DE19752025A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln des Kraftstoffdruckes in einem Kraftstoffspeicher - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Regeln des Kraftstoffdruckes in einem KraftstoffspeicherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Kraft
stoffdruckes in einem Kraftstoffspeicher gemäß dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Regeln
des Kraftstoffdruckes in einem Kraftstoffspeicher.
Bei Kraftstoffeinspritzanlagen, die einen Kraftstoffspeicher
aufweisen, ist die Regelung des Kraftstoffdruckes von beson
derer Bedeutung, da zum einen der Kraftstoffdruck entspre
chend der Dynamik der Brennkraftmaschine verändert werden muß
und zum anderen ein zu hoher Kraftstoffdruck zu Energieverlu
sten und beispielsweise zur Erwärmung des Kraftstofftanks
führt.
Aus DE 195 48 278 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer
Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung bekannt, bei der
Kraftstoff von einer Vorförderpumpe zu einer Hochdruckpumpe
geführt wird, die den Kraftstoff hoch verdichtet und an den
Kraftstoffspeicher weitergibt. Zur Regelung des Kraftstoff
druckes im Kraftstoffspeicher wird zum einen die Drehzahl der
Vorförderpumpe in Abhängigkeit von einem Vorsteuerwert und
zum anderen in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem
Sollwert für den Kraftstoffdruck und einem gemessenen Kraft
stoffdruck geregelt. Zudem ist am Kraftstoffspeicher ein
Druckregelventil vorgesehen, das bei Überdruck zum schnellen
Absenken des Kraftstoffdruckes geöffnet wird.
Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein genaueres Verfah
ren zur Regelung des Kraftstoffdruckes bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An
spruchs 1 und durch die Merkmale des Anspruch 11 gelöst. Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht darin, daß bei der
Ermittlung des ersten Steuersignales für die Zuführeinrich
tung zuerst die für die Einspritzung benötigte Einspritzmenge
berechnet wird und anschließend aus der Einspritzmenge in Ab
hängigkeit von Parametern der Zuführeinrichtung ein Steuersi
gnal für die Zuführeinrichtung bestimmt wird, damit die Zu
führeinrichtung die benötigte Einspritzmenge dem Kraft
stoffspeicher zuführt. Damit wird die Bestimmung der benötig
ten Einspritzmenge und die Bestimmung des Steuersignals für
die Zuführeinrichtung getrennt, wodurch eine präzise Regelung
des Kraftstoffdruckes ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den
abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er
läutert; es zeigen:
Fig. 1 ein Common-Rail-Einspritzsystem,
Fig. 2 ein Druckregelventil,
Fig. 3 das Steuerverhalten des Druckregelventils,
Fig. 4 einen schematischen Aufbau des Regelungsverfahrens,
Fig. 5 eine Darstellung der einzelnen Regelungskomponen
ten,
Fig. 6 ein dynamisches Steuersignal,
Fig. 7 den Kraftstoffdruck und weitere Steuersignale für
einen Einspritzvorgang.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Common-Rail-Einspritzanlage,
bei der der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 1 über eine
Vorförderpumpe 2, ein Kraftstoffilter 3 und ein Drosselventil
4 zu einer Hochdruckpumpe 5 geführt wird. Die Hochdruckpumpe
5 ist an einen Kraftstoffspeicher 7 angeschlossen, an dem ein
Druckregelventil 6 vorgesehen ist, das über eine Rückleitung
12 mit dem Kraftstofftank 1 in Verbindung steht. Der Kraft
stoffspeicher 7 steht mit Einspritzventilen 9 in Verbindung,
die einer Brennkraftmaschine 16 zugeordnet sind. Am Kraft
stoffspeicher 7 ist ein Drucksensor 8 vorgesehen, der über
eine Signalleitung mit einem Steuergerät 10 in Verbindung
steht. Das Steuergerät 10 ist über eine erste Steuerleitung
13 mit dem Drosselventil 4, über eine zweite Steuerleitung 14
mit dem Druckregelventil 6 und über dritte Steuerleitungen 15
mit den Einspritzventilen 9 verbunden.
Zudem steht das Steuergerät 10 mit einem Datenspeicher 17 in
Verbindung. Die Einspritzventile 9 weisen Leckageleitungen 11
auf, die zum Kraftstofftank 1 geführt sind. Das Steuergerät
10 ist zudem an einen Pedalwertgeber 18 angeschlossen, der
den Fahrerwunsch ermittelt. Weiterhin steht das Steuergerät
10 mit einem Drehzahlgeber 19 in Verbindung, der der Brenn
kraftmaschine 16 zugeordnet ist.
