DE19742993C2

DE19742993C2 - Verfahren zum Steuern des Kraftstoffdruckes in einem Kraftstoffverteiler

Info

Publication number: DE19742993C2
Application number: DE1997142993
Authority: DE
Inventors: Heinz Schaefer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: DE19742993A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Kraft stoffdruckes in einem Kraftstoffverteiler gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1.

Aus DE 44 46 277 A1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine elektrische Kraftstoffpumpe Kraftstoff in die Kraftstoffleitung pumpt, wobei die Leistung der Kraftstoffpumpe abhängig vom gewünsch ten Kraftstoffdruck gesteuert wird. Der Kraftstoffdruck wird vorzugsweise über einen Beobachter ausgehend von gemessenen brennkraftmaschinenspezifischen oder pumpenspezifischen Grö ßen berechnet. Zur Veränderung des Kraftstoffdruckes in der Kraftstoffleitung wird die Leistung der Kraftstoffpumpe vari iert. Aus der Leistung der Kraftstoffpumpe wird der Motorbe triebspunkt, d. h. die Drehzahl und das Drehmoment der Kraft stoffpumpe berechnet. Aus einem Pumpenkennfeld wird mit Hilfe des Motorbetriebspunktes der Kraftstoffpumpe der Kraftstoff druck in der Kraftstoffleitung ermittelt. Unter Kenntnis der Parameter der Kraftstoffleitung wird der Druck an den Ein spritzventilen bestimmt.

Aus DE 196 25 902 A1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem für einen Verbrennungsmotor bekannt, das keine Kraftstoffrückfüh rungsleitung aufweist. In Abhängigkeit eines Motorbetriebszu standes wird ein Soll-Kraftstoff festgelegt und anschließend eine an den Motor einer Kraftstoffpumpe zu liefernde Soll- Stromstärke gemäß dem Soll-Kraftstoffdruck erhalten. An schließend wird die Ist-Motorstromstärke erfaßt und danach werden in dem nachfolgenden Schritt die Soll-Stromstärke und die Ist-Stromstärke miteinander verglichen. Durch eine Rück kopplung wird die Ist-Stromstärke nach der Soll-Stromstärke geregelt.

Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein Verfahren zum Steuern des Kraftstoffdruckes bereitzustellen, bei dem der Kraftstoffdruck auf einfache Weise berechnet wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung be ruht darin, daß die Größen, mit denen der Kraftstoffdruck be rechnet wird, nicht gemessen werden, sondern berechnete Grö ßen verwendet werden. Auf diese Weise werden Sensoren zum Messen der Größen eingespart. Zudem ist das Verfahren durch die Verwendung der berechneten Größen relativ schnell.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Er findung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er läutert; Es zeigen

Fig. 1: einen Aufbau eines Kraftstoffversorgungssystems,

Fig. 2: ein Blockschaltbild zum Regeln der Kraftstoffpumpe,

Fig. 3: ein Blockschaltbild zur Berechnung des Kraftstoff druckes, und

Fig. 4: ein Kraftstoffversorgungssystem mit einer Hochdruck pumpe.

Fig. 1 zeigt eine elektrisch betriebene Kraftstoffpumpe 2, die aus einem Kraftstofftank 1 Kraftstoff fördert und über eine Kraftstoffleitung 40 in einen Kraftstoffverteiler 4 pumpt. Der Kraftstoffverteiler 4 stellt beispielsweise einen Kraftstoffspeicher dar. An den Kraftstoffverteiler 4 sind Einspritzventile 5 angeschlossen, die einer Brennkraftmaschi ne 10 zugeordnet sind. Es ist ein Steuergerät 7 vorgesehen, das über eine erste Steuerleitung 3 die Kraftstoffpumpe 2 und über zweite Steuerleitungen 6 die Einspritzventile 5 steuert. Das Steuergerät 7 ist zudem mit einem Datenspeicher 12, einem Gaspedalgeber 11 und über einen Datenbus 8 mit Sensoren 9 verbunden, die der Brennkraftmaschine 10 zugeordnet sind. Die Sensoren 9 messen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 10 und leiten die Betriebsparameter an das Steuergerät 7 weiter.

