DE10160311C2 - Verfahren, Computerprogramm, Steuer- und Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, beidem der Kraftstoff von einer elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe gefördert wird, welche einlassseitig mit einem Kraftstoffbehälter und auslassseitig mit einem Druckbereich verbunden ist, wobei ein Istdruck im Druckbereich von einem Drucksensor erfasst und die Kraftstoffpumpe wenigstens zeitweise abhängig vom Istdruck angesteuert wird, und wobei ein Solldruck für den Kraftstoffdruck im Druckbereich gebildet und der Istdruck im Druckbereich durch einen geschlossenen Regelkreis nach dem Solldruck geregelt wird.

Ein solches Verfahren ist aus der JP 10318070 A bekannt. Diese zeigt eine Brennkraftmaschine mit Saugrohreinspritzung. Der Kraftstoff wird von einer elektrischen Kraftstoffpumpe aus einem Kraftstoffbehälter in einen Druckbereich gefördert, an den wiederum ein Kraftstoff-Einspritzventil angeschlossen ist. Dieses ist in einem Saugrohr der, Brennkraftmaschine angeordnet. Auf diese Weise kann der Kraftstoff über das Kraftstoff-Einspritzventil in das Saugrohr und von dort in die Brennräume der Brennkraftmaschine gelangen.

Der Druck in dem Druckbereich wird von einem Drucksensor erfasst und von einem geschlossenen Regelkreis durch eine entsprechende Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe eingestellt.

Ein anderes Verfahren ist von Brennkraftmaschinen her bekannt, welche mit Benzindirekteinspritzung arbeiten. Bei diesen Brennkraftmaschinen wird der Kraftstoff von einer elektrischen Kraftstoffpumpe, welche auch als Vorförderpumpe bezeichnet wird, aus dem Kraftstoffbehälter in einen Druckbereich gefördert, von dem er zu einer im allgemeinen mechanisch angetriebenen Hochdruck-Kraftstoffpumpe (Hauptförderpumpe) gelangt. Diese fördert den Kraftstoff weiter in eine Kraftstoff-Sammelleitung ("rail"), an welche mehrere Injektoren angeschlossen sind, und in der der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Die Injektoren spritzen den Kraftstoff jeweils direkt in entsprechende Brennräume der Brennkraftmaschine ein.

In dem letztgenannten Fall ist die elektrische Kraftstoffpumpe und der stromabwärts von dieser angeordnete Druckbereich als sog. "Konstant-Drucksystem" ausgelegt. Bei diesem ist der Druckbereich über einen mechanischen Druckregler mit dem Kraftstoffbehälter verbunden. Im Normalbetrieb fördert die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe den Kraftstoff kontinuierlich und mit maximaler Förderleistung. Jene Kraftstoffmenge, welche bei Systemen mit Saugrohreinspritzung vom Einspritzventil nicht in das Saugrohr eingespritzt wird, und welche bei Systemen mit Benzindirekteinspritzung nicht von der Hochdruckpumpe weiter gefördert wird, fließt bei den bekannten Brennkraftmaschinen bzw. den bekannten Verfahren über den mechanischen Druckregler zurück in den Kraftstoffbehälter.

Da die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe ständig mit maximaler Förderleistung läuft, ist sichergestellt, dass der Druck im Druckbereich auch dann, wenn von dem Injektor bzw. den Injektoren die maximal mögliche Kraftstoffmenge angefordert wird, immer auf dem gewünschten Niveau bleibt.

Bekannt sind auch bedarfsgesteuerte Kraftstoffsysteme. Bei diesen handelt es sich auch um Konstant-Drucksysteme, bei denen durch die Ansteuerung eines mechanischen Druckreglers der Druck im Druckbereich auf einen konstanten Wert eingestellt wird. Hierdurch läuft die Kraftstoffpumpe nicht mehr ständig mit maximaler Förderleistung, sondern wird dem aktuellen Bedarf der Brennkraftmaschine entsprechend angesteuert. Überschüssiger Kraftstoff strömt weiterhin über den mechanischen Druckregler zurück in den Tank. Die Anpassung der Förderleistung der Kraftstoffpumpe an den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bewirkt aufgrund der möglichen Leistungsreduzierung der Kraftstoffpumpe eine Kraftstoffersparnis der Brennkraftmaschine.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass der Druck im Druckbereich besonders exakt eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in einer Vorsteuerung eine mindestens vom Solldruck abhängige Vorsteuerleistung für die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe ermittelt wird, und dass die Vorsteuerleistung einen Anteil umfasst, welcher, insbesondere mittels eines Kennfelds, aus dem Solldruck und einem vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängigen Kraftstoff- Volumenstrom ermittelt wird.

Vorteile der Erfindung

Eine Vorsteuerung ermöglicht eine besonders rasche Anpassung von Führungsgrößen- und Störgrößenänderungen. Durch die Verwendung einer Vorsteuerung werden die Regeleingriffe vom Umfang her minimiert, so dass bspw. bei Änderungen des Solldrucks durch die Regelung verursachte Unter- und/oder Überschwinger kleiner ausfallen oder sogar gänzlich unterbleiben. Die Einstellung des gewünschten Druckes im Druckbereich ist bei diesem Verfahren also mit besonders hoher Präzision möglich. Möglich ist dabei auch eine Ermittlung der Vorsteuerleistung zusätzlich abhängig vom Betriebspunkt (bspw. Drehzahl, Last) der Brennkraftmaschine.

Die Verwendung einerseits des Solldrucks und andererseits eines vom Betriebspunkt abhängigen Kraftstoff-Volumenstroms zur Bildung de Vorsteuerleistung ermöglicht eine sehr präzise Abbildung der von der elektrischen Kraftstoffpumpe zu erbringenden Förderleistung. Der Vorteil eines Kennfelds liegt darin, dass es softwaretechnisch leicht zu realisieren ist. Der Kraftstoff-Volumenstrom kann dabei leicht bspw. aus der Drehzahl und der relativen Kraftstoffmasse, welche für die gewünschte Leistung der Brennkraftmaschine erforderlich ist, ermittelt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Kraftstoff-Volumenstrom einen Anteil umfasst, welcher dem Volumenstrom entspricht, der von einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung in den Brennraum gelangt, und einen vom Solldruck abhängigen Anteil umfasst, welcher dem Volumenstrom entspricht, der über ein Druckentlastungsventil aus dem Druckbereich zum Kraftstoffbehälter strömt. Ein solches Druckentlastungsventil ist im Allgemeinen vorhanden, um eine Druckentlastung des Kraftstoffsystems beispielsweise in Betriebsphasen der Brennkraftmaschine mit Schubabschaltung, ein Aufrechterhalten des Kraftstoffdruckes bei abgeschalteter Brennkraftmaschine, und eine Grundlast für die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe zu schaffen bzw. bereitzustellen. Ggf. kann mit der vom Druckentlastungsventil überströmenden Kraftstoffmenge ein Kraftstoffstrom zum Kraftstoffbehälter zurück geschaffen werden, durch den eine Saugstrahlpumpe angetrieben wird, die im Kraftstoffbehälter angeordnet ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieser Kraftstoffstrom berücksichtigt, was die Präzision bei der Bestimmung der Vorsteuerleistung nochmals verbessert.

