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DE102005029138B3 - Steuer- und Regelverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Railsystem - Google Patents

Steuer- und Regelverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Railsystem Download PDF

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DE102005029138B3
DE102005029138B3 DE102005029138A DE102005029138A DE102005029138B3 DE 102005029138 B3 DE102005029138 B3 DE 102005029138B3 DE 102005029138 A DE102005029138 A DE 102005029138A DE 102005029138 A DE102005029138 A DE 102005029138A DE 102005029138 B3 DE102005029138 B3 DE 102005029138B3
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DE
Germany
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control
pressure
rail pressure
value
pwm
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Application number
DE102005029138A
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English (en)
Inventor
Armin Dipl.-Ing. Dölker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2006/006016 priority patent/WO2006136414A1/de
Priority to EP06754510A priority patent/EP1896712B1/de
Priority to US11/922,837 priority patent/US7779816B2/en
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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Steuer- und Regelverfahren für eine Brennkraftmaschine (1) mit Common-Railsystem, bei dem im Normalbetrieb ein Raildruck (pCR) geregelt wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Ist-Raildruck über ein zweites Filter bestimmt wird, ein Lastabwurf erkannt wird, wenn der zweite Ist-Raildruck einen ersten Grenzwert übersteigt und mit Erkennen eines Lastabwurfs der Raildruck (pCR) gesteuert wird, indem das PWM-Signal (PWM) über eine PWM-Vorgabe auf einen gegenüber dem Normalbetrieb erhöhten PWM-Wert gesetzt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steuer- und Regelverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Railsystem, bei dem im Normalbetrieb der Raildruck geregelt wird.
  • Bei einem Common-Railsystem fördert eine Hochdruck-Pumpe den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank in ein Rail. Der Zulaufquerschnitt zur Hochdruck-Pumpe wird über eine veränderliche Saugdrossel festgelegt. Am Rail angeschlossen sind Injektoren über welche der Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Da die Güte der Verbrennung entscheidend vom Druckniveau im Rail abhängt, wird dieses geregelt. Der Hochdruck-Regelkreis umfasst einen Druckregler, die Saugdrossel mit Hochdruck-Pumpe und das Rail als Regelstrecke sowie ein Filter im Rückkopplungszweig. Typischerweise ist der Druckregler als PID-Regler oder PIDT1-Regler ausgeführt, d. h. dieser umfasst zumindest einen Proportional-Anteil (P-Anteil), einen Integral-Anteil (I-Anteil) und einen Differential-Anteil (D-Anteil). In diesem Hochdruck-Regelkreis entspricht das Druckniveau im Rail der Regelgröße. Die gemessenen Druckwerte des Rails werden über das Filter in einen Ist-Raildruck gewandelt und mit einem Soll-Raildruck verglichen. Die sich hieraus ergebende Regelabweichung wird über den Druckregler in ein Stellsignal für die Saugdrossel gewandelt. Das Stellsignal entspricht z. B. einem Volumenstrom mit der Einheit Liter/Minute. Typischerweise ist das Stellsignal elektrisch als PWM-Signal (pulsweitenmoduliert) ausgeführt. Der zuvor beschriebene Hochdruck-Regelkreis ist aus der DE 103 30 466 B3 bekannt.
  • Zum Schutz vor einem zu hohen Druckniveau ist am Rail ein passives Druck-Begrenzungsventil angeordnet. Bei einem zu hohen Druckniveau öffnet das Druck-Begrenzungsventil, wodurch der Kraftstoff aus dem Rail in den Kraftstofftank abgeleitet wird.
  • In der Praxis kann folgendes Problem auftreten: Bei einem Lastabwurf erhöht sich unmittelbar die Motordrehzahl. Eine sich erhöhende Motordrehzahl bewirkt bei einer konstanten Soll-Drehzahl eine sich betragsmäßig erhöhende Drehzahl-Regelabweichung. Hierauf reagiert ein Drehzahlregler, indem er die Einspritzmenge als Stellgröße reduziert. Eine geringere Einspritzmenge wiederum bewirkt, dass weniger Kraftstoff dem Rail entnommen wird und daher sich das Druckniveau im Rail rasch erhöht. Erschwerend kommt hinzu, dass die Förderleistung der Hochdruck-Pumpe drehzahlabhängig ist. Eine sich erhöhende Motordrehzahl bedeutet eine höhere Förderleistung und bewirkt damit eine zusätzliche Druckerhöhung im Rail. Da die Hochdruck-Regelung eine vergleichsweise lange Reaktionszeit besitzt, kann der Raildruck soweit ansteigen, dass das Druck-Begrenzungsventil öffnet, z. B. bei 1950 bar. Dadurch sinkt der Raildruck z. B. auf einen Wert von 800 bar ab. Bei diesem Druckniveau stellt sich ein Gleichgewichtszustand von gefördertem Kraftstoff zu abgeleitetem Kraftstoff ein. Dies bedeutet, dass trotz des geöffneten Druck-Begrenzungsventils der Raildruck nicht weiter absinkt. Das Druck-Begrenzungsventil schließt erst dann wieder, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine reduziert wird. Proble matisch ist daher das unerwartete Öffnen des Druck-Begrenzungsventils bei einem Lastabwurf.
  • Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2004 023 365.9, nachveröffentlicht als DE 10 2004 023 365 A1, beschreibt ebenfalls einen Druckregelkreis für ein Common-Railsystem. Bei diesem Druckregelkreis ist im Rückkopplungszweig zusätzlich zum ersten Filter ein zweites Filter angeordnet. Das zweite Filter besitzt eine kleinere Zeitkonstante und einen geringeren Phasenverzug als das erste Filter. Für die Berechnung der Regleranteile wird der vom zweiten Filter ermittelte Ist-Raildruck verwendet, woraus eine verbesserte Dynamik des Hochdruck-Regelkreises bei einem Lastabwurf resultiert.
  • Kritisch bleibt jedoch, dass das vom Druckregler berechnete Stellsignal bzw. das PWM-Signal durch die elektrischen Kenngrößen des elektronischen Steuergeräts, z. B. maximaler Dauerstrom sowie Verlustleistung des Ausgangstransistors, stark eingeschränkt ist. Dies bedeutet, dass bei einer großen Regelabweichung der Druckregler zwar eine maximale Stellgröße berechnet, diese aber letztendlich in ein PWM-Signal mit nur z. B. 22% Impuls-Pausen-Verhältnis umgesetzt werden kann. Ein dauerhaft anliegender höherer PWM-Wert würde die Deaktivierung der Endstufe des elektronischen Steuergeräts bewirken.
  • Die EP 0 892 168 A2 beschreibt eine Raildruckregelung, bei der von einer Regelung des Kraftstoffdrucks zu einer Steuerung umgeschaltet wird, wenn sich der Kraftstoffdruck transientenartig ändert. Im Normalbetrieb wird der Raildruck geregelt, indem aus Soll- und Istdruck eine Regeldifferenz berechnet und daraus ein PWM-Signal zur Ansteuerung der Regelstrecke erzeugt wird. Wenn sich der Raildruck um einen vor bestimmten Wert ändert, wird von Regelung auf Steuerung umgeschaltet. Zudem wird der Regelungsbetrieb nur zugelassen, wenn der Ist-Druck innerhalb gewisser Grenzwerte liegt. Im Steuerbetrieb wird ein erhöhter PWM-Wert gesetzt, z.B. 100%, wenn nur eine geringe oder keine Kraftstoffmenge eingespritzt werden soll. Die Filterung der Istwerte des Raildrucks ist der Fundstelle nicht zu entnehmen.
  • In der DE 101 56 637 C1 wird die Raildruckregelung beim Startvorgang beschrieben. Mit Aktivierung des Startvorgangs erfolgt der Druckaufbau zunächst gesteuert. Wird der Raildruck größer als ein Grenzwert, dem Reglerfreigabedruck, so erfolgt ein Wechsel vom Steuerungsbetrieb in den Regelungsbetrieb. Die Regelung des Raildrucks wird auch dann beibehalten, wenn das Druckniveau des Raildrucks wieder unter das Druckniveau des Grenzwerts fällt. Einen Hinweis auf die Anwendung dieses Verfahrens bei einem Lastabwurf kann der Fundstelle hingegen nicht entnommen werden.
  • Die DE 195 48 278 A1 beschreibt ebenfalls eine Raildruckregelung. Als Stellglieder werden die elektrische Vorförderpumpe zur Mengenregelung und der Druckregler im Hochdruckbereich zur Druckregelung eingesetzt. Bei einer Solldruckverringerung reduziert der Mengenregler den Sollmengenstrom bis auf Null. Fällt nun der Druck im Rail trotz geringer Förderung durch die Vorförderpumpe zu langsam ab, so wird über die Steuerung das Druckregelventil geöffnet und der Druck bis auf einen Druckwert reduziert, der etwas über dem Solldruck liegt.
