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Dokumentenidentifikation DE19735561B4 20.12.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Hammel, Christof, 70188 Stuttgart, DE;
Schulz, Udo, 71665 Vaihingen, DE
DE-Anmeldedatum 16.08.1997
DE-Aktenzeichen 19735561
Offenlegungstag 18.02.1999
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse F02M 63/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine sind aus der DE 195 48 278 bekannt. Dort werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Drucks in einen Druckspeicher bei einem Common-Rail-System beschrieben. Üblicherweise wird bei solchen Common-Rail-Systemen die Ansteuerdauer der Injektoren abhängig von der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dem Druck im Speicher vorgegeben. Hierzu wird der Druck im Speicher drehzahlsynchron erfaßt. Die Druckregelung erfolgt in einem festen Zeitraster. Hierzu wird der bereits drehzahlsynchron erfaßte Raildruck zeitsynchron abgetastet. Dies kann unter ungünstigen Betriebszuständen zu erheblichen Totzeiten bei der Druckregelung führen. Dies führt dazu, daß der Druckregler sehr langsam appliziert werden muß. Dies ist im Hinblick auf eine schnelle Störgrößenausregelung eine unerwünschte Randbedingung.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art die Totzeit im Druckregelkreis zu minimieren. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann die Totzeit beim Druckregelkreis wesentlich verringert werden. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2 den Druck über der Zeit t aufgetragen, 3 eine detaillierte Darstellung der Druckerfassung und 4 und 5 jeweils ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In 1 sind die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauteile einer Ausführungsform eines Kraftstoffversorgungssystems einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung dargestellt. Das dargestellte System wird üblicherweise als Common-Rail-System bezeichnet und ist nur beispielhaft dargestellt.

Mit 100 ist ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Dieser steht über ein ersten Filter 105, einer regelbaren Vorförderpumpe 110 und einem zweiten Filtermittel 115 in Verbindung. Vom zweiten Filtermittel 115 gelangt der Kraftstoff über eine Leitung zu einem Ventil 120. Die Verbindungsleitung zwischen dem Filtermittel 115 und dem Ventil 120 steht über ein Niederdruckbegrenzungsventil 145 mit dem Vorratsbehälter 100 in Verbindung. Das Ventil 120 steht über eine Hochdruckpumpe 125 mit einem Rail 130 in Verbindung. Das Rail wird auch als Speicher bezeichnet und steht über Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 131 in Kontakt. Über ein Druckregelmittel, insbesondere ein Druckregelventil 135 ist das Rail 130 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 110 verbindbar. Das Druckregelventil 135 ist mittels einer Spule 136 steuerbar.

Die Leitungen zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 125 und dem Eingang des Druckregelventils 135 werden als Hochdruckbereich bezeichnet. In diesem Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Der Druck im Hochdruckbereich wird mittels eines Sensors 140 erfaßt. Die Leitungen zwischen dem Tank 100 und der Hochdruckpumpe 125 werden als Niederdruckbereich bezeichnet.

Mit 150 ist eine Steuerung bezeichnet. Diese beaufschlagt die Injektoren 131 mit Ansteuersignalen A und steuert die Spule 136 des Druckregelventils 135 an. Hierzu wird das Ausgangssignal P des Drucksensors 140 und verschiedene Ausgangssignale weiterer Sensoren 160, wie beispielsweise eines Drehzahlsensors, ausgewertet.

Die Steuerung 150 umfaßt eine Druckberechnung 151, der das Ausgangssignal des Drucksensors 140 zugeleitet wird. Die Druckberechnung 151 beaufschlagt eine Mengenberechnung 152und einen Verknüpfungspunkt 154 mit Signalen. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 154 steht das Ausgangssignal PS einer Sollwertvorgabe 153. Die Sollwertvorgabe verarbeitet das Ausgangssignal N eines Drehzahlsensors 160 sowie der Mengenberechnung 152. Die Mengenberechnung beaufschlagt die Injektoren mit Ansteuersignalen A und die Druckberechnung mit einem Signal QK, das anzeigt, daß eine Einspritzung erfolgt. Mit dem Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes 154 wird ein Druckregler 155 beaufschlagt, der wiederum die Spule 136 des Druckregelventils ansteuert.

Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Der Kraftstoff, der sich im Vorratsbehälter befindet, wird von der Vorförderpumpe 110 durch die Filtermittel 105 und 115 gefördert. Ausgangsseitig der Vorförderpumpe 110 ist der Kraftstoff mit einem Druck zwischen einem und ca. 3 bar beaufschlagt. Wenn der Druck im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems einen vorgebbaren Druck erreicht hat, öffnet das Ventil 120 und der Eingang der Hochdruckpumpe 125 wird mit einem bestimmten Druck beaufschlagt. Dieser Druck hängt von der Ausführung des Ventils 120 ab. Üblicherweise ist das Ventil 120 so ausgestaltet, daß es bei einem Druck von ca. 1 bar die Verbindung zur Hochdruckpumpe 125 freigibt.

Steigt der Druck im Niederdruckbereich auf unzulässig hohe Werte an, so öffnet das Niederdruckbegrenzungsventil 145 und gibt die Verbindung zwischen dem Ausgang der Vorförderpumpe 110 und dem Vorratsbehälter 100 frei. Mittels des Ventils 120 und dem Niederdruckbegrenzungsventil 145 wird der Druck im Niederdruckbereich auf Werte zwischen ca. 1 und 3 bar gehalten.

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 Druck im Rail bzw. im gesamten Hochdruckbereich erfaßt. Mittels des Druckregelventils 135, das mit einer Spule 136 ansteuerbar ist, kann der Druck im Hochdruckbereich geregelt werden. Abhängig von der an der Spule 136 anliegenden Spannung bzw. des durch die Spule 136 fließenden Stromes öffnet das Druckregelventil 135 bei unterschiedlichen Druckwerten.

Zur Regelung des Druckes P im Hochdruckbereich können auch weitere Stellglieder eingesetzt werden. Dies ist sind eine in der Fördermenge verstellbare elektrische Vorförderpumpe 110 oder eine steuerbare Hochdruckpumpe 125. Zusätzlich zum Druckregelventil 135 kann auch ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen sein, das bei einem vorgegebenen Druck die Verbindung zwischen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich freigibt.

Die Druckerfassung 151 bereitet das Signal, das vom Drucksensor 140 bereitgestellt wird, auf und stellt es zum einen der Mengenberechnung 152 und zum anderen dem Vergleichspunkt 154 zur Druckregelung zur Verfügung. Die Mengenberechnung 152 berechnet abhängig vom Druck P und der gewünschten einzuspritzenden Kraftstoffmenge die Ansteuersignale A zur Beaufschlagung der Injektoren 131.

Die Sollwertvorgabe 153 berechnet ausgehend von verschiedenen Betriebsparametern wie beispielsweise der Drehzahl N der Brennkraftmaschine und der einzuspritzenden Kraftstoffmenge einen Sollwert PS für den Kraftstoffdruck im Speicher 130. Dieser Sollwert PS wird im Verknüpfungspunkt 154 mit dem Istwert PI, der von der Druckerfassung 151 bereitgestellt wird, verglichen. Abhängig von diesem Vergleich berechnet der Druckregler 155 das Ansteuersignal zur Beaufschlagung des Druckregelventils.

Die Berechnung der Ansteuersignale abhängig vom Druck P erfolgt vor jeder Einspritzung. Diese Berechnung erfolgt also drehzahlabhängig mit variablem Zeitabstand. Der Abstand zwischen diesen Berechnungen hängt stark von der Drehzahl ab. Die Berechnung des Ansteuersignals für das Druckregelventil im Druckregler 155 erfolgt in einem festen Zeittakt. Dieser Zeittakt ist so gewählt, daß der Regler umgehend auf sich ändernde Sollwerte PS reagieren kann und sich der neue Sollwert möglichst schnell einstellen kann.