Das Steuergerät 7 steuert nach vorgegebenen Programmen, in Abhängigkeit vom Fahrerwunsch und in Abhängigkeit von Be triebsparametern der Brennkraftmaschine den Einspritzvorgang der Einspritzventile 5 und die Kraftstofförderung der Kraft stoffpumpe 2 in der Weise, daß in dem Kraftstoffverteiler 4 der für die Einspritzung benötigte Kraftstoffdruck vorliegt. Die Kraftstoffpumpe 2 wird von einem elektrischen Motor, ins besondere einem Gleichstrommotor oder einem bürstenlosen Mo tor angetrieben. Zur Steuerung der Förderleistung der Kraft stoffpumpe 2 gibt das Steuergerät 7 den Strom vor, mit dem der Elektromotor die Kraftstoffpumpe 2 antreibt. Die Spannung ist im wesentlichen konstant und entspricht der Batteriespan nung des Kraftfahrzeuges. Der Kraftstoffdruck im Kraftstoff verteiler 4 wird für diesen Regelungsvorgang nicht gemessen, sondern berechnet.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Blockschaltbild, das die Druck regelung für den Kraftstoffverteiler 4 und die damit verbun dene Stromregelung der Kraftstoffpumpe 2 darstellt. Im we sentlichen ist ein Teil des Steuergerätes 7 dargestellt, das über die erste Steuerleitung 3 an den Elektromotor 33 der Kraftstoffpumpe 2 angeschlossen ist. Das Steuergerät 7 steu ert die Einspritzventile 5 mit einer Solleinspritzleistung E, d. h. mit einer Solleinspritzmenge pro Zeiteinheit an. Die Solleinspritzleistung E wird über eine erste Eingangs leitung 14 einem Beobachterblock 13 zugeführt. Der Beobach terblock 13 ist zudem über eine erste Ausgangsleitung 16 an eine zweite Addiereinheit 17 angeschlossen. Der Beobachter block 13 führt über die erste Ausgangsleitung 16 der zweiten Addiereinheit 17 den berechneten Kraftstoffdruck P2 zu.

Die zweite Addiereinheit 17 erhält über eine dritte Eingangs leitung 19 den vom Steuergerät 7 in Abhängigkeit von Be triebsbedingungen des Kraftfahrzeuges und vom Fahrerwunsch vorgegebenen Drucksollwert PS für die Kraftstoffleitung 4 zu geführt. Die zweite Addiereinheit 17 subtrahiert von dem Drucksollwert PS den berechneten Kraftstoffdruck P2 und er rechnet daraus eine Regelabweichung R, die die zweite Ad diereinheit 17 einem Druckregelglied 18 zuführt. Das Druckre gelglied 18 ermittelt aus der Regelabweichung R einen Soll strom I_S, mit dem die Kraftstoffpumpe 2 angesteuert wird, da mit die Regelabweichung R auf den Wert 0 geregelt wird. Das Druckregelglied 18 greift dazu auf den Datenspeicher 12 zu, in dem die Betriebskennlinien der Kraftstoffpumpe 2, insbe sondere die Betriebskennlinien des Elektromotors 33 der Kraftstoffpumpe 2 abgelegt sind. Die Betriebskennlinien geben das Verhältnis zwischen dem Strom des Elektromotors 33 und der dabei von der Kraftstoffpumpe 2 geförderten Förderlei stung an.

Durch die adaptive Gestaltung der Reglerparameter des Druck regelgliedes 18 wird eine gleichbleibende Regelgüte des Druckregelkreises gewährleistet.

Das Druckregelglied 18 berechnet aus der Regelabweichung R den Betriebspunkt, den die Kraftstoffpumpe 2 einnehmen soll, damit die Regelabweichung auf den Wert 0 geregelt wird. Das Druckregelglied 18 steuert die Kraftstoffpumpe 2 somit in der Weise an, daß der für die Kraftstoffleitung 4 berechnete Kraftstoffdruck P2 dem Drucksollwert PS entspricht. Der Soll strom I_S wird über die erste Steuerleitung 3 der Kraftstoff pumpe 2 vorgegeben. Gleichzeitig wird der Sollstrom I_S über eine zweite Eingangsleitung 15 zum Beobachterblock 13 ge führt.

Die Funktionsweise des Beobachterblocks 13 wird anhand der Fig. 3 näher erläutert. Über die zweite Eingangsleitung 15 wird dem Beobachterblock 13 der Sollstrom I_S zugeführt. Der Sollstrom I_S wird einem ersten Berechnungsblock 20 zugeführt, der nach folgender Formel das Drehmoment Mm des Elektromotors 33 berechnet:

Mm = (KM/(1 + S . TA)) . I_S (1),

wobei
mit KM die Momentenkonstante des Elektromotors,
mit S der Laplace-Operator, und
mit TA die Ankerzeitkonstante des Elektromotors bezeichnet ist.

