WO2014191099A2 - Verfahren zum regeln eines drucks - Google Patents

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WO2014191099A2 PCT/EP2014/001399 EP2014001399W WO2014191099A2 WO 2014191099 A2 WO2014191099 A2 WO 2014191099A2 EP 2014001399 W EP2014001399 W EP 2014001399W WO 2014191099 A2 WO2014191099 A2 WO 2014191099A2
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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
    • 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
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating a pressure in a high-pressure region of an injection system in an internal combustion engine and to an arrangement for carrying out the presented method.
  • common rail injection is an injection system known, which is also referred to as accumulator injection.
  • a high-pressure pump delivers fuel from a low-pressure region into an accumulator, the so-called rail. It is the
  • Inlet cross section typically determined by a suction throttle.
  • injectors with which the fuel is injected into the combustion chambers, the cylinders. It is necessary to keep the pressure in the rail at a certain level in order to ensure a sufficient quality of the combustion. This is a pressure control
  • This includes, for example, a pressure regulator, the suction throttle with the high-pressure pump and the rail.
  • the pressure in the rail is thus the controlled variable.
  • the measured pressure values are typically converted via a filter into an actual rail pressure and compared with a desired rail pressure.
  • the resulting deviation is converted via the pressure regulator into a control signal for the suction throttle.
  • the pressure regulator, the high pressure pump with suction throttle and the rail form the high pressure control loop.
  • Suction choke is regulated.
  • the fuel is conveyed by means of a single high-pressure pump.
  • the document DE 103 42 130 Al describes a method for operating an internal combustion engine with direct fuel injection. In this case, the fuel pressure in the fuel reservoir or in the rail is detected and an injection duration is calculated on the basis of the detected value.
  • injection systems are known in which more than one type of fuel are burned. Injection systems employing two different types of fuel or types are referred to as dual-fuel injection systems. In a dual-fuel injection system, both diesel fuel and gasoline can be injected into the combustion chamber of the engine.
  • the presented method is used to regulate a pressure in a high-pressure region of an injection system in an internal combustion engine, which comprises at least one high-pressure pump, in which a desired high-pressure is compared with an actual high-pressure, to a
  • control deviation is an input variable of a controller
  • the at least one high pressure pump is controlled by a solenoid valve and is used as a control variable of the high pressure control loop, an angle at which a
  • the angle is determined from a nominal volume flow. Furthermore, the
  • Angle can be determined with a map whose input variables are the engine speed and the target volume flow.
  • a P ⁇ DT high-pressure regulator can be used as a controller.
  • a number of high-pressure pumps are provided, wherein the number is taken into account in the calculation of the desired volume flow.
  • the method may further be performed in a high-pressure region of an injection system in which a plurality of fuel types are burned.
  • An arrangement for regulating a pressure in a high-pressure region of an injection system in an internal combustion engine which comprises at least one high-pressure pump is also presented, which is particularly suitable for carrying out the above-described
  • a target high pressure is compared with an actual high pressure to determine a control deviation, wherein the control deviation is an input variable of a regulator, wherein the at least one high pressure pump is controlled by a solenoid valve and is used as a control variable of the high pressure control loop an angle at which a promotion of Fuel should start by the at least one high-pressure pump.
  • the controller can be a P ⁇ DT high-pressure regulator. Furthermore, the arrangement may be provided for an injection system in which a plurality of fuel types are burned.
  • the diesel high pressure is usually controlled by means of a suction throttle to the diesel target high pressure.
  • One or more additional high-pressure pumps in a dual-fuel injection system deliver the gasoline into a second separate fuel rail.
  • the gasoline high pressure is controlled by means of a solenoid-controlled high-pressure pump to the gasoline target high pressure.
  • the gasoline high-pressure pump is driven by the camshaft. By appropriate translation, the speed of the gasoline high-pressure pump with the engine speed is identical.
  • a delivery process by the solenoid-controlled high-pressure pump comprises four phases.
  • phase 1 the piston of the gasoline high pressure pump is moved down.
  • the solenoid valve is not energized, ie the intake duct is open. As a result, the gas is sucked from the fuel tank in this case.
  • phase 2 the piston of the high-pressure pump moves upwards.
  • the solenoid valve is initially still energized, so continue to gasoline in the cylinder interior of the
  • High pressure pump can flow.
  • the solenoid valve is subjected to a current signal, with the result that the intake port is closed. Since the piston of the high-pressure pump is still in the upward movement, a pressure is now built up inside the cylinder. If the in-cylinder pressure finally exceeds the rail pressure, the gas is pumped into the rail.
