WO2005098221A2 - Verfahren zum steuern einer kraftstoffzuführeinrichtung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Gerhard Eser
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    • F02D2250/31—Control of the fuel pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a fuel supply device of an internal combustion engine, the fuel supply device comprising a low-pressure circuit, a high-pressure pump which is coupled on the input side to the low-pressure circuit and which conveys fuel into a fuel accumulator, a volume flow control valve which is assigned to the high-pressure pump, and an electromechanical pressure regulator which is operatively connected to the fuel accumulator and the low pressure circuit and can divert the fuel from the fuel accumulator into the low pressure circuit.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method which enables reliable and safe operation of fuel supply devices in internal combustion engines.
  • the invention is characterized by a method for controlling a fuel supply device of an internal combustion engine, the fuel supply device comprising a low-pressure circuit, a high-pressure pump which is coupled on the input side to the low-pressure circuit and which pumps fuel into a fuel accumulator, a volume flow control valve which is assigned to the high-pressure pump and an electromechanical Pressure regulator, which is operatively connected to the fuel accumulator and the low pressure circuit and can control the fuel from the fuel accumulator into the low pressure circuit.
  • a control difference is determined from a difference between a predetermined fuel pressure and a detected fuel pressure.
  • an actuating signal for the volume flow control valve is generated by means of a first controller, the control difference being fed to the first controller.
  • a control signal for the electromechanical pressure regulator is generated by means of a second regulator, the control difference being supplied to the second regulator. The system switches from the first operating mode to the second operating mode when the detected fuel pressure is greater than the predetermined fuel pressure by a first predetermined amount or by a first predetermined factor.
  • the method has the advantage that an excessive fuel pressure in the fuel accumulator can be avoided and thereby an overpressure valve, which can be provided on the fuel accumulator and releases the fuel from the fuel accumulator, before the fuel pressure in the fuel accumulator becomes so great that the Fuel supply device could be damaged, is spared.
  • Another advantage is that tolerances or defects in components of the force can be compensated for, which could otherwise cause incorrect fuel pressures in the fuel accumulator. This enables safe and reliable operation of the fuel supply device.
  • the invention is further characterized by a method for controlling a fuel supply device of an internal combustion engine, the fuel supply device comprising a low-pressure circuit, a high-pressure pump, which is coupled on the input side to the low-pressure circuit and which pumps fuel into a fuel accumulator, a volume flow valve, which is assigned to the high-pressure pump, and one Electromechanical pressure regulator, which is operatively connected to the fuel accumulator and the low pressure circuit and which can control the fuel from the fuel accumulator into the low pressure circuit.
  • a control difference is determined from a difference between a predetermined fuel pressure and a detected fuel pressure.
  • an actuating signal for the volume flow control valve is generated by means of a first controller, the control difference being fed to the first controller.
  • an actuating signal for the electromechanical pressure regulator is generated by means of a second regulator, the control difference being fed to the second regulator. From the second loading Mode of operation is switched to the first operating mode when the detected fuel pressure is lower than the predetermined fuel pressure by a second predetermined amount or by a second predetermined factor.
  • This method has the advantage that an excessively low fuel pressure in the fuel accumulator can be avoided, which can result in inadequate metering of fuel into the cylinders of the internal combustion engine.
  • the method also has the advantage that tolerances and defects in components of the fuel supply device can be compensated for. This enables safe and reliable operation of the fuel supply device.
  • a switch is made from the first operating mode to the second operating mode as a function of a delivery flow of the high-pressure pump if the delivery flow of the high-pressure pump is less than a lower switching threshold of the delivery flow and the second operation mode is switched to the first operating mode when the delivery flow the high pressure pump is larger than an upper switching threshold of the flow.
  • the lower switching threshold of the delivery flow and the upper switching threshold of the delivery flow are advantageously determined from an error value of the fuel flow, which results from a leakage flow through the volume flow control valve in its closed position and a leakage flow out of the fuel accumulator when the electromechanical pressure regulator is closed and no fuel is to be metered.
  • D-Le fuel supply device can be operated more efficiently if the fault value of the fuel flow is known and is taken into account for the control of the fuel supply device.
  • tolerances and defects of components of the fuel supply device and the leakage flow of the volume flow control valve can be compensated for, and reliable operation of the fuel supply device can thus be ensured.
  • the error value of the fuel flow is determined as a function of at least two fuel pressures recorded with a time interval, which are recorded in a third operating mode in which no fuel is to be metered in and the volume flow control valve and the electromechanical pressure regulator are controlled so that this Volume flow control valve and the electromechanical pressure regulator are closed. In this way, a very precise measurement of the error value of the fuel flow is possible.
  • the fuel pressure in the fuel accumulator is regulated to a first predetermined fuel pressure, so that the amount of the control difference is less than a predetermined threshold value, a first fuel pressure is recorded, the third operating mode is set and the operating mode switchover locked, a second fuel pressure is detected, and the error value of the fuel flow is determined depending on a time period and a difference in second detected force pressure and the first detected fuel pressure.
  • the second fuel pressure is advantageously detected when the fuel pressure in the fuel accumulator is greater than or equal to a second predetermined fuel pressure, the value of which is greater than that of the first predetermined fuel pressure.
  • the second fuel pressure is recorded after a predetermined period of time.
  • a preferred development is characterized in that after switching from the first operating mode to the second operating mode or from the second operating mode to the first operating mode, the switching of the operating mode is blocked for at least one blocking period. This has the advantage that unstable operating conditions result from frequent switching between the operating modes can be avoided.
  • FIG. 1 an internal combustion engine with a fuel supply device
  • Figure 2 shows a combination valve, the one. Volume flow control valve and an electromechanical see pressure regulator with a common actuator includes
  • FIG. 3 shows the characteristic curve of the combination valve from FIG. 2,
  • FIG. 4 shows the block diagram of a regulating device for regulating the fuel pressure in a fuel accumulator
  • FIG. 5 is a flowchart for controlling the switching of operating states of the fuel supply device
  • FIG. 6 shows a flow chart for determining the error value of the fuel flow.
  • An internal combustion engine (FIG. 1) comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the engine block 2 comprises a plurality of cylinders which have pistons and connecting rods via which they are coupled to a crankshaft 21.
  • the cylinder head 3 comprises a valve drive with a gas inlet valve, a gas outlet valve and valve drives.
  • the cylinder head 3 further comprises an injection valve 34 and a spark plug.
  • a fuel supply device 5 is also provided. It comprises a fuel tank 50, which is connected to a low-pressure pump 51 via a first fuel line. The fuel line opens into a surge pot 50a. On the output side, the low-pressure pump 51 is operatively connected to an inlet 53 of a high-pressure pump 54. It is also A mechanical regulator 52 is provided on the output side of the low-pressure pump 51 and is connected to the fuel tank 50 on the output side via a further fuel line. The low pressure pump 51, the mechanical regulator 52, the fuel line, the further fuel line and the inlet 53 form a low pressure circuit.
  • the low-pressure pump 51 is preferably designed in such a way that it always delivers a sufficiently high fuel quantity during operation of the internal combustion engine, which ensures that the pressure does not fall below a predetermined low pressure.
  • the inlet 53 leads to the high-pressure pump 54, which on the output side conveys the fuel to a fuel accumulator 55.
  • the high-pressure pump 54 is generally driven by the camshaft and thus delivers a constant fuel volume into the fuel accumulator 55 at a constant speed of the crankshaft 21.
  • the injection valves 34 are operatively connected to the fuel accumulator 55. The fuel is thus fed to the injection valves 34 via the fuel accumulator 55.
  • a volume flow control valve 56 is provided, by means of which the volume flow that is supplied to the high-pressure pump 54 can be set.
  • a predetermined fuel pressure FUP_SP in the fuel accumulator 55 can be set by correspondingly controlling the volume flow control valve 56.
  • the fuel supply device 5 with an electromagnetic pressure regulator 57 on the output side of the Fuel storage 55 and provided with a return line in the low pressure circuit. If a fuel pressure in the fuel accumulator 55 is greater than the fuel pressure FUP_SP specified by corresponding activation of the electromechanical pressure regulator 57, the electromechanical pressure regulator 57 opens and fuel is discharged from the fuel accumulator 55 into the low-pressure circuit.
  • volume flow control valve 56 can also be integrated in the high-pressure pump 54, or the electromechanical pressure regulator 57 and the volume flow control valve 56 are set by means of a common actuator, as shown by way of example in FIG. 2 and explained in more detail below.