Das Steuergerät 10 ist weiterhin mit einem Spannungsmesser 35
der Versorgungsspannung 34 verbunden, der die Versorgungs
spannung an das Steuergerät 10 meldet. Zudem ist ein Zu
standssensor 37 der Brennkraftmaschine 16 zugeordnet, der den
Betriebszustand der Brennkraftmaschine wie z. B. Start, Leer
lauf oder Vollast bestimmt, und an das Steuergerät 10 weiter
gibt. Weiterhin ist ein Kühlsystem 33 für die Brennkraftma
schine 16 vorgesehen, das einen Temperatursensor 36 aufweist,
der die Kühlwassertemperatur TCO mißt und an das Steuergerät
10 weitergibt.
Die Anordnung nach Fig. 1 funktioniert folgendermaßen: Das
Steuergerät 10 erfaßt den Fahrerwunsch über den Pedalwertge
ber 18 und die Drehzahl der Brennkraftmaschine 16 über den
Drehzahlgeber 19. In Abhängigkeit von dem Fahrerwunsch und
der Drehzahl der Brennkraftmaschine stellt das Steuergerät 10
einen entsprechenden Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 7
ein und steuert entsprechend die Einspritzventile 9 an. Auf
diese Weise wird der Brennkraftmaschine 16 in Abhängigkeit
vom Fahrerwunsch und von der Drehzahl der Brennkraftmaschine
eine festgelegte Kraftstoffmenge über einen ermittelten Ein
spritzzeitraum zugeführt.
Zur Regelung des Kraftstoffdruckes im Kraftstoffspeicher 7
mißt das Steuergerät 10 über den Drucksensor 8 den Kraft
stoffdruck im Kraftstoffspeicher und steuert nach vorgegebe
nen Verfahren, die im Datenspeicher 17 abgelegt sind, das
Druckregelventil 6 und das Drosselventil 4 an. Die Kraft
stoffmenge, die dem Kraftstoffspeicher 7 zugeführt wird, wird
in diesem Ausführungsbeispiel durch den Öffnungsgrad des
Drosselventils 4 festgelegt.
Ist die Hochdruckpumpe 5 beispielsweise in der Drehzahl re
gelbar ausgeführt, so kann auch über die Regelung der Dreh
zahl der Hochdruckpumpe 5 die Kraftstoffmenge gesteuert wer
den, die dem Kraftstoffspeicher 7 zugeführt wird.
Ist beispielsweise die Vorförderpumpe 2 in der Drehzahl re
gelbar ausgeführt, so kann auch über die Regelung der Dreh
zahl der Vorförderpumpe 2 die Kraftstoffmenge gesteuert wer
den, die dem Kraftstoffspeicher 7 zugeführt wird. Es sind so
mit verschiedene Steuermöglichkeiten für die Kraftstoffzufuhr
zum Kraftstoffspeicher 7 möglich.
Die Erfindung ist nicht auf die in Fig. 1 dargestellte An
ordnung einer Zuführeinrichtung beschränkt, die eine Vorför
derpumpe mit konstanter Drehzahl, ein Drosselventil 4 und ei
ne Hochdruckpumpe 5 umfaßt, deren Drehzahl proportional zur
Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, sondern auf jede Zufüh
reinrichtung anwendbar, die dem Kraftstoffspeicher Kraftstoff
zu führt.
Der Druck im Kraftstoffspeicher 7 wird direkt durch eine ent
sprechende Steuerung des Druckregelventils 6 eingestellt, das
abhängig von einem ersten Steuersignal ab einem vorgegebenen
Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 7 öffnet und Kraftstoff
über die Rückleitung 12 aus dem Kraftstoffspeicher 7 zum
Kraftstofftank 1 zurückführt.
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau des Druckregelventils 6,
das ein Gehäuse 21 aufweist, das eine Steuerkammer 23 be
grenzt. Das Druckregelventil 6 ist über eine Zuleitung 20 an
den Kraftstoffspeicher 7 angeschlossen. Die Zuleitung 20 mün
det über eine Ventilöffnung 28 in die Steuerkammer 23. Die
Steuerkammer 23 weist einen Abfluß 24 auf, der über die Rück
leitung 12 an den Kraftstofftank 1 angeschlossen ist. Der
Ventilöffnung 28 ist ein Schließglied 29 zugeordnet, das in
der Steuerkammer 23 angeordnet ist und über eine Schließfeder
25 gegen einen entsprechende Dichtsitz 22 gedrückt wird. Zu
dem ist das Schließglied 29 mit einem Anker 26 eines Elektro
magneten verbunden. Dem Anker 26 ist eine Magnetspule 27 zu
geordnet, an die die zweite Steuerleitung 14 angeschlossen
ist.
