EP1403494A1 - Method and apparatus for the regulation of a pressure value of a combustion engine - Google Patents

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EP1403494A1
EP1403494A1 EP03015720A EP03015720A EP1403494A1 EP 1403494 A1 EP1403494 A1 EP 1403494A1 EP 03015720 A EP03015720 A EP 03015720A EP 03015720 A EP03015720 A EP 03015720A EP 1403494 A1 EP1403494 A1 EP 1403494A1
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pressure
manipulated variable
combustion engine
internal combustion
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
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    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3845—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3863—Controlling the fuel pressure by controlling the flow out of the common rail, e.g. using pressure relief valves

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for regulating a pressure variable of an internal combustion engine according to the preambles of the independent claims.
  • a method and a device for regulating a pressure variable of an internal combustion engine is known, for example, from DE 19731995.
  • a method and a device for regulating the rail pressure in a common rail system are described there.
  • a manipulated variable for controlling a corresponding actuator for example a pressure control valve and / or a controlled high-pressure pump, can be specified.
  • the rail pressure must be constantly adapted to the current driving condition. This serves for optimal combustion and thus also for economy and comfort.
  • the delivery quantity map is provided with the known parameters. This works correctly for stationary operation. System tolerances are corrected by the integrator. Changes to the static system lead to temporary deviations of the actual value from the setpoint. It is important to keep these deviations as low as possible.
  • FIG. 1 components of a fuel supply system of an internal combustion engine with high-pressure injection required for understanding the invention are shown.
  • the system shown is usually referred to as a common rail system.
  • the 100 denotes a fuel reservoir. This is connected to a second filter means 115 via a first filter 105, a prefeed pump 110. From the second filter medium 115, the fuel reaches a high-pressure pump 125 via a line. The connecting line between the filter medium 115 and the high-pressure pump 125 is connected to the reservoir 100 via a low-pressure relief valve 145.
  • the high pressure pump 125 is connected to a rail 130.
  • the rail 130 is also referred to as an accumulator and is in contact with various injectors 131 via fuel lines. Rail 130 can be connected to fuel tank 100 via a pressure control valve 135.
  • the pressure control valve 135 can be controlled by means of a coil 136.
  • the high-pressure pump contains an actuating element with which the amount of fuel delivered by the high-pressure pump 125 is influenced.
  • This control element is arranged in the high-pressure pump or in front of the high-pressure pump and determines the amount of fuel that is fed to the high-pressure pump and is thus delivered to the high-pressure area.
  • the lines between the outlet of the high-pressure pump 125 and the inlet of the pressure control valve 135 are referred to as the high-pressure area. In this area the fuel is under high pressure. The pressure in the high pressure area is detected by means of a sensor 140. The lines between the tank 100 and the high pressure pump 125 are referred to as the low pressure area.
  • a controller 160 applies a control signal AP to the high-pressure pump 125, the injectors 131 to a control signal A and / or the pressure control valve 135 to a control signal AV.
  • the controller 160 processes various signals from various sensors 165 that characterize the operating state of the internal combustion engine and / or the motor vehicle that drives the internal combustion engine. Such an operating state is, for example, the speed N of the internal combustion engine.
  • This device works as follows: The fuel, which is located in the storage container, is conveyed by the prefeed pump 110 through the filter means 105 and 115.
  • the low-pressure relief valve 145 opens and releases the connection between the outlet of the prefeed pump 110 and the reservoir 100.
  • the high pressure pump 125 delivers the amount of fuel Q1 from the low pressure area to the high pressure area.
  • the amount of fuel delivered is determined by the signal AP, which is applied to the control element in the high pressure pump. This means that the high pressure pump is regulated on the suction side.
  • the high-pressure pump 125 builds up a very high pressure in the rail 130. Pressure values of approximately 30 to 100 bar are usually achieved in systems for spark-ignited internal combustion engines and pressure values of approximately 1000 to 2000 bar in the case of self-igniting internal combustion engines.
  • the fuel can be metered under high pressure to the individual cylinders of the internal combustion engine via the injectors 131.
  • the pressure P in the rail or in the entire high-pressure range is detected by means of the sensor 140.
  • the pressure in the high pressure region is regulated by means of the controllable high pressure pump 125 and / or the pressure control valve 135.
  • FIG. 2 shows the control of the rail pressure according to the invention in more detail. This is preferably contained in the controller 160. Elements already described in FIG. 1 are identified by corresponding reference symbols.
  • a characteristic map 200 is supplied with various signals from various sensors or signals that are present internally in the controller 160. This is particularly a signal regarding the Speed N and a signal QK that characterizes the amount of fuel injected.
  • the speed of the internal combustion engine and / or the speed of the high-pressure pump is preferably used as the speed.
  • the output signal of the characteristic diagram 200 is applied to a node 205, which in turn applies to a node 206 and a differentiating first component 215.
  • the output signal of the first differentiating component is applied to the second input of node 206.
  • the output signal of the node 206 reaches the actuator 125 via a limitation 210.
  • the actuator is the controlled high-pressure pump.
  • other actuators with which the rail pressure can be influenced can be controlled, for example the pressure control valve 135.
  • the output signal P of the pressure sensor 140 arrives at a connection point 225, at the second input of which the output signal S is applied to a setpoint value supply 220 which provides a setpoint value S for the rail pressure.
  • the output signal of node 225 which corresponds to the control deviation, reaches a proportional component 230, an integral component 232 and a differentiating component 238 of a rail pressure regulator.
  • the output signal of the proportional component 230 and the integral component 232 is applied to a node 234, which in turn applies to a node 236.
  • the output signal of the differentiating component 238 reaches the connection point 236 via the connection point 240.
  • the output signal of the connection point 236 reaches the connection point 205.
  • the elements 225 to 240 form a pressure regulator and the characteristic diagram 200 essentially contains a pilot control.
  • the controller 160 also provides a value of one or more operating parameters that arrive at an element 260 that exhibits a differentiating behavior and at a window comparator 270.
  • the output signal of the window comparator 270 reaches a switching input of a switching means 265.
  • the output signal of the differentiating element 260 reaches a PT1 element 275 and the switching means 265.
  • the output signal of the PT1 element 275 also reaches the switching means 265.
  • With the Output signal of the switching means 265 is applied to the second input of node 240.
  • the elements 260 to 275 together form a dynamic pilot control 250.
  • pilot control values are stored in the characteristic diagram, with which the manipulated variable for the actuator 125 can be influenced. This influencing takes place in node 205.
  • the pilot control brings about an improvement in the dynamics of the actual regulation.
  • the controller consisting of the parts 230, 232 and 238, determines a value for influencing the manipulated variable.
  • the output signal of the controller and the output signal of the precontrol are preferably linked additively at node 205.
  • the linking of the output signals of the different components 230, 232 and 238 is preferably carried out in the linking points 234 and 236. Alternatively, these can also be combined to form a linking point.
  • This manipulated variable thus formed arrives at a first differentiating component 215, which, based on the manipulated variable by differentiation, forms a further correction value with which the manipulated variable is influenced at the node 206 in such a way that the dynamics improve.
  • the value corrected in this way then reaches the limiter 210. This limits the manipulated variable to physically possible and / or permissible values.
  • the dynamic pilot control 250 is therefore provided according to the invention.
  • This dynamic feedforward control based on a suitable operating parameter, forms a further correction value for influencing the manipulated variable.
  • the differentiating element 260 is preferably used for this.
  • the difference between two values of the operating parameters which are present between two successive injections is determined as the variable.
  • Values which characterize the quantity of fuel to be injected are preferably used as operating parameters for forming the dynamic pilot control.
  • a size relating to the driver's request or a torque size that characterizes the driver's request is particularly suitable.
  • the D component 260 detects a significant change in the operating parameter, it specifies a corresponding correction value for the manipulated variable. This correction variable is only specified when there are corresponding changes in the operating parameter. This is ensured by the window comparator 270. Only if the changes are greater than a threshold value SW, the window comparator 270 sends a signal to the switching means 265, which has the effect of the output signal of the differentiating element 260. If the signal is less than the threshold value SW, the value 0 is passed on.
  • the PT1 element ensures that there is no abrupt switchover from the output signal of the differentiating element to 0. According to the invention, when switching to the value 0, the previous output signal of the differentiating element 260 is returned to 0 by means of a predetermined function, which is defined by the PT1 element.
  • a first step 300 the fuel quantity QK to be injected is determined.
  • the difference QKD between the current value of the fuel quantity QK and the value QKA calculated in the previous injection is determined.
  • step 320 the amount QKDB of this size is determined.
  • the subsequent query 330 checks whether the value QKDB is greater than a threshold value SW. If this is the case, the switching means 265 is controlled in such a way that in step 340 the differentiating element 260 has access to the manipulated variable. If this is not the case, the switching means 265 is activated in step 350 in such a way that the PT1 element has access to the manipulated variable. It is provided that the start value of the PT1 element is initialized in such a way that it takes on the previous value of the D component.
  • a subsequent query 360 checks whether a sign change has occurred in the signal QKD during the previous metering. If this is the case, the value of the differentiating element 260 is reinitialized in step 365. If this is not the case, the program proceeds to the normal program sequence, with the fuel metering being carried out with the value QKA calculated in the previous step in step 370.
  • a dynamic feedforward control is also provided.
  • the static precontrol 200 can also be omitted.
  • this dynamic feedforward control only acts in the large signal range, i.e. that the feedforward control is used only in the first operating states to correct the manipulated variable. These first operating states are present when the operating parameter changes by more than a predetermined value SW.
  • an initialization of the differentiation of the behavioral element 260 is provided in such a way that no undesired jumps occur in the manipulated variable and the stored value does not disturb the dynamics in the wrong direction. It is preferably provided that the differentiating element 260 is switched off in the small signal range. This is realized with the switching means 265 in connection with the window comparator 260. If such a shutdown takes place, the existing output value of the differentiating element becomes 260 returned to 0 by means of the PT1 link 265. This prevents jumps in the output signal. If the sign changes at the input, the memory in the D component is deleted immediately and a new output value is calculated in the correct pilot direction. This avoids that the value of the D component has an anti-dynamic effect.
  • the injection quantity a quantity that characterizes the injection quantity, the pump speed, a quantity that characterizes the pump speed, or a quantity that corresponds to this quantity, such as engine speed, is used as the operating characteristic quantity.

