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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Vorsteuerwertes für die Vorsteuerung eines Volumenstromes von Kraftstoff einer Zumesseinheit mit einem Injektor, einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine.
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Bisher wird zur Abschätzung des Volumenstroms, den die Zumesseinheit der Hochdruckpumpe in einem Common-Rail Einspritzsystem bereitstellt, folgende Struktur angewandt. Aus einem Kennfeld mit den Eingangsgrößen Drehzahl und momentenbildende Gesamteinspritzmenge und drei weiteren Kennfeldern mit den Eingängen Drehzahl und Nacheinspritzmenge wird der Volumenstrom der Einspritzungen ermittelt und zusammen mit einem Kennfeldwert für die Injektorleckage, das abhängig von der Kraftstofftemperatur und dem Raildrucksollwert ist, zu einem Vorsteuer-Volumenstrom addiert. Zusätzlich wird für die Voreinspritzungen noch die Steuermenge der Injektoren über je einen drehzahlabhängigen Faktor berücksichtigt.
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Hierbei wird jedoch der momentenbildende Anteil der Nacheinspritzungen doppelt berücksichtigt. Er ist sowohl in der momentenbildenden Gesamteinspritzmenge als auch in der jeweiligen Nacheinspritzmenge enthalten, wenn die Nacheinspritzung einen momentenbildenden Anteil hat. Dies führt zu einer falschen Vorsteuerung der Zumesseinheit, die sich besonders bei schnellen Zu- und Abschaltungen einer großen, teilweise momentenbildenden Nacheinspritzung in einer Regelabweichung des Raildrucks auswirken kann. Weiterhin wird durch die Kennfeldstruktur wertvoller Speicherplatz im Steuergerät verbraucht.
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Aus der
DE 10 2004 009 616 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Volumenstroms in einem Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei wird zur Adaption einer Ventilstellung eines Volumenstromregelventils ein zweidimensionales Adaptionskennfeld verwendet, wobei die Adaptionswerte für die Ventilsteuerung durch das Adaptionskennfeld in Abhängigkeit von zwei Betriebsparametern der Brennkraftmaschine vorgegeben werden. Es wird jedoch lediglich eine Adaption durchgeführt, die Vorsteuerung an sich bleibt unverändert.
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Die
DE 100 03 298 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Druckregelung in einem Common-Rail-Einspritzsystem für einen Dieselmotor. Das Common-Rail-Einspritzsystem umfasst eine mengengesteuerte Hochdruckpumpe, einen Hochdruckspeicher und ein Druckabbauventil. Mit einem Modell wird ein Druckregler und/oder ein Stellelement eines Druckregelkreises nachgebildet. Es ist vorgesehen, dass das Modell mindestens ein Signal liefert, welches eine Störgröße des Druckregelkreises charakterisiert.
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Aus der
DE 10 2004 059 330 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffsystems eines Verbrennungsmotors bekannt. Dabei wird bei einem Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor der Kraftstoff von einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe in einen Hochdruckspeicher gefördert, aus welcher er über mindestens einen Injektor in mindestens einen Brennraum des Verbrennungsmotors eindosiert werden kann. Eine Druckregeleinrichtung, mit der Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher abgelassen werden kann, wird mit einem Vorsteuersignal vorgesteuert, welches unter Berücksichtigung eines Soll-Drucks im Hochdruckspeicher ermittelt wird. Es wird vorgeschlagen, dass bei der Ermittlung des Vorsteuersignals ein Wert für eine durch die Druckregeleinrichtung hindurchströmende Kraftstoffmenge berücksichtigt wird.
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Die
DE 197 32 447 A1 offenbart ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Hochdruckpumpe, einem Hochdruck und mindestens einem Injektor zur Eindosierung eines Kraftstoffs in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors. Ein Kolben in der Hochdruckpumpe bewegt sich zyklisch hin und her, um Kraftstoff zu verdichten und in den Hochdruckspeicher zu fördern. Der Injektor umfasst ein Einspritzventil und eine Nadelsteuerungseinrichtung zur Ermöglichung eines Einspritzvorgangs während eines Pumpvorgangs durch Steuerung des Kraftstoffflusses zu einem Auslauf, so dass die Kraftstoffdruckkräfte, die auf das Einspritzventil wirken, gesteuert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorsteuerung eines Volumenstromes von Kraftstoff einer Zumesseinheit einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Dazu sind bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen,
- (a) Bestimmen eines Einspritzvolumenstromes des Kraftstoffs einer tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge;
- (b) Bestimmen eines ersten Steuervolumenstromes des Kraftstoffs während der Ansteuerung des Injektors;
- (c) Bestimmen eines zweiten Steuervolumenstromes des Kraftstoffs während des Ansteuerns und Absteuerns des Injektors;
- (d) Bestimmen eines Leckagevolumenstromes des Kraftstoffs des Injektors;
- (e) Addieren von Einspritzvolumenstrom, erstem Steuervolumenstrom, zweitem Steuervolumenstrom und Leckagevolumenstrom zu einem Volumenstrom des Kraftstoffs zur Vorsteuerung der Zumesseinheit der Hochdruckpumpe.
