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DE102004059330A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine Download PDF

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DE102004059330A1 DE102004059330A DE102004059330A DE102004059330A1 DE 102004059330 A1 DE102004059330 A1 DE 102004059330A1 DE 102004059330 A DE102004059330 A DE 102004059330A DE 102004059330 A DE102004059330 A DE 102004059330A DE 102004059330 A1 DE102004059330 A1 DE 102004059330A1
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Abstract

Bei einem Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff von einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einen Kraftstoffdruckspeicher gefördert, aus dem er über mindestens einen Injektor in mindestens einen Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Ein Wert (pr_ist) für den Ist-Druck im Kraftstoffdruckspeicher wird bereitgestellt. Eine Druckregeleinrichtung, mit der Kraftstoff aus dem Kraftstoffdruckspeicher abgelassen werden kann, wird mit einem Vorsteuersignal (IDRV) vorgesteuert, welches unter Berücksichtigung eines Soll-Drucks (pr_soll) im Kraftstoffdruckspeicher ermittelt wird. Es wird vorgeschlagen, dass bei der Ermittlung des Vorsteuersignals (IDRV) ein Wert für eine durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmende Kraftstoffmenge (qDRV) berücksichtigt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Druckregeleinrichtung mit einem Vorsteuersignal vorgesteuert wird, welches unter Berücksichtigung eines Soll-Drucks in einem Bereich des Kraftstoffsystems, insbesondere einem Kraftstoffdruckspeicher, ermittelt wird.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine, eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine, sowie eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
  • Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der EP 1 086 307 B1 bekannt. Diese offenbart ein Kraftstoffsystem, bei dem zum einen die Fördermenge einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe und zum anderen der Öffnungsdruck eines Druckregelventils beeinflusst werden kann, welches an einen Kraftstoffdruckspeicher ("Rail") angeschlossen ist. Sowohl die Hochdruck-Kraftstoffpumpe als auch das Druckregelventil werden von einem Regler angesteuert, mit dem ein bestimmter Druck im Kraftstoffdruckspeicher eingestellt beziehungsweise eingeregelt werden kann. Zur Erhöhung der Dynamik und Präzision der Druckregelung ist dabei eine Vorsteuerung vorgesehen. Das Druckregelventil wird dabei unter anderem abhängig von einem Soll-Druck im Kraftstoffdruckspeicher vorgesteuert.
    •
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass der Druck im Kraftstoffdruckspeicher mit noch höherer Genauigkeit eingestellt und/oder die Druckregeleinrichtung preiswerter hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass bei der Ermittlung des Vorsteuersignals ein Wert für eine durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmende Kraftstoffmenge berücksichtigt wird. Bei einem Computerprogramm, einem elektrischen Speichermedium, einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung, und einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird die gestellte Aufgabe entsprechend gelöst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das Steuersignal, welches erforderlich ist, um einen bestimmten Druck in einem Bereich des Kraftstoffsystems, beispielweise einem Kraftstoffdruckspeicher zu halten, von der Kraftstoffmenge, welche aus dem Bereich durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmt, abhängt. Indem diese Kraftstoffmenge beziehungsweise ein dieser wenigstens in etwa entsprechender Wert bei der Bestimmung des Vorsteuersignals berücksichtigt wird, mit dem die Druckregeleinrichtung angesteuert wird, kann der gewünschte Druck mit deutlich höherer Genauigkeit und besserer Dynamik eingestellt werden. Die erforderlichen Reglereingriffe sind entsprechend kleiner, was ebenfalls der Dynamik der Einstellung des Drucks im Kraftstoffdruckspeicher zugute kommt.
  • Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darüber hinaus eine Druckregeleinrichtung verwendet werden, die mit größeren Toleranzen hergestellt ist, da die Abhängigkeit des für einen bestimmten Druck in dem Bereich erforderlichen Steuersignals von der durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmenden Kraftstoffmenge umso größer ist, je größer die Toleranzen sind, mit denen die Druckregeleinrichtung hergestellt ist. Da erfindungsgemäß diese Abhängigkeit jedoch berücksichtigt wird, spielen die entsprechenden Toleranzen der Druckregeleinrichtung nur noch eine verminderte Rolle.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Ermittlung des Werts für die durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmende Kraftstoffmenge eine von einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe geförderte Kraftstoffmenge berücksichtigt. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass dann, wenn ein bestimmtes Druckniveau beispielsweise im Kraftstoffdruckspeicher gehalten werden soll, die durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmende Kraftstoffmenge umso größer ist, je größer die von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe geförderte Kraftstoffmenge ist. Die Ermittlung des Vorsteuersignals für die Druckregeleinrichtung wird hierdurch vereinfacht und gleichzeitig wird dessen Präzision verbessert.
  • Wird die Hochdruck-Kraftstoffpumpe mechanisch von der Brennkraftmaschine angetrieben, hängt die von ihr geförderte Kraftstoffmenge direkt von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab. Die Berücksichtigung dieser Drehzahl vereinfacht die Ermittlung der durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmenden Kraftstoffmenge erheblich.
  • Bei der Ermittlung des Werts für die durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmende Kraftstoffmenge kann auch eine über einen Injektor in einen Brennraum gelangende Kraftstoffmenge berücksichtigt werden. Auch dies dient zur Erhöhung der Präzision bei der Ermittlung der durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmenden Kraftstoffmenge und somit letztlich zur präziseren Ermittlung des Vorsteuersignals.
  • In die gleiche Richtung zielt auch jene Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der bei der Ermittlung des Werts für die durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmende Kraftstoffmenge eine von einem Injektor abgesteuerte Kraftstoffmenge berücksichtigt wird. Eine solche Kraftstoffmenge wird für die Betätigung des Injektors benötigt.
  • Programmtechnisch einfach zu realisieren ist das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn aus dem Wert für eine durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmende Kraftstoffmenge ein Faktor ermittelt wird, mit dem ein Roh-Vorsteuersignal, welches unter Berücksichtigung eines Soll-Drucks in dem Bereich des Kraftstoffsystems, insbesondere in dem Kraftstoffdruckspeicher ermittelt wird, beaufschlagt wird.
  • Dazuhin kann bei der Ermittlung des Faktors auch ein Wert für den aktuellen Druck in dem Bereich des Kraftstoffsystems, insbesondere in dem Kraftstoffdruckspeicher berücksichtigt werden, denn auch dieser hat einen Einfluss auf das Vorsteuersignal, mit dem die Druckregeleinrichtung zur Einstellung eines bestimmten Drucks im Kaftstoffdruckspeicher angesteuert werden muss.
    •
  • Zeichnungen
  • Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem mit einer Druckregeleinrichtung; und
  • 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung eines Vorsteuersignals zur Vorsteuerung der Druckregeleinrichtung von 1.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Eine Brennkraftmaschine trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein Kraftstoffsystem, welches mit 12 bezeichnet ist.
  • Teil des Kraftstoffsystems 12 ist ein Kraftstoffbehälter 14, aus dem eine elektrisch angetriebene Vorförderpumpe 16 den Kraftstoff zu einer mechanisch angetriebenen Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 fördert. Deren Förderleistung kann durch ein Mengensteuerventil oder eine Zumesseinheit 20 eingestellt werden.
  • Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 fördert den Kraftstoff in einen Kraftstoffdruckspeicher 22, an den mehrere Injektoren 24 angeschlossen sind. Der Kraftstoffdruckspeicher 22 wird auch als "Rail" bezeichnet. Die Injektoren 24 spritzen den Kraftstoff direkt in ihnen unmittelbar zugeordnete Brennräume 26 ein. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird eine Kurbelwelle 28 in Drehung versetzt, deren Drehzahl von einem Sensor 29 erfasst wird und welche über eine mechanische Verbindung 30 die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 antreibt.