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Abstract

The regulation method has a setting value for regulation of the rail pressure obtained by comparing the actual rail pressure (P) with the required rail pressure (S) and used for adjusting a setting element controlling the feed quantity of a high pressure pump (125). A correction value is for the setting value is provided in a given operating condition via a differential element (260) receiving an engine operating parameter, e.g. the engine revs. An Independent claim for a rail pressure regulation device for an IC engine is also included.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Druckgröße einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a method and a device for regulating a pressure variable of an internal combustion engine according to the preambles of the independent claims.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Druckgröße einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der DE 19731995 bekannt. Dort wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Raildrucks bei einem Common Rail-System beschrieben. Ausgehend von dem Vergleich zwischen einem Istwert und einem Sollwert für den Raildruck ist eine Stellgröße zur Ansteuerung eines entsprechenden Stellgliedes, beispielsweise eines Druckregelventils und/oder einer gesteuerten Hochdruckpumpe vorgebbar.A method and a device for regulating a pressure variable of an internal combustion engine is known, for example, from DE 19731995. A method and a device for regulating the rail pressure in a common rail system are described there. Based on the comparison between an actual value and a target value for the rail pressure, a manipulated variable for controlling a corresponding actuator, for example a pressure control valve and / or a controlled high-pressure pump, can be specified.

