state e.g. the predetermined fuel pressure FUP_SP is stationary and the detected fuel pressure FUP AV is approximately equal to the predetermined fuel pressure FUP_SP.
  • the fuel mass FUEL MASS REQ to be pumped is preferably stationary.
  • a temperature of the internal combustion engine is stationary, in particular, e.g. a coolant temperature, an intake air temperature or an ambient temperature in each case in a predetermined temperature range.
  • the fuel mass MFF to be injected, and thus also the fuel mass FUEL MASS REQ to be conveyed, in the predetermined operating state BZ is preferably smaller than a predefined threshold value, which is referred to here as a predefined flow threshold value.
  • the predetermined flow threshold value is preferably selected such that it is approximately as large as the leakage flow through the volume flow control valve 56 or is not substantially greater than the leakage flow.
  • the exact dimensioning of the predetermined flow rate threshold is dependent on precision requirements that are made to determine the error value Q_ERR of the fuel flow or to determine the correction value COR. Furthermore, no error should be diagnosed for the fuel supply device in the predetermined operating state BZ.
  • step S3 it is checked if an amount of the integral component I_CTRL is greater than a predetermined threshold LIM. If this condition is satisfied, then the fuel flow error value Q ERR is determined as a product of the integral component I_CTRL and a predetermined factor F in a step S4.
  • the correction value COR is determined as a product of the fuel flow error value Q_ERR and a predetermined step size factor STEP.
  • the predetermined step size factor STEP is preferably greater than zero and at most equal to one.
  • the predetermined step size factor STEP is preferably less than 0.1, for example about 0.01 to 0.05.
  • a step S5 the correction of the fuel flow error value Q ERR is performed by means of the detected correction value COR, e.g. by correcting the predetermined characteristic curve 7.
  • the predetermined characteristic curve 7 is then corrected for the regulation of the fuel pressure, e.g. in block B3.
  • step S3 After a predetermined waiting time T_W, the program is then continued in step S3.
  • the predetermined waiting time is about 100 milliseconds, for example, but may be shorter or longer.
  • the steps S3 to S5 are preferably carried out until the condition in the step S3 is not fulfilled, ie the amount of the integral component I_CTRL is less than or equal to the predetermined threshold LIM. If the condition is not met in step S3, then the program is ended in step S6. Alternatively, the program can also be restarted in step S1, if appropriate after expiry of a further waiting period.
  • the error value Q_ERR can be corrected in a single iteration step if the predetermined step size factor STEP is approximately equal to one.
  • the error value Q_ERR of the fuel flow is corrected in several iteration steps by specifying the step size factor STEP less than one.
  • a number of the required iteration steps is dependent on the choice of the predetermined step size factor STEP. For example, several tens or more than one hundred iterations may be required until the amount of integral I CTRL is less than or equal to the predetermined threshold LIM and the program is terminated at step S6.
  • the time required for the stepwise correction depends on the waiting time T_W and the number of iteration steps required. If the resulting time duration is so great that the predefined operating state BZ can be left already before the program has ended, then it may be advantageous to carry out step S2 after step S5 before the condition is checked in step S3. This ensures that the predetermined operating state BZ is present during the execution of steps S3 to S5.
  • the condition in the step S3 may alternatively or additionally include, for example, a time limit for correcting the fuel flow error value Q ERR.
  • the program is terminated in step S6 if the stepwise adaptation is not completed after, for example, ten seconds.
  • the program can also be ended. after a predetermined number of iterations has been performed, eg after 200 steps of interleaving.
  • the adaptation of the predetermined characteristic curve 7 can always be carried out when the internal combustion engine is in the predetermined operating state BZ and the amount of the integral component is greater than the predetermined threshold value LIM. However, it may be sufficient to execute the program less frequently and at greater time intervals, since the leakage flow of the volume flow control valve 56 in the internal combustion engine is subject to only slight fluctuations in the predetermined operating state BZ.

