WO2008113646A1 - Verfahren zur regelung eines einspritzsystems einer brennkraftmaschine - Google Patents

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    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F02M63/023—Means for varying pressure in common rails

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an injection system of an internal combustion engine according to the features of the preamble of patent claim 1.
  • Fuel injectors for operating an internal combustion engine have generally been known for many years.
  • the fuel is supplied into the respective combustion chamber of the internal combustion engine by injectors, in particular by piezo injectors.
  • the good of combustion is dependent on the pressure of a high-pressure accumulator upstream of the injectors.
  • the pressure of this high pressure accumulator must be controlled. In this case, when using a high-pressure pump and a pressure accumulator for the fuel injection pressures of 1600 to 1800 bar can be achieved.
  • the pressure control of the high pressure accumulator can be realized in different ways. This can vary depending on
  • the high-pressure pump In the case of volume flow control, it must be taken into consideration that after a control intervention, the high-pressure pump must first be filled with fuel before fuel can be pumped again into the high-pressure accumulator, thus causing a rise in pressure in the high-pressure accumulator. The time it takes to fill the high-pressure pump with fuel, restricts the stability speed for stability reasons.
  • the object underlying the present invention is now to take into account the time required for filling the high-pressure pump with fuel, in order to thus improve the regularity of the injection system.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that the regularity of the injection system can be improved by taking into account a pump efficiency in a pilot control, and thereby an improved emission behavior of the internal combustion engine is achieved.
  • the pump efficiency is correlated with the time it takes to fill the pump with fuel. The pump efficiency is higher, the faster the pump is filled with fuel. In this case, the fuel supplied to the pump is controlled by a flow control valve located in front of the pump. Furthermore, by taking into account the pump efficiency let the rule good of
  • FIG. 1 shows a block diagram of an injection system taking into account a pump efficiency
  • Figure 2 a pressure curve in the high-pressure accumulator with and without consideration of the pump efficiency in the scheme.
  • Figure 1 shows a block diagram of an injection system taking into account a pump efficiency.
  • the injection system consists of a fuel tank 1, a low-pressure pump 2, the fuel from the tank calls, from a flow control valve 3 with return line 5 to the fuel tank 1, from a high-pressure pump 4, the fuel to a high-pressure accumulator 6 supplies, and injectors 7, 7th 'and 1' 'for injecting the fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine, which is not shown in the drawing.
  • the high-pressure accumulator 6 It can build up in the high-pressure accumulator 6 pressures up to 1800 bar. About injectors 7, 7 ', and I 1 ', the fuel from the high-pressure accumulator 6 can be injected into a combustion chamber.
  • a volume flow control valve 3 with a return line 5 to the fuel tank is arranged between the low-pressure pump 2 and the high-pressure pump 4. With the help of the volume flow control valve 3, the suction volume of the high-pressure pump 4 is controlled and thus determines the pressure in the high-pressure accumulator 6.
  • the pressure in the high-pressure accumulator 6 is measured continuously via a measuring device 200.
  • This measured pressure serves as an input variable in a control unit 15 and for a pilot control 100.
  • Another input variable of the control unit 15 is a predefinable setpoint pressure value psoll.
  • the output signal Al of the control unit realized, for example, by a PID controller is fed to a computing unit 10.
  • the feedforward control is composed of a plurality of pilot control units 11, 12, 13 and is intended to improve the controlled good of the injection system.
  • the measured pressure in the high-pressure accumulator 6 as an input variable in the mutually parallel pilot units 11, 12, 13 a.
  • Pilot control unit 11 takes into account the temperature-dependent leakage losses in the injection system. As input of the first pilot control unit 11, therefore, the fuel temperature T is supplied in the high-pressure accumulator. Furthermore, there is also an additional consideration of the leakage losses which change over time due to aging effects.
  • the output size A2 of the first pre-control unit 11 is one of several input quantities for an adder unit 10 '.