In die gleiche Richtung zielt auch jene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Anteil am Volumenstrom, welcher dem Volumenstrom entspricht, der über ein Druckentlastungsventil aus dem Druckbereich zum Kraftstoffbehälter strömt, zu Null gesetzt wird, wenn der Druck im Druckbereich kleiner als der Öffnungsdruck des Druckentlastungsventils ist. Dabei liegt der Öffnungsdruck des Druckentlastungsventils bei Saugrohreinspritzung im Allgemeinen unterhalb des normalen Systemdrucks, wohingegen er bei Kraftstoff-Direkteinspritzung zumeist oberhalb des angetriebenen Kraftstoffpumpen, welche bei gleicher Ansteuerleistung zu unterschiedlichen Förderleistungen an sich identischer Kraftstoffpumpen führen, kompensiert werden können. Der Druck im Druckbereich kann durch diese erfindungsgemäße Maßnahme daher besonders exakt eingestellt werden.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass in einer Vorsteuerung eine mindestens vom Solldruck abhängige Vorsteuerleistung für die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe ermittelt wird. Eine derartige Vorsteuerung ermöglicht eine besonders rasche Anpassung von Führungsgrößen- und Störgrößenänderungen. Durch die Verwendung einer Vorsteuerung werden die Regeleingriffe vom Umfang her minimiert, so dass bspw. bei Änderungen des Solldrucks durch die Regelung verursachte Unter- und/oder Überschwinger kleiner ausfallen oder sogar gänzlich unterbleiben. Die Einstellung des gewünschten Druckes im Druckbereich ist bei diesem Verfahren also mit noch besserer Präzision möglich. Möglich ist dabei auch eine Ermittlung der Vorsteuerleistung zusätzlich abhängig vom Betriebspunkt (bspw. Drehzahl, Last) der Brennkraftmaschine.

In vorteilhafter Ausgestaltung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Vorsteuerleistung einen Anteil umfasst, welcher, insbesondere mittels eines Kennfelds, aus dem Solldruck und einem vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängigen Kraftstoff-Volumenstrom ermittelt wird. Der Vorteil eines Kennfelds liegt darin, dass es softwaretechnisch leicht zu realisieren ist. Die Verwendung einerseits des Solldrucks und andererseits eines vom Betriebspunkt abhängigen Kraftstoff-Volumenstroms ermöglicht eine sehr präzise Abbildung der von der elektrischen Kraftstoffpumpe zu erbringenden Förderleistung. Der Kraftstoff-Volumenstrom kann dabei leicht bspw. aus der Drehzahl und der relativen Kraftstoffmasse, welche für die gewünschte Leistung der Brennkraftmaschine erforderlich ist, ermittelt werden.

Dabei ist es möglich, dass der Kraftstoff-Volumenstrom einen Anteil umfasst, welcher dem Volumenstrom entspricht, der von einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung in den Brennraum gelangt, und einen vom Solldruck abhängigen Anteil umfasst, welcher dem Volumenstrom entspricht, der über ein Druckentlastungsventil aus dem Druckbereich zum Kraftstoffbehälter strömt. Ein solches Druckentlastungsventil ist im Allgemeinen vorhanden, um eine Druckentlastung des Kraftstoffsystems beispielsweise in Betriebsphasen der Brennkraftmaschine mit Schubabschaltung, ein Aufrechterhalten des Kraftstoffdruckes bei abgeschalteter Brennkraftmaschine, und eine Grundlast für die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe zu schaffen bzw. bereitzustellen. Ggf. kann mit der vom Druckentlastungsventil überströmenden Kraftstoffmenge ein Kraftstoffstrom zum Kraftstoffbehälter zurück geschaffen werden, durch den eine Saugstrahlpumpe angetrieben wird, die im Kraftstoffbehälter angeordnet ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieser Kraftstoffstrom berücksichtigt, was die Präzision bei der Bestimmung der Vorsteuerleistung nochmals verbessert.

In die gleiche Richtung zielt auch jene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Anteil am Volumenstrom, welcher dem Volumenstrom entspricht, der über ein Druckentlastungsventil aus dem Druckbereich zum Kraftstoffbehälter strömt, zu Null gesetzt wird, wenn der Druck im Druckbereich kleiner als der Öffnungsdruck des Druckentlastungsventils ist. Dabei liegt der Öffnungsdruck des Druckentlastungsventils bei Saugrohreinspritzung im Allgemeinen unterhalb des normalen Systemdrucks, wohingegen er bei Kraftstoff-Direkteinspritzung zumeist oberhalb des normalen Systemdrucks liegt. In letzterem Fall ist die Überströmmenge des Druckenlastungsventils im Normalfall immer gleich Null, es strömt also kein Kraftstoff aus dem Druckbereich über das Druckentlastungsventil zum Kraftstoffbehälter zurück.

Vorgesehen ist auch, dass der Kraftstoff-Volumenstrom einen Anteil umfasst, welcher einem Volumenstrom entspricht, der von einem zeitlichen Druckgradienten in einer Kraftstoff- Sammelleitung und dem Volumen der Kraftstoff-Sammelleitung und dem Elastizitätsmodul des Kraftstoffs abhängt. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren also bei Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung eingesetzt. Um im Niederdruckbereich des entsprechenden Kraftstoffsystems Drucküber- oder unterschwinger minimieren oder vermeiden zu können (dies ist besonders bei kleinen Kraftstoffmengen vorteilhaft), wird in der Vorsteuerung die Massenbilanz zwischen Hochdruck- und Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems berücksichtigt. Hierdurch wird die Präzision bei der Bestimmung der Vorsteuerleistung verbessert.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch vorgeschlagen, dass die Vorsteuerleistung einen Anteil umfasst, welcher nur von der Änderung der aktuellen Last, insbesondere der Änderung der aktuell einzuspritzenden Kraftstoffmasse, abhängt. Diese "Lastdynamikanpassung" der Vorsteuerleistung ermöglicht eine äußerst rasche Anpassung der Förderleistung der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe bei einer raschen Änderung der vom Benutzer der Brennkraftmaschine gewünschten Leistung der Brennkraftmaschine. Über- oder Unterschwinger des Istdrucks im Druckbereich, welche bei einer solchen raschen Leistungsänderung durch die Regelung des Drucks im Druckbereich verursacht werden könnten, werden hierdurch reduziert.

Diese "Lastdynamikanpassung" kann dadurch einfach realisiert werden, dass die aktuelle Last in einen Tiefpassfilter eingespeist und die Differenz zwischen der aktuellen Last und dem Ausgang des Tiefpassfilters gebildet wird, und dass aus der Differenz, insbesondere mittels einer Kennlinie, der Anteil der Vorsteuerleistung gebildet wird, der nur von der aktuellen Änderung der Last abhängt.