  • the current signal which is applied to the solenoid valves, is constructed as the current signal of an injector, thus has a rising phase, a holding phase and a phase of decreasing current. It should be noted that the delivery of the fuel begins when the pull-in time is completed and the holding phase begins. In phase 4, the energization is no longer active. The piston is still in the
  • the presented method has the following features:
  • the desired gasoline pressure is dependent on the desired torque and the engine speed
  • the manipulated variable of the gasoline high pressure control loop is the beginning of delivery; each of the gasoline high-pressure pumps is subjected to this angle,
  • the nominal volume flow represents the desired fuel volume flow of a single gasoline high-pressure pump
  • the total nominal fuel flow volume is the limited sum of the PI (DT ! ) high-pressure regulator output and the desired gasoline consumption as a disturbance variable
  • the proportional coefficient of the high pressure regulator is a constant and a
  • the integral part of the high-pressure gasoline regulator is set to zero when the engine is still in the starting phase and a specifiable initial high pressure has not yet been reached,
  • the integrating portion of the high pressure regulator is limited down to the negative disturbance and up depending on the engine speed when a predetermined limit speed is exceeded.
  • FIG. 1 shows the calculation of the setpoint high pressure.
  • Figure 2 shows the calculation of the gasoline target consumption.
  • FIG. 3 shows a closed gasoline high pressure control loop.
  • FIG. 4 shows the algorithm of the high-pressure gasoline regulator.
  • FIG. 5 shows the calculation of the dynamic proportional coefficient
  • FIG. 6 shows the limitation of the nominal gas volume flow.
  • FIG. 7 shows a flow chart of the gasoline high pressure control.
  • Figure 1 shows how the target high pressure of the gasoline high-pressure regulator is calculated.
  • the target high pressure 10 is first determined from a 3-dimensional map 12 with the input variables engine speed 14 and target torque 16. This is followed by filtering by means of a PTI filter 18. A filter constant 20 can also be specified.
  • curves of the desired torque at an ordinate 22 are plotted against the engine speed at an abscissa 24.
  • FIG. 2 shows the calculation of the gasoline target consumption 50, which represents the disturbance of the gasoline high-pressure regulator.
  • reference numeral 43 is used, see
  • the logic signal 46 has the value "true”, and the switch 44 takes the upper position. This means that the target gasoline consumption 50 is identical to 0 in this case.
  • the switch 44 takes the lower position, d. H.
  • the target gasoline consumption 50 is identical to the output signal 40 of the calculation unit 42.
  • This calculation unit is a multiplier with the input signals engine speed 14, number of active cylinders 32, injection setpoint 34 and one
  • FIG. 3 illustrates the closed gasoline high pressure control loop, the total with the
  • Reference numeral 100 is designated.
  • the difference between target high pressure 70 and measured Isthoch strig 72 is the control deviation 74.
  • the output 78 of the PliDT ⁇ controller 76 is added to the disturbance 50, there is the unlimited gasoline target volume flow 82. This is in
  • the logic signal 94 has the value "true” and the switch 93 takes the upper position, whereby the conveying angle is set to the value 0 °.
  • the resulting delivery angle 95 is applied to each individual high-pressure gasoline pump 96.
  • This angle represents the manipulated variable of the gasoline high-pressure circuit 100, which also includes a pressure filter 98. Furthermore, the illustration shows a rail 102 into which the fuel is conveyed by the high-pressure pumps 96.
  • FIG. 4 shows the PI (DTi) algorithm of the high-pressure gasoline regulator.
  • reference numeral 76 is used for this algorithm.
  • the proportional coefficient 403 is additively composed of a predefinable, constant value 402 and a dynamic, high-pressure fuel-dependent value 401.
  • Proportional coefficient 403 is multiplied by the high pressure offset 74, resulting in the proportional portion 404 of the P ⁇ DT ⁇ algorithm.
  • the high-pressure control deviation 74 is calculated as the difference between the desired high-pressure gasoline pressure 70 and the high-pressure gasoline pressure 72.
  • the current high-pressure control deviation 74 is first added to the one-sample delayed high-pressure control error 406. This sum 407 is multiplied by a factor of 408, resulting in the product 409. This product 409 is added to the I-portion 411 delayed by one sample. Sum 412 is the input to function block 413. Other inputs to function block 413 include motor speed 14. Function block 413 limits the integral portion of the P ⁇ DT ⁇ algorithm down and up when switch 415 is in the down position , The lower limit is here with the negative disturbance 50 of the gasoline high-pressure regulator, see. Figures 2 and 3, identical.
  • the upper limit is identical to the upper limit of the set volumetric flow 82:
  • the upper limit is constant when the actual engine speed 84 is less than or equal to a predefinable limit speed. If the engine speed is greater than this limit speed, the upper limit is proportional to the engine speed, cf. FIG. 6.
  • the switch 415 If the switch 415 is in the upper position, the integrating fraction is identical to 0. This is the case when the logic signal 416 assumes the value "true".
  • the signal 416 assumes the value "true” when the actual high pressure 72 is less than a predefinable limit value 428 and the engine is still in the start phase at the same time, ie, the idling speed has not yet reached after starting the engine. In this case, signal 429 assumes the value 1.
  • the I component 417 of the PI (DTi) algorithm is multiplied by the factor 418.
  • the result 419 is finally added to the proportional component 404. In the calculation of the DT t component, the current high-pressure control deviation 406 delayed by one sampling step is subtracted from the current high-pressure control deviation 74.