  • Zur Einstellung eines bestimmten Drucks im Kraftstoffdruckspeicher 22 ist dieser mit einer einstellbaren beziehungsweise ansteuerbaren Druckregeleinrichtung 32 verbunden. Bei dieser kann es sich beispielsweise um ein Druckregelventil mit einem federbelasteten Ventilelement handeln. Um den Öffnungsdruck eines solches Druckregelventils einstellen zu können, kann mittels einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung die Vorspannkraft der auf das Ventilelement wirkenden Feder variiert werden. Das entsprechende Ansteuersignal liefert eine Steuer- und Regeleinrichtung 34, die unter anderem Eingangssignale von einem Drucksensor 36 erhält, welcher den Druck im Kraftstoffdruckspeicher 22 erfasst. Die Druckregeleinrichtung 32, der Kraftstoffdruckspeicher 22, die Steuer- und Regeleinrichtung 34 und der Drucksensor 36 bilden also eine geschlossene Regelstrecke.
  • In der Steuer- und Regeleinrichtung 34 wird abhängig von Zustands- und Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 ein Soll-Druck im Kraftstoffdruckspeicher 22 definiert. Zu den Zustands- und Betriebsgrößen, welche den Soll-Druck im Kraftstoffdruckspeicher 22 beeinflussen können, gehört beispielsweise die Betriebsart der Brennkraftmaschine 10, die Last- beziehungsweise das Drehmoment, welches von der Brennkraftmaschine 10 geleistet werden soll, die vom Sensor 29 erfasste Drehzahl, mit welcher sich die Kurbelwelle 28 dreht, eine Temperatur der Brennkraftmaschine 10, et cetera.
  • Um eine möglichst gute Dynamik bei der Einstellung des Drucks im Kraftstoffdruckspeicher 22 realisieren zu können, wird die Druckregeleinrichtung 32 vorgesteuert. Dies bedeutet, dass unter Berücksichtigung des Soll-Drucks von der Steuer- und Regeleinrichtung 34 unter Zwischenschaltung einer Endstufe ein Vorsteuersignal in Form eines Vorsteuerstroms IDRV erzeugt wird. Durch den oben beschriebenen geschlossenen Regelkreis müssen dann nur noch entsprechend geringe Regelabweichungen ausgeregelt werden. Die Bereitstellung des Vorsteuerstroms IDRV wird nun unter Bezugnahme auf 2 im Detail erläutert: Die vom Drehzahlsensor 29 bereitgestellte Drehzahl nmot der Kurbelwelle 28 wird in eine Kennlinie 38 eingespeist, die aus der Drehzahl nmot eine Fördermenge qHDP der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 ermittelt. Die Kennlinie 38 basiert dabei auf der Annahme, dass die Zumesseinheit 20 so eingestellt ist, dass sie die Förderleistung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 nicht beschränkt. In einem Additionsblock 40 wird ferner die Summe aus einer Kraftstoffmenge qINJ und einer Kraftstoffmenge qCON gebildet. Bei qINJ handelt es sich um jene Kraftstoffmenge, welche von den Injektoren 24 in die Brennräume 26 eingespritzt wird.
  • Bei qCON handelt es sich um die Absteuer-Kraftstoffmenge, die von den Injektoren 24 für deren Betätigung verwendet wird, und die über eine in 1 mit 42 bezeichnete Rückströmleitung zum Kraftstoffbehälter 14 zurückgeführt wird. Die Kraftstoffmenge qINJ wird von der Steuer- und Regeleinrichtung 34 ebenfalls abhängig von Zustands- und Betriebsgrößen und abhängig vom gewünschten Drehmoment bestimmt. Abhängig hiervon ergibt sich beispielsweise mittels einer Kennlinie die Rückström-Kraftstoffmenge qCON.
  • Der in 40 gebildete Summenwert entspricht jener Kraftstoffmenge, welche von den Injektoren 24 insgesamt aus dem Kraftstoffdruckspeicher 22 abgerufen wird. Dieser Summenwert wird in 44 von der Kraftstoffmenge qHDP abgezogen, die von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 in den Kraftstoffdruckspeicher 22 gefördert wird. In den Blöcken 40 und 44 wird also eine erste Mengenbilanz für den Kraftstoffdruckspeicher erstellt. Die im Block 44 erhaltene Differenz entspricht einer Kraftstoffmenge qDRV, die aus dem Kraftstoffdruckspeicher 22 durch die Druckregeleinrichtung 32 hindurch ab- und über eine Leitung 45 zum Kraftstoffbehälter 14 zurückströmt.