  • Eine Umschaltung zwischen Steuerung und Regelung wird hingegen nicht beschrieben.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Sicherheit der Druckregelung bei einem Lastabwurf zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
  • Die Erfindung sieht vor, dass ein zweiter Ist-Raildruck über ein zweites Filter aus dem Raildruck bestimmt wird und ein Lastabwurf erkannt wird, wenn der zweite Ist-Raildruck einen Grenzwert übersteigt. Mit Erkennen eines Lastabwurfs wird dann der Raildruck gesteuert, indem das PWM-Signal über eine PWM-Vorgabe auf einen gegenüber dem Normalbetrieb erhöhten PWM-Wert gesetzt wird. Dieser erhöhte PWM-Wert wird während eines Zeitraums vorgegeben, z. B. als Treppenfunktion.
  • Zentraler Gedanke der Erfindung ist es den Schließvorgang der Saugdrossel durch die Vorgabe eines hohen PWM-Werts wesentlich zu beschleunigen. Verwendet wird eine Saugdrossel, welche beim Schließen gegen eine Feder arbeitet, d. h. welche stromlos offen ist. Wird das PWM-Signal vergrößert, so wird der Weg des Saugdrossel-Schiebers vergrößert und der Öffnungsquerschnitt der Saugdrossel verringert. In der Praxis ist es ausreichend, diese PWM-Vorgabe während einer sehr kurzen Zeit, z. B. 20 Millisekunden, wirken zu lassen. Durch das kurzzeitige Einbringen von höherer Energie in die Saugdrossel wird eine höhere Dynamik des Stellglieds erreicht. Ein unbeabsichtigtes Öffnen des Druck-Begrenzungsventils wird somit unterdrückt.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei einem festsitzenden Saugdrossel-Schieber dieser durch die erhöhte Energievorgabe wieder gängig wird.
    •
  • In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
  • 1 ein Systemschaubild;
  • 2 einen Druck-Regelkreis;
  • 3 ein Zeitdiagramm;
  • 4 ein Zustandübergangsdiagramm;
  • 5 einen Programmablaufplan;
  • 6 einen Programmablaufplan;
  • 7 einen Programmablaufplan.
  • Die 1 zeigt ein Systemschaubild einer Brennkraftmaschine 1 mit Common-Railsystem. Das Common-Railsystem umfasst folgende Komponenten: eine Niederdruck-Pumpe 3 zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 2, eine veränderbare Saugdrossel 4 zur Beeinflussung des durchströmenden Kraftstoff-Volumenstroms, eine Hochdruck-Pumpe 5 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung, ein Rail 6 sowie Einzelspeicher 7 zum Speichern des Kraftstoffs und Injektoren 8 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1.
  • Dieses Common-Railsystem wird bei einem maximalen stationären Raildruck von z. B. 1800 bar betrieben. Zum Schutz vor einem unzulässig hohen Druckniveau im Rail 6 ist ein passives Druck-Begrenzungsventil 10 vorgesehen. Dieses öffnet bei einem Druckniveau von z. B. 1950 bar. Im geöffneten Zustand wird der Kraftstoff aus dem Rail 6 über das Druck-Begrenzungsventil 10 in den Kraftstofftank 2 abgesteuert. Hierdurch sinkt das Druckniveau im Rail 6 auf einen Wert von z. B. 800 bar.
  • Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät (ADEC) 11 bestimmt. Das elektronische Steuergerät 11 beinhaltet die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronische Steuergerät 11 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrö ßen. In 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: der Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 9 gemessen wird, eine Motor-Drehzahl nMOT, ein Signal FP zur Leistungsvorgabe durch den Betreiber und eine Eingangsgröße EIN. Unter der Eingangsgröße EIN sind beispielsweise der Ladeluftdruck der Abgasturbolader und die Temperaturen der Kühl-/Schmiermittel sowie des Kraftstoffs subsumiert.
  • In 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 11 ein Signal PWM zur Ansteuerung der Saugdrossel 4, ein Signal ve zur Ansteuerung der Injektoren 8 und eine Ausgangsgröße AUS dargestellt. Die Ausgangsgröße AUS steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers bei einer Registeraufladung.