Das Drehmoment Mm wird anschließend einer ersten Addierein heit 28 zugeführt. Der ersten Addiereinheit 28 wird zudem ein Motorlastmoment Mp zugeführt, das aus dem Widerstand durch den Druck in der Kraftstoffleitung 4 herrührt. Die erste Ad diereinheit 28 subtrahiert vom Drehmoment Mm das Motorlastmo ment Mp und ermittelt somit das Beschleunigungsmoment Mb der Kraftstoffpumpe 2 nach folgender Formel:

Mb = Mm - Mp.

Das Beschleunigungsmoment Mb wird einem zweiten Berechnungs block 21 zugeführt, der nach folgender Formel aus dem Be schleunigungsmoment die Drehzahl N berechnet:

wobei mit TH die Hochlaufkonstante des Elek tromotors und mit S der Laplace-Operator be zeichnet ist.

Die Drehzahl N wird anschließend einem dritten Berechnungs block 22 zugeführt, der aus der Drehzahl N die Förderleistung der Kraftstoffpumpe 2 nach folgender Formel berechnet.

= kp . N, (3),

wobei mit kp das Fördervolumen pro Umdrehung bezeichnet ist, die für die Kraftstoffpumpe 2 vorgegeben ist.

Die Förderleistung der Kraftstoffpumpe 2 wird einer zwei ten Addiereinheit 24 zugeführt, der zudem über die erste Ein gangsleitung 14 die Solleinspritzleistung E der Einspritz ventile 5 zugeführt wird. Die zweite Addiereinheit 24 subtra hiert von der Förderleistung die Solleinspritzleistung E und berechnet somit die Speicherförderleistung S:

S = - E.

Die Speicherförderleistung S wird einem fünften Berech nungsblock 25 zugeführt, der nach folgender Formel den Kraft stoffdruck P2 in der Kraftstoffleitung 4 berechnet:

wobei mit KS die Speicherkonstante des Kraftstoffverteilers 4 und mit S der Laplace-Operator bezeichnet ist. Mit

ist die Übertragungsfunktion des Kraftstoffverteilers 4 bezeich net.

Der berechnete Kraftstoffdruck P2 wird anschließend über die erste Ausgangsleitung 16 an die zweite Addiereinheit 17 ge führt. Zudem wird der berechnete Kraftstoffdruck P2 einer dritten Addiereinheit 27 zugeführt.

Die Förderleistung der Kraftstoffpumpe 2 wird zudem einem siebten Berechnungsblock 26 zugeführt, der nach folgender Formel einen Druckverlust ΔP berechnet, der zwischen dem Aus gang der Kraftstoffpumpe 2 in dem Kraftstoffverteiler 4 bis zum Einspritzventil 5 durch Strömungsverluste abfällt:

Δp = . WL, wobei mit WL der Leitungswiderstand der Kraft stoffleitung 40 und des Kraftstoffverteilers 4 zwischen dem Ausgang der Kraftstoffpumpe 2 bis zum Einspritzventil 5 be zeichnet ist.

Der siebte Berechnungsblock 26 führt den Druckabfall Δp eben falls der dritten Addiereinheit 27 zu. Die dritte Addierein heit 27 berechnet den am Ausgang der Kraftstoffpumpe 2 vor liegenden Eingangsdruck P1 nach folgender Formel:

P1 = P2 + . WL.

Die dritte Addiereinheit 27 führt den Eingangsdruckwert P1 einem vierten Berechnungsblock 23 zu, der nach folgender For mel das Motorlastmoment M_P der Kraftstoffpumpe 2 berechnet:

M_p =P1.K

wobei mit K eine Pumpenkonstante z. B. für eine Zahnradpumpe bezeichnet ist.