  • the internal combustion engine is assigned a control device 6, which in turn is assigned sensors which record different measured variables and each determine the measured value of the measured variable.
  • the control device 6 determines, depending on at least one of the measured variables, manipulated variables which are then converted into corresponding actuating signals for controlling actuators by means of appropriate actuators.
  • the sensors are, for example, a pedal position sensor, which detects the position of an accelerator pedal, a crankshaft angle sensor, which detects a crankshaft angle and to which an engine speed is then assigned, an air mass meter and a fuel pressure sensor 58, which detects a fuel pressure FUP_AV in the fuel accumulator 55.
  • a pedal position sensor which detects the position of an accelerator pedal
  • a crankshaft angle sensor which detects a crankshaft angle and to which an engine speed is then assigned
  • an air mass meter and a fuel pressure sensor 58, which detects a fuel pressure FUP_AV in the fuel accumulator 55.
  • the actuators are designed, for example, as gas inlet or gas outlet valves, injection valves 34, spark plugs, throttle valves, low-pressure pumps 51, volume flow control valves 56 or also as electromechanical pressure regulators 57.
  • the internal combustion engine preferably also has further cylinders, to which corresponding actuators are then assigned.
  • FIG. 2 shows a combination valve 7, which includes an actuator 70, the volume flow control valve 56 and the electromechanical pressure regulator 57.
  • the combination valve 7 has an outlet 71 which is operatively connected to the inlet of the high-pressure pump 54, a connection 72 which is operatively connected to the inlet 53, and an inlet 73 which is operatively connected to the fuel accumulator 55.
  • the volume flow control valve 56 comprises the connection 72, the outlet 71, a valve actuator 74 and the actuator 70.
  • the electromechanical pressure regulator gate 57 comprises the inlet 73, the connection 72, the valve actuator 74, a spring 75, a valve closure 76 and the actuator 70 ,
  • the actuator 70 moves the valve actuator 74 in the axial direction depending on a control signal PWM.
  • the spring 75 is arranged between the valve actuator 74 and the valve closure 76 and is biased depending on the axial position of the valve actuator 74.
  • the valve actuator 74 is designed such that in the region of a first axial displacement of the valve actuator 74 in the direction of the spring 75, starting from its axial position into which it is pressed by the spring 75, without the actuating signal 70 being acted upon by the actuating signal PWM , the fuel flow is essentially prevented. In this state, only a leak flow flows from the connection 72 to the outlet 71.
  • connection 72 is hydraulically coupled to the outlet 71.
  • a differently large volume flow can flow from the inlet 53 into the connection 72 to the outlet 71 and to the high pressure pump 54 in the second region of the axial displacement of the valve actuator 74.
  • the inlet "73 is hydraulically coupled to the connection 72, so that fuel from the fuel accumulator 55 into the Inlet 73 can flow to the outlet 72 in the inlet 53.
  • the fuel pressure in the fuel accumulator 55 which is at least necessary to open the electromechanical pressure regulator, can be set by increasing or decreasing the control signal PWM.
  • the actuator 70 correspondingly increases or decreases the force which acts on the spring 75 via the valve actuator 74 and prestresses the spring 75.
  • the force caused by the preload of the spring 75 closes the electromechanical pressure regulator when the force exerted on the valve closure 76 by the fuel pressure in the fuel accumulator 55 is smaller.
  • FIG. 3 shows characteristic curves of the combination valve 7 shown in FIG. 2.
  • a pressure curve 80 shows the relationship between the control signal PWM in amperes and the fuel pressure in the fuel accumulator 55 in bar. If the control signal PWM is given, the fuel pressure in the fuel accumulator 55 Increased above the value specified by the pressure curve 80, the electromechanical pressure regulator -57 opens and, by draining fuel from the fuel reservoir 55 into the inlet 53, reduces the fuel pressure in the fuel reservoir 55.
  • the volumetric flow control valve 56 opens for values of the control signal PWM that are greater than a threshold value, which in this exemplary embodiment has a value of approximately 0.5 amperes, and enables a fuel flow indicated in liters per minute.
  • the diagram shows an upper flow curve 81, which represents an upper tolerance limit for the combination valve 7, a lower flow curve 82, which represents a lower tolerance limit for the combination valve 7, and a middle flow curve 83, which represents the mean value between the upper and lower flow curve ,
  • the flow curves 81, 82 and 83 show that in this exemplary embodiment-1 below the threshold value, that is to say when the volume flow control valve 56 is essentially closed, the leakage flow can still flow.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a regulating device which can be used to regulate the fuel pressure in the fuel supply device 5, which comprises a combination valve 7, as exemplified in FIG. 2.
  • the regulation of the fuel pressure in the fuel accumulator 55 takes place depending on the operating mode in which the fuel supply device 5 is currently operated.
  • the fuel pressure in the fuel accumulator 55 is set as a function of the fuel quantity delivered by the high pressure pump 54.
  • the volume flow control valve 56 is open and the pumped force The amount of substance depends on the control of the volume flow control valve 56.
  • the electromechanical pressure regulator 57 is closed. If more fuel is delivered to the fuel accumulator 55 than is metered, then the fuel pressure in the fuel accumulator 55 increases. If less fuel is conveyed into the fuel accumulator 55 than metered, the fuel pressure in the fuel accumulator 55 decreases accordingly.
  • This first operating mode is called quantity control VC.
  • the volume flow control valve is in a second operating mode
  • FIG. 4 shows two control loops, between which, depending on the currently set operating mode of the fuel supply device 5, a switch LV_MS can be used to switch. If the currently set operating mode is the first operating mode, i.e. the quantity control VC, then the switch LV_MS is in position VC. If the currently set operating mode is the second operating mode, i.e. the pressure control PC, the switch LV MS is in the PC position.
  • a control difference FUP_DIF is determined from the difference between the predetermined fuel pressure k FUP_SP and the detected fuel pressure FUP_AV.
  • the control difference FUP_DI-F is fed to a controller in block B1 for the volume control VC. This controller is preferably designed as a PI controller.
  • a controller value FUEL_MASS_FB_CT-RL of the first controller is determined in block B1.
  • a pre-control value FUELJMAS ⁇ _PRE of a fuel mass FUEL_MASS_REQ to be delivered is determined in a block B2.
  • Block B3 preferably comprises a characteristic diagram, and block B4 ... represents the fuel supply device 5 shown in FIG. 1 with the combination valve 7 shown in Figure 2.
  • the control signal PWM which is the same for quantity control VC is the control signal PWM__VC with quantity control VC is the input variable of block B4
  • the output variable of block B4 is the detected fuel pressure FUP_AV, which is detected, for example, by means of the fuel pressure sensor 58.
  • the control difference FUP_DIF is fed to a second controller in a block B5.
  • the controller in block B5 is preferably designed as a PI controller.
  • a pilot control value PWM_PRE for an actuating signal P M__PC with pressure control PC is determined, for which a block B5 average controller value PWM_FB_CTRL of the second controller is added.
  • the sum is the control signal PWM_PC with pressure control PC.
  • the control signal PWM is equal to the control signal PWM_PC with pressure control PC.
  • the block B6 preferably comprises a map.
  • the adaptation value FUEL_MASS_ADAPT is determined depending on a controller state of the first controller in block B1. For example, an amount of an integral part of the first controller can be reduced by an amount and the adaptation value can be corrected depending on this amount if a predetermined operating condition, for example a steady state of operation.
  • the maps of blocks B3 and B6 are preferably determined in advance by tests on an engine test bench, by simulations or by driving tests. Alternatively, functions based on physical models can also be used, for example.
  • the block diagram shown in FIG. 4 is a preferred embodiment of a control device for a fuel supply device 5 with a combination valve 7 according to FIG. 2 and characteristic curves according to FIG. 3.
  • the control signal PWM_VC with volume control VC acts on the actuator of the volume flow control valve 56
  • the control signal PWM_PC with pressure control PC acts on the actuator of the electromechanical pressure regulator 57. Consequently, instead of the common control signal PWM, block B4 contains both the control signal PWM_VC with volume control VC and the control signal PWM_PC supplied with PC pressure control.
  • the control loops for In this case, the first and the second operating mode preferably operate in parallel, so that the switch LV_MS shown in FIG. 4 can be dispensed with.
  • the control difference FUP_DIF is supplied to the blocks Bl and B5 at the same time.
  • FIG. 5 shows a flow chart which represents the control of the operating mode switchover of the fuel supply device 5.
