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DE102006045923A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Raildruck-Sollwertes - Google Patents

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Stefan Koidl
Pierre Mathis
Enrique Naupari
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Martin Schwab
Roland Hafner
Antoine Combelle
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Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Raildruck-Sollwertes (P_Rail_Soll) für einen Hochdruck-Rail einer Brennkraftmaschine, wobei der Raildruck-Sollwert maximal mit Maximalgradient (Rail_P_SetPointInc) zur Veränderung des Raildruck-Sollwertes (P_Rail_Soll) verändert wird und der Maximalgradient (Rail_P_SetPointInc) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einem Kennfeld (Rail_dpSetPointIncOfs_Map) entnommen wird. Die Betriebsparameter umfassen einen eingelegten Gang (Gearbx_stGear) eines Gangwechselgetriebes.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Raildruck-Sollwertes für einen Hochdruck-Rail einer Brennkraftmaschine, wobei der Raildruck-Sollwert maximal mit einem Maximalgradienten zur Veränderung des Raildruck-Sollwertes verändert wird und der Maximalgradient in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einem Kennfeld entnommen wird.
  • Zur Absicherung der Haltbarkeit von Einspritzsystemen für Dieselmotoren wird auf Basis einer Lastkollektivmessung im Fahrzeug die Einhaltung des Auslegungsziels bezüglich Versagen der Komponenten sichergestellt.
  • Im Motorenbau zeichnet sich eine Tendenz ab, Einspritzsysteme bei höheren Drücken als derzeit üblich zu betreiben. Dadurch wird das Aufgabe, die geforderte Ausfallrate einzuhalten ohne auf kostspielige Konstruktionsmittel zurückzugreifen, schwieriger zu erfüllen. Derzeit werden zum Erreichen einer höheren Lebensdauer von Komponenten bei höheren Betriebsdrücken Maßnahmen wie z.B. eine geeignete Materialauswahl angewandt. Zusätzlich können hier Maßnahmen während der Motorparameterapplikation angewandt werden, beispielsweise die Auslegung eines Raildruckkennfelds, die Hochdruckregelung usw. Sehr viele Maßnahmen in Bezug auf die Applikation haben Auswirkungen auf die Motoreigenschaften, insbesondere dessen Emissionen und dessen Leistungsverhalten.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Verzicht auf konstruktive Änderungen an Komponenten deren Lebensdauer zu erhöhen.
  • Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Raildruck-Sollwertes für einen Hochdruck-Rail einer Brennkraftmaschine, wobei der Raildruck-Sollwert maximal mit einem Maximalgradienten zur Veränderung des Raildruck-Sollwertes verändert wird und der Maximalgradient in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einem Kennfeld entnommen wird, wobei die Betriebsparameter einen eingelegten Gang eines Gangwechselgetriebes und/oder einen Raildruckistwert umfassen.
  • Der Raildruck-Sollwert ist der Druck, der in dem Rail (Speicher) als Sollwertvorgabe geregelt wird. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich sowohl um einen Dieselmotor als auch einen Ottomotor handeln. Die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine sind gemessene oder modellierte physikalische Größe, wie z.B. Soll-Drehzahl, Ist-Drehzahl, Soll-Einspritzmenge, Ist-Einspritzmenge, Ist-Raildruck, Motorsystemmenge oder diverse Temperatur- bzw. Druckgrößen einer Brennkraftmaschine. Ein Kennfeld verknüpft Eingabewerte mit Ausgabewerten und kann in Form einer ein- oder mehrdimensionalen Tabelle, z.B. in einem Speicher eines Steuergerätes, abgelegt sein.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Wert des Maximalgradienten auf einen Minimalwert nach unten und/oder auf einen Maximalwert nach oben begrenzt ist. Der Maximalwert des Gradienten wird also in beide Richtungen begrenzt, dadurch werden zu hohe Gradienten und zu niedrige Gradienten, insbesondere Gradienten < 0, ausgeschlossen.
  • Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere Steuergerät einer Brennkraftmaschine, mit Mitteln zur Bestimmung eines Raildruck-Sollwert für einen Hochdruck-Rail einer Brennkraftmaschine, wobei der Raildruck-Sollwert maximal mit einem Maximalgradienten zur Veränderung des Raildruck-Sollwertes verändert wird und der Maximalgradient in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einem Kennfeld entnommen wird, wobei die Betriebsparameter einen eingelegten Gang eines Gangwechselgetriebes und/oder einen Raildruckistwert umfassen.
  • Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Kraftstoffzumess-Systems;
  • 2 eine Prinzipskizze der Sollwert-Bestimmung des Raildrucks;
  • 3 eine Prinzipskizze zur Bestimmung des Gradienten des Raildrucks.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In 1 sind die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauteile eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung dargestellt. Das dargestellte System wird üblicherweise als Common-Rail-System bezeichnet. Mit 100 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Dieser steht über eine Vorförderpumpe 110 mit einer Hochdruckpumpe 125 in Verbindung. Die Hochdruckpumpe 125 kann wenigstens ein Elementabschaltventil umfassen. Die Hochdruckpumpe 125 steht mit einem Rail 130 in Verbindung. Das Rail 130 wird auch als Speicher bezeichnet und steht über Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 131 in Kontakt. Mittels des Sensors 140 wird der zeitabhängige Istwert des Druckes P_Rail_Ist (t) im Rail bzw. im gesamten Hochdruckbereich erfasst. Die Zeitabhängigkeit wird dabei durch die angehängte Variable (t) bezeichnet. Über ein Druckregelventil 135 ist das Rail 130 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 100 verbindbar. Das Druckregelventil 135 ist mittels einer Spule 136 steuerbar. Eine Steuerung 160 beaufschlagt das Elementabschaltventil 126 mit einem Ansteuersignal AP, die Injektoren 131 mit einem Ansteuersignal A und das Druckregelventil 136 mit einem Signal AV. Die Steuerung 160 verarbeitet verschiedene Signale verschiedener Sensoren 165, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs, dass die Brennkraftmaschine antreibt, charakterisieren. Ein solcher Betriebszustand ist beispielsweise die Ist-Drehzahl n_ist der Brennkraftmaschine.
  • Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Kraftstoff, der sich im Vorratsbehälter befindet, wird von der Vorförderpumpe 110 zur Hochdruckpumpe 125 gefördert. Die Hochdruckpumpe 125 fördert den Kraftstoff vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die Hochdruckpumpe 125 baut im Rail 130 einen sehr hohen Druck auf. Üblicherweise werden bei Systemen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen Druckwerte von etwa 1000 bis 2000 bar erzielt. Über die Injektoren 131 kann der Kraftstoff unter hohem Druck den einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine zugemessen werden. Mittels des Sensors 140 wird der Raildruck-Istwert P_Rail_Ist (t) im Rail bzw. im gesamten Hochdruckbereich erfasst und in der Steuerung 160 mit einem Raildruck-Sollwert P_Rail_Soll (t) verglichen. Abhängig von diesem Vergleich wird das Druckregelventil 135 gesteuert. Bei geringem Kraftstoffmengenbedarf kann die Förderleistung der Hochdruckpumpe 125 durch entsprechende Ansteuerung des Elementabschaltventils stufenweise verringert werden.
  • Der Raildruck-Sollwert P_Rail_Soll (t) wird dazu einem Kennfeld entnommen, in das unterschiedlichste Parameter des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine eingehen können. Bei einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine, wenn also Parameter wie die Drehmomentenanforderung oder Drehzahl geändert werden, wird der Raildruck-Sollwert nun nicht abrupt, sondern mit einer Zeitverzögerung verändert. Dies ist als Prinzipskizze in 2 dargestellt. Betriebsparameter der Brennkraftmaschine wie die Drehzahl n, das angeforderte Motormoment M und dergleichen gehen in ein Kennfeld KP ein, so dass dem Kennfeld KP ein Sollwert für den Raildruck P_Rail_Soll' (t) entnommen werden kann. Der Sollwert P_Rail_Soll (t-1) vom vorangegangenen Rechensschritt wird vom eben abgelesenen P_Rail_Soll' (t) aus dem Kennfeld Kp in Abzug gebracht und mit dem Gradienten Rail_P_SetPointInc verglichen. Das Minimum aus beiden Werten wird dann zu dem Sollwert P_Rail_Soll (t-1) vom vorangegangenen Rechenschritt hinzuaddiert und bildet auf diese Weise den aktuellen Sollwert P_Rail_Soll (t).