Dieser Regelung des Raildrucks kommt in Common Rail-Systemen heutzutage eine immer größere Bedeutung zu, da die Regelgüte Auswirkungen auf die Dauerhaltbarkeit der Hydraulikkomponenten hat. Verschärfte Abgasnormen erfordern zudem immer höhere Drücke und geringere Abgasemissionen, die vor allem beim Beschleunigen auftreten. Besondere Anforderungen treten insbesondere bei sportlicher Fahrweise auf, da es hier häufig zu dynamischen Betriebszuständen unter extremen Einsatzbedingungen kommt.This regulation of the rail pressure is becoming increasingly important in common rail systems today, since the control quality has an impact on the durability of the hydraulic components. Stricter exhaust gas standards also require ever higher pressures and lower exhaust gas emissions, which occur especially when accelerating. Special requirements arise in particular in the case of a sporty driving style, since dynamic operating conditions often occur here under extreme operating conditions.

Der Raildruck muß ständig dem jeweiligen Fahrzustand angepasst werden. Dies dient der optimalen Verbrennung und damit auch der Wirtschaftlichkeit und dem Komfort.The rail pressure must be constantly adapted to the current driving condition. This serves for optimal combustion and thus also for economy and comfort.

Problematisch ist die Regelung in dynamischen Fahrzuständen. Da die Fördermenge der Pumpe von der Einspritzmenge und der Drehzahl, insbesondere der Förderpumpe abhängt, wirken sich Veränderungen dieser Parameter negativ auf die Regelung aus. Zudem muß das Druckniveau des überschüssigen Railinhaltes möglichst schnell angepasst werden. Desweiteren besteht eine Totzeit zwischen dem Reglerausgang und der Änderung der Förderleistung.Regulation in dynamic driving conditions is problematic. Since the delivery rate of the pump depends on the injection rate and the speed, in particular the delivery pump, changes in these parameters have a negative effect on the control. In addition, the pressure level of the excess rail content must be adjusted as quickly as possible. There is also a dead time between the controller output and the change in the delivery rate.

Zur Entlastung des Integrators in der Regelung ist das Fördermengenkennfeld mit den bekannten Parametern vorgesehen. Dieses arbeitet korrekt für den stationären Betrieb. Systemtoleranzen werden durch den Integrator korrigiert. Änderungen am statischen System führen zu zeitlich begrenzten Abweichungen des Istwertes vom Sollwert. Es gilt, diese Abweichungen so gering wie möglich zu halten.To relieve the load on the integrator in the control system, the delivery quantity map is provided with the known parameters. This works correctly for stationary operation. System tolerances are corrected by the integrator. Changes to the static system lead to temporary deviations of the actual value from the setpoint. It is important to keep these deviations as low as possible.

Besonders problematisch ist, dass dynamische Änderungen durch einen PI-Regler nicht ausgeglichen werden können. Der parallel geschaltete D-Anteil verhindert ein Überschwingen des Integrators. Der nachgeschaltete D-Anteil soll die Totzeit versteuern. Leider wirken sich große Änderungen der Einspritzmenge oder der Pumpendrehzahl weiterhin störend auf die Druckregelung aus.It is particularly problematic that dynamic changes cannot be compensated for by a PI controller. The D component connected in parallel prevents the integrator from overshooting. The downstream D component is to tax the dead time. Unfortunately, large changes in the injection quantity or the pump speed continue to have an adverse effect on the pressure control.

Es gilt nun die Regelung des Raildrucks, insbesondere in dynamischen Zuständen weiter zu verbessern. Dadurch, dass ausgehend von wenigstens einer Betriebskenngröße mittels eines Elements, das differenzierendes Verhalten aufweist, ein Wert vorgebbar ist, mit dem die Stellgröße beeinflusst werden kann, ist eine wesentlich genauere Regelung in dynamischen Betriebszuständen möglich. Durch diese Vorsteuerung, abhängig von verschiedenen Betriebszuständen mittels eines differenzierenden Anteils, ist eine sehr präzise Regelung des Raildrucks auch in dynamischen Zuständen möglich. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.It is now a matter of further improving the control of the rail pressure, especially in dynamic conditions. The fact that, based on at least one operating parameter, by means of an element that has differentiating behavior, a value can be specified with which the manipulated variable can be influenced, a much more precise control in dynamic operating states is possible. This precontrol, depending on different operating states by means of a differentiating component, enables a very precise control of the rail pressure even in dynamic states. Advantageous and expedient refinements and developments are characterized in the subclaims.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung dargestellt und Ausführungsformen erläutert.The invention is illustrated below with reference to the drawing and embodiments are explained.

Es zeigen:

Figur 1
ein Blockdiagramm eines Common Rail-Systems,
Figur 2
ein Blockdiagramm der wesentlichen Elemente der Regelung und
Figur 3
ein Flussdiagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
Show it:
Figure 1
1 shows a block diagram of a common rail system,
Figure 2
a block diagram of the essential elements of the scheme and
Figure 3
a flowchart to explain the procedure according to the invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In Figur 1 sind für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauteile eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung dargestellt. Das dargestellte System wird üblicherweise als Common-Rail-System bezeichnet.In FIG. 1, components of a fuel supply system of an internal combustion engine with high-pressure injection required for understanding the invention are shown. The system shown is usually referred to as a common rail system.