  • the processing begins with a step S1, which is preferably carried out when the internal combustion engine starts.
  • the step S1 can contain further steps, not shown here, such as, for example, an initialization of variables for determining a defined initial state of the fuel supply device 5.
  • step S2 it is checked whether a difference between a current time t and a time t_MS of the last operating mode changeover is greater than a blocking period T_MS_WAIT. If this condition is not met, step S2 is repeated after a waiting period T_W. Since the last mode changeover, at least the blocking period T_MS_WAIT must have elapsed before the mode can be changed again. If the condition in step S2 is met, however, processing is continued in step S3.
  • step S3 both an error value FUP_ERR of the fuel pressure and a delivery flow MFF_PUMP of the high-pressure pump 54 are checked.
  • the error value FUP_ERR of the fuel pressure is dependent on an amount or a factor by which the detected fuel pressure FUP_AV is greater or less than the predetermined fuel pressure FUP_SP and is defined in this exemplary embodiment such that the error value FUP_ERR of the fuel pressure is greater if the predetermined one Fuel pressure FUP_SP is greater than the detected fuel pressure FUP_AV than when the predetermined fuel pressure FUP_SP is lower than the detected fuel pressure FUP_AV.
  • the error value FUP_ERR of the fuel pressure is, for example, a quotient of the predetermined fuel pressure FUP_SP and the detected fuel pressure FÜP_AV or the difference between the predetermined fuel pressure FUP_SP and the detected fuel pressure FUP_AV.
  • step S4 the processing is continued in a step S4, in which the operating mode of the fuel supply device 5 is switched to pressure control mode PC. If the condition in step S3 is not met, then step S5 is carried out.
  • step S5 the error value FUP_ERR of the fuel pressure and the delivery flow MFF_PUMP of the high-pressure pump 54 are checked again. Is the error value FUP_ERR of the fuel pressure greater than a predetermined upper tolerance limit FUP_ERR_TOL for the error value FUP_ERR of the fuel pressure or is the error value FUP_ERR of the fuel pressure greater than or equal to the predetermined lower tolerance limit FUP_ERR_BOL for the error value FUP_ERR of the fuel pressure and less than or equal to the predetermined upper tolerance limit If FUP_ERR_TOL for the error value FUP_ERR of the fuel pressure and the delivery flow MFF_PUMP of the high pressure pump 54 is at the same time greater than an upper switching threshold MFF_PUMP_TOL of the delivery flow MFF_PUMP of the high pressure pump 54, then the processing is continued in a step S6, in which the operating mode of the fuel supply device V 5 regulates the quantity is switched. If the condition in step S5 is not met, then processing continues after
  • step S7 is carried out in which the current time t is stored as the time of the last operating mode changeover t_MS, if previously from the first operating mode to the second operating mode or has been switched from the second operating mode to the first operating mode.
  • processing again after waiting time T_W, is continued in step S2.
  • the lower changeover threshold MFF_PUMP_BOL and the upper changeover threshold MFF_PUMP_TOL of the delivery flow MFF_PUMP of the high pressure pump 54 can be determined depending on the leakage flow of the volume flow control valve 56 and a possible leakage flow out of the fuel accumulator 55, so that tolerances and possible errors and defects in components of the fuel supply device 5 are compensated so that the high-pressure pump 54 needs to deliver as little fuel as possible, but as much fuel as necessary, into the fuel accumulator 55.
  • FIG. 6 shows a flowchart which shows the steps for determining an error value Q_ERR of the fuel flow in the fuel supply device 5.
  • the Processing begins with a step S11, which is preferably carried out when the internal combustion engine is in overrun mode, that is to say when the crankshaft 21 rotates without metering fuel. Furthermore, step S11 can comprise further preparatory steps, not shown here.
  • a step S12 a first fuel pressure FUP_SP1 is set.
  • the first fuel pressure FUP_SP1 is preferably less than the current fuel pressure in the fuel store 55.
  • a first fuel pressure FUP_AV1 and a first time tl become in one step S13 recorded.
  • a third operating mode of the fuel supply device 5 is then set in a step S14 and at the same time it is prevented that the operating mode is switched over automatically.
  • the third operating mode all valves of the fuel supply device 5 are controlled so that they are closed.
  • This operating mode can be set, for example, by switching to pressure control mode PC and at the same time setting the predetermined fuel pressure FUP_SP to such a large value that the electromechanical pressure regulator 57 is closed.
  • the pressure control mode PC the volume flow control valve 56 is controlled so that it is closed.
  • the injection valves 34 are also controlled so that they are closed because no fuel is to be metered. Changes in the fuel pressure in the fuel accumulator 55 can thus only be caused by the leakage flow of the volume flow control valve 56 or by the possible leakage flow out of the fuel accumulator 55.
  • a step S15 the process waits until the fuel pressure in the fuel accumulator 55 is greater than or equal to a second predetermined fuel pressure FUP_SP2 or until a predetermined time period has elapsed.
  • a second fuel pressure FUP_AV2 and a second time t2 are then detected in a step S16.
  • a difference FUP_AV_DIF from the second detected fuel pressure FUP_AV2 and the first detected fuel pressure FUP_AV1 and a time period T from the second time t2 and the first time tl is determined.
  • the error value Q_ERR of the fuel flow is determined as a function of the difference FUP_AV_DIF of the detected fuel pressures and the time period T.
  • the error value Q_ERR of the fuel flow can also be determined as a function of a volume V_RAIL of the fuel accumulator 55, a fuel density r and a fuel compressibility b.
  • the error value Q_ERR of the fuel flow represents the balance of the fuel inflows into the fuel accumulator 55 and the fuel outflows from the fuel accumulator 55 if all valves of the fuel supply device 5 are actuated in such a way that the valves should be closed.
  • a step S18 the third operating mode is switched off and switched to the switching of the operating modes described in FIG. 5.
  • the determined error value Q_ERR of the fuel flow can be transferred to the control of the fuel supply device 5, preferably after checking for errors and defects that may be present in the fuel supply device 5.
  • the determined error value Q_ERR of the fuel flow can thus be taken into account in the further operation of the fuel supply device 5.

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Abstract

Die Kraftstoffzuführeinrichtung einer Brennkraftmaschine hat einen Niederdruckkreis, eine Hochdruckpumpe, die eingangsseitig gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher fördert, ein Volumenstromsteuerventil, das der Hochdruckpumpe zugeordnet ist und einen elektromechanischen Druckregulator, der mit dem Kraftstoffspeicher und dem Niederdruckkreis wirkverbunden ist und der Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher in den Niederdruckkreis absteuern kann. Die Kraftstoffzuführeinrichtung hat eine Regeleinrichtung, die in einer ersten Betriebsart (VC) mittels eines ersten Reglers ein Stellsignal für das Volumenstromsteuerventil und in einer zweiten Betriebsart (PC) mittels eines zweiten Reglers ein Stellsignal für den elektromechanischen Druckregulator erzeugt. Abhängig von einem Fehlerwert (FUP ERR) des Kraftstoffdrucks, der aus einem erfassten Kraftstoffdruck und einem vorgegebenen Kraftstoffdruck resultiert, wird die Betriebsart der Kraftstoffzuführeinrichtung umgeschaltet. Die Betriebsart der Kraftstoffzuführeinrichtung kann zusätzlich abhängig von dem Förderstrom (MFF PUMP) der Hochdruckpumpe umgeschaltet werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung einen Niederdruckkreis, eine Hochdruckpumpe, die eingangsseitig gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen KraftstoffSpeicher fördert, ein Volumenstromsteuerventil, das der Hochdruckpumpe zugeordnet ist und einen elektromechanisehen Druckregulator, der mit dem KraftstoffSpeicher und dem Niederdruckkreis wirkverbunden ist und der Kraftstoff aus dem KraftstoffSpeicher in den Niederdruckkreis absteuern kann, umfasst.
An Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, werden hohe Anforderungen gestellt. Die Schadstoffemissionen unterliegen gesetzlichen Bestimmungen und der Kunde verlangt nach einem geringen Kraftstoffverbrauch, einem sicheren und zuverlässigen Betrieb und nach geringen Wartungskosten. Die Kraftstoffzuführeinrichtung der Brennkraftmaschine hat einen großen Einfluss darauf, dass die Anforderungen erfüllt werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das einen zuverlässigen und sicheren Betrieb von KraftStoffzuführeinrichtungen in Brennkraftmaschinen ermöglicht .