  • In 2 ist ein Druck-Regelkreis dargestellt. Die Eingangsgröße entspricht einem Soll-Raildruck pCR(SL). Die Ausgangsgröße entspricht dem Rohwert des Raildrucks pCR. Aus dem Rohwert des Raildrucks pCR wird mittels eines ersten Filters 17 ein erster Ist-Raildruck pCR1(IST) bestimmt. Dieser wird mit dem Sollwert pCR(SL) an einem Summationspunkt verglichen, woraus eine Regelabweichung ep resultiert. Aus der Regelabweichung ep wird mittels eines Druckreglers 12 eine Stellgröße berechnet. Die Stellgröße entspricht einem Volumenstrom qV1. Die physikalische Einheit des Volumenstroms ist Liter/Minute. Optional ist vorgesehen, dass zum Volumenstrom qV1 der berechnete Sollverbrauch addiert wird. Der Volumenstrom qV1 entspricht der Eingangsgröße für eine Begrenzung 13. Die Begrenzung 13 kann drehzahlabhängig ausgeführt sein, die Eingangsgröße ist nMOT. Die Ausgangsgröße qV2 der Begrenzung 13 wird danach in einer Berechnung 14 in ein PWM-Signal PWM1 um gerechnet. Das PWM-Signal PWM1 stellt hierbei die Einschaltdauer dar und die Frequenz fPWM entspricht der Grundfrequenz. Bei der Umrechnung werden Schwankungen der Betriebsspannung und des Kraftstoffvordrucks mitberücksichtigt. Mit dem PWM-Signal PWM1 wird dann die Magnetspule der Saugdrossel beaufschlagt. Dadurch wird der Weg des Magnetkerns verändert, wodurch der Förderstrom der Hochdruck-Pumpe frei beeinflusst wird. Die Hochdruck-Pumpe, die Saugdrossel, das Rail und die Einzelspeicher entsprechen einer Regelstrecke 16. Aus dem Rail 6 wird über die Injektoren 8 ein Soll-Verbrauchsvolumenstrom qV3 abgeführt. Damit ist der Regelkreis geschlossen.
  • Der zuvor beschriebene Regelkreis wird durch ein zweites Filter 18, einen Funktionsblock 19, eine PWM-Vorgabe 20 und einen Schalter 15 ergänzt. Der Schalter 15 ist im Signalpfad zwischen der Berechnung 14 und der Regelstrecke 16 angeordnet. Der Schaltzustand des Schalters 15 wird über ein Signal SZ festgelegt, welches über den Funktionsblock 19 in Abhängigkeit eines ersten Grenzwerts GW1, eines zweiten Grenzwerts GW2 und eines zweiten Ist-Raildrucks pCR2(IST) bestimmt wird. Der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) wiederum wird über das zweite Filter 18 aus dem Rohwert des Raildrucks pCR berechnet.
  • In 2 ist der Schalter 15 in der Stellung 1 dargestellt, d. h. das von der Berechnung 14 festgelegte Signal PWM1 ist die Eingangsgröße der Regelstrecke 16. In einer Stellung 2 des Schalters 15 ist ein Signal PWM2 das Eingangssignal für die Regelstrecke 16. Das Signal PWM2 wird von der PWM-Vorgabe 20 bereitgestellt.
  • Das Blockschaltbild der 2 besitzt folgende Funktionalität:
    Im Normalbetrieb ist der Schalter 15 in Stellung 1, d. h. die vom Druckregler 12 berechnete Stellgröße qV1 wird begrenzt, in ein PWM-Signal PWM1 umgesetzt und damit die Regelstrecke 16 beaufschlagt. Übersteigt der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) den ersten Grenzwert GW1, so ändert der Funktionsblock 19 den Signalpegel des Signals SZ, wodurch der Schalter 15 in die Stellung 2 wechselt. In dieser Stellung wird über die PWM-Vorgabe 20 temporär ein gegenüber dem Normalbetrieb erhöhter PWM-Wert PWM2 ausgegeben. Mit anderen Worten: Es wird vom Regelungsbetrieb in den Steuerungsbetrieb gewechselt. Nach Ablauf eines vorgebbaren Zeitraums wechselt dann der Schalter 15 wieder zurück in Stellung 1.