  • the difference 420 is then multiplied by the factor 421, resulting in the product 422.
  • the DTVAnteil 426 delayed by one sampling step and multiplied by the factor 425 is added, which results in the current DTy component 427.
  • the sum of proportional component 404, 1 component 419 and DTi component 427 finally yields the PI (DTi) component 78.
  • the function blocks 405, 410 and 423 are dead-time elements which delay the respective input signal by one sampling step.
  • the calculation of the dynamic proportional coefficient 401 is shown in FIG. This value is plotted on an ordinate 200 above the gasoline high pressure at an abscissa 202. If the gasoline high pressure is less than the limit 204, then the dynamic proportional coefficient 401 is shown in FIG. This value is plotted on an ordinate 200 above the gasoline high pressure at an abscissa 202. If the gasoline high pressure is less than the limit 204, then the dynamic proportional coefficient 401 is shown in FIG. This value is plotted on an ordinate 200 above the gasoline high pressure at an abscissa 202. If the gasoline high pressure is less than the limit 204, then the dynamic
  • Proportional coefficient identical to the constant, specifiable value 206 is identical to the constant, specifiable value 206.
  • Proportionalbeiwert identical to the constant, also specifiable value 210.
  • the dynamic proportional coefficient is linearly dependent on the gasoline high pressure.
  • FIG. 6 illustrates the limitation of the nominal gas volume flow 82.
  • reference numeral 86 is used for this purpose.
  • the signal 510 is identical to the value "true" and the switch 509 takes the upper position.
  • the limited gasoline nominal volume flow 88 is identical 0.
  • the upper limit value of the gasoline target volumetric flow is identical to signal 507, the output value of the function block 505. If the unlimited gasoline nominal volumetric flow 82 is greater than the upper limit value 507, then the switch 504 assumes the lower position, i. H. In this case, the signal 508 is identical to the signal 507. Thus, when there is no engine stop and the upper limit value is exceeded, the limited nominal gas flow volume 88 is identical to the upper limit value 507 of the nominal gas volume flow.
  • the upper limit value 507 is calculated here as the output of the function block 505 as a function of the engine speed 14: If the engine speed is less than or equal to the predefinable limit speed 506, the signal 507 assumes a constant value. If the engine speed is greater than the limit speed 506, the upper limit value 507 increases linearly with the engine speed.
  • the switch 504 takes the upper position. In this case that is Signal 508 is identical to the output of switch 502. If the unlimited nominal petrol flow 82 assumes a negative value, then the upper position of the switch 502 becomes active, i. In this case, the output of the switch 502 is identical to the value 0. On the other hand, if the unlimited gasoline nominal volumetric flow 82 is greater than or equal to 0, the switch 502 assumes the lower position, whereby its output is identical to the unlimited gasoline nominal volumetric flow 82.
  • FIG. 7 shows in a flow chart the operation of the high-pressure gasoline control.
  • step S 1 the gas high-pressure 72 is read.
  • step S2 the gasoline high-pressure control deviation 74 is calculated as the difference between the desired gasoline high pressure 70 and the gasoline actual high pressure 72.
  • Step S3 calculates the output of the P ⁇ DT high pressure regulator.
  • the unbounded target volumetric flow is calculated as the sum of the P ⁇ DT high-pressure regulator output and the gasoline target consumption (disturbance variable injection). With step S5, the gasoline target volume flow is limited.
  • step S6 the limited nominal volume flow is divided by the number of gasoline high pressure pumps.
  • step S7 the delivery angle 95 is calculated as the output of the gasoline pump map.
  • step S8 a query is made as to whether the engine is stopped. If this is the case, the conveyor angle is set to the value 0 ° (step 10). If the engine is not, then the delivery angle is identical to the output of the gasoline pump map (step 9). In the following, the program sequence is continued again with the step Sl.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Regeln des Drucks in einem Hochdruckbereich eines Einspritzsystems in einem Verbrennungsmotor vorgestellt.

Description

BESCHREIBUNG Verfahren zum Regeln eines Drucks
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Drucks in einem Hochdruckbereich eines Einspritzsystems in einem Verbrennungsmotor und eine Anordnung zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.
In Verbrennungsmotoren werden Einspritzsysteme zum Einbringen des Kraftstoffs in die Brennräume eingesetzt. Unter dem Begriff Common-Rail-Einspritzung ist ein Einspritzsystem bekannt, das auch als Speichereinspritzung bezeichnet wird. Bei einer Common-Rail-Einspritzung fördert eine Hochdruckpumpe Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich in einen Druckspeicher, das sogenannte Rail. Dabei wird der
Zulaufquerschnitt typischerweise über eine Saugdrossel bestimmt. An das Rail angeschlossen sind Injektoren, mit denen der Kraftstoff in die Brennräume, die Zylinder, eingespritzt wird. Es ist erforderlich, den Druck im Rail auf einem bestimmten Niveau zu halten, um eine ausreichende Güte der Verbrennung zu gewährleisten. Hierzu ist eine Druckregelung
vorgesehen. Diese umfasst bspw. einen Druckregler, die Saugdrossel mit der Hochdruckpumpe und das Rail. Der Druck im Rail ist somit die Regelgröße. Die gemessenen Druckwerte werden typischerweise über ein Filter in einen Ist-Raildruck gewandelt und mit einem Soll-Raildruck verglichen. Die sich hieraus ergebende Abweichung wird über den Druckregler in ein Stellsignal für die Saugdrossel gewandelt. Der Druckregler, die Hochdruckpumpe mit Saugdrossel und das Rail bilden den Hochdruckregelkreis.