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung einen Niederdruckkreis, eine Hochdruckpumpe, die eingangsseitig gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen KraftstoffSpeicher fördert, ein Volumenstromsteuerventil, das der Hochdruckpumpe zugeordnet ist und einen elektromechanischen Druckregulator, der mit dem KraftstoffSpeicher und dem Niederdruckkreis wirkverbunden ist und der Kraftstoff aus dem KraftstoffSpeicher in den Niederdruckkreis absteuern kann, umfasst. Bei dem Verfahren wird eine Regeldifferenz ermittelt aus einer Differenz eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks und eines erfassten Kraftstoffdrucks . In einer ersten Betriebsart wird mittels eines ersten Reglers ein Stellsignal für das Volumenstromsteuerventil erzeugt, wobei dem ersten Regler die Regeldifferenz zugeführt wird. In einer zweiten Betriebsart wird mittels eines zweiten Reglers ein Stellsignal für den elektromechanischen Druckregulator erzeugt, ««wobei dem zweiten Regler die Regeldifferenz zugeführt wird. Es wird von der ersten Betriebsart auf die zweite Betriebsart umgeschaltet, wenn der erfasste Kraftstoffdruck um einen ersten vorgegebenen Betrag oder um einen ersten vorgegebenen Faktor größer ist als der vorgegebene Kraftstoffdruck.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass ein zu großer Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher vermieden werden kann und dadurch ein Überdruckventil, das an dem KraftstoffSpeicher vorgesehen sein kann und das Kraftstoff aus dem KraftstoffSpeicher ab- lässt, bevor der Kraftstoffdruck in dem KraftstoffSpeicher so groß wird, dass die Kraftstoffzuführeinrichtung dadurch beschädigt werden könnte, geschont wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass Toleranzen oder Defekte von Komponenten der Kraft- stoffzuführeinrichtung ausgeglichen werden können, die andernfalls falsche Kraftstoffdrücke im KraftstoffSpeicher verursachen könnten. Dadurch wird ein sicherer und zuverlässiger Betrieb der Kraftstoffzuführeinrichtung ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird von der zweiten Betriebsart auf die erste Betriebsart umgeschaltet, wenn der erfasste Kraftstoffdruck um einen zweiten vorgegebenen Betrag oder um einen zweiten vorgegebenen Faktor kleiner ist als der vorgegebene Kraftstoffdruck. Dies hat den Vorteil, dass ein zu kleiner Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher vermieden werden kann, der eine unzureichende Zumessung von Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine zur Folge haben kann.
Die Erfindung zeichnet sich ferner aus durch ein Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung einen Niederdruckkreis, eine Hochdruckpumpe, die eingangsseitig gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher fördert, ein Volumenstromventil, das der Hochdruckpumpe zugeordnet ist und einen elektromechanischen Druckregulator, der mit dem KraftstoffSpeicher und dem Niederdruckkreis wirkverbunden ist und der Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher in den Niederdruckkreis absteuern kann, umfasst. In dem Verfahren wird eine Regeldifferenz ermittelt aus einer Differenz eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks und eines erfassten Kraftstoffdrucks . In einer ersten Betriebsart wird mittels eines ersten Reglers ein Stellsignal für das Volumenstromsteuerventil erzeugt, wobei dem ersten Regler die Regeldifferenz zugeführt wird. In einer zweiten Betriebsart wird mittels eines zweiten Reglers ein Stellsignal für den elektromechanischen Druckregulator erzeugt, wobei dem zweiten Regler die Regeldifferenz zugeführt wird. Von der zweiten Be- triebsart wird auf die erste Betriebsart umgeschaltet, wenn der erfasste Kraftstoffdruck um einen zweiten vorgegebenen Betrag oder um einen zweiten vorgegebenen Faktor kleiner ist als der vorgegebene Kraftstoffdruck.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass ein zu kleiner Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher vermieden werden kann, der eine unzureichende Zumessung von Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine zur Folge haben kann. Das Verfahren hat ferner den Vorteil, dass Toleranzen und Defekte von Komponenten der Kraftstoffzuführeinrichtung ausgeglichen werden können. Dies ermöglicht einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Kraftstoffzuführeinrichtung.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird abhängig von einem Förderstrom der Hochdruckpumpe von der ersten Betriebsart auf die zweite Betriebsart umgeschaltet, wenn der Förderstrom der Hochdruckpumpe kleiner ist als eine untere Umsehaltschwelle des Förderstroms und von der zweiten Betriebsart auf die erste Betriebsart umgeschaltet, wenn der Förderstrom der Hochdruckpumpe größer ist als eine obere Umschaltschwelle des Förderstroms. Dadurch kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass der vorgegebene Kraftstoffdruck erreicht werden kann. Dieses Verfahren ist besonders effizient, da nur so viel Kraftstoff von der Hochdruckpumpe in den Kraftstoffspeicher gefördert wird, wie zur Einstellung oder zur Aufrechterhaltung des Kraftstoffdrucks im KraftstoffSpeicher benötigt wird.
Vorteilhafterweise wird die untere Umsehaltschwelle des Förderstroms und die obere Umschaltschwelle des Förderstroms aus einem Fehlerwert des Kraftsto fflusses ermittelt, der resultiert aus einem Leckfluss durch das Volumenstromsteuerventil in seiner geschlossenen Stellung und einem Leckagefluss aus dem KraftstoffSpeicher heraus, wenn der elektromechanische Druckregulator geschlossen ist und kein Kraftstoff zugemessen werden soll. D-Le Kraftstoffzuführeinrichtung kann effizienter betrieben werden, wenn der Fehlerwert des Kraftstoff lusses bekannt ist und für die Steuerung der Kraftstoffzufütirein- richtung berück-sichtigt wird. Durch die Berücksichtig-ung des Fehlerwerts des Kraftstoffflusses können Toleranzen und Defekte von Komponenten der Kraftstoffzuführeinrichtung- sowie der Leckfluss des Volumenstromsteuerventils ausgeglichen werden und so ein zuverlässiger Betrieb der Kraftstoffzuführeinrichtung sichergestellt werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Fehlerwer-t des Kraftstoffflusses ermittelt abhängig von mindestens zwei mit zeitlichem Abstand erfassten Kraftstoffdrücken, die in einer dritten Betriebsart erfasst werden, in der kein Kraftstoff zugemessen werden soll und das Volumenstromsteuerventil und der elektromecrαanische Druckregulator so angesteuert werden, dass das Volumenstromsteuerventil und der elektromechanische Druckregulator geschlossen sind. Auf diese Weise ist eine sehr genaue Messung des Fehlerwerts des Kraftstoffflusses möglich.
Günstigerweise wird, um den Fehlerwert des Kraftstoffflusses zu ermitteln, der Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher auf einen ersten vorgegebenen Kraftstoffdruck geregelt, so dass der Betrag der Regeldifferenz kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, wird ein erster Kraftstoffdruck erfasst, wird die dritte Betriebsart eingestellt und die Betriebsart- umschaltung gesperrt, wird ein zweiter Kraftstoffdruck erfasst, und wird der Fehlerwert des Kraftstoffflusses ermittelt abhängig von einer Zeitdauer und einer Differenz des zweiten erfassten Krafts o fdrucks und des ersten erfassten Kraftstoffdrucks . Dieses Verfahren ermöglicht eine sehr einfache Bestimmung des Leckflusses.
Günstigerweise wird der zweite Kraftstoffdruck erfasst, wenn der Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher größer oder gleich einem zweiten vorgegebenen Kraftstoffdruck ist, dessen Wert größer ist als der des ersten vorgegebenen Kraftstoffdrucks. Dieses Verfahren ist besonders effizient, wenn der Leckfluss des Volumenstromsteuerveritils sehr groß ist und der Kraftstoffdruck im Kraftsto fSpeicher schnell größer wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der zweite Kraftstoffdruck erfasst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer. Dieses Verfahren ist effizient, wenn der Leckfluss des Volumenstromsteuerventils klein ist, oder wenn Leckagen in der Kraftstoffzuführeinrichtung bestehen, so dass der Kraftstoffdruck im Kraftsto fSpeicher nur sehr langsam größer oder möglicherweise kleiner wird.