  • Die 3 besteht aus den 3A bis 3D. Diese zeigen jeweils über der Zeit: den logischen Schaltzustand eines Merkers in 3A, einen Status in 3B, einen Verlauf des zweiten Ist-Raildrucks pCR2(IST) in 3C und den Verlauf des PWM-Signals als Eingangsgröße der Regelstrecke 16 in 3D. Als Werte sind auf der PWM-Ordinate Prozentzahlen aufgetragen, z. B. bedeuten 40% PWM-Signal ein entsprechendes Impuls-Pausen-Verhältnis von 0,4 bei konstanter PWM-Grundfrequenz fPWM. Zum Zeitpunkt t1 befindet sich das System im Normalbetrieb, d. h. der Raildruck pCR wird über den Druckregler 12 geregelt. Der Merker und der Status besitzen den Wert 0. Im Rail herrscht ein Druckniveau von 1800 bar. Das PWM-Signal in 3D besitzt den exemplarischen Wert von 4%. Nach dem Zeitpunkt t1 beginnt sich der Raildruck pCR und damit auch der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) aufgrund eines Lastabwurfs zu vergrößern. In der Praxis entspricht ein Lastabwurf dem Abschalten eines Verbrauchers bei Generatorbetrieb oder dem Austauchen eines Schiffsantriebs. Ein sich erhöhender Raildruck pCR bewirkt bei einer konstanten Vorgabe des Soll-Raildrucks eine sich ebenfalls betragsmäßig erhöhende Regelabweichung ep. Diese Regelabweichung ep wird vom Druckregler 12 in ein sich erhöhendes PWM-Signal umgesetzt, wodurch der Querschnitt der Saugdrossel verringert wird. In 3D erhöht sich daher der Wert des PWM-Signals vom Anfangswert 4%. In der Praxis kann das PWM-Signal im Regelbetrieb einen maximalen Wert von z. B. 22% annehmen. Dieser Maximalwert wird durch die Versorgungsspannung und den größtmöglichen Saugdrossel-Dauerstrom festgelegt, z. B. 24 Volt und 2 Ampere.
  • Zum Zeitpunkt t2 übersteigt der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) den ersten Grenzwert GW1 von 1930 bar. Mit Überschreiten dieses Grenzwerts wird der Merker auf den Wert 1 gesetzt (3A) und der Status von 0 nach 1 verändert. Dadurch wird die Regelung des Raildrucks deaktiviert und das PWM-Signal in 3D über die PWM-Vorgabe 20 während eines Zeitraums dt gesteuert. In 3B ist exemplarisch als vorgegebene Funktion eine Treppenfunktion dargestellt. Andere mathematische Funktionen, z. B. eine Parabel, sind möglich. Zum Zeitpunkt t2 wird daher das PWM-Signal auf einen erhöhten PWM-Wert gesetzt. In 3 entspricht dies dem Punkt W1 mit dem dazugehörigen Ordinatenwert 80%. Zum Zeitpunkt t3 ist eine erste Zeitstufe dt1 abgelaufen, d. h. der Status ändert sich von 1 nach 2, wodurch das PWM-Signal in 3D vom Wert 80%, Punkt W1, auf den Wert 40%, Punkt W2, verringert wird. Während eines zweiten Zeitraums dt2 bleibt das PWM-Signal unverändert. Mit Ablauf der zweiten Zeitstufe dt2 und Ende des Zeitraums dt wird der I-Anteil des Druckreglers initialisiert. Als Initialisierungswerte werden entweder Null oder ein dem negativen Soll-Verbrauchsvolumenstrom qV3 entsprechender Wert vorgegeben. In der Praxis wird der Zeitraum dt auf 20 msec gesetzt. Auf Grund der relativ kurzen Zeitdauer wird die maximale Verlustleistung der Ausgangsstufe nicht überschritten.
  • Nach Initialisierung des Druckreglers ist das Steuerungsverfahren beendet und der Raildruck wird wieder geregelt. Da zum Zeitpunkt t4 der Raildruck pCR bzw. der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) gegenüber dem Normalbetrieb ein erhöhtes Niveau aufweist, berechnet der Druckregler das maximal mögliche PWM-Signal für den Regelbetrieb, entsprechend 22% (3D). Zum Zeitpunkt t5 unterschreitet der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) einen zweiten Grenzwert GW2 von 1900 bar. Mit Unterschreiten des zweiten Grenzwerts GW2 wird der Merker auf den Wert 0 gesetzt. Hierdurch wird das Steuerungsverfahren wieder freigeschaltet, d. h. die Funktion könnte wieder aktiviert werden. Wie in 3C dargestellt, verringert sich der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) aufgrund der geschlossenen Saugdrossel. Zum Zeitpunkt t6 wird davon ausgegangen, dass der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) das ursprüngliche Druckniveau von 1800 bar unterschreitet. Als Folgereaktion verringert der Druckregler das PWM-Signal wieder auf den ursprünglichen Wert von 4%, Zeitpunkt t7.