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Abstract

Eine Brennkraftmaschine umfasst eine Kraftstoffzuführeinrichtung mit einer Hochdruckpumpe, die Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher fördert, und mit einem Volumenstromsteuerventil, das der Hochdruckpumpe zugeordnet ist. Eine Regeldifferenz (FUP_DIF) wird ermittelt aus einer Differenz eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks (FUP_SP) und eines erfassten Kraftstoffdrucks (FUP_AV) . Einem Regler, der mindestens einen Integralanteil (I_CTRL) umfasst, wird die Regeldifferenz (FUP_DIF) zugeführt. Ein Korrekturwert (COR) für einen Fehlerwert eines Kraftstoff flusses wird ermittelt abhängig von dem Integralanteil (I_CTRL) des Reglers, wenn während eines vorgegebenen Betriebszustands der Brennkraftmaschine ein Betrag des Integralanteils (I_CTRL) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Ferner wird abhängig von einem Reglerwert (FUEL_MASS_FB_CTRL) des Reglers und von dem Korrekturwert (COR) ein Stellsignal (PWM) für das Volumenstromsteuerventil erzeugt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung einer Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffzuführeinrichtung umfasst eine Hochdruckpumpe und ein Volumenstromsteuerventil, das der Hochdruckpumpe zugeordnet ist .
An Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen werden hohe Anforderungen gestellt. Die Schadstoffemissionen unterliegen gesetzlichen Bestimmungen und der Kunde verlangt nach einem geringen Kraftstoffverbrauch, einem sicheren und zuverlässigen Betrieb und nach geringen Wartungskosten. Für das Erfüllen der Anforderungen ist ein zuverlässiger Betrieb der Kraftstoffzuführeinrichtung erforderlich.
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das bzw. die zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung einer Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffzuführeinrichtung umfasst eine Hochdruckpumpe, die Kraftstoff in einen KraftstoffSpeicher fördert, und ein Volumenstromsteuer- ventil, das der Hochdruckpumpe zugeordnet ist. Eine Regeldifferenz wird ermittelt aus einer Differenz eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks und eines erfassten Kraftstoffdrucks . Einem Regler, der mindestens einen Integralanteil umfasst, wird die Regeldifferenz zugeführt. Ein Korrekturwert für einen Fehlerwert eines Kraftstoffflusses wird ermittelt abhängig von dem Integralanteil des Reglers, wenn während eines vorgegebenen Betriebszustands der Brennkraftmaschine ein Betrag des Integralanteils einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Ferner wird abhängig von einem Reglerwert des Reglers und von dem Korrekturwert ein Stellsignal für das Volumenstromsteuerventil erzeugt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in dem vorgegebenen Betriebszustand der Integralanteil repräsentativ ist für den Fehlerwert des Kraftstoffflusses . Eine Differenz zwischen einem Istwert des Kraftstoffflusses und einem Sollwert des Kraftstoffflusses, der beispielsweise durch eine vorgegebene Kennlinie des Volumenstromsteuerventils gegeben ist, verursacht eine Abweichung des Betrags des Integralanteils des Reglers von Null in dem vorgegebenen Betriebszustand. Das Berücksichtigen des Fehlerwerts ermöglicht ein präzises und zuverlässiges Steuern der Brennkraftmaschine. Das Nutzen des Integralanteils für das Ermitteln des Fehlerwerts bzw. des Korrekturwerts ist ferner sehr einfach. So können Bauteiltoleranzen ausgeglichen werden, die zu unterschiedlich großen Fehlerwerten des Kraftstoffflusses bei unterschiedlichen Volumenstromsteuerventilen führen können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Korrekturwert als der Integralanteil des Reglers multipliziert mit einem vorgegebenen Faktor ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass das Ermitteln des Korrekturwerts so sehr einfach ist. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der vorgegebene Faktor einen vorgegebenen Schrittweitenfaktor umfasst oder der Korrekturwert ermittelt wird als der Integralanteil des Reglers multipliziert mit dem vorgegebenen Faktor und multipliziert mit dem vorgegebenen Schrittweitenfaktor. Der Vorteil ist, dass das Korrigieren des Fehlerwertes des Kraftstoffflusses so iterativ in mehreren Iterationsschritten erfolgen kann. Das Stellsignal des Volumenstromsteuerventils wird somit langsam nachgeführt und eine sprunghafte Änderung des Stellsignals und des Kraftstoffdrucks wird verhindert. Dadurch ist die Regelung des Kraftstoffdrucks besonders zuverlässig möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der vorgegebene Betriebszustand ein stationärer Betriebszustand. In dem stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine sind Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, z.B. eine eingespritzte Kraftstoffmasse, ein Kraftstoffdruck oder eine Temperatur der Brennkraftmaschine, im Wesentlichen stationär. Der Vorteil ist, dass in dem stationären Betriebszustand keine dynamischen Veränderungen von Betriebsgrößen berücksichtigt werden müssen und so das Steuern der Kraftstoffzuführeinrichtung einfach ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem vorgegebenen Betriebszustand ein Sollwert des Kraftstoffflusses durch das Volumenstromsteuerventil kleiner als ein vorgegebener Durchflussschwellenwert. Der Durchflussschwellenwert kann so gewählt sein, dass dieser etwa so groß ist, wie ein Leck- fluss des Volumenstromsteuerventils. Der Leckfluss des Volumenstromsteuerventils kann dann in Form des Fehlerwerts des Kraftstoffflusses besonders präzise ermittelt werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffzuführ- einrichtung und einer Vorrichtung zum Steuern der Kraftstoffzuführeinrichtung,
Figur 2 ein Kennliniendiagramm eines Volumenstromsteuerventils,
Figur 3 ein Ausschnitt aus dem Kennliniendiagramm,
Figur 4 ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung zur Regelung eines Kraftstoffdrucks und
Figur 5 ein Ablaufdiagramm für ein Ermitteln eines Korrekturwerts .
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Motorblock 2 umfasst mehrere Zylinder, welche Kolben und Pleuelstangen haben, über die sie mit einer Kurbelwelle 21 gekoppelt sind.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil, einem Gasauslassventil und Ventilantrieben. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und eine Zündkerze. Ferner ist eine Kraftstoffzuführeinrichtung 5 vorgesehen. Die Kraftstoffzuführeinrichtung 5 umfasst einen Kraftstofftank 50, der über eine erste Kraftstoffleitung mit einer Niederdruckpumpe 51 verbunden ist. Ausgangsseitig ist die Niederdruckpumpe 51 mit einem Zulauf 53 einer Hochdruckpumpe 54 wirkverbunden. Ferner ist auch ausgangsseitig der Niederdruckpumpe 51 ein mechanischer Regulator 52 vorgesehen, welcher ausgangsseitig über eine weitere Kraftstoffleitung mit dem Kraftstofftank 50 verbunden ist. Die Niederdruckpumpe 51, der mechanische Regulator 52, die Kraftstoffleitung, die weitere Kraftstoffleitung und der Zulauf 53 bilden einen Niederdruckkreis .
Die Niederdruckpumpe 51 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie während des Betriebs der Brennkraftmaschine immer eine ausreichend hohe Kraftstoffmenge liefert, die gewährleistet, dass ein vorgegebener Niederdruck nicht unterschritten wird. Der Zulauf 53 ist hin zu der Hochdruckpumpe 54 geführt, welche ausgangsseitig den Kraftstoff hin zu einem Kraftstoffspeicher 55 fördert. Die Hochdruckpumpe 54 wird in der Regel von der Nockenwelle angetrieben und fördert somit bei konstanter Drehzahl der Kurbelwelle 21 ein konstantes Kraft- stoffvolumen in den KraftstoffSpeicher 55. Die Einspritzventile 34 sind mit dem KraftstoffSpeicher 55 wirkverbunden. Der Kraftstoff wird somit den Einspritzventilen 34 über den KraftstoffSpeicher 55 zugeführt.
In dem Vorlauf der Hochdruckpumpe 54, d.h. stromaufwärts der Hochdruckpumpe 54, ist ein Volumenstromsteuerventil 56 vorgesehen, mittels dessen ein Volumenstrom eingestellt werden kann, der der Hochdruckpumpe 54 zugeführt wird. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Volumenstromsteuerventils 56 kann ein vorgegebener Kraftstoffdruck FUP SP in dem KraftstoffSpeicher 55 eingestellt werden.