Eine bevorzugte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass nach einem Umschalten von der ersten Betriebsart auf die zweite Betriebsart oder von der zweiten Betriebsart auf die erste Betriebsart die Uiuschaltung der Betriebsart für mindestens eine Sperrzeitdauer gesperrt ist.. Dies hat den Vorteil, dass instabile Betriebsziαstände durch häufiges Umschalten zwischen den Betriebsarten vermieden werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffzuführeinrichtung, Figur 2 ein Kombinationsventil, das ein. Volumenstromsteuerventil und einen elektromechani sehen Druckregulator mit einem gemeinsamen Stellantrieb umfasst,
Figur 3 die Kennlinie des Ko binationsv-entils aus Figur 2,
Figur 4 das Blockschaltbild einer Regeleinrichtung zur Regelung des Kraftstoffdrucks in einem KraftstoffSpeicher,
Figur 5 ein Ablaufdiagramm zur Steuerung der Umschaltung von Betriebszuständen der Kraftstoffzuführeinrichtung, und
Figur 6 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung des Fehlerwerts des Kraftstoffflusses .
Elemente gleicher Konstruktion und Funk-tion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen- versehen.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Motorblock 2 umfasst mehrere Zylinder, welche Kolben und Pleuelstangen haben, über die sie mit einer Kurbelwelle 21 gekoppelt sind.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventil trieb mit einem Gas- einlassventil, einem Gasauslassventil und Ventilantrieben. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und eine Zündkerze.
Ferner ist eine Zuführeinrichtung 5 für Kraftstoff vorgesehen. Sie umfasst einen Kraftstofftank 50, der über eine erste Kraftstoffleitung mit einer Niederdruckpumpe 51 verbunden ist. Die Kraftstoffleitung mündet in einen Schwalltopf 50a. Ausgangsseitig ist die Niederdruckpumpe 51 mit einem Zulauf 53 einer Hochdruckpumpe 54 wirkverbunden. Ferner ist auch ausgangsseitig der Niederdruckpumpe 51 ein mechanischer Regulator 52 vorgesehen, welcher ausgangsseitig über eine weitere Kraftstoffleitung mit dem Kraftstofftank 50 verbunden ist. Die Niederdruckpumpe 51, der mechanische Regulator 52, die Kraftstoffleitung, die weitere Kraftstoffleitung und der Zulauf 53 bilden einen Niederdruckkreis.
Die Niederdruckpumpe 51 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie während des Betriebs der Brennkraftmaschine immer eine ausreichend hohe Kraftstoffmenge liefert, die gewährleistet, dass ein vorgegebener Niederdruck nicht unterschritten wird.
Der Zulauf 53 ist hin zu der Hochdruckpumpe 54 geführt, welche ausgangsseitig den Kraftstoff hin zu einem Kraftstoffspeicher 55 fördert. Die Hochdruckpumpe 54 wird in der Regel von der Nockenwelle angetrieben und fördert somit bei konstanter Drehzahl der Kurbelwelle 21 ein konstantes Kraft- stoffvolumen in den KraftstoffSpeicher 55.
Die Einspritzventile 34 sind mit dem KraftstoffSpeicher 55 wirkverbunden. Der Kraftstoff wird somit den Einspritzventilen 34 über den KraftstoffSpeicher 55 zugeführt.
In dem Vorlauf der Hochdruckpumpe 54, das heißt stromaufwärts der Hochdruckpumpe 54, ist ein Volumenstromsteuerventil 56 vorgesehen, mittels dessen der Volumenstrom eingestellt werden kann, der der Hochdruckpumpe 54 zugeführt wird. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Volumenstromsteuerventils 56 kann ein vorgegebener Kraftstoffdruck FUP_SP im Kraftstoffspeicher 55 eingestellt werden.
Zusätzlich ist die Kraftstoffzuführeinrichtung 5 mit einem elektromagnetischen Druckregulator 57 ausgangsseitig des Kraftstoffspeichers 55 und mit einer Rückführleitung in den Niederdruckkreis versehen. Wird ein Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55 größer als der durch entsprechende Ansteuerung des elektromechanischen Druckregulators 57 vorgegebene Kraftstoffdruck FUP_SP, dann öffnet der elektromechanische Druckregulator 57 und Kraftstoff wird aus dem KraftstoffSpeicher 55 in den Niederdruckkreis abgelassen.
Alternativ kann auch das Volumenstromsteuerventil 56 in die Hochdruckpumpe 54 integriert sein, oder der elektromechanische Druckregulator 57 und das Volumenstromsteuerventil 56 werden über einen gemeinsamen Stellantrieb eingestellt, wie es beispielhaft in Figur 2 dargestellt und weiter unten näher erläutert ist.
Ferner ist der Brennkraftmaschine eine Steuereinrichtung 6 zugeordnet, der wiederum Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in entsprechende Stellsigrnale zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
Die Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber, welcher die Stellung eines Fahrpedals erfasst, ein Kurbelwel- lenwinkelsensor, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst und welchem dann eine Motordrehzahl zugeordnet wird, ein Luftmassenmesser und ein Kraftstoffdrucksensor 58, welcher einen Kraftstoffdruck FUP_AV in dem KraftstoffSpeicher 55 erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der Sensoren oder auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein. Die Stellglieder sind beispielsweise als Gaseinlass- oder Gasauslassventile, Einspritzventile 34, Zündkerze, Drosselklappe, Niederdruckpumpe 51, Volumenstromsteuerventil 56 oder auch als elektromechanischerr Druckregulator 57 ausgebildet.
Bevorzugt hat die Brennkraftmaschine auch weitere Zylinder, denen dann entsprechende Stellglieder zugeordnet sind.
Figur 2 zeigt ein Kombinationsventil 7, das einen Stellantrieb 70, das Volumenstromst uerventil 56 und den elektromechanischen Druckregulator 57 umfasst. Das Kombinationsventil 7 hat einen Auslass 71, der -mit dem Einlass der Hochdruckpumpe 54 wirkverbunden ist, einen Anschluss 72, der mit dem Zulauf 53 wirkverbunden ist, und einen Einlass 73, der mit dem KraftstoffSpeicher 55 wirkve bunden ist. Das Volumenstromsteuerventil 56 umfasst den Anschluss 72, den Auslass 71, einen Ventilsteller 74 und den Stellantrieb 70. Der e- lektromechanische Druckregulstor 57 umfasst den Einlass 73, den Anschluss 72, den Ventilsteller 74, eine Feder 75, einen Ventilverschluss 76 und den Stellantrieb 70.
Der Stellantrieb 70 bewegt abhängig von einem Stellsignal PWM den Ventilsteller 74 in axiaJLer Richtung. Die Feder 75 ist zwischen dem Ventilsteller 74 und dem Ventilverschluss 76 angeordnet und abhängig von dexr axialen Position des Ventilstellers 74 vorgespannt. Der Ventilsteller 74 ist so ausgebildet, dass in dem Bereich, einer ersten axialen Verschiebung des Ventilstellers 74 in Richtung zu der Feder 75 ausgehend von seiner axialen Position, in die er durch die Feder 75 gedrückt wird ohne ein Beaufschlagen des Stellantriebs 70 mit dem Stellsignal PWM, der Kraftstofffluss im Wesentlichen unterbunden ist. In diesem Zustand strömt von dem Anschluss 72 lediglich ein Leckfluss hin zu dem Auslass 71. In dem Be- reich einer zweiten axialen Verschiebung des Ventilstellers 74 durch ein entsprechendes Beaufschlagen des Stellantriebs 70 mit dem Stellsignal PWM wird der Anschluss 72 mit dem Auslass 71 hydraulisch gekoppelt. Abh ngig von dem Stellsignal PWM kann in dem zweiten Bereich der axialen Verschiebung des Ventilstellers 74 ein verschieden großer Volumenstrom von dem Zulauf 53 in den Anschluss 72 hin zum Auslass 71 und zu der Hochdruckpumpe 54 fließen.
Wenn die durch den Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher 55 hervorgerufene Kraft größer ist als die durch die Vorspannung der Feder hervorgerufene und auf den Ventilverschluss 76 ausgeübte Kraft, wird der Einlass "73 mit dem Anschluss 72 hydraulisch gekoppelt, so dass Kraftstoff von dem Kraftstoffspeicher 55 in den Einlass 73 hin zum Auslass 72 in den Zulauf 53 fließen kann.
Der Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher 55, der zu einem Öffnen des elektromechanischen« Druckregulators mindestens erforderlich ist, kann durch Erhöhen oder Verringern des Stellsignals PWM eingestellt werden. De_r Stellantrieb 70 erhöht oder verringert entsprechend die Kraft, die über den Ventilsteller 74 auf die Feder 75 einwirkt und die Feder 75 vorspannt. Die durch die Vorspannung der Feder 75 hervorgerufene Kraft schließt den elektromechanischen Druckregulator, wenn die durch den Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55 auf den Ventilverschluss 76 ausgeübte -Kraft kleiner ist.