Es ist ein Hochdruckregelkreis bekannt, bei dem der Kraftstoffhochdruck mit Hilfe der
Saugdrossel geregelt wird. Der Kraftstoff wird hierbei mit Hilfe einer einzigen Hochdruckpumpe gefördert.
Außerdem bekannt ist eine Regelung des Kraftstoffhochdrucks, wiederum mit Hilfe einer Saugdrossel, wenn ein Common-Rail-System mit getrennten Rails vorliegt. Die Druckschrift DE 103 42 130 AI beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung. Dabei wird der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher bzw. im Rail erfasst und eine Einspritzdauer auf Grundlage des erfassten Werts berechnet.
Weiterhin sind Einspritzsysteme bekannt, bei denen mehr als eine Kraftstoffsorte verbrannt werden. Einspritzsysteme, bei denen zwei unterschiedliche Kraftstoffarten bzw. -typen eingesetzt werden, werden als Dual-Fuel-Einspritzsysteme bezeichnet. Bei einem Dual-Fuel- Einspritzsystem können sowohl Dieselkraftstoff als auch Benzin in den Brennraum des Motors eingespritzt werden.
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Das vorgestellte Verfahren dient zum Regeln eines Drucks in einem Hochdruckbereich eines Einspritzsystems in einem Verbrennungsmotor, welcher mindestens eine Hochdruckpumpe umfasst, bei dem ein Sollhochdruck mit einem Isthochdruck verglichen wird, um eine
Regelabweichung zu ermitteln, wobei die Regelabweichung eine Eingangsgröße eines Reglers darstellt, wobei die mindestens eine Hochdruckpumpe über ein Magnetventil gesteuert wird und als eine Stellgröße des Hochdruckregelkreises ein Winkel verwendet wird, bei dem eine
Förderung von Kraftstoff durch die mindestens eine Hochdruckpumpe beginnen soll. In Ausgestaltung wird der Winkel aus einem Sollvolumenstrom ermittelt. Weiterhin kann der
Winkel mit einem Kennfeld ermittelt werden, dessen Eingangsgrößen die Motordrehzahl und der Sollvolumenstrom sind.
Als Regler kann ein P^DT -Hochdruckregler verwendet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung sind eine Anzahl von Hochdruckpumpen vorgesehen, wobei die Anzahl bei der Berechnung des Sollvolumenstroms berücksichtigt wird. Das Verfahren kann weiterhin in einem Hochdruckbereich eines Einspritzsystems durchgeführt werden, in dem mehrere Kraftstoffsorten verbrannt werden.
Es wird weiterhin eine Anordnung zum Regeln eines Drucks in einem Hochdruckbereich eines Einspritzsystems in einem Verbrennungsmotor, welcher mindestens eine Hochdruckpumpe umfasst, vorgestellt, die insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen
Verfahrens ausgebildet ist. Dabei wird ein Sollhochdruck mit einem Isthochdruck verglichen, um eine Regelabweichung zu ermitteln, wobei die Regelabweichung eine Eingangsgröße eines Reglers darstellt, wobei die mindestens eine Hochdruckpumpe über ein Magnetventil gesteuert wird und als eine Stellgröße des Hochdruckregelkreises ein Winkel verwendet wird, bei dem eine Förderung von Kraftstoff durch die mindestens eine Hochdruckpumpe beginnen soll.
Als Regler kann ein P^DT^-Hochdruckregler dienen. Weiterhin kann die Anordnung für ein Einspritzsystem vorgesehen sein, in dem mehrere Kraftstoffsorten verbrannt werden.
Bei dem vorgestellten Verfahren fördern somit in Ausgestaltung eine oder mehrere
Hochdruckpumpen den Kraftstoff, bspw. Dieselkraftstoff, in das Kraftstoff-Rail. Der Diesel- Hochdruck wird dabei üblicherweise mit Hilfe einer Saugdrossel auf den Diesel-Sollhochdruck geregelt. Eine oder mehrere weitere Hochdruckpumpen fördern bei einem Dual-Fuel- Einspritzsystem das Benzin in ein zweites separates Kraftstoff-Rail. Hierbei wird der Benzin- Hochdruck mit Hilfe einer Magnetventil-gesteuerten Hochdruckpumpe auf den Benzin- Sollhochdruck geregelt. Die Benzin-Hochdruckpumpe wird von der Nockenwelle angetrieben. Durch eine entsprechende Übersetzung ist die Drehzahl der Benzin-Hochdruckpumpe mit der Motordrehzahl identisch.