Zusätzlich kann die Kraftstoffzuführeinrichtung 5 auch mit einem elektromechanischen Druckregulator 57 ausgangsseitig des KraftstoffSpeichers 55 und mit einer Rückführleitung in den Niederdruckkreis versehen sein. Abhängig von einem Stellsignal des elektromechanischen Druckregulators 57 ist der e- lektromechanische Druckregulator 57 geschlossen, wenn der Kraftstoffdruck in dem KraftstoffSpeicher 55 einen durch das Stellsignal vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP_SP unterschreitet, und geöffnet, wenn der Kraftstoffdruck in dem KraftstoffSpeicher 55 den vorgegebene Kraftstoffdruck FUP_SP überschreitet .
Das Volumenstromsteuerventil 56 kann auch in die Hochdruckpumpe 54 integriert sein. Ebenso können der elektromechani- sche Druckregulator 57 und das Volumenstromsteuerventil 56 so ausgebildet sein, dass sie über einen gemeinsamen Stellantrieb eingestellt werden.
Der Brennkraftmaschine ist ferner eine Steuereinrichtung 6 zugeordnet, die eine Vorrichtung zum Steuern der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 bildet. Der Steuereinrichtung 6 sind wiederum Sensoren zugeordnet, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in entsprechende Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
Die Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber, welcher die Stellung eines Fahrpedals erfasst, ein Kurbelwel- lenwinkelsensor, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst und welchem dann eine Motordrehzahl zugeordnet wird, ein Luftmassenmesser oder ein Kraftstoffdrucksensor 58, welcher einen Kraftstoffdruck FUP_AV in dem KraftstoffSpeicher 55 erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der Sensoren oder können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein. Die Stellglieder sind beispielsweise als Gaseinlass- oder Gasauslassventile, Einspritzventile 34, Zündkerze, Drosselklappe, Niederdruckpumpe 51 oder Volumenstromsteuerventil 56 ausgebildet .
Bevorzugt hat die Brennkraftmaschine auch weitere Zylinder, denen dann entsprechende Stellglieder zugeordnet sind.
Figur 2 zeigt ein Kennliniendiagramm des Volumenstromsteuerventils 56 und Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Kennliniendiagramm. In dem Kennliniendiagramm ist ein Kraftstofffluss durch das Volumenstromsteuerventil 56 in Litern pro Minute gegen einen elektrischen Strom I des Volumenstromsteuerventils 56 in Ampere aufgetragen. Der elektrische Strom I resultiert aus einem Stellsignal PWM des Volumenstromsteuerventils 56, das beispielsweise ein pulsweitenmodu- liertes Signal ist. Eine vorgegebene Kennlinie 7 repräsentiert beispielsweise einen Mittelwert der Kennlinien von verschiedenen Volumenstromsteuerventilen 56, deren individuelle Kennlinien sich z.B. aufgrund von Bauteiltoleranzen voneinander unterscheiden können. Eine erste Kennlinie 8 und eine zweite Kennlinie 9 weichen von der vorgegebenen Kennlinie 7 ab und repräsentieren unterschiedliche Volumenstromsteuerventile 56.