Analog hierzu wird auch vorgeschlagen, dass die Vorsteuerleistung einen Anteil umfasst, der nur von einer aktuellen Änderung des Solldrucks abhängt. Diese "Solldruckanpassung" der Vorsteuerleistung ermöglicht eine rasche Anpassung der Förderleistung der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe bei einer raschen Änderung des Solldrucks. Diese kann z. B. bei einer raschen Änderung des Betriebspunktes (bspw. Drehzahl, Last, etc.) der Brennkraftmaschine eintreten. Die Vorteile entsprechen denen der o. g. "Lastdynamikanpassung".

Analog zur "Lastdynamikanpassung" kann der aktuelle Solldruck in einen Tiefpassfilter eingespeist und die Differenz zwischen dem aktuellen Solldruck und dem Ausgang des Tiefpassfilters gebildet werden, und es kann aus der Differenz, insbesondere mittels einer Kennlinie, der Anteil der Vorsteuerleistung gebildet werden, der nur von der aktuellen Änderung des Solldrucks abhängt. Auch dies ist einfach zu realisieren und ermöglicht eine sehr genaue Bestimmung der Vorsteuerleistung.

Vorgeschlagen wird auch, dass die Vorsteuerleistung einen Anteil umfasst, der zu Beginn des Startvorgangs der Brennkraftmaschine der Differenz zwischen der maximal zulässigen Ansteuerleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe und der aus dem Volumenstrom der elektrischen Kraftstoffpumpe und dem Solldruck gebildeten Vorsteuerleistung entspricht und dann kleiner wird, und der am Ende des Startvorgangs zu Null gesetzt wird. Hierdurch wird die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine mit maximaler Leistung angesteuert, so dass der Druck im Druckbereich so schnell wie möglich aufgebaut wird. Hierdurch wird die Startqualität erhöht, die Abgasemission reduziert und der Startvorgang der Brennkraftmaschine verkürzt und letztlich der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine gesenkt.

Ein solches Verfahren ist softwaretechnisch leicht zu realisieren, wenn aus der Differenz zwischen dem Istdruck und dem Solldruck, insbesondere mittels einer Kennlinie, eine Zeitkonstante eines Tiefpassfilters gebildet wird, und wenn der Tiefpassfilter mit der Differenz zwischen der maximal zulässigen Ansteuerleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe und dem Anteil der Ansteuerleistung initialisiert wird, welcher aus dem Volumenstrom ermittelt wird, der über das Druckentlastungsventil aus dem Druckbereich zum Kraftstoffbehälter strömt.

Zur Kraftstoffeinsparung wird bei modernen Brennkraftmaschinen die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine unterbrochen. Um in diesem Fall bei nicht überströmtem Druckentlastungsventil (Öffnungsdruck des Druckentlastungsventils größer als der Systemdruck) einen unzulässigen Anstieg des Kraftstoffdrucks im Druckbereich zu verhindern und um, beim Wiedereinsetzen der Kraftstoffeinspritzung in die Brennräume, einen regelungsbedingten Unterschwinger des Drucks zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine mindestens bei aktivierter Schubabschaltung der Integrator des PI-Reglers zurückgesetzt oder angehalten, der Ausgang des PI-Reglers auf Null gesetzt oder der Integrator angehalten und die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe nicht oder mit einer konstanten Leistung derart angetrieben wird, dass sie im Wesentlichen keinen Kraftstoff fördert.

Bei aktivierter Schubabschaltung erfolgt keine Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume und, im Falle von Benzindirekteinspritzung, keine Förderung von Kraftstoff durch die Hochdruckpumpe. Der im Druckbereich befindliche Kraftstoff erwärmt sich und dehnt sich in der Folge aus. Hierdurch kann der Druck ggf. bis zum Öffnungsdruck des Druckentlastungsventils ansteigen. Beim Wiedereinsetzen des normalen Betriebs kann es einige Sekunden dauern, bis der vorgegebene Solldruck wieder erreicht wird, denn der Druck im System wird nur durch die Einspritzungen abgebaut.

Jener Druckanstieg, welcher durch das Aufheizen des Kraftstoffs verursacht wird, ist nicht zu vermeiden. Der Integrator des Reglers wird bei aktivierter Schubabschaltung resetiert bzw. angehalten und die Ansteuerleistung reduziert bzw. auf Null gesetzt, weil sonst der Druck im Druckbereich in Folge der Wärmedehnung des Kraftstoffs ansteigen und der Regler nun versuchen würde, diesem Zustand entgegenzuwirken, und zwar so lange, bis die Ansteuerleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe Null ist.

Der Integrator des Reglers hätte sich in einem solchen Fall bis zu einem sehr großen negativen Wert aufintegriert, so dass es bei der Deaktivierung der Schubabschaltung zu einem großen Unterschwinger im Drucksignal käme. Durch das Resetieren bzw. Anhalten des Reglers und durch das Nichtansteuern der elektrischen Kraftstoffpumpe bei aktivierter Schubabschaltung wird ein Unterschwinger des Istdrucks nach der Deaktivierung der Schubabschaltung vermieden. Ferner wird die Zeit bis zum Wiedererreichen des Solldrucks verkürzt.

Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn die obigen Maßnahmen nur dann durchgeführt werden, wenn zusätzlich der Istdruck gleich wie oder größer als ein bestimmter Wert ist. Dies bedeutet, dass dann, wenn Schubabschaltung vorliegt und der Istdruck einen bestimmten Wert mindestens erreicht (und wenn das Druckentlastungsventil geschlossen ist), die Regelung ausgeschaltet wird. Die Regelung setzt wieder ein, sobald der Istdruck einen (anderen) bestimmten Wert unterschreitet.

Insgesamt ist vorteilhaft, wenn der Solldruck von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere von einer Betriebstemperatur und/oder der Drehzahl der Kurbelwelle und/oder einer relativen Luftfüllung, abhängt. Die Berücksichtigung der Betriebstemperatur ermöglicht die Einstellung eines Solldrucks, welcher bspw. bei heißer Brennkraftmaschine und/oder heißem Kraftstoff den Start derselben erleichtert.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der Vorsteuerung eine Adaption der Vorsteuerleistung auf die individuell verwendete elektrische Kraftstoffpumpe durchgeführt. Diese Adaption erfolgt vorzugsweise innerhalb gewisser Plausibilitätsgrenzen. Die Vorsteuerleistung wird somit an die Förderleistung der individuellen elektrischen Kraftstoffpumpe bei entsprechendem Systemdruck adaptiert. Die Unterschiede von einem Exemplar einer elektrischen Kraftstoffpumpe zu einem anderen Exemplar liegen in der Förderleistung und sind bedingt durch Bauteil- und Fertigungstoleranzen. Die Adaption erhöht die Präzision der Vorsteuerung und verbessert die Dynamik und die Diagnosemöglichkeiten des Kraftstoffversorgungssystems.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, welches so programmiert ist, dass bei seiner Durchführung Kraftstoff von einer elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe gefördert wird, welche einlassseitig mit einem Kraftstoffbehälter und auslassseitig mit einem Druckbereich verbunden ist, ein Istdruck im Druckbereich von einem Drucksensor erfasst und die Kraftstoffpumpe wenigstens zeitweise abhängig vom Istdruck angesteuert wird, und ein Solldruck für den Kraftstoffdruck im Druckbereich gebildet wird, und der Istdruck im Druckbereich durch einen geschlossenen Regelkreis nach dem Solldruck geregelt wird. Es wird vorgeschlagen, dass das Computerprogramm so programmiert ist, dass bei seiner Durchführung in einer Vorsteuerung eine mindestens vom Solldruck abhängige Vorsteuerleistung für die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe ermittelt wird, wobei die Vorsteuerleistung einen Anteil umfasst, welcher, insbesondere mittels eines Kennfelds, aus dem Solldruck und einem vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängigen Kraftstoff- Volumenstrom ermittelt wird.