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Dies hat den Vorteil, dass sich der Volumenstrom auf einfache Weise mit Größen bzw. Parametern berechnen lässt, die alle in einer Software eines Steuergerätes der Brennkraftmaschine bereits vorhanden sind. Durch die physikalische Modellierung des Volumenstroms der Hochdruckpumpe wird eine Verbesserung der Regelgüte des Raildruckreglers in der Dynamik erzielt. Dadurch ergeben sich Verbesserungen in der Zumessung, die sich positiv auf Emission, Akustik und Verbrauch eines Fahrzeuges auswirken.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt (a) ein gesamtes Einspritzvolumen des Kraftstoffs pro Hub aus momentenbildenden und nicht momentenbildenden Einspritzmengen des Kraftstoffs pro Hub bestimmt und zum Bestimmen des Einspritzvolumenstromes des Kraftstoffs mit einem ersten Umrechnungsfaktor von Volumen des Kraftstoffs pro Hub in Volumen des Kraftstoffs pro Zeiteinheit multipliziert. Hierbei wird der erste Umrechnungsfaktor bevorzugt mittels einer momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine berechnet.
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Zweckmäßigerweise wird in Schritt (a) eine Summe aller momentenbildenden und nicht momentenbildenden Einspritzmassen des Kraftstoffs bzw. Einspritzgewichtsmengen des Kraftstoffs pro Hub bestimmt und zum Bestimmen des gesamten Einspritzvolumens des Kraftstoffs pro Hub durch eine Kraftstoffdichte geteilt. Hierbei wird bevorzugt die Kraftstoffdichte mittels einer momentanen Kraftstofftemperatur aus einer Kennlinie der Kraftstoffdichte in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur bestimmt.
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Erfindungsgemäß wird in Schritt (c) zum Bestimmen des zweiten Steuervolumens des Kraftstoffes eine Anzahl der Einzeleinspritzereignisse mit einem Wert für einen einspritzereignisabhängigen Steuervolumenstrom des Kraftstoffes multipliziert. Hierbei wird bevorzugt der Wert für den einspritzereignisabhängigen Steuervolumenstrom des Kraftstoffes mit einem momentanen Raildrucksollwert aus einer Kennlinie des einspritzereignisabhängigen Steuervolumenstromes des Kraftstoffes in Abhängigkeit von einem Raildrucksollwert bestimmt.
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Zweckmäßigerweise wird in Schritt (d) der Leckagevolumenstrom des Kraftstoffs der Injektor mit einem momentanen Raildrucksollwert und mit einer momentanen Kraftstofftemperatur aus einem Kennfeld des Leckagevolumenstromes in Abhängigkeit von dem Raildrucksollwert und der Kraftstofftemperatur bestimmt.
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Erfindungsgemäß wird in Schritt (b) zum Bestimmen des ersten Steuervolumenstromes des Kraftstoffs eine Summe der Ansteuerdauern aller Einzeleinspritzungen pro Zeiteinheit mit einem Wert für ein Steuervolumen der Einspritzungen pro Ansteuerdauer multipliziert. Hierbei wird bevorzugt der Wert für das Steuervolumen der Einspritzungen pro Ansteuerdauer mittels eines momentanen Raildrucksollwertes aus einer Kennlinie des Steuervolumens der Einspritzungen pro Ansteuerdauer in Abhängigkeit von dem Raildrucksollwert bestimmt. Zum Bestimmen der Summe der Ansteuerdauern aller Einzeleinspritzungen pro Zeiteinheit wird bevorzugt eine Summe der Ansteuerdauern aller Einzeleinspritzungen pro Hub mit einem zweiten Umrechnungsfaktor von Ansteuerdauer pro Hub in Ansteuerdauer pro Zeiteinheit multipliziert. Hierbei wird der zweite Umrechnungsfaktor bevorzugt mittels einer momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine berechnet.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. einen schematischen Ablaufplan einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei der in der einzigen Fig. beispielhaft dargestellten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines Vorsteuerwertes für die Vorsteuerung eines Volumenstromes von Kraftstoff einer Zumesseinheit, insbesondere eines Injektors, einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine wird in einem Dividierer 10 eine Summe 12 aller momentenbildenden und nicht momentenbildenden Einspritzmassen des Kraftstoffs bzw. Einspritzgewichtsmengen des Kraftstoffs pro Hub mit der Einheit [mg/Hub] durch einen Wert 14 für eine Kraftstoffdichte mit der Einheit [kg/m3] geteilt.