Es ist zu beachten, dass ein Fördervorgang durch die Magnetventil-gesteuerte Hochdruckpumpe vier Phasen umfasst. In Phase 1 wird der Kolben der Benzin-Hochdruckpumpe nach unten bewegt. Das Magnetventil ist nicht bestromt, d. h. der Ansaugkanal ist offen. Dadurch wird in diesem Fall das Benzin aus dem Kraftstofftank angesaugt. In Phase 2 bewegt sich der Kolben der Hochdruckpumpe nach oben. Das Magnetventil ist zunächst immer noch unbestromt, so dass weiterhin Benzin in das Zylinderinnere der
Hochdruckpumpe strömen kann. In Phase 3 wird das Magnetventil mit einem Stromsignal beaufschlagt, was zur Folge hat, dass der Ansaugkanal verschlossen wird. Da der Kolben der Hochdruckpumpe weiterhin in der Aufwärtsbewegung ist, wird im Inneren des Zylinders nun ein Druck aufgebaut. Übersteigt der Zylinderinnendruck schließlich den Raildruck, so wird das Benzin in das Rail gefördert. Das Stromsignal, mit dem die Magnetventile beaufschlagt werden, ist aufgebaut wie das Stromsignal eines Injektors, hat also eine Anstiegsphase, eine Haltephase und eine Phase abfallenden Stroms. Zu beachten ist, dass die Förderung des Kraftstoffs dann beginnt, wenn die Anstiegsphase (pull-in time) abgeschlossen ist und die Haltephase beginnt. In Phase 4 ist die Bestromung nicht mehr aktiv. Der Kolben ist weiterhin in der
Aufwärtsbewegung. Durch den Zylinderinnendruck bleibt das Magnetventil geschlossen.
Erreicht der Kolben den oberen Totpunkt, so ist die gesamte Kraftstoffmenge ausgestoßen. Anschließend bewegt sich der Kolben wieder nach unten. Das vorgestellte Verfahren hat, zumindest in einigen der Ausführungen, folgende Merkmale:
- die Benzin-Hochdruckpumpe ist Magnetventil-gesteuert,
- der Benzin-Sollhochdruck ist abhängig vom Sollmoment und der Motordrehzahl,
- die Stellgröße des Benzin-Hochdruckregelkreises ist der Förderbeginn; jede der Benzin- Hochdruckpumpen wird mit diesem Winkel beaufschlagt,
- der Förderbeginn ist die Ausgangsgröße des Benzin-Pumpenkennfeldes, wenn der Motor läuft. Eingangsgrößen dieses Kennfeldes sind die Motordrehzahl und der Sollvolumenstrom,
- der Sollvolumenstrom stellt den Soll-Kraftstoffvolumenstrom einer einzelnen Benzin- Hochdruckpumpe dar, - der Gesamt-Kraftstoffsollvolumenstrom ist die begrenzte Summe des PI(DT!)- Hochdruckregler-Ausgangs und des Soll-Benzinverbrauchs als Störgröße,
- der Gesamt-Kraftstoffsollvolumenstrom wird durch die Anzahl der Benzin-Hochdruckpumpen dividiert, das Ergebnis stellt die Eingangsgröße des Benzin-Pumpenkennfeldes dar,
- der Proportionalbeiwert des Hochdruckreglers wird aus einem konstanten und einem
dynamischen, vom Benzin-Hochdruck abhängigen Anteil berechnet, - der integrierende Anteil des Benzin-Hochdruckreglers wird auf den Wert Null gesetzt, wenn der Motor noch in der Startphase ist und ein vorgebbarer Initialisierungshochdruck noch nicht erreicht ist,
- hat der Motor die Startphase verlassen oder den Initialisierungshochdruck erreicht, so wird der integrierende Anteil des Hochdruckreglers nach unten auf die negative Störgröße und nach oben in Abhängigkeit der Motordrehzahl begrenzt, wenn eine vorgebbare Grenzdrehzahl überschritten wird.
Es ist zu berücksichtigen, dass das beschriebene Verfahren sowohl bei einem einzelnen Rail als auch bei getrennten Rails verwendet werden kann.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt die Berechnung des Sollhochdrucks. Figur 2 zeigt die Berechnung des Benzin-Sollverbrauchs.
Figur 3 zeigt einen geschlossenen Benzin-Hochdruckregelkreis. Figur 4 zeigt den Algorithmus des Benzin-Hochdruckreglers.
Figur 5 zeigt die Berechnung des dynamischen Proportionalbeiwerts.
Figur 6 zeigt die Begrenzung des Benzin-Sollvolumenstroms.
Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm der Benzin-Hochdruckregelung.