Das Druckregelventil 6 der Fig. 2 funktioniert folgenderma
ßen: Durch die Federkraft der Schließfeder 25 und durch eine
entsprechende Bestromung der Magnetspule 27 wird das Schließ
glied 29 mit einer entsprechenden Kraft gegen den zugeordne
ten Dichtsitz 22 gedrückt. Damit wird ein Haltedruck vorgege
ben, bis zu dem das Schließglied 29 die Zuleitung 20 ver
schließt. Überschreitet der Kraftstoffdruck im Kraft
stoffspeicher 7, d. h. der Raildruck den vorgegebenen Halte
druck, so wird das Schließglied 29 vom Dichtsitz 22 abgehoben
und Kraftstoff fließt aus dem Kraftstoffspeicher 7 über den
Abfluß 24 und die Rückleitung 12 zum Kraftstofftank 1 zurück.
Fig. 3 zeigt den Raildruck P in Abhängigkeit von dem puls
weiten modulierten zweiten Steuersignal S2, mit dem das Steu
ergerät 10 das Druckregelventil 6 steuert. Beispielsweise
wird bei einem Tastverhältnis von 40% ein Haltedruck von 800
bar eingestellt. Dies bedeutet, daß das Druckregelventil 6
bis zu einem Kraftstoffdruck von 800 bar geschlossen ist und
erst dann öffnet, wenn der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspei
cher 7 den Haltedruck von 800 bar übersteigt.
Fig. 4 zeigt schematisch in Form eines Blockschaltbildes den
Aufbau des Regelungsverfahrens. Ein erster Regelungsblock 30
regelt das hochdruckseitige Stellglied, das in diesem Ausfüh
rungsbeispiel dem Druckregelventil 6 entspricht. Ein zweiter
Regelungsblock 31 regelt das niederdruckseitige Stellglied,
das in diesem Ausführungsbeispiel dem Drosselventil 4 ent
spricht.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann zusätzlich zum
Drosselventil 4 die Förderleistung der Vorförderpumpe 2
und/oder der Druck zwischen der Vorförderpumpe 2 und der
Hochdruckpumpe 5 beispielsweise durch ein weiteres Druckre
gelventil und/oder die Förderleistung der Hochdruckpumpe 5
gesteuert werden.
Dem ersten Regelungsblock 30 werden die Drehzahl N der Brenn
kraftmaschine, die berechnete Einspritzmenge MF, der
Raildruck FUP, die Kühlmitteltemperatur TCO der Brennkraftma
schine, die Versorgungsspannung VB und ein Zustandssignal ES
für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine zugeführt. Aus
diesen Größen ermittelt der erste Regelungsblock 30 ein drit
tes Steuersignal HP für das hochdruckseitige Stellglied, das
der Einspritzanlage 32 zugeführt wird. Zudem ermittelt der
erste Regelungsblock 30 einen Drucksollwert FUPS, der vor
zugsweise dem zweiten Regelungsblock 31 zugeführt wird.
Dem zweiten Regelungsblock 31 wird die Drehzahl N der Brenn
kraftmaschine, die berechnete Einspritzmenge MF, der
Raildruck FUP und die Versorgungsspannung VB zugeführt. Der
zweite Regelungsblock 31 ermittelt aus den zugeführten Daten
ein viertes Ansteuersignal VC, das dem Einspritzsystem 32 zu
geführt wird. Im Einspritzsystem 32 wird der Raildruck FUP
des Kraftstoffspeichers 7 gemessen und an den ersten und den
zweiten Regelungsblock 30, 31 geführt.
Fig. 5 zeigt die genaue Funktionsweise des ersten und des
zweiten Regelungsblockes 30, 31, die vorzugsweise im Steuer
gerät 10 realisiert sind. Im ersten Regelungsblock 30 wird
aus der Drehzahl N, der Kühlmitteltemperatur TCO und der be
rechneten Einspritzmenge MF ein Drucksollwert FUPS in einer
fünften Berechnungseinheit 56 berechnet.
Die berechnete Einspritzmenge stellt die Kraftstoffmenge dar,
die bei dem nächsten Einspritzvorgang der Brennkraftmaschine
zugeführt wird. Die einzuspritzende Kraftstoffmenge MF wird
vom Steuergerät 10 in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem
Fahrerwunsch und in Abhängigkeit von einem Motorkennfeld, das
im Datenspeicher 17 abgelegt ist, berechnet. Die Berechnung
des Drucksollwertes FUPS erfolgt in Abhängigkeit von Motor
kennfeldern und Steuerverfahren, die im Datenspeicher 17 ab
gelegt sind.
Der Drucksollwert FUPS wird einer siebten Addiereinheit 57
zugeführt. Zudem wird der Drucksollwert FUPS an eine vierte
Berechnungseinheit 53 geführt.