  • the second pilot control unit 12 takes into account the amount of fuel injected into the internal combustion engine via the injectors 7, 7 'and 7 ".
  • the rotational speed n serves as a further input variable for the pilot control unit 12, the output variable A3 of which is also supplied to the adder unit 10 '.
  • the third pilot control unit 13 takes into account the pressure changes which result in the high-pressure accumulator 6.
  • the pressure rise or pressure drop in the high-pressure accumulator 6 is taken into account with this third pilot control unit 13.
  • the output signal 4 of the third pilot control unit 13 also goes to the adder unit 10 '.
  • the determination of the output signals A2, A3, A4 is based on stored tables or on the basis of approximate functions.
  • the output signals A2, A3, A4 of the pilot control units 11, 12, 13 are then added in the adder unit 10 '. It has proved to be particularly advantageous that the output signals A2, A3, A4 are present as a volume flow.
  • a pump efficiency is determined in the unit 14. there The pump efficiency can be determined by means of a stored table or an approximation function.
  • the output signal A6 is added in the adding unit 10 with the output signal of the control unit 15, wherein the summand of the arithmetic unit 10 serves as a control variable of the volume flow control valve 3.
  • FIG. 2 shows a pressure curve in the high-pressure accumulator with and without consideration of the pump efficiency in the control.
  • the temporal pressure curve is plotted in the high-pressure accumulator.
  • the signal S1 represents the actual pressure curve in the high-pressure accumulator without taking account of the pump efficiency in the control
  • S2 represents the signal taking into account the pump efficiency value in the control.
  • SO shows that from the time t1 an increase in pressure in the high-pressure accumulator from the pressure value p ⁇ to the pressure value pl is to take place. From the time t2, the pressure from the
  • the actual pressure curve S1 also increases from the time t1 on, but can not keep the pressure value pl constant over a predetermined period, but falls off.
  • the undershooting of the pressure curve at Sl is due to the high leakage losses and the low pump efficiency.
  • the lower pump efficiency therefore results in that the high-pressure pump is not supplied with sufficient fuel due to the opening position of the volume flow control valve. Therefore, the pump can not reach the pressure value required in the high pressure accumulator. Therefore, in the next control step, the opening position of the volume flow control valve must also be increased. From time tl 'the volume flow control valve is opened so that a pressure increase takes place in the high-pressure accumulator.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckregelung in einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Ein vom Pumpentyp abhängiger Pumpenwirkungsgrad wird dabei bei der Regelung eines Hochdruckspeicherwerts berücksichtigt. Dabei kann die Ermittlung des Pumpenwirkungsgrad anhand einer hinterlegten Tabelle oder einer Näherungsfunktion erfolgen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Regelung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zum Betrieb einer Brennkraftmaschine sind generell seit vielen Jahren bekannt. Bei einem sogenannten Common-Rail Einspritzsystem erfolgt die Kraftstoffzufuhrung in den jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine durch Injektoren, insbesondere durch Piezoin- jektoren. Dabei ist die Gute der Verbrennung vom Druck eines den Injektoren vorgeschalteten Hochdruckspeichers abhangig. Um eine möglichst hohe spezifische Leistung der Brennkraftmaschine und gleichzeitig eine geringe Schadstoffemissionen zu erreichen, muss der Druck dieses Hochdruckspeichers geregelt werden. Dabei können bei einer Verwendung einer Hochdruckpumpe und eines Druckspeichers für den Kraftstoff Einspritzdrucke von 1600 bis 1800 bar erreicht werden.