  • Dieser Wert wird zusammen mit dem vom Drucksensor 36 bereitgestellten Wert für den Ist-Druck pr_ist, welcher im Kraftstoffdruckspeicher 22 herrscht, in ein Kennfeld 46 eingespeist, welches einen Korrekturfaktor KF erzeugt. Dieser wird in 48 mit einem Roh-Vorsteuerstrom I*DRV multipliziert, der mittels einer Kennlinie 50 erzeugt wurde, in die ein Soll-Druck pr soll, der im Kraftstoffdruckspeicher 22 herrschen soll, eingespeist wurde. Das Ergebnis der Multiplikation im Block 48 ist der Vorsteuerstrom IDRV, mit dem die Druckregeleinrichtung 32 vorgesteuert wird.
  • Durch den Korrekturfaktor KF wird berücksichtigt, dass der Strom, der erforderlich ist, um an der Druckregeleinrichtung 32 einen bestimmten Öffnungsdruck einzustellen, von der durch die Druckregeleinrichtung 32 hindurchströmenden Kraftstoffmenge qDRV und vom aktuellen Ist-Druck pr ist, der im Kraftstoffdruckspeicher 22 herrscht, abhängt. Das beschriebene Verfahren ist als Computerprogramm in einem Speicher der Steuer- und Regeleinrichtung 34 abgelegt.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems (12) einer Brennkraftmaschine (10), bei dem eine Druckregeleinrichtung (32) mit einem Vorsteuersignal (IDAV) vorgesteuert wird, welches unter Berücksichtigung eines Soll-Drucks (pr soll) in einem Bereich des Kraftstoffsystems (12), insbesondere einem Kraftstoffdruckspeicher (22), ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Vorsteuersignals (IDRV) ein Wert für eine durch die Druckregeleinrichtung (32) hindurchströmende Kraftstoffmenge (qDRV) berücksichtigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Werts für die durch die Druckregeleinrichtung (32) hindurchströmende Kraftstoffmenge (qDRV) eine von einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe (18) geförderte Kraftstoffmenge (qHDP) berücksichtigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruck-Kraftstoffpumpe (18) mechanisch (30) von der Brennkraftmaschine (10) angetrieben wird, und dass bei der Ermittlung des Werts für die durch die Druckregeleinrichtung (32) hindurchströmende Kraftstoffmenge (qDRV) eine Drehzahl (nmot) der Brennkraftmaschine (10) berücksichtigt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Werts für die durch die Druckregeleinrichtung (32) hindurchströmende Kraftstoffmenge (qDRV) eine über einen Injektor (24) in einen Brennraum (26) gelangende Kraftstoffmenge (qINJ) berücksichtigt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Werts für die durch die Druckregeleinrichtung (32) hindurchströmende Kraftstoffmenge (qDRV) eine von einem Injektor (24) abgesteuerte Kraftstoffmenge (qCON) berücksichtigt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Wert für eine durch die Druckregeleinrichtung (32) hindurchströmende Kraftstoffmenge (qDRV) ein Faktor (KF) ermittelt wird, mit dem ein Roh-Vorsteuersignal (I*DRV), welches unter Berücksichtigung eines Soll-Drucks (pr_soll) in dem Bereich des Kraftstoffsystems (12), insbesondere in dem Kraftstoffdruckspeicher (22), ermittelt wird, beaufschlagt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Faktors (KF) ein Wert für den aktuellen Druck (pr_ist) in dem Bereich des Kraftstoffsystems (12), insbesondere in dem Kraftstoffdruckspeicher (22), berücksichtigt wird.
  8. Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.
  9. Elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (34) einer Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm zur Anwendung in einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 7 abgespeichert ist.
  10. Steuer- und/oder Regeleinrichtung (34) für eine Brennkraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 programmiert ist.
  11. Brennkraftmaschine (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (34) umfasst, welche zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 programmiert ist.
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