Erfindungsgemäß kann auch ein elektrisches Speichermedium für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine vorgesehen sein, auf dem ein Computerprogramm der obigen Art abgespeichert ist.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuer- und/oder Regelgerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Um im Betrieb der Brennkraftmaschine Kraftstoff zu sparen, wird vorgeschlagen, dass das Steuer- und Regelgerät zur Anwendung in einem Verfahren der obigen Art programmiert ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem, mit einem Kraftstoffbehälter, mit einer elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe, welche einlassseitig mit dem Kraftstoffbehälter und auslassseitig mit einem Druckbereich verbunden ist, und mit einem Drucksensor, welcher den von der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe im Druckbereich erzeugten Druck erfasst.

Um bei einer solchen Brennkraftmaschine Kraftstoff einzusparen, wird vorgeschlagen, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerät der obigen Art umfasst.

Zeichnung

Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einer elektrischen Kraftstoffpumpe;

Fig. 2 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Betrieb der elektrischen Kraftstoffpumpe der Brennkraftmaschine von Fig. 1 darstellt, wobei das Verfahren eine Vorsteuerung und einen PI-Regler umfasst;

Fig. 3 ein Flussdiagramm, welches den Ablauf der Vorsteuerung des Verfahrens von Fig. 2 darstellt;

Fig. 4 ein Flussdiagramm, welches in detaillierter Form die Vorsteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe entsprechend der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Verfahren darstellt;

Fig. 5 ein Flussdiagramm, in dem die Initialisierung eines Tiefpassfilters dargestellt ist, welcher bei dem in Fig. 4 dargestellten Verfahren eingesetzt wird;

Fig. 6 ein Flussdiagramm, welches die PI-Regelung des in Fig. 2 dargestellten Verfahrens darstellt;

Fig. 7 ein Diagramm, in dem ein möglicher Verlauf der relativen Kraftstoffmasse über der Zeit dargestellt ist;

Fig. 8 ein Diagramm, in dem ein Kraftstoff- Volumenstrom über der Zeit dargestellt ist;

Fig. 9 ein Diagramm, in dem ein lastabhängiger Anteil einer Vorsteuerleistung über der Zeit dargestellt ist;

Fig. 10 ein Diagramm, in dem eine Gesamt- Vorsteuerleistung über der Zeit dargestellt ist;

Fig. 11 ein Diagramm, in dem eine Drehzahl der elektrischen Kraftstoffpumpe über der Zeit dargestellt ist; und

Fig. 12 ein Diagramm, in dem eine Reglerleistung über der Zeit dargestellt ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst mehrere Brennräume, von denen in Fig. 1 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 dargestellt ist. Über ein Einlassventil 14 kann der Brennraum 12 mit einem Saugrohr 16 verbunden werden. Im Saugrohr 16 ist eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 angeordnet. Stromaufwärts von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 befinden sich im Saugrohr noch eine Drosselklappe 20 und ein als Heißfilmsensor ("HFM-Sensor") ausgebildeter Luftmassenmesser 22. Über ein Auslassventil 24 kann der Brennraum 12 mit einem Abgasrohr 26 verbunden werden. Ein sich im Brennraum 12 befindliches Kraftstoff-Luft-Gemisch wird von einer Zündkerze 28 gezündet. Diese wird von einem Zündsystem 30 angesteuert.

Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 ist Teil eines Kraftstoffsystems 32. Dieses umfasst einen Kraftstoffbehälter 34, aus dem eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe 36 den Kraftstoff in eine Kraftstoffleitung 38 fördert, welche zur Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 führt. Stromabwärts von der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe 36 ist die Kraftstoffleitung 38 mit einem Druckentlastungsventil 40 verbunden. Von diesem führt eine Leitung (ohne Bezugszeichen) zu einer Saugstrahlpumpe 42, die im Bereich des Kraftstoffbehälters 34 angeordnet ist. Die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe 36, das Überstromventil 40 und die Saugstrahlpumpe 42 können auch als ein gemeinsames Modul im Kraftstoffbehälter 34 ausgebildet sein.

Der in der Kraftstoffleitung 38 herrschende Kraftstoffdruck wird von einem Drucksensor 44 erfasst, welcher ebenfalls Teil des obigen gemeinsamen Moduls sein kann. Er liefert entsprechende Signale an ein Steuer- und Regelgerät 46. Dieses erhält auch Signale von dem HFM-Sensor 22 sowie von einem Drehzahlsensor 48, der die Drehzahl einer Kurbelwelle 50 der Brennkraftmaschine 10 abgreift. Ferner werden dem Steuer- und Regelgerät 46 Signale von einem Temperatursensor 52 zugeführt, welcher die Temperatur eines Motorblocks (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 10 erfasst. Auch ein Stellungsgeber 54, welcher die Stellung eines Gaspedals 56 erfasst, ist mit dem Steuer- und Regelgerät 46 verbunden.

Ausgangsseitig steuert das Steuer- und Regelgerät 46 u. a. das Zündsystem 30, die Drosselklappe 20 und die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 18 an. Ferner wird auch die Ansteuerleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe 36 vom Steuer- und Regelgerät 46 eingestellt. Dies geschieht durch die Ansteuerung eines Taktmoduls 58, welcher ein Tastverhältnis ausgibt. Die Variation der Ansteuerleistung der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe 36 erfolgt also durch Pulsweitenmodulation (PWM).

Bei der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine wird der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 38 nach einem Sollwert geregelt. Der Sollwert hängt wiederum von den aktuellen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 10 ab, insbesondere von der vom Temperatursensor 52 erfassten Temperatur, der vom Drehzahlsensor 58 erfassten Drehzahl der Kurbelwelle 50 und von der vom HFM-Sensor 22 erfassten Luftfüllung. Die Regelung des Drucks in der Kraftstoffleitung 38 erfolgt durch eine entsprechende Variation der Spannung (und somit letztlich der Drehzahl bzw. des Drehmoments) der elektrischen Kraftstoffpumpe 36. Das Regelprinzip wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 im Detail erläutert:
In Fig. 2 wird in einem Block 60 der Istdruck pist in der Kraftstoffleitung 38 erfasst. Das entsprechende Signal wird vom Drucksensor 44 bereitgestellt. In der Istdruckerfassung 60 wird das vom Drucksensor 44 gelieferte Spannungssignal über beispielsweise zehn Messwerte gemittelt und dieser gemittelte Spannungswert über eine Spannungs-Drucklinie des Drucksensors 44 in einen Druckrohwert umgewandelt. In einem Block 62 wird der Druckrohwert gefiltert, was einen Istdruck pist erzeugt, und dieser einem PI-Regler (Block 64) zugeführt.