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Hierbei wird dieser Wert 14 für die Kraftstoffdichte mit einem Wert 16 für die momentane Kraftstofftemperatur mit der Einheit [°C] aus einer Kennlinie 18 der Kraftstoffdichte in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur bestimmt. Auf diese Weise wird ein Wert 20 für das gesamte Einspritzvolumen (momentenbildend und nicht momentenbildend) pro Hub mit der Einheit [mm3/Hub] bestimmt.
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Dieser Wert 20 für das gesamte Einspritzvolumen (momentenbildend und nicht momentenbildend) pro Hub wird in einem ersten Multiplizierer 22 mit einem ersten Umrechnungsfaktor 24 zur Umrechnung von [mm3/Hub] in [mm3/s] multipliziert. Dieser erste Umrechnungsfaktor 24 wird mittels eines Wertes 26 für eine momentanen Drehzahl [1/min] der Brennkraftmaschine in einem Schritt 28 berechnet. Auf diese Weise wird ein Wert 30 für einen gesamten Einspritzvolumenstrom des Kraftstoffes einer tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge mit der Einheit [mm3/s] bestimmt.
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In einem zweiten Multiplizierer 32 wird ein Wert 34 für die Summer der Ansteuerdauern aller Einzeleinspritzungen pro Hub mit der Einheit [µs/Hub] mit einem zweiten Umrechnungsfaktor 36 zum Umrechnen von [µs/Hub] in [µs/s] multipliziert. Dieser zweite Umrechnungsfaktor 36 wird mittels eines Wertes 40 für eine momentanen Drehzahl [1/min] der Brennkraftmaschine in einem Schritt 42 berechnet. Auf diese Weise wird ein Wert 38 für die Summe der Ansteuerdauern aller Einzeleinspritzungen pro Zeiteinheit mit der Einheit [µs/s] bestimmt. Dieser Wert 38 entspricht im Wesentlichen einem Anteil der Öffnungsdauer des Injektors für eine bestimmte Zeiteinheit, die sich aus der Ansteuerdauer ergibt. Je höher die Drehzahl 40, desto kürzer ist die Ansteuerdauer bezogen auf die Zeiteinheit.
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In einem dritten Multiplizierer 44 wird der Wert 38 für die Summe der Ansteuerdauern aller Einzeleinspritzungen pro Zeiteinheit mit der Einheit [µs/s] mit einem Wert 46 für das Steuervolumen des Kraftstoffes der Einspritzung pro Ansteuerdauer mit der Einheit [mm3/µs] multipliziert. Dieser Wert 46 wird mittels eines Wertes 48 für einen momentanen Raildrucksollwert [hPa] aus einer Kennlinie 50 des Steuervolumens der Einspritzungen pro Ansteuerdauer in Abhängigkeit von dem Raildrucksollwert bestimmt. Auf diese Weise wird ein Wert 52 für einen ersten Steuervolumenstrom des Kraftstoffs während der Ansteuerung des Injektors mit der Einheit [mm3/s] bestimmt.
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In einem vierten Multiplizierer 54 wird ein Wert 56 für die Anzahl der Einzeleinspritzereignisse mit einem Wert 58 für einen einspritzereignisabhängigen Steuervolumenstrom des Kraftstoffes mit der Einheit [mm3/s] multipliziert. Der Wert 58 für den einspritzereignisabhängigen Steuervolumenstrom des Kraftstoffes wird mittels eines Wertes 60 für einen momentanen Raildrucksollwert [hPa] aus einer Kennlinie 62 des einspritzereignisabhängigen Steuervolumenstromes des Kraftstoffes in Abhängigkeit von einem Raildrucksollwert [hPa] bestimmt. Auf diese Weise wird ein Wert 64 für einen zweiten Steuervolumenstrom des Kraftstoffs während des Ansteuerns und Absteuerns des Injektors mit der Einheit [mm3/s] bestimmt.
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Weiterhin wird mittels eines Wertes 66 für den momentanen Raildrucksollwert [hPa] und eines Wertes 68 für eine momentane Kraftstofftemperatur [°C] aus einem Kennfeld 70 eines Leckagevolumenstromes in Abhängigkeit von dem Raildrucksollwert und der Kraftstofftemperatur ein Wert 72 für einen Leckagevolumenstrom des Kraftstoffs des Injektors mit der Einheit [mm3/s] bestimmt.