Mit 100 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Dieser steht über einen ersten Filter 105, eine Vorförderpumpe 110 mit einem zweiten Filtermittel 115 in Verbindung. Vom zweiten Filtermittel 115 gelangt der Kraftstoff über eine Leitung zu einer Hochdruckpumpe 125. Die Verbindungsleitung zwischen dem Filtermittel 115 und der Hochdruckpumpe 125 steht über ein Niederdruckbegrenzungsventil 145 mit dem Vorratsbehälter 100 in Verbindung. Die Hochdruckpumpe 125 steht mit einem Rail 130 in Verbindung. Das Rail 130 wird auch als Speicher bezeichnet und steht über Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 131 in Kontakt. Über ein Druckregelventil 135 ist das Rail 130 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 100 verbindbar. Das Druckregelventil 135 ist mittels einer Spule 136 steuerbar. Die Hochdruckpumpe beinhaltet ein Stellelement mit dem die von der Hochdruckpumpe 125 geförderte Kraftstoffmenge beeinflusst wird. Dieses Stellelement ist in der Hochdruckpumpe oder vor der Hochdruckpumpe angeordnet und bestimmt die Kraftstoffmenge, die der Hochdruckpumpe zugeführt und damit in den Hochdruckbereich gefördert wird.100 denotes a fuel reservoir. This is connected to a second filter means 115 via a first filter 105, a prefeed pump 110. From the second filter medium 115, the fuel reaches a high-pressure pump 125 via a line. The connecting line between the filter medium 115 and the high-pressure pump 125 is connected to the reservoir 100 via a low-pressure relief valve 145. The high pressure pump 125 is connected to a rail 130. The rail 130 is also referred to as an accumulator and is in contact with various injectors 131 via fuel lines. Rail 130 can be connected to fuel tank 100 via a pressure control valve 135. The pressure control valve 135 can be controlled by means of a coil 136. The high-pressure pump contains an actuating element with which the amount of fuel delivered by the high-pressure pump 125 is influenced. This control element is arranged in the high-pressure pump or in front of the high-pressure pump and determines the amount of fuel that is fed to the high-pressure pump and is thus delivered to the high-pressure area.

Die Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 125 und dem Eingang des Druckregelventils 135 werden als Hochdruckbereich bezeichnet. In diesem Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Der Druck im Hochdruckbereich wird mittels eines Sensors 140 erfasst. Die Leitungen zwischen dem Tank 100 und der Hochdruckpumpe 125 werden als Niederdruckbereich bezeichnet.The lines between the outlet of the high-pressure pump 125 and the inlet of the pressure control valve 135 are referred to as the high-pressure area. In this area the fuel is under high pressure. The pressure in the high pressure area is detected by means of a sensor 140. The lines between the tank 100 and the high pressure pump 125 are referred to as the low pressure area.

Eine Steuerung 160 beaufschlagt die Hochdruckpumpe 125 mit einem Ansteuersignal AP, die Injektoren 131 mit einem Ansteuersignal A und/oder das Druckregelventil 135 mit Ansteuersignal AV. Die Steuerung 160 verarbeitet verschiedene Signale verschiedener Sensoren 165, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs, daß die Brennkraftmaschine antreibt, charakterisieren. Ein solcher Betriebszustand ist beispielsweise die Drehzahl N der Brennkraftmaschine.A controller 160 applies a control signal AP to the high-pressure pump 125, the injectors 131 to a control signal A and / or the pressure control valve 135 to a control signal AV. The controller 160 processes various signals from various sensors 165 that characterize the operating state of the internal combustion engine and / or the motor vehicle that drives the internal combustion engine. Such an operating state is, for example, the speed N of the internal combustion engine.

Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Kraftstoff, der sich im Vorratsbehälter befindet, wird von der Vorförderpumpe 110 durch die Filtermittel 105 und 115 gefördert.This device works as follows: The fuel, which is located in the storage container, is conveyed by the prefeed pump 110 through the filter means 105 and 115.

Steigt der Druck im Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte an, so öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil 145 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 110 und dem Vorratsbehälter 100 frei.If the pressure in the low-pressure range rises to impermissibly high values, the low-pressure relief valve 145 opens and releases the connection between the outlet of the prefeed pump 110 and the reservoir 100.

Die Hochdruckpumpe 125 fördert die Kraftstoffmenge Q1 vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die geförderte Kraftstoffmenge wird dabei durch das Signal AP bestimmt, mit dem das Stellelement in der Hochdruckpumpe beaufschlagt wird. Dies bedeutet die Hochdruckpumpe ist saugseitig geregelt.The high pressure pump 125 delivers the amount of fuel Q1 from the low pressure area to the high pressure area. The amount of fuel delivered is determined by the signal AP, which is applied to the control element in the high pressure pump. This means that the high pressure pump is regulated on the suction side.

Die Hochdruckpumpe 125 baut im Rail 130 einen sehr hohen Druck auf. Üblicherweise werden bei Systemen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar erzielt. Über die Injektoren 131 kann der Kraftstoff unter hohem Druck den einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zugemessen werden.The high-pressure pump 125 builds up a very high pressure in the rail 130. Pressure values of approximately 30 to 100 bar are usually achieved in systems for spark-ignited internal combustion engines and pressure values of approximately 1000 to 2000 bar in the case of self-igniting internal combustion engines. The fuel can be metered under high pressure to the individual cylinders of the internal combustion engine via the injectors 131.