Die Signale des HFM-Sensors 22, des Drehzahlsensors 48, des Temperatursensors 52, und des Stellungsgebers 54 werden in einem Block 66 zur Berechnung eines Solldrucks psoll verwendet. Dieser wird ebenfalls dem PI-Regler 64 zugeführt. Entsprechend der Differenz zwischen Solldruck psoll und Istdruck pist wird im PI-Regler 64 eine Reglerleistung rgl bestimmt. Dies geschieht, wie bereits oben ausgeführt worden ist, in Form eines bestimmten Tastverhältnisses. Der Solldruck psoll und die Signale der Sensoren 22, 48, 52 und 54 werden aber auch im Block 68 zur Erzeugung einer Vorsteuerleistung vsl verwendet. Beides wird in einen Softwareblock 57 "Ansteuerung Taktmodul" eingespeist, welcher das als Hardware vorliegende Taktmodul 58 über eine PWM-Endstufe des Steuergeräts 46 ansteuert.

Die einzelnen Funktionen innerhalb des Blocks 68 sind stärker detailliert in Fig. 3 aufgezeichnet:
In einem Block 70 wird ein Kraftstoff-Volumenstrom vol bestimmt. Bei diesem Kraftstoff-Volumenstrom vol handelt es sich um jenen Volumenstrom, welcher insgesamt von der elektrischen Kraftstoffpumpe 36 gefördert werden soll. Die Eingangsgrößen im Block 70 sind die Drehzahl nmot, die vom Drehzahlsensor 48 bereitgestellt wird, eine relative Kraftstoffmasse rk, welche in einem Block 72 abhängig von der Luftfüllung rl bestimmt wird, die wiederum vom gewünschten Drehmoment bzw. von der vom Stellungsgeber 54 festgestellten Position des Gaspedals 56 abhängt und vom HFM-Sensor 22 erfasst wird, und von einer konstanten C1, welche im Block 74 bereitgestellt wird.

Die Solldruckberechnung im Block 66 basiert im Wesentlichen auf der Drehzahl nmot, die vom Drehzahlsensor 48 bereitgestellt wird, auf einer relativen Luftfüllung, rl, die vom HFM-Sensor 22 bestimmt wird, sowie der Temperatur tmot der Brennkraftmaschine, die vom Temperatursensor 52 bereitgestellt wird. Es wird angemerkt, dass der im Block 70 verwendete Sollwert für den Druck einer Gradientenbegrenzung unterworfen sein kann, um große Änderungen des Sollwerts zu vermeiden. Eine solche Gradientenbegrenzung ist abhängig von der maximalen Dynamik des Systems und verbessert die Qualität der Regelung. Der Kraftstoff-Volumenstrom vol und der Solldruck psoll werden in ein Kennfeld (Block 76) eingespeist, in dem eine Vorsteuerleistung vslroh ermittelt wird.

In 78 wird hierzu eine Vorsteuerleistung vslrk addiert, die im Block 80 bestimmt wurde. Wie weiter unten im Detail erläutert ist, wird mit dieser Vorsteuerleistung vslrk die Vorsteuerleistung bei einer hohen Lastdynamik angepasst. In 82 wird eine Vorsteuerleistung vslpsoll addiert, die im Block 84 ermittelt wurde. Bei dieser Vorsteuerleistung vslpsoll handelt es sich um eine Anpassung der Vorsteuerleistung bei starker Solldruckdynamik. Auch hierauf wird weiter unten noch im Detail eingegangen. Es wird darauf hingewiesen, dass an Stelle der Solldruckdynamikanpassung im Block 84 im Regler 64 auch ein Differentialanteil vorgesehen werden kann. Schließlich wird in 86 ein Anteil vslstart addiert, welcher im Block 88 bestimmt wurde. Diese Vorsteuerleistung vslstart spielt beim Starten der Brennkraftmaschine oder bei einem Vorlauf der elektrischen Kraftstoffpumpe eine Rolle.

In Fig. 4 sind die Funktionen des Vorsteuerblocks 68 nochmals detaillierter dargestellt. Zunächst werden die Funktionen des Blocks 70, in dem der Kraftstoff- Volumenstrom vol ermittelt wird, im Detail erläutert:
Ein erster Anteil vol1 des Kraftstoff-Volumenstroms vol wird durch die Multiplikation der Drehzahl nmot mit der Konstanten C1 und der relativen Kraftstoffmasse rk im Multiplikator 90 ermittelt. Beim Anteil vol1 handelt es sich um jenen Kraftstoff-Volumenstrom, welcher durch die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 in den Brennraum 12 der Brennkraftmaschine 10 gelangt. Zu diesem wird in 92 ein zweiter Anteil vol2 addiert. Dieser wird wiederum aus einer Kennlinie 94 ermittelt, welche mit dem Solldruck psoll adressiert wird. Beim Kraftstoff-Volumenstrom vol2 handelt es sich um jenen Volumenstrom, welcher aus der Kraftstoffleitung 38 über das Druckentlastungsventil 40 zur Saugstrahlpumpe 42 bzw. zurück in den Kraftstoffbehälter 34 strömt. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel (Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkeinspritzung) wird noch ein dritter Volumenstrom addiert. Dieser entspricht jenem Volumenstrom, der von einem zeitlichen Druckgradienten in einer Kraftstoff-Sammelleitung, dem Volumen der Kraftstoff-Sammelleitung und einem Elastizitätsmodul des Kraftstoffs abhängt. Somit wird in der Vorsteuerung auch die Massenbilanz zwischen einem Hochdruck- und einem Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems berücksichtigt.

Da jedoch nur dann Kraftstoff über das Druckentlastungsventil 40 strömt, wenn der Druck in der Kraftstoffleitung 38 größer ist als der Öffnungsdruck des Druckentlastungsventils 40, ist zwischen der Kennlinie 94 und dem Additionsblock 92 ein Schalter 96 vorhanden. Dessen Schaltstellung hängt von einem "Codewort" ab (in Fig. 4 nicht dargestellt), welches wiederum davon abhängt, ob das Druckentlastungsventil 40 überströmt wird oder nicht. Liegt der Öffnungsdruck des Druckentlastungsventils 40 oberhalb des maximalen Systemdrucks, wird das Druckentlastungsventil 40 nicht überströmt. Der Volumenstrom vol2 wird daher vom Schalter 96 zu Null gesetzt. Andernfalls ist vol2 der Ausgang der Kennlinie 94, in die der Solldruck psoll eingespeist wird. Die Überströmmenge vol2 hängt dann vom Solldruck psoll ab. Die Summe aus den Anteilen vol1 und vol2 (sowie des oben genannten dritten Anteils im Falle einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung) ergibt den insgesamt von der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe 36 zu fördernden Kraftstoff-Volumenstrom vol.