Der siebten Addiereinheit 57 wird zudem der Raildruck FUP zu
geführt, wobei die siebte Addiereinheit 57 eine Druckdiffe
renz FUPD nach folgender Formel bildet:
FUPD = FUPS - FUP. Die siebte Addiereinheit 57 gibt die Druckdifferenz FUPD an eine Linearisiereinheit 58 weiter. Die Linearisiereinheit 58 ermittelt nach bekannten Verfahren aus der Drehzahl N, dem Raildruck FUP und der Druckdifferenz FUPD ein linearisiertes Steuersignal LS, das einen aktuellen Rege leingriff darstellt. Die Linearisiereinheit 58 beinhaltet ei nen linearisierten PI-Regler, dessen Berechnungsvorschrift für das linearisierte Steuersignal LS folgendermaßen lautet:
FUPD = FUPS - FUP. Die siebte Addiereinheit 57 gibt die Druckdifferenz FUPD an eine Linearisiereinheit 58 weiter. Die Linearisiereinheit 58 ermittelt nach bekannten Verfahren aus der Drehzahl N, dem Raildruck FUP und der Druckdifferenz FUPD ein linearisiertes Steuersignal LS, das einen aktuellen Rege leingriff darstellt. Die Linearisiereinheit 58 beinhaltet ei nen linearisierten PI-Regler, dessen Berechnungsvorschrift für das linearisierte Steuersignal LS folgendermaßen lautet:
LS(i) = LS(i-1) + K.(FUPD(i) - (1-(TA/TN)).FUPD(i-1)),
wobei mit LS(i) der aktuelle Regeleingriff zum Zeitpunkt i, mit LS(i-1) der vorhergehende Regeleingriff zum Zeitpunkt (i-1), mit FUPD(i) die aktuelle Regeldifferenz, mit FUPD(i-1) die vorhergehende Regeldifferenz bezeichnet ist, wobei die Regeldifferenz dem Druckdifferenzwert FUPD(i) entspricht. Mit K ist ein Verstärkungsfaktor von beispielsweise 0,1% pro Me gapascal, mit TN eine Nachstellzeit von beispielsweise 80 ms und mit TA eine Abtastzeit von beispielsweise 20 ms bezeich net. Die Abtastzeit TA legt die Zeit fest, die zwischen dem Zeitpunkt i und dem Zeitpunkt i+1 liegt, zu dem die Werte ab getastet werden.
wobei mit LS(i) der aktuelle Regeleingriff zum Zeitpunkt i, mit LS(i-1) der vorhergehende Regeleingriff zum Zeitpunkt (i-1), mit FUPD(i) die aktuelle Regeldifferenz, mit FUPD(i-1) die vorhergehende Regeldifferenz bezeichnet ist, wobei die Regeldifferenz dem Druckdifferenzwert FUPD(i) entspricht. Mit K ist ein Verstärkungsfaktor von beispielsweise 0,1% pro Me gapascal, mit TN eine Nachstellzeit von beispielsweise 80 ms und mit TA eine Abtastzeit von beispielsweise 20 ms bezeich net. Die Abtastzeit TA legt die Zeit fest, die zwischen dem Zeitpunkt i und dem Zeitpunkt i+1 liegt, zu dem die Werte ab getastet werden.
Der Verstärkungsfaktor K gleicht das nichtlineare Verhalten
des Druckregelventils 6 über den Raildruck FUP aus. Dabei be
rechnet sich der Verstärkungsfaktor K nach folgender Formel:
K = K0.LF, wobei mit K0 ein Basisverstärkungsfaktor mit ei
nem Wert von zum Beispiel 0,1% pro Megapascal und mit LF ein
Linearisierungsfaktor von zum Beispiel 1,5 bezeichnet ist.
Der Linearisierungsfaktor LF wird dabei aus einer Kennlinie
entnommen und hängt vom Raildruck FUP ab.
Der in der Linearisierungseinheit 58 berechnete Regeleingriff
LS(i) wird anschließend einer zweiten Begrenzungseinheit 59
zugeführt. Die zweite Begrenzungseinheit 59 verhindert eine
Überlastung von Steuergerätekomponenten bei einer hohen Be
triebsspannung. Zudem wird durch die zweite Begrenzungsein
heit 59 zur Verbesserung der Regelgüte der Arbeitsbereich des
Druckreglers 6 an den temperaturabhängigen Stellbereich des
Druckreglers 6 angepaßt.
Die Begrenzung des wirksamen Regeleingriffs LS erfolgt daher
vorzugsweise in Abhängigkeit vom Motorbetriebszustand ES, von
der Batteriespannung VB und der Kühlmitteltemperatur TCO. Die
Stellbereichsgrenzen sind in Kennfeldern im Datenspeicher 17
abgelegt, die über die Batteriespannung VB und/oder die Kühl
mitteltemperatur TCO aufgespannt sind, wobei für jeden Motor
betriebszustand ein eigenes Kennfeld abgelegt ist. Die Motor
betriebszustände sind beispielsweise der Start der Brenn
kraftmaschine, der Leerlauf oder der Vollastbetrieb.