Figur 1 zeigt, wie der Sollhochdruck des Benzin-Hochdruckreglers berechnet wird. Dabei wird der Sollhochdruck 10 zunächst aus einem 3-dimensionalen Kennfeld 12 mit den Eingangsgrößen Motordrehzahl 14 und Sollmoment 16 ermittelt. Anschließend erfolgt noch eine Filterung mit Hilfe eines PTl-Filters 18. Eine Filterkonstante 20 kann ebenfalls vorgegeben werden. In dem Kennfeld 12 sind Verläufe des Sollmoments an einer Ordinate 22 über der Motordrehzahl an einer Abszisse 24 aufgetragen.
Figur 2 zeigt die Berechnung des Benzin-Sollverbrauchs 50, welcher die Störgröße des Benzin- Hochdruckreglers darstellt. Für diese Berechnung wird das Bezugszeichen 43 verwendet, siehe
Figur 3.
Ist der Motor noch nicht synchronisiert, so erfolgt keine Einspritzung. In diesem Fall hat das logische Signal 46 den Wert "wahr", und der Schalter 44 nimmt die obere Position ein. Dies bedeutet, dass der Benzin-Sollverbrauch 50 in diesem Fall identisch 0 ist. Bei erfolgter
Synchronisierung nimmt der Schalter 44 die untere Position ein, d. h. in diesem Fall ist der Benzin-Sollverbrauch 50 mit dem Ausgangssignal 40 der Berechnungseinheit 42 identisch. Bei dieser Berechnungseinheit handelt es sich um einen Multiplikator mit den Eingangssignalen Motordrehzahl 14, Anzahl aktiver Zylinder 32, Einspritzsollmenge 34 und einer
Konstanten 36.
Figur 3 stellt den geschlossenen Benzin-Hochdruckregelkreis dar, der insgesamt mit der
Bezugsziffer 100 bezeichnet ist. Die Differenz von Sollhochdruck 70 und gemessenem Isthochdruck 72 ist die Regelabweichung 74. Diese stellt die Eingangsgröße eines P^DTt)- Reglers 76 dar. Die Ausgangsgröße 78 des PliDT^-Reglers 76 wird mit der Störgröße 50 addiert, es ergibt sich der unbegrenzte Benzin-Sollvolumenstrom 82. Dieser wird in
Abhängigkeit der Motordrehzahl 14 begrenzt (Block 86).
Da der Kraftstoff durch mehrere Förderpumpen gefördert wird, wird der begrenzte
Sollvolumenstrom 88 anschließend durch die Anzahl der Pumpen 90 dividiert. Damit ist der resultierende Sollvolumenstrom 16 auf eine einzelne Pumpe bezogen. Mit Hilfe eines 3- dimensionalen Kennfeldes, dem Benzin-Pumpenkennfeld 12, mit den Eingangsgrößen
Motordrehzahl 14 und Sollvolumenstrom 16 wird der Winkel 92 ermittelt, bei dem die
Förderung des Kraftstoffs beginnen soll.
Bei stehendem Motor kann kein Kraftstoff gefördert werden. In diesem Fall hat das logische Signal 94 den Wert "wahr" und der Schalter 93 nimmt die obere Position ein, wodurch der Förderwinkel auf den Wert 0 ° gesetzt wird.
Mit dem resultierenden Förderwinkel 95 wird jede einzelne Benzin-Hochdruckpumpe 96 beaufschlagt. Dieser Winkel stellt die Stellgröße des Benzin-Hochdruckkreises 100 dar, der zudem ein Druckfilter 98 umfasst. Weiterhin zeigt die Darstellung ein Rail 102, in welches der Kraftstoff von den Hochdruckpumpen 96 gefördert wird.
Figur 4 zeigt den PI(DTi)- Algorithmus des Benzin-Hochdruckreglers. In Figur 3 wird für diesen Algorithmus das Bezugszeichen 76 verwendet. Der Proportionalbeiwert 403 setzt sich additiv aus einem vorgebbaren, konstanten Wert 402 und einem dynamischen, vom Benzin-Hochdruck abhängigen Wert 401 zusammen. Der
Proportionalbeiwert 403 wird mit der Hochdruck-Regelabweichung 74 multipliziert, wodurch sich der Proportional- Anteil 404 des P^DT^-Algorithmusses ergibt. Die Hochdruck- Regelabweichung 74 wird dabei als Differenz von Benzin-Sollhochdruck 70 und Benzin- Isthochdruck 72 berechnet.