Figur 3 zeigt Kennlinien des in Figur 2 dargestellten Kombinationsventils 7. Eine Druckkurve 80 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Stellsignal PWM in Ampere und dem Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher 55 in bar. Wird bei gegebenem Stellsignal PWM der Kraftstoffdruc-k im KraftstoffSpeicher 55 über den durch die Druckkurve 80 vorgegebenen Wert erhöht, so öffnet der elektromechanische Druckregulator -57 und verringert durch Ablassen von Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 55 in den Zulauf 53 den Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55.
Für Werte des Stellsignals PWM, die größer sind als ein 'Schwellenwert, der in diesem Ausführungsbeispiel einen Wert von etwa 0,5 Ampere hat, öffnet sich das Volurτienstromsteuer- ventil 56 und ermöglicht einen in Liter pro Minute angegebenen Kraftstofffluss . Das Diagramm zeigt eine obere Flusskurve 81, die eine obere Toleranzgrenze für das Kom-binationsventil 7 darstellt, eine untere Flusskurve 82, die eine untere Toleranzgrenze für das Kombinationsventil 7 darstellt, und eine mittlere Flusskurve 83, die den Mittelwert zwischen oberer und unterer Flusskurve darstellt. Die Flusskurven 81, 82 und 83 zeigen, dass bei diesem Ausführungsbeispie-1 unterhalb des Schwellenwerts, also wenn das Volumenstromsteiαerventil 56 im Wesentlichen geschlossen ist, noch der Leckflαss fließen kann.
In Figur 4 ist ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung dargestellt, die zur Regelung des Kraftstoffd-rucks in der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 verwendet werden kann, die ein Kombinationsventil 7 umfasst, wie es beispielhaft in Figur 2 ausgeführt ist. Die Regelung des Kraftstoffdrxcks im Kraftstoffspeicher 55 erfolgt abhängig davon, in welcher Betriebsart die Kraftstoffzuführeinrichtung 5 aktuell betrieben wird.
In einer ersten Betriebsart wird der Kraftsto- fdruck im Kraftstoffspeicher 55 abhängig von der von de-r Hochdruckpumpe 54 geförderten Kraftstoffmenge eingestellt. Das Volumenstromsteuerventil 56 ist geöffnet und die geförderte Kraft- stoffmenge ist abhängig von der Ansteuerung des Volumenstromsteuerventils 56. In dieser Betriebsart ist der elektromechanische Druckregulator 57 geschlossen. Wen-n mehr Kraftstoff in den KraftstoffSpeicher 55 gefördert a-ls zugemessen wird, dann steigt der Kraftstoffdruck im Kraft stoffSpeicher 55. Wenn weniger Kraftstoff in den Kraftstoffs peicher 55 gefördert als zugemessen wird, dann sinkt entsprechend der Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher 55. Diese erste Betriebsart wird Mengenregelung VC genannt.
In einer zweiten Betriebsart ist das Volumenst romsteuerventil
56 geschlossen. Durch das Volumenstromsteuerv ntil 56 fließt nur der Leckfluss. Ist der elektromechanische Druckregulator
57 geschlossen und wird weniger Kraftstoff zug-emessen als durch den Leckfluss in den KraftstoffSpeicher 55 gefördert wird, dann steigt der Kraftstoffdruck im Kraft stoffSpeicher 55, bis der elektromechanische Druckregulator 57 öffnet und Kraftstoff in den Zulauf 53 absteuert. Dadurch wird der Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55 auf d-en durch den«. elektromechanischen Druckregulator 57 vorgegeb-enen Kraftstoffdruck begrenzt. Diese zweite Betriebsart wird deshalb Druckregelung PC genannt .
Figur 4 zeigt zwei Regelkreise, zwischen denen abhängig von der aktuell eingestellten Betriebsart der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 mittels eines Schalters LV_MS um-g-eschaltet werden kann. Ist die aktuell eingestellte Betriebsart die erste Betriebsart, also die Mengenreglung VC, dann s teht der Schalter LV_MS in der Position VC. Ist die aktuell eingestellte Betriebsart die zweite Betriebsart, also die Druckregelung PC, dann steht der Schalter LV MS in der Position PC. Aus der Differenz zwischen dem vorgegeben Kraftstoffdruc-k FUP_SP und dem erfassten Kraftstoffdruck FUP_AV wird eine Regeldifferenz FUP_DIF bestimmt. Die Regeldifferenz FUP_DI-F wird bei der Mengenregelung VC einem Regler in Block Bl zugeführt. Dieser Regler ist vorzugsweise als PI-Regler ausgebildet. In dem Block Bl wird ein Reglerwert FUEL_MASS_FB_CT-RL des ersten Reglers bestimmt. Abhängig von dem vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP_SP und dem erfassten Kraftstoffdruck FUP_AV wird in einem Block B2 ein Vorsteuerwert FUELJMAS≤_PRE einer zu fördernden Kraftstoffmasse FUEL_MASS_REQ ermittelt. Der Vorsteuerwert FUEL_MASS_PRE der zu fördernden Krafts"toff- masse FUEL_MASS_REQ, der Reglerwert FUEL_MASS_FB_CTRL des ersten Reglers, eine einzuspritzende Kraftstoffmasse MFF und ein Adaptionswert FUEL_MASS_ADAPT werden aufsummiert zu ler zu fördernden Kraftstoffmasse FUEL_MASS_REQ. In einem Block B3 wird abhängig von der zu fördernden Kraftstoffmasse FUEL_MASS_REQ ein Stellsignal PWM_VC bei Mengenregelung ^ C bestimmt. Der Block B3 umfasst vorzugsweise ein Kennfeld . Ein Block B4...repräsentiert die in Figur 1 dargestellte Kraft— stoffzuführeinrichtung 5 mit dem in Figur 2 dargestellten Kombinationsventil 7. Das Stellsignal PWM, das bei Mengenregelung VC gleich dem Stellsignal PWM__VC bei Mengenregelung VC ist, ist die Eingangsgröße des Blocks B4. Die Ausgangsgröße des Blocks B4 ist der erfasste Kraftstoffdruck FUP_AV, der beispielsweise mittels des Kraftstoffdrucksensors 58 erfasst wird.
Bei Druckregelung PC wird die Regeldifferenz FUP_DIF einem zweiten Regler in einem Block B5 zugeführt. Der Regler in dem Block B5 ist vorzugsweise als PI-Regler ausgeführt. In einem Block B6 wird abhängig von dem vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP_SP ein Vorsteuerwert PWM_PRE für ein Stellsignal P M__PC bei Druckregelung PC bestimmt, zu dem ein in dem Block B5 er- mittelter Reglerwert PWM_FB_CTRL des zweiten Reglers addiert wird. Die Summe ist das Stellsignal PWM_PC bei Druckregelung PC. Bei Druckregelung PC ist das Stellsignal PWM gleich dem Stellsignal PWM_PC bei Druckregelung PC. Der Block B6 umfasst vorzugsweise ein Kennfeld.
In einem Block B7 wird der Adaptionswert FUEL_MASS_ADAPT ermittelt abhängig von einem Reglerzustand des ersten Reglers in dem Block Bl. Beispielsweise kann ein Betrag eines Integralanteils des ersten Reglers um einen Betrag verkleinert und der Adaptionswert abhängig von diesem Betrag korrigiert werden, wenn eine vorgegebene Betriebsbedingung, beispielsweise ein stationärer Betriebszustand, vorliegt.
Die Kennfelder der Blöcke B3 und B6 werden bevorzugt vorab durch Versuche an einem Motorprüfstand, durch Simulationen oder durch Fahrversuche ermittelt. Alternativ können auch beispielsweise auf physikalischen Modellen basierende Funktionen verwendet werden.