Der auf diese Weise begrenzte Regeleingriff LSG wird an
schließend an eine erste Multipliziereinheit 60 geführt. Die
erste Multipliziereinheit 60 multipliziert den begrenzten Re
geleingriff LSG mit einem zweiten Korrekturfaktor KB, der von
der Batteriespannung VB abhängt. Der zweite Korrekturfaktor
KB, der eine Kompensation des Stellstromes an dem entspre
chenden Stellglied in Bezug auf die Versorgungsspannung VB
erreicht, wird entweder einer entsprechenden Kennlinie im Da
tenspeicher 17 entnommen, oder wie im Ausführungsbeispiel
dargestellt, in einer ersten Berechnungseinheit 40 nach fol
gender Näherungsgleichung ermittelt: KB = (VBR/VB), wobei mit
VBR eine vorgegebene Referenzspannung und mit VB die Versor
gungsspannung des Stellgliedes bezeichnet ist, wobei die Ver
sorgungsspannung näherungsweise im Kraftfahrzeug der Batte
riespannung entspricht und das Stellglied in diesem Fall das
Druckregelventil 6 ist.
Die erste Multipliziereinheit 60 ermittelt nach folgender
Formel ein zweites Steuersignal HP: HP = LSG.KB. Das zweite
Steuersignal stellt den korrigierten, aktuellen Regeleingriff
dar, der über die zweite Steuerleitung 14 an das Druckregel
ventil 6 geführt wird. Das zweite Steuersignal ist als puls
weitenmoduliertes Steuersignal ausgebildet, das durch sein
Tastverhältnis, wie in Fig. 3 dargestellt, den Druck im
Kraftstoffspeicher 7 vorgibt.
Der zweite Regelungsblock 31 ermittelt ein erstes Steuersi
gnal für das Drosselventil 4 im wesentlichen in Abhängigkeit
von dem Kraftstoffmassenstrom, der zur Aufrechterhaltung des
gewünschten Raildrucks und zur Bereitstellung der vom Fahrer
angeforderten Einspritzmenge mindestens dem Kraftstoffspei
cher 7 zugeführt werden muß.
Dazu wird in einer zweiten Berechnungseinheit 42 aus der vom
Fahrer angeforderten und berechneten Einspritzmenge MF und
der Motordrehzahl N und der Zylinderzahl Z der Brennkraftma
schine nach folgender Gleichung der Einspritzmassenstrom MFI
berechnet: MFI = Z.N.MF.0,5. Die berechnete Einspritz
masse MF ist dabei in mg Kraftstoffmasse pro Einspritztakt
angegeben, wobei pro Einspritztakt nur die Hälfte der Zylin
der eine Einspritzung ausführen. Der Einspritzmassenstrom MFI
wird an eine dritte Multipliziereinheit 44 geführt.
Zudem wird vorzugsweise ein Leckagemassenstrom MFL abhängig
vom gemessen Raildruck FUP aus einem ersten Kennfeld 41 er
mittelt und an eine zweite Multipliziereinheit 43 weitergege
ben. Die zweite Multipliziereinheit 43 multipliziert den
Leckagemassenstrom MFL mit einem ersten Sicherheitsfaktor SL,
der aus einem ersten Datenfeld 54 des Datenspeichers ausgele
sen wird. Der erste Sicherheitsfaktor SL wurde experimentell
bestimmt und weist positive Werte auf, die größer als 1 sind.
Die zweite Multipliziereinheit 43 berechnet nach folgender
Formel einen Sicherheitsleckagemassenstrom ML: ML = MFL.SL.
Der Wert des Sicherheitsmassenstroms ML wird an eine erste
Addiereinheit 45 geführt.
Die dritte Multipliziereinheit 44 liest aus einem zweiten Da
tenfeld 55 des Datenspeichers 17 einen zweiten Sicherheits
faktor SI aus und multipliziert den Einspritzmassenstrom MFI
mit dem zweiten Sicherheitsfaktor SI und erhält somit einen
Sicherheitsmassenstrom MI, den die dritte Multipliziereinheit
44 an die erste Addiereinheit 45 weitergibt. Der Sicherheits
massenstrom MI wird nach folgender Formel berechnet: MI = MFI.SI.
Der zweite Sicherheitsfaktor SI wird experimentell er
mittelt und weist einen positiven Wert größer als 1 auf.