  • In 4 ist ein Zustandübergangsdiagramm für die Übergänge vom Regelungsbetrieb in den Steuerungsbetrieb und umgekehrt dargestellt. Enthalten sind auch optionale Übergänge, wenn vom Anwender nur die erste Zeitstufe dt1 (dt1 > 0) und/oder die zweite Zeitstufe dt2 (dt2 > 0) aktiviert wurden. Das Bezugszeichen 21 charakterisiert eine aktivierte Regelung des Raildrucks. Im Regelungsbetrieb besitzt der Status den Wert 0 und das PWM-Signal als Eingangsgröße der Regelstrecke besitzt den Wert PWM1, welcher vom Druckregler vorgegeben wird. Überschreitet der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) den ersten Grenzwert GW1, so wird ein Lastabwurf erkannt. Mit Erkennen des Lastabwurfs und aktivierter erster Zeitstufe dt1 (dt1 > 0) wird in den Zustand Steuerung 1, Bezugszeichen 22, gewechselt. In diesem Zustand besitzt der Status den Wert 1 und das PWM-Signal zur Beaufschlagung der Regelstrecke wird über die PWM-Vorgabe, Ausgangssignal PWM2, gesteuert. Über die PWM-Vorgabe wird das PWM-Signal temporär auf den Wert des Punkts W1 gesetzt. Mit Ablauf der ersten Zeitstufe dt1 und aktivierter zweiter Zeitstufe dt2 (dt2 > 0) wird in den Zustand Steuerung 2, Bezugszeichen 23, gewechselt. In diesem Zustand besitzt der Status den Wert 2 und das PWM-Signal wird über die PWM-Vorgabe auf den Wert des Punkts W2 gesetzt. Mit Ablauf der zweiten Zeitstufe dt2 und damit Ablauf des Zeitraums dt wird vom Zustand Steuerung 2 in den Zustand Regelung, Bezugszeichen 21, gewechselt. Die Steuerung des Raildrucks wird also deaktiviert und die Regelung wieder aktiviert.
  • Wird im Regelungsbetrieb, Zustand Regelung, ein Lastabwurf erkannt und wurde vom Anwender keine erste Zeitstufe dt1 aktiviert (dt1 = 0), so wird unmittelbar in den Zustand Steuerung 2 gewechselt. Die Rückkehr vom Zustand Steuerung 2 in den Regelungsbetrieb erfolgt mit Ablauf des Zeitraums dt.
  • Im Zustand Steuerung 1, Bezugszeichen 22, erfolgt der Übergang zur Regelung oder zum Zustand Steuerung 2 in Abhängigkeit der zweiten Zeitstufe dt2. Wurde vom Anwender keine zweite Zeitstufe dt2 aktiviert (dt2 = 0), so wird mit Ablauf der ersten Zeitstufe dt1 unmittelbar in den Regelungsbetrieb zurückgekehrt. Wurde vom Anwender eine zweite Zeitstufe dt2 aktiviert, so wird, wie zuvor beschrieben, in den Zustand Steuerung 2 gewechselt.
  • In 5 ist ein Programmablaufplan für den Zustand Regelung dargestellt. Bei S1 wird geprüft, ob der Merker den Wert 0 besitzt. Bei positivem Prüfergebnis wird der Programmteil mit den Schritten S2 bis S14 durchlaufen. Bei negativem Prüfergebnis wird der Programmteil mit den Schritten S7 bis S9 durchlaufen.
  • Ergibt die Prüfung bei S1, dass der Merker den Wert 0 besitzt, so wird bei S2 geprüft, ob ein Lastabwurf vorliegt. Liegt der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) unterhalb des ersten Grenzwerts GW1, so wird bei S10 die Regelung des Raildrucks beibehalten, d. h. das PWM-Signal stellt eine Funktion der Regelabweichung ep dar. Danach ist dieser Programmteil beendet. Wird bei S2 ein Lastabwurf festgestellt, so wird bei S3 der Merker auf den Wert 1 gesetzt und bei S4 geprüft, ob vom Anwender die erste Zeitstufe dt1 aktiviert wurde. Bei aktivierter Zeitstufe (Ergebnis der Abfrage: ja) wird bei S5 das PWM-Signal über die PWM-Vorgabe gesteuert, hier auf den Wert PWM2(W1). Danach wird bei S6 der Status auf den Wert 1 gesetzt und dieser Programmteil beendet.
  • Wurde keine erste Zeitstufe dt1 aktiviert, d. h. die Abfrage bei S4 ist negativ, so wird bei S11 geprüft, ob vom Anwender die zweite Zeitstufe dt2 aktiviert wurde. Ist keine zweite Zeitstufe dt2 aktiviert (Ergebnis der Abfrage S11: nein), bleibt bei S13 die Regelung des Raildrucks aktiviert. Der Programmablauf-Pfad S4, S11 und S13 berücksichtigt also den Fall, dass vom Anwender die Funktion nicht aktiviert wurde. Ergibt die Prüfung bei S11, dass die zweite Zeitstufe dt2 aktiviert wurde, so wird bei S12 das PWM-Signal auf den Wert PWM2(W2) gesetzt. Danach wird bei S14 der Status auf den Wert 2 gesetzt und dieser Programmpfad beendet.