Nun werden die Funktionen des Blocks 80 erläutert, in dem jener Anteil vslrk ermittelt wird, durch den bei der Vorsteuerleistung vsl eine starke Dynamik der Last berücksichtigt werden kann. Hierzu wird die relative Kraftstoffmasse rk in einen Tiefpassfilter 98 eingespeist. Der Ausgang des Tiefpassfilters 98 wird in 100 von der relativen Kraftstoffmasse rk abgezogen. Diese Differenz wird in eine Kennlinie 102 eingespeist, welche den Anteil vslrk der Ansteuerleistung ausgibt.

Die Wirkung des Blocks 80 ist folgende: Kommt es bspw. auf Grund einer plötzlichen Leistungsanforderung durch den Benutzer zu einem Sprung des Werts der relativen Kraftstoffmasse rk, ergibt sich in 100 zunächst eine relativ große Differenz, welche, entsprechend der Zeitkonstanten des Tiefpassfilters 98, exponentiell kleiner wird. Eine schlagartige Erhöhung oder Erniedrigung der einzuspritzenden Kraftstoffmasse rk führt somit sofort zu einer Erhöhung bzw. Absenkung der Vorsteuerleistung, die dann allmählich wieder abklingt. Auf den Vorteil dieses Vorgehens im Zusammenhang mit der Regelung im PI-Regler 64 wird weiter unten bei der Erläuterung der Fig. 7 bis 12 im Detail eingegangen.

Analog zum Block 80 wird im Block 84 der Solldruck psoll in einen Tiefpassfilter 104 eingespeist. Die Differenz zwischen dem Ausgang des Tiefpassfilters 104 und dem Solldruck psoll wird in 106 gebildet. Das Ergebnis wird in eine Kennlinie 108 eingespeist, die die Differenz in einen Anteil vslpsoll der Vorsteuerleistung umwandelt. Die Funktion des Blockes 84 ist analog zu der des Blockes 80.

Die Funktion des Blockes 88, in dem der Anteil vslstart der Vorsteuerleistung für den Start der Brennkraftmaschine 10 ermittelt wird, wird nun im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 im Detail erläutert: Danach wird in 110 die Differenz zwischen dem Solldruck psoll und dem Istdruck pist in der Kraftstoffleitung 38 gebildet. Die Differenz wird in eine Kennlinie 112 eingespeist. Durch diese wird die Differenz in eine Zeitkonstante T eines Tiefpassfilters 114 umgewandelt.

Die Adressierung des Tiefpassfilters 114 ist in Fig. 5 dargestellt: Danach wird der Solldruck psoll in die bereits aus Fig. 4 im Zusammenhang mit Block 70 bekannte Kennlinie 94 eingespeist. Beim Ergebnis vol2 handelt es sich um jenen Volumenstrom, welcher über das Druckentlastungsventil 40 aus der Kraftstoffleitung 38 zum Kraftstoffbehälter 34 zurückströmt. Da beim Starten der Brennkraftmaschine die Drehzahl nmot nur sehr gering ist, entspricht der Kraftstoff-Volumenstrom vol2 dem Gesamt-Kraftstoff- Volumenstrom vol, welcher über die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 18 in die Brennräume 12 der Brennkraftmaschine 10 gelangt.

Dieser Kraftstoff-Volumenstrom vol wird ebenso wie der Solldruck psoll in das aus den Fig. 3 und 4 bekannte Kennfeld 76 eingespeist, welches eine Roh-Vorsteuerleistung vslroh ausgibt. In 116 wird nun die Differenz zwischen dieser Roh-Vorsteuerleistung vslroh und einer maximal zulässigen Ansteuerleistung aslmax für die elektrische Kraftstoffpumpe 36 gebildet. Die maximal zulässige Ansteuerleistung aslmax (diese wird durch ein Tastverhältnis ausgedrückt) ist abhängig von der Kennlinie des verwendeten Taktmoduls 58 und in einem Speicher 118 abgelegt. Der Tiefpassfilter 114 wird nun mit der in 116 gebildeten Differenz initialisiert.

Das Vorliegen eines Startvorgangs wird dadurch erkannt, dass eine entsprechende Bedingung B1, welche das Ende des Startvorgangs anzeigt, noch nicht erfüllt ist (die Bedingung B1 kann softwaretechnisch beispielsweise durch den Status eines bestimmten Bits oder Flags ausgedrückt werden). Liegt jedoch ein Startvorgang vor, entspricht die Vorsteuerleistung vslstart auf Grund der Initialisierung in Fig. 5 zunächst der Differenz zwischen der maximal zulässigen Ansteuerleistung aslmax und der im Kennfeld 76 ermittelten Vorsteuerleistung vslroh. Da die beiden Vorsteuerleistungen vslroh und vslstart in 86 addiert werden, entspricht im Startfall die Vorsteuerleistung vsl zunächst der maximal zulässigen Ansteuerleistung aslmax der elektrischen Kraftstoffpumpe 36. Diese dreht somit mit maximaler Drehzahl, so dass der Druck in der Kraftstoffleitung 38 mit maximaler Geschwindigkeit aufgebaut wird.

Der Anteil vslstart der Vorsteuerleistung vsl reduziert sich gemäß einer Exponentialfunktion bis auf Null. Die Zeit, in der dies geschieht, hängt wiederum von der Differenz zwischen dem Istdruck pist und dem Solldruck psoll ab. Sobald der Istdruck pist und der Solldruck psoll in etwa gleich sind, wird der Anteil vslstart zu Null. Das gleiche gilt auch für jenen Fall, dass der Startvorgang beendet ist, was durch die Bedingung B1 erkannt wird.

Die Funktionen des PI-Reglers im Block 64 werden nun an Hand von Fig. 6 erläutert: Danach wird in 120 die Differenz zwischen dem Solldruck psoll und dem Istdruck pist gebildet. Diese Differenz dp wird in einen Proportionalregler 122 und einen Intergralregler 124 eingespeist. Der Proportionalregler 122 liefert einen Proportionalanteil dpp, der Integralregler 124 einen Integralanteil dpi. In 126 werden die beiden Anteile dpp und dpi addiert und im Block 128 in eine Reglerleistung rgl umgewandelt. Diese wird über die softwaremäßig realisierte Ansteuerung 57 dem Hardware-Taktmodul 58 zugeführt.