Mittels des Sensors 140 wird der Druck P im Rail bzw. im gesamten Hochdruckbereich erfaßt. Mittels der steuerbaren Hochdruckpumpe 125 und/oder des Druckregelventils 135 wird der Druck im Hochdruckbereich geregelt.The pressure P in the rail or in the entire high-pressure range is detected by means of the sensor 140. The pressure in the high pressure region is regulated by means of the controllable high pressure pump 125 and / or the pressure control valve 135.

In Figur 2 ist die erfindungsgemäße Regelung des Raildrucks detailierter dargestellt. Diese ist vorzugsweise in der Steuerung 160 enthalten. Bereits in Figur 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Einem Kennfeld 200 werden verschiedene Signale von verschiedenen Sensoren bzw. Signale, die intern in der Steuerung 160 vorliegen, zugeführt. Dies sind insbesondere ein Signal bezüglich der Drehzahl N und ein Signal QK, das die eingespritzte Kraftstoffmenge charakterisiert. Als Drehzahl wird vorzugsweise die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder die Drehzahl der Hochdruckpumpe verwendet.FIG. 2 shows the control of the rail pressure according to the invention in more detail. This is preferably contained in the controller 160. Elements already described in FIG. 1 are identified by corresponding reference symbols. A characteristic map 200 is supplied with various signals from various sensors or signals that are present internally in the controller 160. This is particularly a signal regarding the Speed N and a signal QK that characterizes the amount of fuel injected. The speed of the internal combustion engine and / or the speed of the high-pressure pump is preferably used as the speed.

Mit dem Ausgangssignal des Kennfeldes 200 wird ein Verknüpfungspunkt 205 beaufschlagt, der wiederum einen Verknüpfungspunkt 206 und einen differenzierenden ersten Anteil 215 beaufschlagt. Mit dem Ausgangssignal des ersten differenzierenden Anteils wird der zweite Eingang des Verknüpfungspunktes 206 beaufschlagt. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 206 gelangt über eine Begrenzung 210 zu dem Stellglied 125. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem Stellglied um die gesteuerte Hochdruckpumpe. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass andere Stellglieder angesteuert werden, mit denen der Raildruck beeinflussbar ist, dies kann beispielsweise das Druckregelventil 135 sein.The output signal of the characteristic diagram 200 is applied to a node 205, which in turn applies to a node 206 and a differentiating first component 215. The output signal of the first differentiating component is applied to the second input of node 206. The output signal of the node 206 reaches the actuator 125 via a limitation 210. In the embodiment shown, the actuator is the controlled high-pressure pump. Alternatively, it can also be provided that other actuators with which the rail pressure can be influenced can be controlled, for example the pressure control valve 135.

Das Ausgangssignal P des Drucksensors 140 gelangt zu einem Verknüpfungspunkt 225, an dessen zweiten Eingang das Ausgangssignal S einer Sollwertgabe 220 anliegt, die einen Sollwert S für den Raildruck bereitstellt. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 225, das der Regelabweichung entspricht, gelangt zu einem Proportionalanteil 230, einem Integralanteil 232 und zu einem differenzierenden Anteil 238 eines Raildruckreglers. Mit dem Ausgangssignal des Proportionalanteils 230 und des Integralanteils 232 wird ein Verknüpfungspunkt 234 beaufschlagt, der wiederum einen Verknüpfungspunkt 236 beaufschlagt. Das Ausgangssignal des differenzierenden Anteils 238 gelangt über den Verknüpfungspunkt 240 zu dem Verknüpfungspunkt 236. Das Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 236 gelangt zu dem Verknüpfungspunkt 205. Die Elemente 225 bis 240 bilden einen Druckregler und das Kennfeld 200 beinhaltet im Wesentlichen eine Vorsteuerung.The output signal P of the pressure sensor 140 arrives at a connection point 225, at the second input of which the output signal S is applied to a setpoint value supply 220 which provides a setpoint value S for the rail pressure. The output signal of node 225, which corresponds to the control deviation, reaches a proportional component 230, an integral component 232 and a differentiating component 238 of a rail pressure regulator. The output signal of the proportional component 230 and the integral component 232 is applied to a node 234, which in turn applies to a node 236. The output signal of the differentiating component 238 reaches the connection point 236 via the connection point 240. The output signal of the connection point 236 reaches the connection point 205. The elements 225 to 240 form a pressure regulator and the characteristic diagram 200 essentially contains a pilot control.

Die Steuerung 160 stellt ferner einen Wert einer oder mehrerer Betriebskenngrößen bereit, der zu einem zu einem differenzierenden Verhalten aufweisenden Element 260 und zu einem Fensterkomparator 270 gelangt. Das Ausgangssignal des Fensterkomparators 270 gelangt an einen Schalteingang eines Schaltmittels 265. Das Ausgangssignal des differenzierenden Elements 260 gelangt zum einen zu einem PT1-Glied 275 und zu dem Schaltmittel 265. Das Ausgangssignal des PT1-Gliedes 275 gelangt ebenfalls zu dem Schaltmittel 265. Mit dem Ausgangssignal des Schaltmittels 265 wird der zweite Eingang des Verknüpfungspunktes 240 beaufschlagt. Die Elemente 260 bis 275 bilden gemeinsam eine dynamische Vorsteuerung 250.The controller 160 also provides a value of one or more operating parameters that arrive at an element 260 that exhibits a differentiating behavior and at a window comparator 270. The output signal of the window comparator 270 reaches a switching input of a switching means 265. The output signal of the differentiating element 260 reaches a PT1 element 275 and the switching means 265. The output signal of the PT1 element 275 also reaches the switching means 265. With the Output signal of the switching means 265 is applied to the second input of node 240. The elements 260 to 275 together form a dynamic pilot control 250.