  • Wurde bei S1 erkannt, dass der Merker nicht dem Wert 0 entspricht, so wird bei S7 geprüft, ob der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) kleiner/gleich dem zweiten Grenzwert GW2 ist. Ist dies der Fall, so wird bei S8 der Merker auf den Wert 0 gesetzt und der Programmablauf bei S9 fortgesetzt. Ergibt die Prüfung bei S7, dass der zweite Ist-Raildruck oberhalb des zweiten Grenzwerts liegt, wird der Programmablauf bei S9 fortgesetzt und die Regelung des Raildrucks pCR bleibt weiterhin aktiviert. Danach ist dieser Programmteil beendet.
  • In 6 ist ein Programmablaufplan für die temporäre PWM-Vorgabe bei aktivierter erster Zeitstufe dt1 dargestellt, Zustand: Steuerung 1. Bei S1 wird eine Zeit t auf den Wert t plus Abtastzeit gesetzt. Bei S2 wird geprüft, ob diese Zeit größer/gleich der ersten Zeitstufe dt1 ist, d. h. ob die erste Zeitstufe bereits abgelaufen ist. Bei noch nicht abgelaufener ersten Zeitstufe dt1 (Ergebnis der Abfrage: nein) wird bei S10 das PWM-Signal auf den Wert PWM2(W1), z. B. 80%, gesetzt und dieser Programmteil dann verlassen. Ergibt die Prüfung bei S2, dass die erste Zeitstufe dt1 abgelaufen ist, so wird bei S3 die Zeit auf den Wert 0 gesetzt und bei S4 geprüft, ob vom Anwender die zweite Zeitstufe dt2 aktiviert wurde. Wurde keine zweite Zeitstufe dt2 aktiviert, wird der Programmteil mit den Schritten S5 bis S9 durchlaufen. Bei aktivierter zweiter Zeitstufe dt2 wird der Programmteil mit den Schritten S11 und S12 durchlaufen.
  • Bei nicht aktivierter zweiter Zeitstufe dt2 (Ergebnis der Abfrage S4: nein) wird bei S5 der I-Anteil des Druckreglers initialisiert. Als Initialisierungswerte können der Wert 0 oder ein dem negativen Soll-Verbrauchsvolumenstrom entsprechender Wert verwendet werden. Bei S6 wird danach die Regelung des Raildrucks aktiviert, d. h. das PWM-Signal wird über den Druckregler in Abhängigkeit der Regelabweichung ep berechnet. Danach wird bei S7 der Status auf den Wert 0 gesetzt. Bei S8 wird geprüft, ob der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) kleiner/gleich dem zweiten Grenzwert GW2 ist. Ist dies der Fall, so wird bei S9 der Merker auf den Wert 0 gesetzt und der Programmteil verlassen. Ergibt die Prüfung bei S8, dass der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) oberhalb des zweiten Grenzwerts GW2 liegt, so wird unmittelbar dieser Programmteil verlassen.
  • Ergibt die Prüfung bei S4, dass die zweite Zeitstufe dt2 gesetzt wurde, so wird bei S11 das PWM-Signal über die PWM-Vorgabe, Ausgangssignal PWM2, auf den Wert des Punkts W2 gesetzt. Danach wird bei S12 der Status auf den Wert 2 gesetzt und der Programmteil verlassen.
  • In 7 ist ein Programmablaufplan für den Zustand Steuerung 2 dargestellt. Bei S1 wird zu einer Zeit t eine Abtastzeit addiert. Danach wird bei S2 geprüft, ob die zweite Zeitstufe dt2 abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall (Ergebnis der Abfrage S2: nein), so wird bei S9 über die PWM-Vorgabe das PWM-Signal auf den Wert PWM2(W2) gesetzt und der Programmteil verlassen. Ergibt die Prüfung bei S2, dass die zweite Zeitstufe dt2 abgelaufen ist, so wird bei S3 die Zeit t auf den Wert 0 gesetzt und bei S4 der I-Anteil des Druckreglers wie zuvor beschrieben initialisiert. Danach wird bei S5 die Regelung aktiviert, d. h. das PWM-Signal wird in Abhängigkeit der Regelabweichung ep bestimmt. Bei S6 wird der Status auf den Wert 0 gesetzt. Bei S7 wird geprüft, ob der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) kleiner/gleich dem zweiten Grenzwert GW2 ist. Ist dies der Fall, so wird bei S8 der Merker auf den Wert 0 gesetzt und der Programmteil verlassen. Ergibt die Prüfung bei S7, dass der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) oberhalb des zweiten Grenzwerts GW2 liegt, so wird der Programmteil unmittelbar verlassen.