Mit Hilfe des ersten und des zweiten Sicherheitsfaktors wird
sichergestellt, daß mehr Kraftstoff dem Kraftstoffspeicher 7
zugeführt wird, als dem Kraftstoffspeicher 7 entnommen wird.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite Sicherheitsfaktor
in einem Kennfeld abgelegt, das von der Betriebszeit der
Brennkraftmaschine abhängt, wodurch Alterungseffekte der Ein
spritzanlage berücksichtigt werden. Anstelle der Betriebszeit
kann auch die Kilometerleistung das Kraftfahrzeuges verwendet
werden.
Die erste Addiereinheit 45 berechnet einen Kraftstoffmassen
strom MR nach folgender Formel: MR = ML + MI. Der Kraftstoff
massenstrom MR wird anschließend einer dritten Berechnungs
einheit 47 zugeführt. Die dritte Berechnungseinheit 47 be
rechnet aus dem Kraftstoffmassenstrom MR und der Motordreh
zahl N ein Basissteuersignal VCB. Dazu ermittelt die dritte
Berechnungseinheit 47 aus einem Förderkennfeld, das vom
Kraftstoffmassenstrom MR und der Motordrehzahl N abhängt, das
Basisansteuersignal VCB. Das Förderkennfeld bildet die nie
derdruckseitige Fördercharakteristik der Zuführeinrichtung
ab, die von den verwendeten Komponenten abhängt. Das Förder
kennfeld gibt das Verhältnis zwischen dem ersten Steuersignal
und der Kraftstoffmenge wieder, die bei Steuerung der Zufüh
reinrichtung mit dem ersten Steuersignal dem Kraftstoffspei
cher 7 zugeführt wird.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die nieder
druckseitige Fördercharakteristik im wesentlichen durch das
Drosselventil 4 bestimmt, da die Vorförderpumpe 2 mit kon
stanter Drehzahl und die Hochdruckpumpe 5 mit einer Drehzahl
proportional zur Motordrehzahl N läuft. Das Förderkennfeld
wird experimentell ermittelt.
Bei Verwendung einer drehzahlgeregelten Vorförderpumpe oder
einer drehzahlgeregelten Hochdruckpumpe ist das Förderkenn
feld entsprechend anzupassen und/oder zusätzlich zum Drossel
ventil auch die Vorförderpumpe oder die Hochdruckpumpe zu re
geln. Dabei werden jedoch auch die Steuersignale für die Vor
förderpumpe und die Hochdruckpumpe erst nach Bestimmung des
Kraftstoffmassenstroms aus entsprechenden Förderkennfeldern
bestimmt.
Das Basissteuersignal VCB wird einer vierten Multiplizierein
heit 49 zugeführt. Die vierte Multipliziereinheit 49 multi
pliziert das Basissteuersignal VCB mit einem Druckkorrektur
faktor CP und ermittelt ein druckkorrigiertes Steuersignal
VCP nach folgender Formel: VCP = VCB.CP. Der Druckkorrek
turfaktor CP wird anhand eines zweiten Kennfeldes 46 in Ab
hängigkeit vom gemessenen Raildruck FUP ermittelt.
Der Druckkorrekturfaktor CP wird verwendet, da die Förderung
der Hochdruckpumpe 5 vom Raildruck FUP abhängt und mit zuneh
mendem Raildruck FUP abnimmt. Deshalb muß bei einem höheren
Raildruck FUP das Drosselventil 4 für die Förderung des glei
chen Kraftstoffstroms in den Kraftstoffspeicher 7 weiter ge
öffnet werden als bei einem niedrigeren Raildruck FUP.
Das korrigierte Basissignal VCP wird an die fünfte Addierein
heit 50 geführt. Die fünfte Addiereinheit 50 summiert das
korrigierte Basissignal VCP und einen Nullpunktwert AD und
vorzugsweise einen Dynamikeingriff VD zu einem ersten Steuer
signal VC. Der Nullpunktwert AD wird aus einem dritten Kenn
feld 48 in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur TCO aus
gelesen. Der Nullpunktwert AD kompensiert die Veränderung des
Nullpunktes des Drosselventils 4 in Abhängigkeit von der Tem
peratur des Drosselventils 4. Bei einer höheren Temperatur
erhöht sich der Widerstand des Drosselventils 4 und als Folge
davon ist ein höherer Stellstrom zum Steuern des Drosselven
tils 4 notwendig als bei einer niedrigeren Temperatur. Nähe
rungsweise wird anstelle der Temperatur des Drosselventils 4
die Kühlmitteltemperatur TCO der Brennkraftmaschine verwen
det. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß das Drosselven
til 4 unabhängig von seiner Temperatur präzise den gewünsch
ten Öffnungsgrad aufweist.