Fig. 3 beschreibt den Aufbau des Verfahrens, mit dem der Be obachterblock 13 aus dem Sollstrom I_S und der Solleinspritz leistung E den im Kraftstoffverteiler 4 vorliegenden Kraft stoffdruck P2 berechnet. Dabei wird ein Modell für die Mo torcharakteristik der Kraftstoffpumpe 2 verwendet, mit dem aus dem Sollstrom I_S und dem am Ausgang der Kraftstoffpumpe 2 anliegenden Eingangsdruckwert P1 die Drehzahl der Kraftstoff pumpe 2 berechnet wird. Mit diesem Modell werden die Dynamik beim Ändern der Drehzahl ebenso wie die Dynamik bei der Ände rung des Eingangsdruckwertes P1 berücksichtigt. Außerdem wird ein Modell zur Berechnung des Kraftstoffdruckes im Kraft stoffverteiler 4 verwendet, das einen Kraftstoffspeicher und einen Strömungswiderstand in der Kraftstoffleitung berück sichtigt. Durch die Verwendung des Modells des Kraft stoffspeichers und des Modells der Kraftstoffleitung wird der berechnete Kraftstoffdruck P2 auch bei dynamischen Vorgängen genau berechnet.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem von einer Vor förderpumpe 30 Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 1 über ein Benzinfilter 31 einer Hochdruckpumpe 32 zugeführt wird. Die Hochdruckpumpe 32 versorgt wiederum, über eine Kraftstofflei tung 40 einen Kraftstoffverteiler 4 mit Kraftstoff. Der Kraftstoffverteiler 4 steht mit Einspritzventilen 5 in Ver bindung, die den Kraftstoff einer Brennkraftmaschine 10 zu führen. Das Steuergerät 7 ist über einen Datenbus 8 an Senso ren 9 angeschlossen, die Betriebsparameter der Brennkraftma schine erfassen und an das Steuergerät 7 weitergeben. Zudem steht das Steuergerät 7 mit einem Datenspeicher 12 und mit einen Gaspedalgeber 11 in Verbindung. Im Steuergerät 7 ist eine Berechnungseinheit 33 vorgesehen, die die Funktionen der Fig. 2 und 3 übernimmt. Dabei berechnet die Berechnungs einheit 33 aus dem Sollstrom I_S unter Berücksichtigung der Solleinspritzmenge, die im nächsten Zeittakt zur Ansteuerung der Hochdruckpumpe 32 vorzugebenden Sollstrom I_S, der über eine dritte Steuerleitung 34 dem Elektromotor 35 der Hoch druckpumpe 32 zugeführt wird.

Claims

1. Verfahren zum Steuern des Kraftstoffdruckes in einem Kraft stoffverteiler (4),
bei dem eine elektrische Kraftstoffpumpe (2, 32) Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung in einen Kraftstoffverteiler (4) pumpt,
bei dem Kraftstoff aus dem Kraftstoffverteiler (4) in eine Brennkraftmaschine (10) abgegeben wird,
bei dem der Kraftstoffdruck im Kraftstoffverteiler (4) be rechnet wird,
bei dem der berechnete Kraftstoffdruck mit einem vorgegebenen Solldruck verglichen wird und der Kraftstoffdruck über eine Steuerung der Kraftstoffpumpe (2, 32) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet,

1. daß zur Steuerung der Kraftstoffpumpe ein Sollstrom (I_S) ermittelt wird,
2. daß die Kraftstoffpumpe (2, 35) mit dem Sollstrom (I_S) an getrieben wird,
3. daß eine Sollkraftstoffmenge vorgegeben wird, mit der ein Einspritzventil (5) zum Einspritzen von Kraftstoff gesteu ert wird, und
4. daß aus dem Sollstrom und der Sollkraftstoffmenge der Kraftstoffdruck im Kraftstoffverteiler (4) berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftstoffpumpe eine Hochdruckpumpe (32, 35) verwendet wird, die von einer Vorförderpumpe (31) mit Kraftstoff versorgt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Sollstrom die Drehzahl der Kraftstoffpumpe in Abhängig keit vom Druck in der Kraftstoffleitung berechnet wird, und daß aus der berechneten Drehzahl die Förderleistung der Kraftstoffpumpe (2, 35) berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Sollstrom das Drehmoment der Kraftstoffpumpe (2, 35) be rechnet wird, daß aus dem Druck in der Kraftstoffleitung das Motorlastmoment der Kraftstoffpumpe (2, 35) berechnet wird,
daß aus dem Drehmoment und dem Motorlastmoment das Beschleu nigungsmoment der Kraftstoffpumpe (2, 35) berechnet wird,
daß aus dem Beschleunigungsmoment die Drehzahl der Kraft stoffpumpe (2, 35) berechnet wird, und
daß aus der Drehzahl die Förderleistung der Kraftstoffpumpe (2, 35) berechnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Förderleistung und der Sollkraftstoffmenge eine effektive Förderleistung berechnet wird,
daß aus der effektiven Förderleistung und der Förderleistung ein Eingangsdruck (P1) in der Kraftstoffleitung (40) berech net wird,
daß aus dem Eingangsdruck unter Berücksichtigung des Lei tungswiderstandes, der Kraftstoffleitung (40) ein Kraftstoff druck im Kraftstoffverteiler (4) berechnet wird.