Für Werte des Stellsignals PWM, die größer sind als ein Schwellenwert, dem in diesem Ausführungsbeispiel ein Wert des elektrischen Stroms von etwa 0,5 Ampere entspricht, öffnet sich das Volumenstromsteuerventil 56 und ermöglicht den Kraftstofffluss durch das Volumenstromsteuerventil 56. Für Werte des Stellsignals PWM, die kleiner sind als der Schwellenwert, ist das Volumenstromsteuerventil 56 im Wesentlichen geschlossen. Jedoch kann ein Leckfluss durch das Volumenstromsteuerventil 56 fließen. Aufgrund der Bauteiltoleranzen kann der Leckfluss für unterschiedliche Volumenstromsteuerventile 56 unterschiedlich groß sein. Die jeweilige Kennlinie des Volumenstromsteuerventils 56 weicht daher im Allgemeinen von der vorgegebenen Kennlinie 7 ab. Der Kraftstofffluss durch das Volumenstromsteuerventil 56 in dem geschlossenen Zustand weist daher einen Fehlerwert Q_ERR gegenüber dem durch die vorgegebene Kennlinie 7 vorgegebenen Kraftstoff- fluss auf. So weist beispielsweise die erste Kennlinie 8 einen ersten Fehlerwert Q ERRl und die zweite Kennlinie 9 einen zweiten Fehlerwert Q_ERR2 gegenüber der vorgegebenen Kennlinie 7 auf. Der erste Fehlerwert Q ERRl und der zweite Fehlerwert Q_ERR2 entsprechen einer Verschiebung der ersten Kennlinie 8 beziehungsweise der zweiten Kennlinie 9 gegenüber der vorgegebenen Kennlinie 7.
Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung zum Regeln des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffzuführeinrich- tung 5, insbesondere in dem KraftstoffSpeicher 55. Die Regeleinrichtung ist vorzugsweise in der Steuereinrichtung 6 ausgebildet .
In einer ersten Betriebsart wird der Kraftstoffdruck in dem KraftstoffSpeicher 55 abhängig von der von der Hochdruckpumpe 54 geförderten Kraftstoffmenge eingestellt. Die geförderte Kraftstoffmenge ist abhängig von der Ansteuerung des Volumenstromsteuerventils 56. Wenn mehr Kraftstoff in den KraftstoffSpeicher 55 gefördert als über die Einspritzventile 34 eingespritzt wird, dann steigt der Kraftstoffdruck in dem KraftstoffSpeicher 55. Wenn weniger Kraftstoff in den KraftstoffSpeicher 55 gefördert als über die Einspritzventile 34 eingespritzt wird, dann sinkt entsprechend der Kraftstoffdruck in dem KraftstoffSpeicher 55. Aus einer Differenz zwischen dem vorgegeben Kraftstoffdruck FUP_SP und dem erfassten Kraftstoffdruck FUP_AV wird eine Regeldifferenz FUP_DIF ermittelt. Die Regeldifferenz FUP_DIF wird einem Regler in einem Block Bl zugeführt. Dieser Regler umfasst mindestens einen Integralanteil I CTRL und ist vorzugsweise als ein PI-Regler ausgebildet. In dem Block Bl wird ein Reglerwert FUEL_MASS_FB_CTRL ermittelt.
Abhängig von dem vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP SP und dem erfassten Kraftstoffdruck FUP_AV wird in einem Block B2 ein Vorsteuerwert FUEL_MASS_PRE einer zu fördernden Kraftstoffmasse FUEL_MASS_REQ ermittelt. Der Vorsteuerwert FUEL_MASS_PRE der zu fördernden Kraftstoffmasse FUEL_MASS_REQ, der Reglerwert FUEL_MASS_FB_CTRL des ersten Reglers und eine einzuspritzende Kraftstoffmasse MFF werden aufsummiert zu der zu fördernden Kraftstoffmasse FUEL_MASS_REQ.
In einem Block B3 wird abhängig von der zu fördernden Kraft- stoffmasse FUEL_MASS_REQ das Stellsignal PWM ermittelt. Der Block B3 umfasst vorzugsweise ein Kennfeld. Das Kennfeld umfasst vorzugsweise die vorgegebene Kennlinie 7 des Volumenstromsteuerventils 56.
Ein Block B4 repräsentiert die Kraftstoffzuführeinrichtung 5. Das Stellsignal PWM ist die Eingangsgröße des Blocks B4. Die Ausgangsgröße des Blocks B4 ist der erfasste Kraftstoffdruck FUP AV, der beispielsweise mittels des Kraftstoffdrucksensors 58 erfasst wird.