Der Integralregler 124 weist einige Besonderheiten auf: So wird der Integralanteil dpi durch Grenzwerte max und min. welche in Speichern 130 und 132 bereitgestellt werden, begrenzt. Ferner wird der Integralregler 124 angehalten, wenn eine Bedingung B2 (Block 134) erfüllt ist. Ist eine Bedingung B3 (Block 136) erfüllt, wird der Integralregler 124 resetiert. Die Bedingung B3 ist dann erfüllt, wenn eine Schubabschaltung der Brennkraftmaschine 10 aktiviert ist oder eine derartige Aktivierung zu erwarten ist. In diesem Fall wird von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 kein Kraftstoff in die Brennräume 12 der Brennkraftmaschine eingeleitet. Normalerweise soll daher auch kein Kraftstoff von der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe 36 gefördert werden. Die Bedingungen B2 und B3 können jeweils aus einer bestimmten Kombination der Zustände von Bits und/oder Flags und/oder Codewörtern bestehen.

Liegt der Öffnungsdruck des Druckentlastungsventils 40 oberhalb des maximalen Systemdrucks, wird also das Druckentlastungsventil 40 nicht überströmt, kann es bei Schubabschaltung gleichzeitig jedoch sein, dass der Istdruck pist in der Kraftstoffleitung 38 über den Solldruck psoll ansteigt. Eine Ursache hierfür kann bspw. Wärmeleitung sein, welche vom warmen Motorblock herrührt und den in der Kraftstoffleitung 38 vorhandenen Kraftstoff aufheizt, so dass sich dieser ausdehnt. Würde der Integralregler 124 nicht resetiert bzw. angehalten werden, würde er dieser Abweichung des Istwerts pist vom Sollwert psoll versuchen entgegenzuwirken, und zwar solange, bis die Reglerleistung rgl gleich Null ist. Der Integralregler 124 hätte sich in diesem Fall bis zu einem sehr großen negativen Wert aufintegriert. Beim Wiedereinsetzen würde es dann zu einem erheblichen Unterschwinger des Istdrucks pist kommen.

Durch die Bedingung B3 wird der Schalter 138 so gelegt, dass die Reglerleistung rgl gleich Null wird. Im Falle der Schubabschaltung wird die elektrische Kraftstoffpumpe 36 als nur noch auf in der Figur nicht dargestellte Art und Weise mit konstanter Leistung angetrieben, und zwar derart, dass sie gerade noch mit einer bestimmten Drehzahl läuft, jedoch keinen Kraftstoff fördert (in einem anderen Ausführungsbeispiel wird sie einfach ganz ausgeschaltet). Durch das Resetieren oder Anhalten des Integralreglers 124 und die Ansteuerung der elektrischen Kraftstoffpumpe 36 mit konstanter Leistung ohne Förderung wird das Erreichen eines Solldrucks nach Beendigung der Schubabschaltung beschleunigt und es wird vermieden, dass es nach dem Ende der Schubabschaltung zu einem Unterschwinger des Istdrucks pist kommt.

Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 10 setzt sich die Ansteuerleistung aus der Vorsteuerleistung vsl und der Reglerleistung rgl zusammen. Diese werden im Ansteuerblock 57 für das Taktmodul 58 zusammengeführt. Ein Beispiel für eine Betriebssituation ist in den Fig. 7 bis 12 dargestellt: Dabei wird angenommen, dass die Brennkraftmaschine zunächst mit konstanter Leistung und Drehzahl betrieben wird. Zu einem Zeitpunkt t1 wird vom Benutzer das Gaspedal 56 plötzlich durchgedrückt. Auf Grund eines entsprechenden Widerstandsmoments an der Kurbelwelle bleibt die Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine 10 konstant. Durch die plötzliche Erhöhung des Fahrerwunschmoments ergibt sich eine schlagartige Erhöhung der einzuspritzenden relativen Kraftstoffmasse rk (Fig. 7).

Hierdurch ergibt sich eine sofortige Erhöhung des Kraftstoff-Volumenstroms vol (Fig. 8), welcher in Fig. 4 im Block 70 bestimmt wurde. Die hierdurch bewirkte Erhöhung der Vorsteuerleistung der Kraftstoffpumpe 36 würde auf Grund der Massenträgheit der beweglichen Teile der Kraftstoffpumpe 36 nur zu einer allmählichen Erhöhung der Förderleistung der elektrischen Kraftstoffleitung 36 führen. Aus diesem Grunde ist die Lastdynamikkorrektur des Blocks 80 vorhanden: Diese bewirkt einen Anteil vslrk für die Vorsteuerleistung, welcher in Fig. 9 dargestellt ist. Die Gesamtvorsteuerleistung vsl hat dann den in Fig. 10 dargestellten Verlauf.

Durch die überhöhte Vorsteuerleistung vsl wird eine schnelle Erhöhung der Drehzahl nekp der elektrischen Kraftstoffpumpe 36 bewirkt (Fig. 11). Durch die Vorsteuerung im Block 68 wird also die Förderleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe 36 bereits sehr gut an den erhöhten Kraftstoffbedarf angepasst. Die Abweichung des Istdrucks pist vom Solldruck psoll wird somit auch bei einer sprunghaften Veränderung der einzuspritzenden Kraftstoffmasse rk so gering gehalten, dass die vom PI- Regler 64 auszugebende Reglerleistung rgl nur sehr gering ist (Fig. 12).

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das oben dargestellte Steuer- und Regelgerät nicht nur bei der in Fig. 1 dargestellten Brennkraftmaschine 10 mit Saugrohreinspritzung, sondern auch bei einer Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung angewendet werden kann. In diesem Falle würde das obige Steuer- und Regelkonzept zur Steuerung bzw. Regelung des Druckes im Niederdruckbereich, also zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe, eingesetzt werden.

Wie oben ausgeführt wurde, wird die Ansteuerleistung der elektrischen Kraftstoffpumpe durch ein Tastverhältnis zum Ausdruck gebracht. Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, erfolgt daher im Ansteuerblock 57 für das Taktmodul 58 noch eine Batteriespannungskorrektur, mit der die Pulsweite an die aktuelle Batteriespannung angepasst wird. Ferner wird im Ansteuerblock 57 für das Taktmodul 58 das Gesamt-Tastverhältnis auf einen Minimal- und einen Maximalwert begrenzt. Als Sicherheitskraftstoffabschaltung wird bei einem Crash das auszugebende Tastverhältnis im Taktmodul 58 gleich Null gesetzt, wenn ein Airbag ausgelöst wurde.