  • Das Verfahren wurde an Hand eines Lastabwurfs beschrieben. In der Praxis kann das dargestellte Verfahren ganz allgemein immer auch dann verwendet werden, wenn eine sehr schnelle Reduktion der Einspritzmenge eine Drucküberhöhung im Rail bewirkt. Dies erfolgt beim Lastabwurf, einem Motorstop sowie bei einer schlagartigen Reduktion des Sollmoments bzw. der Soll-Einspritzmenge mit Erkennen einer Laderüberdrehzahl bei einem Abgasturbolader.
  • Die Erfindung bietet folgende Vorteile:
    • – durch das temporär erhöhte PWM-Signal wird eine höhere Dynamik des Stellglieds erreicht, wodurch ein unbeabsichtigtes Öffnen des Druck-Begrenzungsventils bei einem Lastabwurf verhindert wird;
    • – durch die Deaktivierung der Regelung und das erhöhte PWM-Signal kann ein festsitzender Saugdrossel-Schieber wieder gängig gemacht werden;
    • – das zweite Filter, der Schalter und die PWM-Vorgabe können in der Software des elektronischen Steuergeräts abgebildet werden, wodurch das Steuerungsverfahren nachträglich applizierbar ist;
    • – die temporäre PWM-Vorgabe kann das in der DE 10 2004 023 365 A1 dargestellte Verfahren ergänzen.
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Kraftstofftank
    3
    Niederdruck-Pumpe
    4
    Saugdrossel
    5
    Hochdruck-Pumpe
    6
    Rail
    7
    Einzelspeicher
    8
    Injektor
    9
    Rail-Drucksensor
    10
    Druck-Begrenzungsventil
    11
    elektronisches Steuergerät (ADEC)
    12
    Druckregler
    13
    Begrenzung
    14
    Berechnung
    15
    Schalter
    16
    Regelstrecke
    17
    erstes Filter
    18
    zweites Filter
    19
    Funktionsblock
    20
    PWM-Vorgabe
    21
    Regelung
    22
    Steuerung 1
    23
    Steuerung 2

Claims (6)

  1. Steuer- und Regelverfahren für eine Brennkraftmaschine (1) mit Common-Railsystem, bei dem im Normalbetrieb ein Raildruck (pCR) geregelt wird, indem ein erster Ist-Raildruck (pCR1(IST)) über ein erstes Filter (17) aus dem Raildruck (pCR) bestimmt wird, eine Regelabweichung (ep) aus einem Soll-Raildruck (pCR(SL)) sowie dem ersten Ist-Raildruck (pCR1(IST)) berechnet wird, eine Stellgröße (qV1) über einen Druckregler (12) aus der Regelabweichung (ep) berechnet wird und in Abhängigkeit der Stellgröße (qV1) ein PWM-Signal (PWM) zur Ansteuerung einer Regelstrecke (16) festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Ist-Raildruck (pCR2(IST)) über ein zweites Filter (18) bestimmt wird, ein Lastabwurf erkannt wird, wenn der zweite Ist-Raildruck (pCR2(IST)) einen ersten Grenzwert (GW1) übersteigt und mit Erkennen eines Lastabwurfs der Raildruck (pCR) gesteuert wird, indem das PWM-Signal (PWM) über eine PWM-Vorgabe (20) auf einen gegenüber dem Normalbetrieb erhöhten PWM-Wert (PWM2) gesetzt wird.
  2. Steuer- und Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte PWM-Wert (PWM2) während eines Zeitraums (dt) vorgegeben wird.
  3. Steuer- und Regelverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Zeitraums (dt) der erhöhte PWM-Wert (PWM2) nach einer Treppenfunktion vorgegeben wird.
  4. Steuer- und Regelverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit Ablauf des Zeitraums (dt) ein I-Anteil des Druckreglers (12) mit dem Wert Null oder einem dem negativen Soll-Verbrauchsvolumenstrom (qV3) entsprechenden Wert initialisiert wird.
  5. Steuer- und Regelverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Initialisierung des Druckreglers (12) der Raildruck (pCR) dem Normalbetrieb entsprechend wieder geregelt wird.
  6. Steuer- und Regelverfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsverfahren zur Vorgabe eines erhöhten PWM-Werts freigeschaltet wird, wenn der Raildruck (pCR) einen zweiten Grenzwert (GW2) unterschreitet.
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