Zur Berechnung des integrierenden Anteils (I-Anteil) des P^DT^-Algorithmusses wird die aktuelle Hochdruck-Regelabweichung 74 zunächst mit der um einen Abtastschritt verzögerten Hochdruck-Regelabweichnung 406 addiert. Diese Summe 407 wird mit Faktor 408 multipliziert, wodurch sich das Produkt 409 ergibt. Dieses Produkt 409 wird mit dem um einen Abtastschritt verzögerten I- Anteil 411 addiert. Die Summe 412 ist das Eingangssignal des Funktionsblocks 413. Weitere Eingangssignale des Funktionsblocks 413 sind u. a. die Motoristdrehzahl 14. Der Funktionsblock 413 begrenzt den integrierenden Anteil des P^DT^-Algorithmusses nach unten und nach oben, wenn der Schalter 415 in der unteren Position ist. Die untere Grenze ist hierbei mit der negativen Störgröße 50 des Benzin-Hochdruckreglers, vgl. Figuren 2 und 3, identisch. Die obere Grenze ist identisch mit der oberen Begrenzung des Sollvolumenstroms 82: Die obere Grenze ist konstant, wenn die Motoristdrehzahl 84 kleiner oder gleich einer vorgebbaren Grenzdrehzahl ist. Ist die Motordrehzahl größer als diese Grenzdrehzahl, so ist die obere Grenze proportional zur Motordrehzahl, vgl. Figur 6.
Ist der Schalter 415 in der oberen Position, so ist der integrierende Anteil identisch 0. Dies ist dann der Fall, wenn das logische Signal 416 den Wert "wahr" annimmt. Das Signal 416 nimmt den Wert "wahr" dann an, wenn der Isthochdruck 72 kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert 428 ist und der Motor gleichzeitig noch in der Startphase ist, d. h. die Leerlaufdrehzahl nach dem Starten des Motors noch nicht erreicht hat. In diesem Fall nimmt Signal 429 den Wert 1 an. Der I- Anteil 417 des PI(DTi)-Algorithmusses wird noch mit dem Faktor 418 multipliziert. Das Ergebnis 419 wird schließlich zum Proportional- Anteil 404 hinzuaddiert. Bei der Berechnung des DTt-Anteils wird die um einen Abtastschritt verzögerte aktuelle Hochdruck-Regelabweichung 406 von der aktuellen Hochdruck-Regelabweichung 74 subtrahiert. Die Differenz 420 wird anschließend mit dem Faktor 421 multipliziert, wodurch sich das Produkt 422 ergibt. Zu diesem Produkt wird der um einen Abtastschritt verzögerte und mit dem Faktor 425 multiplizierte DTVAnteil 426 addiert, wodurch sich der aktuelle DTyAnteil 427 ergibt. Die Summe von Proportional-Anteil 404, 1-Anteil 419 und DTi-Anteil 427 ergibt schließlich den PI(DTi)-Anteil 78.
Bei den Funktionsblöcken 405, 410 und 423 handelt es sich um Totzeitglieder, welche das jeweilige Eingangssignal um einen Abtastschritt verzögern.
Die Berechnung des dynamischen Proportionalbeiwerts 401 ist in Figur 5 dargestellt. Dieser Wert ist an einer Ordinate 200 über dem Benzin-Hochdruck an einer Abszisse 202 aufgetragen. Ist der Benzin-Hochdruck kleiner als der Grenzwert 204, so ist der dynamische
Proportionalbeiwert mit dem konstanten, vorgebbaren Wert 206 identisch.
Ist der Benzin-Hochdruck größer als der Grenzwert 208, so ist der dynamische
Proportionalbeiwert mit dem konstanten, ebenfalls vorgebbaren Wert 210 identisch.
Ist der Benzin-Hochdruck kleiner oder gleich dem oberen Grenzwert 208 und größer oder gleich dem unteren Grenzwert 204, so ist der dynamische Proportionalbeiwert linear vom Benzin- Hochdruck abhängig.
Figur 6 stellt die Begrenzung des Benzin-Sollvolumenstroms 82 dar. In Figur 3 wird hierfür das Bezugszeichen 86 verwendet.
Liegt ein Motorstopp vor, so ist das Signal 510 mit dem Wert "wahr" identisch und der Schalter 509 nimmt die obere Position ein. Damit ist der begrenzte Benzin-Sollvolumenstrom 88 identisch 0.
Liegt hingegen kein Motorstopp vor, so ist der begrenzte Benzin-Sollvolumenstrom 88 mit dem Ausgang des Schalters 504, Signal 508, identisch.
Der obere Begrenzungswert des Benzin-Sollvolumenstroms ist identisch mit Signal 507, dem Ausgangswert des Funktionsblocks 505. Ist der unbegrenzte Benzin-Sollvolumenstrom 82 größer als der obere Begrenzungswert 507, so nimmt der Schalter 504 die untere Position ein, d. h. in diesem Fall ist das Signal 508 mit dem Signal 507 identisch. Somit ist der begrenzte Benzin-Sollvolumenstrom 88 immer dann, wenn kein Motorstopp vorliegt und der obere Begrenzungswert überschritten wird, mit dem oberen Begrenzungswert 507 des Benzin- Sollvolumenstroms identisch. Der obere Begrenzungswert 507 wird hierbei als Ausgang des Funktionsblocks 505 in Abhängigkeit der Motordrehzahl 14 berechnet: Ist die Motordrehzahl kleiner oder gleich als die vorgebbare Grenzdrehzahl 506, so nimmt das Signal 507 einen konstanten Wert an. Ist die Motordrehzahl größer als die Grenzdrehzahl 506, so steigt der obere Begrenzungswert 507 linear mit der Motordrehzahl an.