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In Addierern 74, 76 und 78 werden der Wert 30 für den gesamten Einspritzvolumenstrom des Kraftstoffes einer tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge, der Wert 52 für den ersten Steuervolumenstrom des Kraftstoffs während der Ansteuerung des Injektors, der Wert 64 für den zweiten Steuervolumenstrom des Kraftstoffs während des Ansteuerns und Absteuerns des Injektors und der Wert 72 für den Leckagevolumenstrom des Kraftstoffs des Injektors zusammen addiert und auf diese Weise wird ein Wert 80 für einen Volumenstrom zur Vorsteuerung der Zumesseinheit bzw. des Injektors an der Hochdruckpumpe mit der Einheit [mm3/s] bestimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dividierer
- 12
- Summe aller momentenbildenden und nicht momentenbildenden Einspritzmassen des Kraftstoffs bzw. Einspritzgewichtsmengen des Kraftstoffs pro Hub mit der Einheit [mg/Hub]
- 14
- Wert für eine Kraftstoffdichte mit der Einheit [kg/m3]
- 16
- Wert für die momentane Kraftstofftemperatur mit der Einheit [°C]
- 18
- Kennlinie der Kraftstoffdichte in Abhängigkeit von der Kraftstofftemperatur
- 20
- Wert für das gesamte Einspritzvolumen (momentenbildend und nicht momentenbildend) pro Hub mit der Einheit [mm3/Hub]
- 22
- erster Multiplizierer
- 24
- erster Umrechnungsfaktor zur Umrechnung von [mm3/Hub] in [mm3/s]
- 26
- Wert für eine momentanen Drehzahl [1/min] der Brennkraftmaschine
- 28
- Schritt: Berechnen eines ersten Umrechnungsfaktors 24
- 30
- Wert für einen gesamten Einspritzvolumenstrom des Kraftstoffes einer tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge mit der Einheit [mm3/s]
- 32
- zweiter Multiplizierer
- 34
- Wert für die Summer der Ansteuerdauern aller Einzeleinspritzungen pro Hub mit der Einheit [µs/Hub]
- 36
- zweiten Umrechnungsfaktor zum Umrechnen von [µs/Hub] in [µs/s]
- 38
- Wert für die Summe der Ansteuerdauern aller Einzeleinspritzungen pro Zeiteinheit mit der Einheit [µs/s]
- 40
- Wert für eine momentane Drehzahl [1/min] der Brennkraftmaschine
- 42
- Schritt: Berechnen des zweiten Umrechnungsfaktors 36
- 44
- dritter Multiplizierer
- 46
- Wert für das Steuervolumen des Kraftstoffes der Einspritzung pro Ansteuerdauer mit der Einheit [mm3/µs]
- 48
- Wert für einen momentanen Raildrucksollwert [hPa]
- 50
- Kennlinie des Steuervolumens der Einspritzungen pro Ansteuerdauer in Abhängigkeit von dem Raildrucksollwert
- 52
- Wert für einen ersten Steuervolumenstrom des Kraftstoffs während der Ansteuerung des Injektors mit der Einheit [mm3/s]
- 54
- vierter Multiplizierer
- 56
- Wert für die Anzahl der Einzeleinspritzereignisse
- 58
- Wert für einen einspritzereignisabhängigen Steuervolumenstrom des Kraftstoffes mit der Einheit [mm3/s]
- 60
- Wertes für einen momentanen Raildrucksollwert [hPa]
- 62
- Kennlinie des einspritzereignisabhängigen Steuervolumenstromes des Kraftstoffes in Abhängigkeit von einem Raildrucksollwert [hPa]
- 64
- Wert für einen zweiten Steuervolumenstrom des Kraftstoffs während des Ansteuerns und Absteuerns des Injektors mit der Einheit [mm3/s]
- 66
- Wert für den momentanen Raildrucksollwert [hPa]
- 68
- Wert für eine momentane Kraftstofftemperatur [°C]
- 70
- Kennfeld eines Leckagevolumenstromes in Abhängigkeit von dem Raildrucksollwert und der Kraftstofftemperatur
- 72
- Wert für einen Leckagevolumenstrom des Kraftstoffs des Injektors mit der Einheit [mm3/s]
- 74
- Addierer
- 76
- Addierer
- 78
- Addierer
- 80
- Wert für einen Volumenstrom zur Vorsteuerung der Zumesseinheit an der Hochdruckpumpe mit der Einheit [mm3/s]