Ausgehend von verschiedenen Betriebszuständen sind in dem Kennfeld 200 Vorsteuerwerte abgelegt, mit denen die Stellgröße für das Stellglied 125 beeinflusst werden kann. Diese Beeinflussung erfolgt im Verknüpfungspunkt 205. Die Vorsteuerung bewirkt eine Dynamikverbesserung der eigentlichen Regelung. Ausgehend von dem Vergleich zwischen dem Sollwert und dem Istwert P bestimmt der Regler, bestehend aus den Anteilen 230, 232 und 238 einen Wert zur Beeinflussung der Stellgröße. Das Ausgangssignal des Reglers und das Ausgangssignal der Vorsteuerung werden in dem Verknüpfungspunkt 205 vorzugsweise additiv verknüpft.Starting from various operating states, 200 pilot control values are stored in the characteristic diagram, with which the manipulated variable for the actuator 125 can be influenced. This influencing takes place in node 205. The pilot control brings about an improvement in the dynamics of the actual regulation. Based on the comparison between the nominal value and the actual value P, the controller, consisting of the parts 230, 232 and 238, determines a value for influencing the manipulated variable. The output signal of the controller and the output signal of the precontrol are preferably linked additively at node 205.

Die Verknüpfung der Ausgangssignale der verschiedenen Anteile 230, 232 und 238 erfolgt vorzugsweise in den Verknüpfungspunkten 234 und 236. Alternativ können diese auch zu einem Verknüpfungspunkt zusammen gefasst werden.The linking of the output signals of the different components 230, 232 and 238 is preferably carried out in the linking points 234 and 236. Alternatively, these can also be combined to form a linking point.

Diese so gebildete Stellgröße gelangt zu einem ersten differenzierenden Anteil 215, der, ausgehend von der Stellgröße durch Differentiation einen weiteren Korrekturwert bildet, mit dem die Stellgröße im Verknüpfungspunkt 206 derart beeinflusst wird, dass sich die Dynamik verbessert. Der so korrigierte Wert gelangt dann zu dem Begrenzer 210. Dieser begrenzt die Stellgröße auf physikalisch mögliche und/oder zulässige Werte.This manipulated variable thus formed arrives at a first differentiating component 215, which, based on the manipulated variable by differentiation, forms a further correction value with which the manipulated variable is influenced at the node 206 in such a way that the dynamics improve. The value corrected in this way then reaches the limiter 210. This limits the manipulated variable to physically possible and / or permissible values.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Vorsteuerung und der erste D-Anteil 215 nicht ausreichen, um im dynamischen Betrieb eine optimale Regelung gewährleisten zu können. Deshalb ist erfindungsgemäß die dynamische Vorsteuerung 250 vorgesehen. Diese dynamische Vorsteuerung bildet, ausgehend von einer geeigneten Betriebskenngröße, einen weiteren Korrekturwert zur Beeinflussung der Stellgröße. Hierzu wird vorzugsweise das differenzierende Element 260 verwendet. Als Größe wird dabei die Differenz zweier Werte der Betriebskenngrößen ermittelt, die zwischen zwei aufeinander folgenden Einspritzungen vorliegen. Vorzugsweise werden als Betriebskenngrößen zur Bildung der dynamischen Vorsteuerung Werte verwendet, die die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisieren. Besonders geeignet ist hierbei eine Größe bezüglich des Fahrerwunsches bzw. eine Momentengröße, die den Fahrerwunsch charakterisiert. Dadurch können sehr früh bevorstehende Änderungen der Einspritzmenge bzw. des Fahrerwunsches für die Raildruckregelung erfasst werden. Zusätzlich kann auch noch die Pumpendrehzahl herangezogen werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Werte zweier aufeinander folgenden Einspritzungen verwendet werden und zur Steuerung der Einspritzung der Mengenwunsch verzögert weitergeleitet wird, d.h. dass der Mengenwunsch zur Steuerung der Menge erst dann verarbeitet wird, wenn die Vorsteuerung diese Änderung schon erkannt und eine entsprechende Korrektur der Stellgröße vorgenommen hat. Dies bedeutet, die dynamische Vorsteuerung 250 ändert die Stellgröße bereits bevor die Steuerung der Einspritzmenge die Einspritzmenge erhöht.According to the invention, it was recognized that the precontrol and the first D component 215 are not sufficient to ensure optimum regulation in dynamic operation. The dynamic pilot control 250 is therefore provided according to the invention. This dynamic feedforward control, based on a suitable operating parameter, forms a further correction value for influencing the manipulated variable. The differentiating element 260 is preferably used for this. The difference between two values of the operating parameters which are present between two successive injections is determined as the variable. Values which characterize the quantity of fuel to be injected are preferably used as operating parameters for forming the dynamic pilot control. A size relating to the driver's request or a torque size that characterizes the driver's request is particularly suitable. As a result, changes in the injection quantity or the driver's request for the rail pressure control can be detected very early. In addition, too the pump speed can also be used. It is particularly advantageous if the values of two successive injections are used and the quantity request is passed on with a delay to control the injection, i.e. the quantity request for controlling the quantity is only processed when the pilot control has already recognized this change and a corresponding correction of the Has made manipulated variable. This means that the dynamic pilot control 250 changes the manipulated variable even before the control of the injection quantity increases the injection quantity.