Der Dynamikeingriff VD wird mit Hilfe einer vierten Berech
nungseinheit 53 ermittelt, die ein begrenztes DT1-Regelglied
darstellt. Die Berechnungsvorschrift der vierten Berechnungs
einheit 53 ist folgendermaßen festgelegt:
wobei mit VD(i) der aktuelle Wert des dynamischen Eingriffs
zum Zeitpunkt i, mit VD(i-1) der vorhergehende Wert des dyna
mischen Eingriffs zum Zeitpunkt (i-1), mit FUPS(i) der aktu
elle Drucksollwert, mit FUPS(i-1) der vorhergehende Druck
sollwert, mit KD ein Verstärkungsfaktor von beispielsweise
0,1%.sec/Megapascal, mit TA eine Abtastzeit von bei
spielsweise von 20 ms und mit T1 eine Zeitkonstante von bei
spielsweise 200 ms bezeichnet ist. Die Abtastzeit ist die
Zeit, die zwischen dem Abtastzeitpunkt i und dem Abtastzeit
punkt i+1 liegt.
Vorzugsweise wird die Zeitkonstante T1 und der Verstärkungs
faktor KD in Abhängigkeit vom Motorbetriebszustand und der
Motordrehzahl N festgelegt. Die Aufgabe des Dynamikeingriffs
beruht darin, insbesondere beim Übergang zwischen Motorbe
triebszuständen die Kraftstoffzufuhr auf der Niederdruckseite
überproportional anzuheben oder abzusenken, um so den Druck
aufbau oder den Druckabbau im Kraftstoffspeicher 7 zu be
schleunigen.
In einer fünften Multipliziereinheit 51 wird das erste Steu
ersignal VC vorzugsweise mit dem zweiten Korrekturfaktor KB
multipliziert, der eine Kompensation des Stellstromes in be
zug auf unterschiedliche Versorgungsspannungen des nieder
druckseitigen Stellgliedes, das heißt in diesem Ausführungs
beispiel in bezug auf die Versorgungsspannung des Drosselven
tils 4, bewirkt.
Die sechste Multipliziereinheit 51 ermittelt somit ein Stell
signal VCP nach folgender Formel: VCP = VC.KB. Das Stellsi
gnal VCP wird anschließend einer ersten Begrenzungseinheit 52
zugeführt, die eine Stellbereichsbegrenzung des Stellsignals
durchführt. Die Stellbereichsbegrenzung verhindert eine Über
lastung der Steuergerätekomponenten bei einer hohen Batterie
spannung. Zudem wird zur Verbesserung der Regelgüte der Ar
beitsbereich des Drosselventils 4 an den temperaturabhängigen
Stellbereich des Drosselventils 4 angepaßt.
Die Begrenzung des wirksamen Reglereingriffs erfolgt in Ab
hängigkeit von der Versorgungsspannung, die näherungsweise
der Batteriespannung entspricht. Die Stellbereichsgrenzen
sind in einem Kennfeld abgelegt, das über die Versorgungs
spannung VB aufgespannt ist. Das begrenzte Stellsignal V wird
von der ersten Begrenzungseinheit 52 über die erste Steuer
leitung 13 als erstes Steuersignal an das Drosselventil 4 ge
führt.
Fig. 6 zeigt den Drucksollwert FUPS und den Dynamikeingriff
VD in Abhängigkeit von der Zeit t. Dabei ist deutlich zu er
kennen, daß mit dem sprunghaften Anstieg des Drucksollwertes
FUPS der Dynamikeingriff VD überproportional ansteigt und an
schließend wieder auf den Wert Null zurückgeht.
Fig. 7 zeigt die berechnete Einspritzmenge MF, den Raildruck
FUP, den Drucksollwert FUPS, das zweite Steuersignal S2 des
Druckregelventils und das erste Steuersignal S1 für das Dros
selventil über die Zeit t aufgetragen. Dabei ist deutlich die
hohe Regelgüte und die schnelle Anpassung des Raildrucks an
den Drucksollwert erkennbar.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht darin, daß zu
erst der Kraftstoffmassenstrom MR bestimmt wird und anschlie
ßend abhängig vom Kraftstoffmassenstrom MR das erste Steuer
signal für das niederdruckseitige Stellglied berechnet wird.
Damit wird die Berechnung des Kraftstoffmassenstroms MR von
der Berechnung des Steuersignals entkoppelt. Auf diese Weise
wird eine präzisere Regelung ermöglicht. Zudem wird Applika
tionsaufwand eingespart, da der Kraftstoffmassenstrom MR ab
hängig von Betriebsparametern berechnet wird und anschließend
in der dritten Berechnungseinheit 47 abhängig von einem För
derkennfeld, das an die jeweilige Einspritzanlage angepaßt
ist, das entsprechende erste Steuersignal ermittelt wird.