Das in Figur 4 dargestellte Blockdiagramm ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Regeleinrichtung für eine Kraftstoffzuführeinrichtung 5 mit einem Kombinationsventil 7 nach Figur 2 und Kennlinien nach Figur 3. Falls das Volumenstromsteuerven- til>56 und der elektromechanische Druckregulator» 57 jedoch jeweils einen eigenen Stellantrieb haben, dann wirkt das Stellsignal PWM_VC bei Mengenregelung VC auf den Stellantrieb des Volumenstromsteuerventils 56 und das Stellsignal PWM_PC bei Druckregelung PC auf den Stellantrieb des elektromechanischen Druckregulators 57. Dem Block B4 werden folglich anstelle des gemeinsamen Stellsignals PWM sowohl das Stellsignal PWM_VC bei Mengenregelung VC als auch das Stellsignal PWM_PC bei Druckregelung PC zugeführt. Die Regelkreise für die erste und die zweite Betriebsart arbeiten in diesem Fall vorzugsweise parallel, so dass auf den in Figur 4 dargestellten Schalter LV_MS verzichtet werden kann. Den Blöcken Bl und B5 wird gleichzeitig die Regeldifferenz FUP_DIF zugeführt.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die Steuerung der Be- triebsartumschaltung der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 darstellt. Die Bearbeitung beginnt mit einem Schritt Sl, der vorzugsweise mit dem Start der Brennkraftmaschine ausgeführt wird. Der Schritt Sl kann weitere, hier nicht dargestellte, Schritte enthalten, wie zum Beispiel eine Initialisierung von Variablen zur Festlegung eines definierten Ausgangszustands der Kraftstoffzuführeinrichtung 5.
In einem Schritt S2 wird überprüft, ob eine Differenz aus einer aktuellen Zeit t und einer Zeit t_MS der letzten Be- triebsartumschaltung größer ist als eine Sperrzeitdauer T_MS_WAIT. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so wird der Schritt S2 nach einer Wartezeitdauer T_W wiederholt. Seit der letzten Betriebsartumschaltung muss also mindestens die Sperrzeitdauer T_MS_WAIT verstrichen sein, bevor die Betriebsart erneut umgeschaltet werden kann. Ist die Bedingung in dem Schritt S2 jedoch erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S3 fortgesetzt.
In dem Schritt S3 wird sowohl ein Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks als auch ein Förderstrom MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54 überprüft. Der Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks ist abhängig von einem Betrag oder einem Faktor, um den der erfasste Kraftstoffdruck FUP_AV größer oder kleiner ist als der vorgegebene Kraftstoffdruck FUP_SP und ist in diesem Ausführungsbeispiel so definiert, dass der Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks größer ist, wenn der vorgegebene Kraftstoffdruck FUP_SP größer ist als der erfasste Kraftstoffdruck FUP_AV, als wenn der vorgegebene Kraftstoffdruck FUP_SP kleiner ist als der erfasste Kraftstoffdruck FUP_AV. Der Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks ist beispielsweise ein Quotient aus dem vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP_SP und dem erfassten Kraftstoffdruck FÜP_AV oder die Differenz zwischen dem vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP_SP und dem erfassten Kraftstoffdruck FUP_AV. Ist der Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks kleiner als eine vorgegebene untere Toleranzgrenze FUP_ERR_BOL für den Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks oder ist der Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks größer oder gleich der vorgegebenen unteren Toleranzgrenze FUP_ERR_BOL für den Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks und kleiner oder gleich einer vorgegebenen oberen Toleranzgrenze FUP_ERR_TOL für den Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks und ist der Förderstrom MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54 gleichzeitig kleiner als eine untere Umschaltschwelle MFF_PUMP_BOL des Förderstroms MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54, dann wird die Bearbeitung in einem Schritt S4 fortgesetzt, in dem die Betriebsart der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 auf Druckregelbetrieb PC umgeschaltet wird. Ist die Bedingung in dem Schritt S3 nicht erfüllt, dann wird ein Schritt S5 ausgeführt.
In dem Schritt S5 werden wiederum der Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks und der Förderstrom MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54 überprüft. Ist der Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks größer als eine vorgegebene obere Toleranzgrenze FUP_ERR_TOL für den Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks oder ist der Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks größer oder gleich der vorgegebenen unteren Toleranzgrenze FUP_ERR_BOL für den Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks und kleiner oder gleich der vorgegebenen oberen Toleranzgren- ze FUP_ERR_TOL für den Fehlerwert FUP_ERR des Kraftstoffdrucks und ist der Förderstrom MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54 gleichzeitig größer als eine obere Umschaltschwelle MFF_PUMP_TOL des Förderstroms MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54, dann wird die Bearbeitung in einem Schritt S6 fortgesetzt, in dem die Betriebsart der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 auf Mengenregelbetrieb VC umgeschaltet wird. Ist die Bedingung in dem Schritt S5 nicht erfüllt, dann wird die Bearbeitung nach der Wartezeitdauer T_W mit dem Schritt S2 fortgesetzt.
Nach der Umschaltung der Betriebsart in dem Schritt S4 oder in dem Schritt S6 wird jeweils ein Schritt S7 ausgeführt, in dem die aktuelle Zeit t als die Zeit der letzten Betriebsart- umschaltung t_MS gespeichert wird, wenn zuvor von der ersten Betriebsart auf die zweite Betriebsart oder von der zweiten Betriebsart auf die erste Betriebsart umgeschaltet wurde. Nach dem Schritt S7 wird die Bearbeitung, wiederum nach der Wartezeitdauer T_W, in dem Schritt S2 fortgeführt .
Die untere Umschaltschwelle MFF_PUMP_BOL und die obere Umschaltschwelle MFF_PUMP_TOL des Förderstroms MFF_PUMP der Hochdruckpumpe 54 können abhängig von dem Leckfluss des Volumenstromsteuerventils 56 und einem möglichen Leckagefluss aus dem KraftstoffSpeicher 55 heraus ermittelt werden, so dass Toleranzen und mögliche Fehler und Defekte in Komponenten der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 ausgeglichen werden können, damit die Hochdruckpumpe 54 nur so wenig Kraftstoff wie möglich, aber so viel Kraftstoff wie nötig, in den Kraftstoffspeicher 55 zu fördern braucht.
In Figur 6 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, das die Schritte zur Bestimmung eines Fehlerwerts Q_ERR des Kraftstoffflusses in der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 zeigt. Die Bearbeitung beginnt mit einem Schritt Sll, der vorzugsweise ausgeführt wird, wenn sich die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb befindet, also wenn sich die Kurbelwelle 21 dreht ohne dass Kraftstoff zugemessen wird. Ferner kann der Schritt Sll weitere, hier nicht dargestellte, vorbereitende Schritte umfassen. In einem Schritt S12 wird ein erster Kraftstoffdruck FUP_SP1 eingestellt. Der erste Kraftstoffdruck FUP_SP1 ist vorzugsweise kleiner als der aktuelle Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher 55. Nachdem der erste Kraftstoffdruck FUP_SP1 so eingestellt ist, dass der Betrag der Regeldifferenz FUP_DIF kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, wird ein erster Kraftstoffdruck FUP_AV1 und eine erste Zeit tl in einem Schritt S13 erfasst. Anschließend wird in einem Schritt S14 eine dritte Betriebsart der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 eingestellt und gleichzeitig verhindert, dass die Betriebsart automatisch umgeschaltet wird.
In der dritten Betriebsart werden alle Ventile der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 so angesteuert, dass sie geschlossen sind. Diese Betriebsart kann zum Beispiel dadurch eingestellt werden, dass auf Druckregelbetrieb PC umgeschaltet wird und gleichzeitig der vorgegebene Kraftstoffdruck FUP_SP auf einen so großen Wert gesetzt wird, dass der elektromechanische Druckregulator 57 geschlossen ist. In dem Druckregelbetrieb PC ist das Volumenstromsteuerventil 56 so angesteuert, dass es geschlossen ist. Die Einspritzventile 34 sind ebenfalls so angesteuert, dass sie geschlossen sind, da kein Kraftstoff zugemessen werden soll. Änderungen des Kraftstoffdrucks im KraftstoffSpeicher 55 können so nur durch den Leckfluss des Volumenstromsteuerventils 56 oder durch den möglichen Leckagefluss aus dem Kraftstoffspeicher 55 heraus verursacht werden. In einem Schritt S15 wird solange gewartet, bis der Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher 55 größer oder gleich einem zweiten vorgegebenen Kraftstoffdruck FUP_SP2 ist oder bis eine vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist. Dann wird in einem Schritt S16 ein zweiter Kraftstoffdruck FUP_AV2 und eine zweite Zeit t2 erfasst. In einem Schritt S17 wird eine Differenz FUP_AV_DIF aus dem zweiten erfassten Kraftstoffdruck FUP_AV2 und dem ersten erfassten Kraftstoffdruck FUP_AV1 und eine Zeitdauer T aus der zweiten Zeit t2 und der ersten Zeit tl ermittelt. Der Fehlerwert Q_ERR des Kraftstoffflusses wird in Abhängigkeit von der Differenz FUP_AV_DIF der erfassten Kraftstoffdrücke und der Zeitdauer T ermittelt . Der Fehlerwert Q_ERR des Kraftstoffflusses kann zusätzlich abhängig von einem Volumen V_RAIL des KraftstoffSpeichers 55, einer Kraftstoffdichte r und einer Kraftstoffkompressibilität b ermittelt werden. Der Fehlerwert Q_ERR des Kraftstoffflusses repräsentiert die Bilanz der KraftstoffZuflüsse in den Kraftstoffspeicher 55 und der Kraftstoffabflüsse aus dem KraftstoffSpeicher 55, wenn alle Ventile der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 so angesteuert werden, dass die Ventile geschlossen sein sollten.