Erfindungsgemäß wird der Druck zur Istwerterfassung zeitsychron mit einem sehr kleinen Zeittakt von ca. vorzugsweise 10 ms erfaßt. Die Druckwerte werden in einem vorgebenen, vorzugsweisen festen Zeitabständen erfaßt. Parallel hierzu erfolgt die winkelsynchrone oder drehzahlsynchrone Auswertung des Drucks zur Berechnung des Ansteuersignals A. Problematisch hierbei ist nun, daß wie in 2 dargestellt, der Druck P während der Einspritzung sehr stark schwankt.

In 2 ist der Druck P über der Zeit t aufgetragen. Zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3 beginnt jeweils eine Einspritzung. Dies führt dazu, daß der Druck rasch abfällt und anschließend wieder auf seinen ursprünglichen Wert ansteigt. Zu den Zeitpunkten t1', t2' und t3' endet jeweils die Einspritzung.

Die Schwankungen des Drucks während der Einspritzung können von der Druckregelung nicht ohne weiteres ausgeglichen werden. Werden diese Schwankungen bei der Istwerterfassung berücksichtigt, so führt dies dazu, daß das Ausgangssignal des Druckreglers unerwünschten starken Schwankungen unterliegt. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß während der Einspritzung, das heißt, zwischen den Zeiträumen t1 und t1', sowie t2 und t2' sowie t3 und t3' keine Druckwerte für die Druckregelung erfaßt werden.

Die Zeitpunkte der zeitsynchronen Druckerfassung, bei denen die Druckerfassung zur Druckregelung erfolgt, sind in der 2 mit Kreisen markiert. Die Zeitpunkte zur winkelsynchronen Druckerfassung, bei denen die Druckerfassung erfolgt, um die Ansteuersignale A für die Injektoren zu berechnen, sind mit Kreuzen markiert.

Bei dem dargestellten Beispiel wird bei der Druckerfassung unmittelbar vor er Einspritzung der Wert sowohl zur Druckregelung als auch zur Steuerung der Injektoren A verwendet.

In 3 ist eine Ausführungsform zur Realisierung dieser Vorgehensweise dargestellt. Bereits in 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Die Elemente 400, 410 und 420 stellen die wesentlichen Elemente der Druckerfassung 151 dar, die den Wert PI bereitstellen. Das Ausgangssignal P des Drucksensors 140 gelangt über ein erstes Schaltmittel 400 zu einem Wechselschaltmittel 420. Das Ausgangssignal des Wechselschaltmittels 420 gelangt als Istwert PI zum Verknüpfungspunkt 154.

Das Schaltmittel 400 wird von einem Taktgeber 410 mit einer vorgegebenen Taktfrequenz angesteuert. Bei jedem Takt wird das Schaltmittel 400 geschlossen und sein Eingang an den Ausgang weitergeleitet. Das Schaltmittel 420 ist in der Regel in seinem geschlossenen Zustand. Dies bedeutet, in durch den Taktgenerator 410 vorgegebenen Zeitabständen wird das Signal P des Sensors 140 als Istwert PI dem Verknüpfungspunkt 154 weitergegeben.

Liefert die Mengensteuerung 152 ein Signal A, das eine Einspritzung anzeigt, so wird das Schaltmittel 420 in seine zweite Position geschaltet. Dies bewirkt, daß das Ausgangssignal des Schaltmittels 420 auf seinem alten Wert bleibt. Das Signal QK liegt zwischen den Zeitpunkten t1 und t1' sowie t2 und t2' und t3, t3' an.