Die Druckregelung des Hochdruckspeichers kann dabei auf un- terschiedliche Weisen realisiert werden. Diese kann je nach
Ausfuhrung des Einspritzsystems mit einem Druckregelventil im Hochdruckbereich und einem Volumenregelventil auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe, oder nur durch ein Volumenregelventil auf der Niederdruckseite der Hochdruckpumpe erfol- gen. Im folgenden wird ausschließlich auf den zweiten Fall, d.h. auf die Druckregelung anhand eines Volumenregelventils, eingegangen. Die Regelung des Hochdruckspeicherdrucks erfolgt dabei durch die Regelung des Volumenstroms im Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe. Diese Volumenstromregelung ist so- wohl abhangig vom Systembedarf, welcher durch die eingespritzte Kraftstoffmenge in den Brennraum bestimmt wird, als auch von der Kraftstoffmenge, die durch Schaltleckageverluste aus den Injektoren austritt. Bei der Volumenstromregelung muss dabei berücksichtigt werden, dass nach einem Regeleingriff die Hochdruckpumpe zuerst mit Kraftstoff gefüllt werden muss, bevor Kraftstoff erneut in den Hochdruckspeicher gepumpt werden kann und damit einen Druckanstieg im Hochdruckspeicher bewirkt. Die Zeitdauer, die zum Auffüllen der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff benotigt wird, schrankt aus Stabilitatsgrunden die Regelgeschwindigkeit ein .
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die zum Auffüllen der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff benotigte Zeitdauer zu berücksichtigen, um somit die Regelgute des Einspritzsystems zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde- re darin, dass sich die Regelgute des Einspritzsystems durch eine Berücksichtigung eines Pumpenwirkungsgrades in einer Vorsteuerung verbessern lasst, und dadurch ein verbessertes Emmissionsverhalten der Brennkraftmaschine erzielt wird. Der Pumpenwirkungsgrad korreliert dabei mit der Zeitdauer, die zum Auffüllen der Pumpe mit Kraftstoff benotigt wird. Der Pumpenwirkungsgrad ist dabei umso hoher, je schneller die Pumpe mit Kraftstoff befullt wird. Dabei wird der der Pumpe zugefuhrte Kraftstoff über ein vor der Pumpe befindliches Volumenstromregelventil gesteuert. Ferner lasst sich durch die Berücksichtigung des Pumpenwirkungsgrades die Regelgute des
Einspritzsystems bei transienten Betriebszustanden der Brennkraftmaschine verbessern. Dies ist insofern vorteilhaft, als der Druckwert im Hochdruckspeicher einen Einfluss auf das Ansprechverhalten des Motors und die Fahrdynamik ausübt.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnungen naher erläutert. Dabei zeigt: Figur 1: ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems unter Berücksichtigung eines Pumpenwirkungsgrades,
Figur 2: einen Druckverlauf im Hochdruckspeicher mit und ohne Berücksichtigung des Pumpenwirkungsgrades in der Regelung.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Einspritzsystems unter Berücksichtigung eines Pumpenwirkungsgrades. Dabei besteht das Einspritzsystem aus einem Kraftstofftank 1, aus einer Niederdruckpumpe 2, die Kraftstoff aus dem Tank fordert, aus einem Volumenstromregelventil 3 mit Ruckfuhrleitung 5 zum Kraftstofftank 1, aus einer Hochdruckpumpe 4, die Kraftstoff einem Hochdruckspeicher 6 zufuhrt, sowie aus Injektoren 7, 7' und 1'' zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, welcher in der Zeichnung nicht darge- stellt ist.
Mittels der Niederdruckpumpe 2 wird Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 1 gefordert und einer Hochdruckpumpe 4 zugeführt. Die Hochdruckpumpe 4 speist dann einen Hochdruckspeicher 6 mit dem aus der Niederdruckpumpe 2 zugefuhrten Kraftstoff.
Dabei können sich im Hockdruckspeicher 6 Drucke bis 1800 bar aufbauen. Über Injektoren 7, 7', und I1' kann der Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 6 in einen Brennraum eingespritzt werden. Um den Druck innerhalb des Hochdruckspeichers 6 re- geln zu können, ist zwischen der Niederdruckpumpe 2 und der Hochdruckpumpe 4 ein Volumenstromregelventil 3 mit einer Ruckfuhrleitung 5 zum Kraftstofftank angeordnet. Mit Hilfe des Volumenstromregelventils 3 wird das Ansaugvolumen der Hochdruckpumpe 4 geregelt und somit der Druck im Hochdruck- Speicher 6 bestimmt.