In einem Schritt S18 wird die dritte Betriebsart abgeschaltet und auf die in der Figur 5 beschriebene Umschaltung der Betriebsarten umgeschaltet. Der ermittelte Fehlerwert Q_ERR des Kraftstoffflusses kann, vorzugsweise nach einer Überprüfung auf möglicherweise in der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 vorhandene Fehler und Defekte, in die Steuerung der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 übernommen werden. Der ermittelte Fehlerwert Q_ERR des Kraftstoffflusses kann so bei dem weiteren Betrieb der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 berücksichtigt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung (5) einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung (5 ) umfasst : einen Niederdruckkreis , eine Hochdruckpumpe ( 54 ) , die eingangsseitig gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen Kraftstoff Speicher (55 ) fördert, ein Volumenstromsteuerventil (56 ) , das der Hochdruckpumpe (54 ) zugeordnet ist, und einen elektromechanischen Druckregulator (57), der mit dem KraftstoffSpeicher (55) und dem Niederdruckkreis wirkverbunden ist und der Kraftstoff aus dem KraftstoffSpeicher (55) in den Niederdruckkreis absteuern kann, bei dem eine Regeldifferenz (FUP_DIF) ermittelt wird aus einer Differenz eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks (FUP_SP) und eines erfassten Kraftstoffdrucks (FUP_AV) , in einer ersten Betriebsart (VC) mittels eines ersten Reglers ein Stellsignal für das Volumenstromsteuerventil (56) erzeugt wird, wobei dem ersten Regler die Regeldifferenz (FUP_DIF) zugeführt wird, in einer zweiten Betriebsart (PC) mittels eines zweiten Reglers ein Stellsignal für den elektromechanischen Druckregulator (57) erzeugt wird, wobei dem zweiten Regler die Regeldifferenz (FUP_DIF) zugeführt wird, - von der ersten Betriebsart (VC) auf die zweite Betriebsart (PC) umgeschaltet wird, wenn der erfasste Kraftstoffdruck (FUP_AV) um einen ersten vorgegebenen Betrag oder um einen ersten vorgegebenen Faktor größer ist als der vorgegebene Kraftstoffdruck (FUP_SP) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der zweiten Betriebsart (PC) auf die erste Betriebsart (VC) umgeschaltet wird, wenn der erfasste Kraftstoffdruck (FUP_AV) um einen zweiten vorgegebenen Betrag oder um einen zweiten vorgegebenen Faktor kleiner ist als der vorgegebene Kraftstoffdruck (FUP_SP) .
3. Verfahren zum Steuern einer Kraftstoffzuführeinrichtung (5) einer Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffzuführeinrichtung (5) umfasst: einen Niederdruckkreis, eine Hochdruckpumpe (54) , die eingangsseitig gekoppelt ist mit dem Niederdruckkreis und die Kraftstoff in einen Kraftstof Speicher (55) fördert, ein Volumenstromsteuerventil (56) , das der Hochdruckpumpe (54) zugeordnet ist, und einen elektromechanischen Druckregulator (57) , der mit dem Kraftstof Speicher (55) und dem Niederdruckkreis wirkverbunden ist und der Kraftstoff aus dem KraftstoffSpeicher (55) in den Niederdruckkreis absteuern kann, bei dem eine Regeldifferenz (FUP_DIF) ermittelt wird aus einer Differenz eines vorgegebenen Kraftstoffdrucks (FUP_SP) und eines erfassten Kraftstoffdrucks (FUP_AV) , in einer ersten Betriebsart (VC) mittels eines ersten Reglers ein Stellsignal für das Volumenstromsteuerventil (56) erzeugt wird, wobei dem ersten Regler die Regeldifferenz (FUP_DIF) zugeführt wird, in einer zweiten Betriebsart (PC) mittels eines zweiten Reglers ein Stellsignal für den elektromechanischen Druckregulator (57) erzeugt wird, wobei dem zweiten Regler die Regeldifferenz (FUP_DIF) zugeführt wird, von der zweiten Betriebsart (PC) auf die erste Betriebsart (VC) umgeschaltet wird, wenn der erfasste Kraftstoffdruck (FUP_AV) um einen zweiten vorgegebenen Betrag oder um einen zweiten vorgegebenen Faktor kleiner ist als der vorgegebene Kraftstoffdruck (FUP_SP) .
4. Verfahren nach, einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einem Förderstrom (MFF_PUMP) der Hochdruckpumpe (54) von der ersten Betriebsart (VC) auf die zweite Betriebsart (PC) umgeschaltet wird, wenn der Förderström (MFF_PUMP) der Hochdruckpumpe (54) kleiner ist als eine untere Umschaltschwelle (MFF_PUMP_BOL) des Förderstroms (MFF_PUMP) , und von der zweiten Betriebsart (PC) auf die erste Betriebsart (VC) umgeschaltet wird, wenn der Förderstrom (MFF_PUMP) der Hochdruckpumpe (54) größer ist als eine obere Umschaltschwelle (MFF_PUMP_TOL) des Förderstroms (MFF_PUMP) .
5. Verfahren nach ,,Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Umschaltschwelle (MFF_PUMP_BOL) des Förderstroms (MFF_PUMP) und die obere Umschaltschwelle (MFF_PUMP_TOL) des Förderstroms (MFF_PUMP) aus einem Fehlerwert (Q_ER ) des Kraftstoffflusses ermittelt werden, der resultiert aus einem Leckfluss durch das Volumenstromsteuerventil in seiner geschlossenen Stellung und einem Leckagefluss aus dem KraftstoffSpeicher (55) heraus, wenn der elektromechanische Druckregulator (57) geschlossen ist und kein Kraftstoff zugemessen werden soll.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehlerwert (Q_ERR) des Kraftstoffflusses ermittelt wird abhängig von mindestens zwei mit zeitlichem Abstand erfassten Kra tstoffdrücken (FUP_AV1, FUP_AV2), die in ei- ner dritten Betriebsart erfasst werden, in der kein Kraftstoff zugemessen werden soll und das Volumenstromsteuerventil (56) und der elektromechanische Druckregulator (57) so angesteuert werden, dass das Volumenstromsteuerventil (56) und der elektromechanische Druckregulator (57) geschlossen sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffdruck im KraftstoffSpeicher (55) auf einen ersten vorgegebenen Kraftstoffdruck (FUP_SP1) geregelt wird, so dass der Betrag der Regeldifferenz (FUP_DIF) kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, ein erster Kraftstoffdruck (FUP_AV1) erfasst wird, die dritte Betriebsart eingestellt und die Betriebsartum- schaltung gesperrt wird, ein zweiter Kraftstoffdruck (FUP_AV2) erfasst wird, und der Fehlerwert (Q_ERR) des Kraftstoffflusses ermittelt wird abhängig von einer Zeitdauer (T) und einer Differenz (FUP_AV1.IF) des zweiten erfassten Kraftstoffdrucks '-• (FUP_AV2) und des ersten erfassten Kraftstoffdrucks (FUP_AV1) .
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kraftstoffdruck (FUP_AV2) erfasst wird, wenn der Kraftstoff ruck im KraftstoffSpeicher (55) größer oder gleich einem zweiten vorgegebenen Kraftstoffdruck (FUP_SP2) ist, dessen Wert größer ist als der des ersten vorgegebenen Kraftstoffdrucks (FUP_SP1) .
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kraftstoffdruck (FUP_AV2) erfasst wird nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer.
0. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Umschalten von der ersten Betriebsart (VC) auf die zweite Betriebsart (PC) oder von der zweiten Betriebsart (PC) auf die erste Betriebsart (VC) die Umschaltung der Betriebsart für mindestens eine vorgegebene Sperrzeitdauer (T MS WAIT) gesperrt ist.
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