  • In 3 ist ein Prinzipschaltbild zur Bestimmung des Wertes des Maximalgradienten Rail_P_SetPointInc zur Veränderung des Raildruck-Sollwertes P_Rail_Soll (t). Verfahren nach Stand der Technik sehen ein Raildrucksollwertkennfeld vor, das den Anforderungen bei stationären Betriebspunkten des Motors entspricht. Bei der dynamischen Motorbenutzung werden u. a. aus regelungs- und geräuschtechnischen Gründen die Punkte des Raildrucksollwertkennfelds mittels eines Raildruckgradientenkennfelds für den Druckanstieg (z.B. in bar/s) Rail_dpSetpointInc_Map miteinander verbunden. Dieses Druckanstiegsgradientenkennfeld erfolgt in Abhängigkeit der Motorsystemmenge InjCtl_qSetUnBal und der Motordrehzahl Eng_nAvrg.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht nun vor, in einem Kennfeld Rail_dpSetPointIncOfs_Map eine gangabhängige Gearbx_stGear, Ist-Drehzahlabhängige n_ist und raildruckistwertabhängige RailCD_pPeak Reduzierung des Raildruckanstiegsgradientenkennfelds Rail_dpSetPointInc_Map vorzunehmen mit dem Ziel, bei höheren vorherrschenden Raildrücken die Sollwerte immer langsamer zu erreichen.
  • Die Raildruckistwertabhängigkeit erlaubt einen direkten Eingriff auf die zu beeinflussende Größe (ohne Umweg über die Systemmenge). Durch die gangabhängige selektive Benutzungsmöglichkeit und die Raildruckistwertabhängigkeit wird nur beispielsweise in niedrigen Getriebegängen Einfluss genommen und die nicht relevanten Druckbereiche ausgespart.
  • Damit durch eine fehlerhafte Applikation keine zu großen Anstiegsgradienten oder Anstiegsgradienten <= 0 verhindert werden, ist eine Limitierung zu beiden Seiten kalibrierbar (Rail_dpSetPointIncMax_C und Rail_dpSetPointIncMin_C).
  • Die Wirkung dieses gangabhängigen Raildruckgradientenreduzierungskennfelds Rail_dpSetPointIncOfs_Map für den Druckanstieg kommt dem Verhalten eines PT1-Filters gleich.
  • Durch eine geschickte Auswahl der „Reduktionsgradienten" können die Einflüsse auf das Motorverhalten gering gehalten werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Bestimmung eines Raildruck-Sollwertes (P_Rail_Soll) für einen Hochdruck-Rail einer Brennkraftmaschine, wobei der Raildruck-Sollwert maximal mit Maximalgradient (Rail_P_SetPointInc) zur Veränderung des Raildruck-Sollwertes (P_Rail_Soll) verändert wird und der Maximalgradient (Rail_P_SetPointInc) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einem Kennfeld (Rail_dpSetPointIncOfs_Map) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter einen eingelegten Gang (Gearbx_stGear) eines Gangwechselgetriebes umfassen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter den Raildruck-Istwert (P_Rail_Ist) umfassen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter die Ist-Drehzahl (n_ist) der Brennkraftmaschine umfassen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter die Motorsystemmenge (InjCtl_qSetUnBal) der Brennkraftmaschine umfassen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Maximalgradienten auf einen Minimalwert (Rail_dpSetPointIncMin_C) nach unten begrenzt ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Maximalgradienten auf einen Maximalwert (Rail_dpSetPointIncMax_C) nach oben begrenzt ist.
  7. Vorrichtung, insbesondere Steuergerät einer Brennkraftmaschine, mit Mitteln zur Bestimmung eines Raildruck-Sollwertes (P_Rail_Soll) für einen Hochdruck-Rail einer Brennkraftmaschine, wobei der Raildruck-Sollwert maximal mit Maximalgradient (Rail_P_SetPointInc) zur Veränderung des Raildruck-Sollwertes (P_Rail_Soll) verändert wird und der Maximalgradient (Rail_P_SetPointInc) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einem Kennfeld (Rail_dpSetPointIncOfs_Map) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter einen eingelegten Gang (Gearbx_stGear) eines Gangwechselgetriebes umfassen.
  8. Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung aller Schritte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
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