Weiterhin wird über eine Messeinrichtung 200 der Druck im Hochdruckspeicher 6 kontinuierlich gemessen. Dieser gemessene Druck dient als Eingangsgroße in eine Regeleinheit 15 und für eine Vorsteuerung 100. Eine weitere Eingangsgroße der Regeleinheit 15 ist ein vorgebbarer Solldruckwert psoll. Das Ausgangssignal Al der z.B. durch einen PID-Regler realisierten Regeleinheit wird einer Recheneinheit 10 zugeführt. Die Vorsteuerung setzt sich aus mehreren Vorsteuereinheiten 11, 12, 13 zusammen und soll die Regelgute des Einspritzsystems verbessern. Dabei geht der gemessene Druck im Hochdruckspeicher 6 als Eingangsgroße in die untereinander parallel geschalteten Vorsteuereinheiten 11, 12, 13 ein. Die erste
Vorsteuereinheit 11 berücksichtigt dabei die temperaturabhan- gigen Leckageverluste im Einspritzsystem. Als Eingangsgroße wird der ersten Vorsteuereinheit 11 daher auch die Kraftstofftemperatur T im Hochdruckspeicher zugeführt. Weiterhin erfolgt hier auch eine zusatzliche Berücksichtigung der sich aufgrund von Alterungseffekten im Zeitablauf ändernden Leckageverluste. Die Ausgangsgroße A2 der ersten Vorsteuereinheit 11 bildet eine von mehreren Eingangsgroßen für eine Addiereinheit 10' zugeführt.
Die zweite Vorsteuereinheit 12 berücksichtigt die über die Injektoren 7, 7' und 7'' in die Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge. Neben dem gemessenen Druck im Hochdruckspeicher 6 dient die Drehzahl n als weitere Eingangsgro- ße für die Vorsteuereinheit 12, deren Ausgangsgroße A3 ebenfalls der Addiereinheit 10' zugeführt wird.
Schließlich berücksichtigt die dritte Vorsteuereinheit 13 die Druckanderungen, die sich im Hochdruckspeicher 6 ergeben. Insbesondere wird mit dieser dritten Vorsteuereinheit 13 der Druckanstieg oder Druckabfall im Hochdruckspeicher 6 berücksichtigt. Das Ausgangssignal 4 der dritten Vorsteuereinheit 13 geht ebenfalls an die Addiereinheit 10' .
Bei allen Vorsteuereinheiten erfolgt die Ermittlung der Ausgangssignale A2, A3, A4 anhand von hinterlegten Tabellen oder anhand von Naherungsfunktionen . Die Ausgangssignale A2 , A3, A4 der Vorsteuereinheiten 11, 12, 13 werden dann in der Addiereinheit 10' addiert. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, dass die Ausgangssignale A2, A3, A4 als Volumenstrom vorliegen. Anhand des Ausgangssignals A5 der Addiereinheit 10', bzw. des Eingangswerts in die Einheit 14, wird in der Einheit 14 ein Pumpenwirkungsgrad bestimmt. Dabei kann die Bestimmung des Pumpenwirkungsgrads anhand einer hinterlegten Tabelle oder einer Naherungsfunktion erfolgen. Das Ausgangssignal A6 wird in der Addiereinheit 10 mit dem Ausgangssignal der Regeleinheit 15 addiert, wobei der Summand der Recheneinheit 10 als Regelgroße des Volumenstromregelventils 3 dient.