Erkennt der D-Anteil 260 eine wesentliche Änderung der Betriebskenngröße, gibt er einen entsprechenden Korrekturwert für die Stellgröße vor. Die Vorgabe dieser Korrekturgröße erfolgt lediglich bei entsprechenden Änderungen der Betriebskenngröße. Dies wird durch den Fensterkomparator 270 gewährleistet. Lediglich wenn die Änderungen größer als ein Schwellwert SW sind, gibt der Fensterkomparator 270 ein Signal an das Schaltmittel 265, das das Ausgangssignal des differenzierenden Elements 260 zur Wirkung kommt. Ist das Signal kleiner als der Schwellenwert SW, so wird der Wert 0 weitergegeben. Mittels des PT1-Gliedes wird gewährleistet, dass nicht abrupt von dem Ausgangssignal des differenzierenden Elementes auf 0 umgeschaltet wird. Erfindungsgemäß wird bei einer Umschaltung auf den Wert 0 das bisherige Ausgangssignal des differenzierenden Elements 260 mittels einer vorgegebenen Funktion, die durch das PT1-Glied festgelegt wird, auf 0 zurück geführt.If the D component 260 detects a significant change in the operating parameter, it specifies a corresponding correction value for the manipulated variable. This correction variable is only specified when there are corresponding changes in the operating parameter. This is ensured by the window comparator 270. Only if the changes are greater than a threshold value SW, the window comparator 270 sends a signal to the switching means 265, which has the effect of the output signal of the differentiating element 260. If the signal is less than the threshold value SW, the value 0 is passed on. The PT1 element ensures that there is no abrupt switchover from the output signal of the differentiating element to 0. According to the invention, when switching to the value 0, the previous output signal of the differentiating element 260 is returned to 0 by means of a predetermined function, which is defined by the PT1 element.

Desweiteren ist vorgesehen, dass bei einem Vorzeichenwechsel am Eingang der differenzierenden Elements 260 dessen Wert sofort gelöscht und ein neuer Ausgangswert in der korrekten Vorsteuerrichtung berechnet wird.Furthermore, it is provided that when the sign changes at the input of the differentiating element 260, its value is immediately deleted and a new output value is calculated in the correct pilot control direction.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wurde bisher am Beispiel der Kraftstoffmenge bzw. einer diese Größe charakterisierende Menge beschrieben. Diese Vorgehensweise ist auch auf andere Betriebskenngrößen anwendbar. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. auf eine die Drehzahl der Brennkraftmaschine charakterisierende Größe. Als solche Größe wird beispielsweise die Drehzahl der Hochdruckpumpe verwendet.The procedure according to the invention has so far been described using the example of the fuel quantity or a quantity characterizing this quantity. This procedure can also be applied to other operating parameters. Application to the speed of the internal combustion engine or to a variable characterizing the speed of the internal combustion engine is particularly advantageous. The speed of the high pressure pump is used as such a variable.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist in Figur 3 näher erläutert.The procedure according to the invention is explained in more detail in FIG. 3.

In einem ersten Schritt 300 wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge QK ermittelt. Im anschließenden Schritt 310 wird die Differenz QKD zwischen dem aktuellen Wert der Kraftstoffmenge QK und dem, bei der vorhergehenden Einspritzung berechneten Wert QKA ermittelt. Im Schritt 320 wird der Betrag QKDB dieser Größe bestimmt. Die sich anschließende Abfrage 330 überprüft, ob der Wert QKDB größer als ein Schwellenwert SW ist. Ist dies der Fall, so wird das Schaltmittel 265 so angesteuert, dass in Schritt 340 das differenzierende Element 260 Durchgriff auf die Stellgröße besitzt. Ist dies nicht der Fall, so wird in Schritt 350 das Schaltmittel 265 derart angesteuert, dass das PT1-Glied Durchgriff auf die Stellgröße besitzt. Dabei ist vorgesehen, dass der Startwert des PT1-Gliedes derart initialisiert wird, dass es den bisherigen Wert des D-Anteiles übernimmt.In a first step 300, the fuel quantity QK to be injected is determined. In the subsequent step 310, the difference QKD between the current value of the fuel quantity QK and the value QKA calculated in the previous injection is determined. In step 320, the amount QKDB of this size is determined. The subsequent query 330 checks whether the value QKDB is greater than a threshold value SW. If this is the case, the switching means 265 is controlled in such a way that in step 340 the differentiating element 260 has access to the manipulated variable. If this is not the case, the switching means 265 is activated in step 350 in such a way that the PT1 element has access to the manipulated variable. It is provided that the start value of the PT1 element is initialized in such a way that it takes on the previous value of the D component.

Eine sich anschließende Abfrage 360 überprüft, ob bei der vorhergehenden Zumessung ein Vorzeichenwechsel bei dem Signal QKD aufgetreten ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 365 der Wert des differenzierenden Elements 260 neu initialisiert. Ist dies nicht der Fall, so wird zum normalen Programmablauf übergegangen, wobei die Kraftstoffzumessung mit dem im vorhergehenden Schritt berechneten Wert QKA in Schritt 370 durchgeführt wird.A subsequent query 360 checks whether a sign change has occurred in the signal QKD during the previous metering. If this is the case, the value of the differentiating element 260 is reinitialized in step 365. If this is not the case, the program proceeds to the normal program sequence, with the fuel metering being carried out with the value QKA calculated in the previous step in step 370.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass neben einer statischen Vorsteuerung, die durch das Kennfeld 200 realisiert wird, einem Regler, der ausgehend von einem Soll-Ist-Vergleich eine Stellgröße vorgibt, zusätzlich eine dynamische Vorsteuerung vorgesehen ist. Alternativ kann auch die statische Vorsteuerung 200 weggelassen werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass diese dynamische Vorsteuerung nur im Großsignalbereich wirkt, d.h., dass die Vorsteuerung nur in ersten Betriebszuständen zur Korrektur der Stellgröße verwendet wird. Diese ersten Betriebszustände liegen vor, wenn sich die Betriebskenngröße um mehr als einen vorgegebenen Wert SW ändert.According to the invention, in addition to a static feedforward control, which is implemented by the characteristic diagram 200, a controller, which specifies a manipulated variable based on a target / actual comparison, a dynamic feedforward control is also provided. Alternatively, the static precontrol 200 can also be omitted. In a particularly advantageous embodiment, it is provided that this dynamic feedforward control only acts in the large signal range, i.e. that the feedforward control is used only in the first operating states to correct the manipulated variable. These first operating states are present when the operating parameter changes by more than a predetermined value SW.