In einem Block B5 wird ein Korrekturwert COR ermittelt abhängig von dem Integralanteil I CTRL des Reglers in dem Block Bl, wenn eine vorgegebene Betriebsbedingung BZ, beispielswei- se ein stationärer Betriebszustand, vorliegt. Der Korrekturwert COR wird dem Block B3 zugeführt zum Korrigieren des Fehlerwerts Q_ERR des Kraftstoffflusses . Beispielsweise wird die vorgegebene Kennlinie 7 in dem Block B3 entsprechend dem Korrekturwert COR verschoben. Alternativ kann der Korrekturwert COR auch zu der zu fördernden Kraftstoffmasse FUEL_MASS_REQ addiert werden.
Das Kennfeld in dem Block B3 wird bevorzugt vorab durch Versuche an einem Motorprüfstand, durch Simulationen oder durch Fahrversuche ermittelt. Alternativ können auch beispielsweise auf physikalischen Modellen basierende Funktionen verwendet werden.
In einer zweiten Betriebsart wird der Kraftstoffdruck in dem KraftstoffSpeicher 55 mittels des elektromechanischen Druckregulators 57 eingestellt. Bevorzugt wird die zweite Betriebsart eingenommen, wenn die einzuspritzende Kraftstoffmasse MFF kleiner ist als der Leckfluss des Volumenstromsteuerventils 56, z.B. während eines Leerlaufbetriebs oder während eines Schubbetriebs der Brennkraftmaschine. Die erste Betriebsart wird vorzugsweise eingenommen, wenn die einzuspritzende Kraftstoffmasse MFF größer ist als der Leckfluss des Volumenstromsteuerventils 56. Durch das Korrigieren der vorgegebenen Kennlinie 7 bzgl. des Leckflusses ist ein zuverlässiges Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart der Brennkraftmaschine möglich.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln des Fehlerwerts Q ERR des Kraftstoffflusses und des Korrekturwerts COR. Das Programm wird bevorzugt in der Steuereinrichtung 6 ausgeführt und ist dem Block B5 zugeordnet. Das Programm beginnt in einem Schritt Sl, der beispielsweise bei einem Betriebsstart der Brennkraftmaschine ausgeführt wird.
In einem Schritt S2 wird überprüft, ob der vorgegebene Betriebszustand BZ der Brennkraftmaschine vorliegt. Der vorgegebene Betriebszustand BZ ist vorzugsweise ein stationärer Betriebszustand. In dem stationären Betriebszustand ist z.B. der vorgegebene Kraftstoffdruck FUP_SP stationär und der er- fasste Kraftstoffdruck FUP AV ist etwa gleich dem vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP_SP. Ferner ist vorzugsweise die zu fördernde Kraftstoffmasse FUEL MASS REQ stationär. Bevorzugt ist eine Temperatur der Brennkraftmaschine stationär, insbesondere liegen z.B. eine Kühlmitteltemperatur, eine Ansauglufttemperatur oder eine Umgebungstemperatur jeweils in einem vorgegebenen Temperaturbereich. Ferner ist die einzuspritzende Kraftstoffmasse MFF, und damit auch die zu fördernde Kraftstoffmasse FUEL MASS REQ, in dem vorgegebenen Betriebszustand BZ vorzugsweise kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert, der hier als ein vorgegebener Durchflussschwellenwert bezeichnet ist. Der vorgegebene Durchflussschwellenwert ist vorzugsweise so gewählt, dass dieser etwa so groß ist wie der Leckfluss durch das Volumenstromsteuerventil 56 oder nicht wesentlich größer ist als der Leckfluss. Die genaue Dimensionierung des vorgegebenen Durchflussschwellenwerts ist abhängig von Präzisionsanforderungen, die an das Ermitteln des Fehlerwerts Q_ERR des Kraftstoffflusses bzw. an das Ermitteln des Korrekturwerts COR gestellt werden. Ferner soll für die Kraftstoffzuführeinrichtung in dem vorgegebenen Betriebszustand BZ kein Fehler diagnostiziert sein.