Figur 2 zeigt einen Druckverlauf im Hochdruckspeicher mit und ohne Berücksichtigung des Pumpenwirkungsgrades in der Rege- lung. Dabei wird der zeitliche Druckverlauf im Hochdruckspeicher aufgetragen. Das Signal SO stellt dabei den Solldruckverlauf im Hochdruckspeicher dar. Hingegen stellt das Signal Sl den Istdruckverlauf im Hochdruckspeicher ohne Berücksichtigung des Pumpenwirkungsgrads in der Regelung, und S2 das Signal mit Berücksichtigung des Pumpenwirkungsgradwerts in der Regelung dar.
Dabei zeigt SO, dass ab dem Zeitpunkt tl ein Druckanstieg im Hochdruckspeicher vom Druckwert pθ auf den Druckwert pl er- folgen soll. Ab dem Zeitpunkt t2 soll der Druck wieder vom
Druckwert pl auf den Druckwert pθ abfallen. Der Istdruckverlauf Sl steigt ebenfalls ab dem Zeitpunkt tl an, kann aber den Druckwert pl nicht über einen vorgegebenen Zeitraum konstant halten, sondern fallt ab. Das Unterschwingen des Druck- Verlaufs bei Sl ist dabei auf die hohen Leckageverluste und den niedrigen Pumpenwirkungsgrad zurückzuführen. Der niedrigere Pumpenwirkungsgrad resultiert daher, dass der Hochdruckpumpe aufgrund der Offnungsstellung des Volumenstromregelventils nicht genügend Kraftstoff zugeführt wird. Die Pumpe kann daher den im Hochdruckspeicher verlangten Druckwert nicht erreichen. Daher muss im nächsten Regelschritt auch die Off- nungsstellung des Volumenstromregelventils erhöht werden. Ab dem Zeitpunkt tl' ist das Volumenstromregelventil derart geöffnet, dass ein Druckanstieg im Hochdruckspeicher erfolgt.
Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 stellt sich ein Uber- schwingen des Istdruckverlaufs Sl ein. Dies ist auf einen hohen Pumpenwirkungsgrad und niedrige Leckageverluste zuruckzu- fuhren. Der hohe Pumpenwirkungsgrad stellt sich ebenfalls aufgrund der Offnungsstellung des Volumenstromregelventils ein. Es wird der Pumpe ein zu hoher Kraftstoffvolumenstrom zugeführt. Im nächsten Regelschritt muss daher die Off- nungstellung des Volumenstromregelventils verkleinert werden. Ab dem Zeitpunkt t2' ist die Offnungsstellung des Volumenstromregelventils derart gewählt, dass ein Abfall des Hochdruckspeicherdrucks erfolgt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Druckwert in einem von einer Pumpe gespeisten Hochdruckspeicher geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelgroße zur Regelung des Hochdruckspeicherwerts sich aus einer Ausgangsgroße einer Regeleinheit und einem von einem Pumpentyp abhangigen Pumpenwirkungsgradwert zusammen- setzt, wobei zur Bestimmung des Pumpenwirkungsgradwerts, ein von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, einem Hochdruckspeicherwert, der zeitlichen Ableitung des Hochdruckspeicherwerts und der Volumenstromtemperatur abhangiger Eingangswert gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Eingangswert als Summand von Ausgangsgroßen von Vorsteuergliedern zusammensetzt, in die jeweils der Druckwert im Hochdruckspeicher und die Drehzahl der Brennkraftmaschine, oder die Volumenstromtemperatur oder die zeitliche Ableitung des Druckwerts im Hochdruckspeicher als Eingangsgroßen eingehen .
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgroßen der Vorsteuerglieder jeweils ein Volumenstrom sind.
4. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich sich ändernde Schaltleckageverluste innerhalb des Einspritzsystems in der Vorsteuereinheit mit der Volumenstromtemperatur als Eingangsgroße berücksichtigt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenwirkungsgrad aus einer hinterlegten Tabelle ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenwirkungsgrad mittels einer Nahe- rungsfunktion ermittelt wird.
PCT/EP2008/051716 2007-03-22 2008-02-13 Verfahren zur regelung eines einspritzsystems einer brennkraftmaschine Ceased WO2008113646A1 (de)

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