Ist der unbegrenzte Benzin-Sollvolumenstrom 82 kleiner oder gleich als der obere
Begrenzungswert 507, so nimmt der Schalter 504 die obere Position ein. In diesem Fall ist das Signal 508 mit dem Ausgang des Schalters 502 identisch. Nimmt der unbegrenzte Benzin- Sollvolumenstrom 82 einen negativen Wert an, so wird die obere Position des Schalters 502 aktiv, d. h in diesem Fall ist der Ausgang des Schalters 502 mit dem Wert 0 identisch. Ist der unbegrenzte Benzin-Sollvolumenstrom 82 hingegen größer oder gleich 0, so nimmt der Schalter 502 die untere Position ein, wodurch dessen Ausgang mit dem unbegrenzten Benzin- Sollvolumenstrom 82 identisch ist.
Figur 7 stellt in einem Flussdiagramm den Betrieb der Benzin-Hochdruckregelung dar. In Schritt S 1 wird der Benzin-Hochdruck 72 eingelesen. In Schritt S2 wird die Benzin- Hochdruckregelabweichung 74 als Differenz von Benzin-Sollhochdruck 70 und Benzin- Isthochdruck 72 berechnet.
Mit Schritt S3 wird die Ausgangsgröße des P^DT -Hochdruckreglers berechnet. Mit Schritt S4 wird der unbegrenzte Sollvolumenstrom als Summe von P^DT -Hochdruckregler- Ausgangsgröße und Benzin-Sollverbrauch berechnet (Störgrößenaufschaltung). Mit Schritt S5 wird der Benzin-Sollvolumenstrom begrenzt.
In Schritt S6 wird der begrenzte Sollvolumenstrom durch die Anzahl der Benzin- Hochdruckpumpen dividiert. In Schritt S7 wird der Förderwinkel 95 als Ausgangsgröße des Benzin-Pumpenkennfeldes berechnet. In Schritt S8 wird abgefragt, ob der Motor steht. Ist dies der Fall, so wird der Förderwinkel auf den Wert 0 ° gesetzt (Schritt 10). Steht der Motor nicht, so ist der Förderwinkel mit der Ausgangsgröße des Benzin-Pumpenkennfeldes identisch (Schritt 9). Im folgenden wird der Programmablauf wieder mit dem Schritt Sl fortgesetzt.

Claims

Verfahren zum Regeln eines Drucks in einem Hochdruckbereich eines Einspritzsystems in einem Verbrennungsmotor, welcher mindestens eine Hochdruckpumpe umfasst, bei dem ein Sollhochdruck mit einem Isthochdruck verglichen wird, um eine Regelabweichung zu ermitteln, wobei die Regelabweichung eine Eingangsgröße eines Reglers darstellt, wobei die mindestens eine Hochdruckpumpe über ein Magnetventil gesteuert wird und als eine Stellgröße des Hochdruckregelkreises ein Winkel verwendet wird, bei dem eine Förderung von Kraftstoff durch die mindestens eine Hochdruckpumpe beginnen soll.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Winkel aus einem Sollvolumenstrom ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Winkel mit einem Kennfeld ermittelt wird, dessen Eingangsgrößen die Motordrehzahl und der Sollvolumenstrom sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Regler ein PI(DTi)- Hochdruckregler verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Proportionalbeiwert in Abhängigkeit des
Isthochdrucks berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der integrierende Anteil mit dem Wert 0 initialisiert wird, solange der Motor noch in der Startphase ist und der Isthochdruck kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der integrierende Anteil nach oben in Abhängigkeit der Motordrehzahl begrenzt wird, wenn eine vorgebbare Grenzdrehzahl überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der integrierende Anteil nach unten auf den negativen Kraftstoff-Sollverbrauch begrenzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem eine Anzahl von Hochdruckpumpen vorgesehen ist, wobei die Anzahl bei der Berechnung des Sollvolumenstroms
berücksichtigt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das in einem Hochdruckbereich eines
Einspritzsystems durchgeführt wird, in dem mehrere Kraftstoffsorten verbrannt werden.
11. Anordnung zum Regeln eines Drucks in einem Hochdruckbereich eines Einspritzsystems in einem Verbrennungsmotor, welcher mindestens eine Hochdruckpumpe umfasst, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Sollhochdruck mit einem Isthochdruck verglichen wird, um eine
Regelabweichung zu ermitteln, wobei die Regelabweichung eine Eingangsgröße eines Reglers darstellt, wobei die mindestens eine Hochdruckpumpe über ein Magnetventil gesteuert wird und als eine Stellgröße des Hochdruckregelkreises ein Winkel verwendet wird, bei dem eine Förderung von Kraftstoff durch die mindestens eine Hochdruckpumpe beginnen soll.
12. Anordnung nach Anspruch 11, bei der als Regler ein PICDT -Hochdruckregler dient.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, die für ein Einspritzsystem ausgelegt ist, in dem mehrere Kraftstoffsorten verbrannt werden.
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