Erst wenn in dem Schritt S2 der vorgegebene Betriebszustand BZ eingenommen ist, wird das Programm in einem Schritt S3 fortgeführt. In dem Schritt S3 wird überprüft, ob ein Betrag des Integralanteils I_CTRL größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert LIM. Ist diese Bedingung erfüllt, dann wird in einem Schritt S4 der Fehlerwert Q ERR des Kraftstoffflusses ermittelt als ein Produkt aus dem Integralanteil I_CTRL und einem vorgegebenen Faktor F. Der Korrekturwert COR wird ermittelt als ein Produkt des Fehlerwerts Q_ERR des Kraftstoffflusses und einem vorgegebenen Schrittweitenfaktor STEP. Der vorgegebene Schrittweitenfaktor STEP ist vorzugsweise größer als Null und maximal gleich eins. Der vorgegebene Schrittweitenfaktor STEP ist vorzugsweise kleiner als 0,1, z.B. etwa 0,01 bis 0,05.
In einem Schritt S5 wird die Korrektur des Fehlerwerts Q ERR des Kraftstoffflusses mittels des ermittelten Korrekturwerts COR durchgeführt, z.B. durch Korrektur der vorgegebenen Kennlinie 7. Die vorgegebene Kennlinie 7 steht dann korrigiert für das Regeln des Kraftstoffdrucks, z.B. in dem Block B3, zur Verfügung.
Nach einer vorgegebenen Wartezeitdauer T_W wird das Programm dann in dem Schritt S3 fortgeführt. Die vorgegebene Wartezeitdauer beträgt beispielsweise etwa 100 Millisekunden, kann jedoch auch kürzer oder länger sein. Die Schritte S3 bis S5 werden vorzugsweise so oft durchgeführt, bis die Bedingung in dem Schritt S3 nicht erfüllt ist, d.h. der Betrag des Integralanteils I_CTRL kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert LIM ist. Ist die Bedingung in dem Schritt S3 nicht erfüllt, dann wird das Programm in einem Schritt S6 beendet. Alternativ kann das Programm auch in dem Schritt Sl neu gestartet werden, gegebenenfalls nach Ablauf einer weiteren Wartezeitdauer. Der Fehlerwert Q_ERR kann in einem einzigen Iterationsschritt korrigiert werden, wenn der vorgegebene Schrittweitenfaktor STEP etwa gleich Eins ist. Vorzugsweise wird der Fehlerwert Q_ERR des Kraftstoffflusses jedoch in mehreren Iterationsschritten korrigiert durch Vorgabe des Schrittweitenfaktors STEP kleiner als Eins. Dies ermöglicht ein schrittweises Korrigieren der vorgegebenen Kennlinie 7 an die tatsächliche Kennlinie des jeweiligen Volumenstromsteuerventils 56. Eine Anzahl der erforderlichen Iterationsschritte ist abhängig von der Wahl des vorgegebenen Schrittweitenfaktors STEP. So können beispielsweise einige zehn oder auch mehr als einhundert Iterationsschritte erforderlich sein bis der Betrag des Integralanteils I CTRL kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwert LIM ist und das Programm in dem Schritt S6 beendet wird.
Die Zeitdauer, die für das schrittweise Korrigieren erforderlich ist, ist abhängig von der Wartezeitdauer T_W und der Anzahl der erforderlichen Iterationsschritte. Ist die resultierende Zeitdauer so groß, dass der vorgegebene Betriebszustand BZ bereits vor dem Beenden des Programms verlassen werden kann, dann kann es vorteilhaft sein, nach dem Schritt S5 den Schritt S2 auszuführen, bevor die Bedingung in dem Schritt S3 überprüft wird. Dadurch ist sichergestellt, dass der vorgegebene Betriebszustand BZ während des Ausführens der Schritte S3 bis S5 vorliegt.
Die Bedingung in dem Schritt S3 kann alternativ oder zusätzlich z.B. eine zeitliche Beschränkung für das Korrigieren des Fehlerwerts Q ERR des Kraftstoffflusses umfassen. Beispielsweise wird das Programm in dem Schritt S6 beendet, wenn die schrittweise Adaption nach z.B. zehn Sekunden noch nicht abgeschlossen ist. Ferner kann das Programm auch beendet wer- den, nachdem eine vorgegebene Anzahl von Iterationsschritten durchgeführt wurde, z.B. nach 200 Interationsschritten.