Besonders vorteilhaft ist ferner, dass eine Initialisierung des Differenzierens des Verhalten aufweisenden Elements 260 vorgesehen ist, die derart erfolgt, dass keine ungewollten Sprünge bei der Stellgröße austreten und der gespeicherte Wert nicht die Dynamik in der falschen Richtung stört. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das differenzierende Element 260 im Kleinsignalbereich abgeschaltet ist. Dies wird mit dem Schaltmittel 265 in Verbindung mit dem Fensterkomparator 260 realisiert. Erfolgt eine solche Abschaltung, wird der bestehende Ausgangswert des differenzierenden Element 260 mittels des PT1-Gliedes 265 auf 0 zurück geführt. Dadurch können Sprünge im Ausgangssignal vermieden werden. Ändert sich das Vorzeichen am Eingang, dann wird der Speicher im D-Anteil sofort gelöscht und ein neuer Ausgangswert in der korrekten Vorsteuerrichtung berechnet. Dadurch wird vermieden, dass der Wert des D-Anteils dynamikhemmend wirkt.It is also particularly advantageous that an initialization of the differentiation of the behavioral element 260 is provided in such a way that no undesired jumps occur in the manipulated variable and the stored value does not disturb the dynamics in the wrong direction. It is preferably provided that the differentiating element 260 is switched off in the small signal range. This is realized with the switching means 265 in connection with the window comparator 260. If such a shutdown takes place, the existing output value of the differentiating element becomes 260 returned to 0 by means of the PT1 link 265. This prevents jumps in the output signal. If the sign changes at the input, the memory in the D component is deleted immediately and a new output value is calculated in the correct pilot direction. This avoids that the value of the D component has an anti-dynamic effect.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Betriebskenngrößen die Einspritzmenge, eine die Einspritzmenge charakterisierende Größe, die Pumpendrehzahl, eine die Pumpendrehzahl charakterisierende Größe oder eine dieser Größe entsprechende Größe wie beispielsweise Motordrehzahl als Betriebskenngröße verwendet werden.It is particularly advantageous if the injection quantity, a quantity that characterizes the injection quantity, the pump speed, a quantity that characterizes the pump speed, or a quantity that corresponds to this quantity, such as engine speed, is used as the operating characteristic quantity.

Claims (9)

Verfahren zur Regelung einer Druckgröße einer Brennkraftmaschine, bei dem ausgehend von einem Vergleich zwischen einem Istwert und einem Sollwert eine Stellgröße vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in ersten Betriebszuständen, ausgehend von einer Betriebskenngröße, mittels eines differenzierenden Verhalten aufweisenden Elements ein Wert zur Beeinflussung der Stellgröße vorgebbar ist.Method for regulating a pressure variable of an internal combustion engine, in which, based on a comparison between an actual value and a target value, a manipulated variable can be specified, characterized in that in first operating states, based on an operational parameter, a value for influencing the manipulated variable by means of a differentiating behavior element can be specified. Verfahren nach Anspruch 2, dass die ersten Betriebszustände vorliegen, wenn sich die Betriebskenngröße um mehr als ein Schwellenwert ändert.A method according to claim 2, that the first operating states are present when the operating parameter changes by more than a threshold value. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Druckgröße den Raildruck in ein Common Rail-System charakterisiert.The method of claim 1 or 2, wherein the pressure size characterizes the rail pressure in a common rail system. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße zur Beeinflussung eines Stellgliedes dient, dass die Fördermenge einer Hochdruckpumpe beeinflusst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the manipulated variable serves to influence an actuator that influences the delivery rate of a high pressure pump. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Vorzeichenwechsel der Änderung der Betriebskenngröße der Wert neu berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the value is recalculated when the change in the operating parameter changes in sign. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zweiten Betriebszuständen der Wert mittels eines PT1-Verhaltens aufweisenden Elements auf 0 geführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in second operating states the value is set to 0 by means of an element having PT1 behavior. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Betriebszustände vorliegen, wenn sich die Betriebskenngröße um weniger als den Schwellenwert ändern.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second operating states are present when the operating parameter changes by less than the threshold value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Betriebskenngröße um eine Größe handelt, die die eingespritzte Kraftstoffmenge, das vom Fahrer gewünschte Moment, die Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder die Drehzahl der Hochdruckpumpe charakterisiert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operating parameter is a quantity which characterizes the amount of fuel injected, the torque desired by the driver, the speed of the internal combustion engine and / or the speed of the high-pressure pump. Vorrichtung zur Regelung einer Druckgröße einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Regler ausgehend von einem Vergleich zwischen einem Istwert und einem Sollwert eine Stellgröße vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die in ersten Betriebszuständen, ausgehend von einer Betriebskenngröße, mittels eines differenzierenden Verhalten aufweisenden Elements ein Wert zur Beeinflussung der Stellgröße vorgeben.Device for regulating a pressure variable of an internal combustion engine, in which a controller specifies a manipulated variable based on a comparison between an actual value and a target value, characterized in that means are provided which, in the first operating states, starting from an operating parameter, by means of a differentiating behavior element specify a value to influence the manipulated variable.
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