Claims (19)

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), bei dem der Kraftstoff von einer elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (36) gefördert wird, welche einlassseitig mit einem Kraftstoffbehälter (34) und auslassseitig mit einem Druckbereich (38) verbunden ist, wobei ein Istdruck (pist) im Druckbereich (38) von einem Drucksensor (44) erfasst und die Kraftstoffpumpe (36) wenigstens zeitweise abhängig vom Istdruck (pist) angesteuert wird, und wobei ein Solldruck (psoll) für den Kraftstoffdruck im Druckbereich (38) gebildet wird, und der Istdruck (pist) im Druckbereich (38) durch einen geschlossenen Regelkreis nach dem Solldruck (psoll) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Vorsteuerung (68) eine mindestens vom Solldruck (psoll) abhängige Vorsteuerleistung (vsl) für die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (36) ermittelt wird, und dass die Vorsteuerleistung (vsl) einen Anteil (vslroh) umfasst, welcher, insbesondere mittels eines Kennfelds (76), aus dem Solldruck (psoll) und einem vom Betriebspunkt (nmot, rk) der Brennkraftmaschine (10) abhängigen Kraftstoff-Volumenstrom (vol) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff-Volumenstrom (vol) mindestens einen Anteil (vol1) umfasst, welcher dem Volumenstrom entspricht, der von einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) in den Brennraum (12) gelangt, und einen vom Solldruck (psoll) abhängigen Anteil (vol2) umfasst, welcher dem Volumenstrom entspricht, der über ein Druckentlastungsventil (40) aus dem Druckbereich (38) zum Kraftstoffbehälter (34) strömt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil (vol1) am Kraftstoff-Volumenstrom (vol), welcher dem Volumenstrom entspricht, der von der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (18) in den Brennraum (12) gelangt, mindestens aus einer Drehzahl (nmot) einer Kurbelwelle (50) und einer aktuellen Last der Brennkraftmaschine (10), insbesondere einer einzuspritzenden Kraftstoffmasse (rk), ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil (vol2) am Volumenstrom, welcher dem Volumenstrom entspricht, der über ein Druckentlastungsventil (40) aus dem Druckbereich (38) zum Kraftstoffbehälter (34) strömt, zu Null gesetzt wird, wenn der Druck (pist) im Druckbereich (38) kleiner als der Öffnungsdruck des Druckentlastungsventils (40) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff-Volumenstrom einen Anteil umfasst, welcher einem Volumenstrom entspricht, der von einem zeitlichen Druckgradienten in einer Kraftstoff-Sammelleitung und/oder dem Volumen der Kraftstoff-Sammelleitung und/oder dem Elastizitätsmodul des Kraftstoffs abhängt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerleistung (vsl) einen Anteil (vslrk) umfasst, der nur von der aktuellen Änderung der Last, insbesondere der aktuellen Änderung der einzuspritzenden Kraftstoffmasse (rk), abhängt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Last (rk) in einen Tiefpassfilter (98) eingespeist und die Differenz zwischen der aktuellen Last (rk) und dem Ausgang des Tiefpassfilters (98) gebildet wird, und dass aus der Differenz, insbesondere mittels einer Kennlinie (102), der Anteil (vslrk) der Vorsteuerleistung (vsl) gebildet wird, der nur von der aktuellen Änderung der Last (rk) abhängt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerleistung (vsl) einen Anteil (vslpsoll) umfasst, der nur von der aktuellen Änderung des Solldrucks (psoll) abhängt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Solldruck (psoll) in einen Tiefpassfilter (104) eingespeist und die Differenz zwischen dem aktuellen Solldruck (psoll) und dem Ausgang des Tiefpassfilters (104) gebildet wird, und dass aus der Differenz, insbesondere mittels einer Kennlinie (104), der Anteil (vslpsoll) der Vorsteuerleistung (vsl) gebildet wird, der nur von der aktuellen Änderung des Solldrucks (psoll) abhängt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerleistung (vsl) einen Anteil (vslstart) umfasst, der zu Beginn des Startvorgangs der Brennkraftmaschine (10) der Differenz zwischen der maximal zulässigen Ansteuerleistung (aslmax) der elektrischen Kraftstoffpumpe (36) und der aus dem Soll-Volumenstrom (vol) der elektrischen Kraftstoffpumpe (36) und dem Solldruck (psoll) gebildeten Ansteuerleistung (vslroh) entspricht und dann kleiner wird, und der am Ende des Startvorgangs zu Null gesetzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil (vslstart) dadurch gebildet wird, dass aus der Differenz zwischen dem Istdruck (pist) und dem Solldruck (psoll), insbesondere mittels einer Kennlinie (112), eine Zeitkonstante (T) eines Tiefpassfilters (114) gebildet wird, und der Tiefpassfilter (114) mit der Differenz zwischen der maximal zulässigen Ansteuerleistung (aslmax) der elektrischen Kraftstoffpumpe (36) und dem Anteil (vslroh) der Ansteuerleistung (vsl) initialisiert wird, welcher aus dem Volumenstrom (vol2) ermittelt wird, der über das Druckentlastungsventil (40) aus dem Druckbereich (38) zum Kraftstoffbehälter (34) strömt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine (10) mindestens bei aktivierter Schubabschaltung der Integrator (124) des PI-Reglers (64) zurückgesetzt oder angehalten, der Ausgang des PI-Reglers (64) auf Null gesetzt (138) und die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (36) nicht oder mit einer konstanten Leistung derart angetrieben wird, dass sie im Wesentlichen keinen Kraftstoff fördert.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die im Anspruch 14 angegebenen Maßnahmen nur durchgeführt werden, wenn zusätzlich der Istdruck (pist) gleich wie oder größer als ein bestimmter Wert ist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Solldruck (psoll) von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere von einer Betriebstemperatur (tmot) und/oder der Drehzahl (nmot) der Kurbelwelle (50) und/oder einer relativen Luftfüllung (rl), abhängt.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorsteuerung eine Adaption der Vorsteuerleistung auf die individuell verwendete elektrische Kraftstoffpumpe durchgeführt wird.

16. Computerprogramm, welches so programmiert ist, dass bei deiner Durchführung Kraftstoff von einer elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (36) gefördert wird, welche einlassseitig mit einem Kraftstoffbehälter (34) und auslassseitig mit einem Druckbereich (38) verbunden ist, ein Istdruck (pist) im Druckbereich (38) von einem Drucksensor (44) erfasst und die Kraftstoffpumpe (36) wenigstens zeitweise abhängig vom Istdruck (pist) angesteuert wird, und ein Solldruck (psoll) für den Kraftstoffdruck im Druckbereich (38) gebildet wird, und der Istdruck (pist) im Druckbereich (38) durch einen geschlossenen Regelkreis nach dem Solldruck (psoll) geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm ferner so programmiert ist, dass bei seiner Durchführung in einer Vorsteuerung (68) eine mindestens vom Solldruck (psoll) abhängige Vorsteuerleistung (vsl) für die elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe (36) ermittelt wird, wobei die Vorsteuerleistung (vsl) einen Anteil (vslroh) umfasst, welcher, insbesondere mittels eines Kennfelds (76), aus dem Solldruck (psoll) und einem vom Betriebspunkt (nmot, rk) der Brennkraftmaschine (10) abhängigen Kraftstoff- Volumenstrom (vol) ermittelt wird.

17. Elektrisches Speichermedium für ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm nach Anspruch 16 abgespeichert ist.

18. Steuer- und/oder Regelgerät für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 programmiert ist.

19. Brennkraftmaschine (10) mit einem Kraftstoffsystem (32), mit einem Kraftstoffbehälter (34), mit einer elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (36), welche einlassseitig mit dem Kraftstoffbehälter (34) und auslassseitig mit einem Druckbereich (38) verbunden ist, und mit einem Drucksensor (44), welcher den von der elektrisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (36) im Druckbereich (38) erzeugten Druck (pist) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuer- und/oder Regelgerät (46) nach Anspruch 18 umfasst.