Die Adaption der vorgegebenen Kennlinie 7 kann immer dann ausgeführt werden, wenn die Brennkraftmaschine sich in dem vorgegebenen Betriebszustand BZ befindet und der Betrag des Integralanteils größer ist als der vorgegebene Schwellenwert LIM. Es kann jedoch genügen, das Programm seltener und in größeren zeitlichen Abständen auszuführen, da der Leckfluss des Volumenstromsteuerventils 56 in der Brennkraftmaschine in dem vorgegebenen Betriebszustand BZ nur geringen Schwankungen unterliegt .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung (5) einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung (5) umfasst
- eine Hochdruckpumpe (54), die Kraftstoff in einen KraftstoffSpeicher (55) fördert,
- ein Volumenstromsteuerventil (56) , das der Hochdruckpumpe (54) zugeordnet ist, bei dem
- eine Regeldifferenz (FUP DIF) ermittelt wird aus einer Differenz eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks (FUP_SP) und eines erfassten Kraftstoffdrucks (FUP_AV) ,
- einem Regler, der mindestens einen Integralanteil (I_CTRL) umfasst, und dem die Regeldifferenz (FUP DIF) zugeführt wird,
- ein Korrekturwert (COR) für einen Fehlerwert (Q_ERR) eines Kraftstoffflusses ermittelt wird abhängig von dem Integralanteil (I_CTRL) des Reglers, wenn während eines vorgegebenen Betriebszustands (BZ) der Brennkraftmaschine ein Betrag des Integralanteils (I_CTRL) einen vorgegebenen Schwellenwert (LIM) überschreitet, und
- abhängig von einem Reglerwert (FUEL_MASS_FB_CTRL) des Reglers und von dem Korrekturwert (COR) ein Stellsignal (PWM) für das Volumenstromsteuerventil (56) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Korrekturwert (COR) ermittelt wird als der Integralanteil (I CTRL) des Reglers multipliziert mit einem vorgegebenen Faktor (F) .
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der vorgegebene Faktor einen vorgegebenen Schrittweitenfaktor (STEP) umfasst oder bei dem der Korrekturwert (COR) ermittelt wird als der Integralanteil (I_CTRL) des Reglers multipliziert mit dem vorgege- benen Faktor (F) und multipliziert mit dem vorgegebenen Schrittweitenfaktor (STEP) .
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der vorgegebene Betriebszustand (BZ) ein stationärer Betriebszustand ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem in dem vorgegebenen Betriebszustand (BZ) ein Sollwert des Kraftstoffflusses durch das Volumenstromsteuerventil (56) kleiner ist als ein vorgegebener Durchflussschwellenwert.
6. Vorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung (5) einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung (5) umfasst
- eine Hochdruckpumpe (54), die Kraftstoff in einen KraftstoffSpeicher (55) fördert,
- ein Volumenstromsteuerventil (56) , das der Hochdruckpumpe (54) zugeordnet ist, die ausgebildet ist
- zum Ermitteln einer Regeldifferenz (FUP DIF) aus einer Differenz eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks (FUP_SP) und eines erfassten Kraftstoffdrucks (FUP_AV) ,
- zum Zuführen der Regeldifferenz (FUP_DIF) zu einem Regler, der mindestens einen Integralanteil (I CTRL) umfasst,
- zum Ermitteln eines Korrekturwerts (COR) für einen Fehlerwert (Q ERR) eines Kraftstoffflusses abhängig von dem Integralanteil (I CTRL) des Reglers, wenn während eines vorgegebenen Betriebszustands (BZ) der Brennkraftmaschine ein Betrag des Integralanteils (I CTRL) einen vorgegebenen Schwellenwert (LIM) überschreitet, und
- zum Erzeugen eines Stellsignals (PWM) für das Volumenstromsteuerventil (56) abhängig von einem Reglerwert (FUEL_MASS_FB_CTRL) des Reglers und von dem Korrekturwert (COR) .
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