Werden verschiedene Zuführeinrichtungen zum Zuführen von
Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher 7 eingesetzt, so kann
das Steuergerät durch entsprechende unterschiedliche Förder
kennfelder, die in der dritten Berechnungseinheit 47 berück
sichtigt werden, an die verschiedenen Zuführeinrichtungen an
gepaßt werden. Dies erlaubt eine schnelle und einfache Anpas
sung der Regelfunktion an verschiedene Einspritzsysteme.
Insbesondere durch die Berücksichtigung des Raildruckes im
Druckkorrekturfaktor CP, durch die Berücksichtigung der Null
punktverschiebung durch den Nullpunktwert AD und durch die
Berücksichtigung der Versorgungsspannung VB wird ein sehr
präzises Regelungsverfahren bereitgestellt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht darin,
daß bei der niederdruckseitigen Regelung der Kraftstoffzufuhr
der Raildruck FUP nicht direkt berücksichtigt wird. Selbst
bei dem Dynamikeingriff VD wird nicht der Raildruck FUP, son
dern der Drucksollwert FUPS verwendet, um die Kraftstoffzu
fuhr zu regeln. Damit wird ein Aufschaukeln der Regelung des
Raildrucks FUP sicher vermieden.
Claims (11)
1. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffdruckes in einem
Kraftstoffspeicher (7) einer Einspritzanlage für eine
Brennkraftmaschine (16),
wobei dem Kraftstoffspeicher (7) über eine Zuführeinrichtung (2, 4, 5) Kraftstoff zugeführt wird,
wobei über ein Druckregelventil (6) Kraftstoff vom Kraftstoffspeicher abgeführt wird,
wobei der Druck im Kraftstoffspeicher (7) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß abhängig vom Fahrerwunsch und von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (16) eine Einspritzmenge (MR) für die Brennkraftmaschine bestimmt wird,
daß abhängig von der Einspritzmenge (MR) ein erstes Steuersignal (VCB) für die Zuführeinrichtung (2, 4, 5) bestimmt wird, mit dem die Zuführeinrichtung gesteuert wird,
daß abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (16), abhängig vom Druck im Kraftstoffspeicher (7) und abhängig von einem Solldruck (FUPS) ein zweites Steuersignal (LS) für das Druckregelventil (6) bestimmt wird, mit dem das Druckregelventil (6) gesteuert wird.
wobei dem Kraftstoffspeicher (7) über eine Zuführeinrichtung (2, 4, 5) Kraftstoff zugeführt wird,
wobei über ein Druckregelventil (6) Kraftstoff vom Kraftstoffspeicher abgeführt wird,
wobei der Druck im Kraftstoffspeicher (7) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß abhängig vom Fahrerwunsch und von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (16) eine Einspritzmenge (MR) für die Brennkraftmaschine bestimmt wird,
daß abhängig von der Einspritzmenge (MR) ein erstes Steuersignal (VCB) für die Zuführeinrichtung (2, 4, 5) bestimmt wird, mit dem die Zuführeinrichtung gesteuert wird,
daß abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (16), abhängig vom Druck im Kraftstoffspeicher (7) und abhängig von einem Solldruck (FUPS) ein zweites Steuersignal (LS) für das Druckregelventil (6) bestimmt wird, mit dem das Druckregelventil (6) gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Steuersignal abhängig von der Versorgungsspannung (VB)
der Zuführeinrichtung korrigiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
zweite Steuersignal abhängig von der Versorgungsspannung des
Druckregelventil (6) korrigiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste oder das zweite Steuersignal auf einen vorgegebenen
Wertebereich (52, 59) begrenzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einspritzmenge in Abhängigkeit vom Druck im
Kraftstoffspeicher korrigiert (41, 43, 45) wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Steuersignal abhängig vom Druck im
Kraftstoffspeicher (7) korrigiert wird (46, 49).
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Steuersignal abhängig von der Temperatur der
Zuführeinrichtung korrigiert wird (48, 56).
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens aus der Drehzahl der Brennkraftmaschine ein
Drucksollwert (FVPS) für den Kraftstoffspeicher bestimmt
wird, und daß abhängig vom Drucksollwert das erste
Steuersignal korrigiert wird (50).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
abhängig von der Änderung des Drucksollwertes das
Steuersignal überproportional korrigiert wird (VD, 50).
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Steuersignal aus einem Kennfeld (47) ermittelt
wird, das vom Kraftstoffmassenstrom (MR) und der Drehzahl (N)
der Brennkraftmaschine (16) abhängt.
11. Vorrichtung zum Regeln des Kraftstoffdruckes in einem
Kraftstoffspeicher einer Einspritzanlage nach dem Verfahren
nach Anspruch 1.
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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