In 4 ist eine Ausführungsform anhand eines Flußdiagrammes dargestellt. In einem ersten Schritt 500 wird ein Zeitzähler t auf 0 gesetzt. Im anschließenden Schritt 510 wird der Zeitzähler t um einen bestimmten Wert &Dgr;t erhöht. Die Abfrage 520 überprüft, ob der Zeitzähler t größer als ein Wert St ist. Dieser Wert St bestimmt den Abstand zwischen der Meßwerterfassung. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 510. Ist dies der Fall, überprüft die Abfrage 530, ob ein Ansteuersignal A für die Injektoren vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so wird im Schritt 540 der Wert P2 erfaßt und als Istwert PI verwendet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeweils noch eine gleitende Mittelwertbildung über wenigstens zwei zeitsynchron erfaßte Druckwerte erfolgt. Dies bedeutet, daß neben dem in Schritt 540 aktuell erfaßten Wert P2 wird zusätzlich der alte Wert P1, der im vorhergehenden Programmdurchlauf erfaßt wurde, berücksichtigt. Den zur Druckregelung verwendete Wert P berechnet sich im Schritt 550 durch Mittelwertbildung aus den Werten P1 und P2. Anschließend wird in Schritt 560 der alte Wert P1 mit dem neuen Wert P2 überschrieben. Dies ist beispielhaft in 4 mit gestrichelt eingezeichneten Blöcken dargestellt. Vorteilhaft ist es, wenn eine Mittelung über mehr als zwei Meßwerte erfolgt.

Zur Erfassung des Drucks zur Bereitstellung an die Mengenberechnung wird wie folgt vorgegangen: In einem ersten Schritt 600 wird ein Winkelwert W auf 0 gesetzt. Im anschließenden Schritt 610 wird der Winkelwert W um &Dgr;W erhöht. Anschließend überprüft die Abfrage 620, ob der Winkel W größer als ein Schwellwert SW ist. Dieser Schwellwert SW ist so gewählt, daß er der Umdrehung der Kurbelwelle seit der letzten Berechnung entspricht. Ist dies nicht der Fall, so folgt erneut Schritt 610. Ist dies der Fall, wird in Schritt 630 der Druckwert P erfaßt und an die Mengenberechnung weitergegeben. Der Schwellwert SW ist so gewählt, daß diese winkelsynchrone Erfassung der Druckwerte unmittelbar vor dem Beginn und/oder vor dem Ende der Einspritzung erfolgt. Vorzugsweise wird der Schwellwert abhängig von den Betriebsbedingungen entsprechend vorgegeben.


Anspruch[de]
Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System, wobei wenigstens eine Pumpe den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Druckspeicher fördert, daß Druckwerte, die den Kraftstoffdruck im Druckspeicher kennzeichnen, mit einem Drucksensor erfaßt werden, wobei ausgehend von den erfaßten Druckwerten und einem Sollwert ein Ansteuersignal für ein Druckregelmittel vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwerte in vorgegebenen Zeitabständen erfaßt werden, wobei während einer Einspritzung von Kraftstoff keine Druckwerte erfaßt werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine winkelsynchrone Erfassung von Druckwerten erfolgt. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die winkelsynchrone Erfassung der Druckwerte unmittelbar vor Beginn und/oder vor Ende der Einspritzung erfolgt. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der winkelsynchronen Erfassung ermittelten Druckwerte zur Steuerung der Einspritzung verwendet werden. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine gleitende Mittelwertbildung über jeweils wenigstens zwei erfaßte Druckwerte erfolgt. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System, wobei wenigstens eine Pumpe den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Druckspeicher fördert, mit einem Drucksensor, der Druckwerte, die den Kraftstoffdruck im Druckspeicher kennzeichnen, erfaßt, mit einem Druckregeler, der ausgehend von den erfaßten Druckwerten und einem Sollwert ein Ansteuersignal für ein Druckregelmittel vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die Druckwerte in vorgegebenen Zeitabständen erfaßen, wobei während einer Einspritzung von Kraftstoff keine Druckwerte erfaßt werden.






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