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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Adaption
einer Vorsteuerung in einer Druckregelung für eine Common-Rail-Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine
und Mittel zur Durchführung
des Verfahrens.
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Bei
Brennkraftmaschinen, insbesondere Verbrennungsmotoren, wird bei
Verwendung einer Direkteinspritzung der zu verbrennende Kraftstoff
direkt in den Brennraum eingespritzt. Ein hierzu häufig verwendetes
Einspritzsystem ist die Common-Rail-Einspritzung.
Bei Common-Rail-Einspritzanlagen bringt eine Hochdruckpumpe den
Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau. Der unter Druck stehende Kraftstoff
füllt ein
Rohrleitungssystem bzw. eine oder mehrere Druckleitungen, das bzw.
die bei Motorbetrieb ständig
unter Druck steht bzw. stehen. Die Einspritzung von Kraftstoff in
den Brennraum erfolgt durch Betätigung
von mit der Druckleitung verbundenen elektrisch betätigten Einspritzventilen.
Der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge werden durch eine
Motorelektronik gesteuert, die entsprechende Einspritzsignale an
die Einspritzventile abgibt. Solche Common-Rail-Einspritzanlagen
können
beispielsweise für Otto-Motoren
und insbesondere für
Dieselmotoren eingesetzt werden.
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Die
Größe der jeweils
in einen Zylinder eingespritzten Menge beeinflusst unter anderem
den Brennverlauf, die Emissionen, die Drehmomententwicklung und
die Geräuschentwicklung
des Motors.
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Die
Einspritzmenge wird unter anderem durch die Ventilöffnungszeit
und den Druck in der Druckleitung bestimmt. Um bei einer Einspritzung
tatsächlich
mit hoher Genauigkeit die ge wünschte
Einspritzmenge in einen Zylinder einspritzen zu können, ist
es daher notwendig, den Druck in der Common-Rail-Einspritzanlage, d.h. in der oder den
Druckleitungen, möglichst
genau einstellen zu können.
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In
Common-Rail-Einspritzanlagen ist daher eine Druckregelung vorgesehen,
mittels derer der Druck in der Einspritzanlage auf einen, in der
Regel von aktuellen Werten von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine
abhängigen
Soll-Druckwert geregelt wird. Grundsätzlich kann hierzu eine einfache Regelung
verwendet werden. Diese hat jedoch den Nachteil, dass bei einer
schnellen Änderung
des Soll-Druckwertes erhebliche Zeit benötigt wird, bis die Regelung
den aktuellen Druckwert auf den Soll-Druckwert geregelt hat.
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In
EP 1 529 940 A2 ist
ein Verfahren zur Regelung des Drucks in einer Common-Rail-Einspritzanlage
beschrieben, bei dem ein Proportional- und ein Integralparameter
einer Regelung adaptiert werden.
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In
EP 1 030 047 A2 ist
ein Verfahren zur Einstellung des Drucks in einer Common-Rail-Einspritzanlage
für eine
Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem in Abhängigkeit von einer Änderung
des Soll-Druckwerts zwischen einer "feed forward"-Steuerung
und einer Regelung umgeschaltet wird.
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Weiter
ist vorstellbar, bei der Regelung eine Vorsteuerung zu verwenden.
Diese dient dazu, in Abhängigkeit
von den Werten der Betriebsparameter die Common-Rail-Einspritzanlage
bzw. Einrichtungen darin, mittels derer der Druck beeinflussbar
ist, so einzustellen, dass bereits auf der Basis der Vorsteuerung
der Soll-Druckwert möglichst
gut erreicht wird und eine Feinregelung um den so voreingestellten
Arbeitspunkt nur noch kleine Regelabweichungen auszugleichen hat.
Auf diese Weise kann der Ist-Druckwert auch bei schnellen Änderungen
des Soll-Druckwerts diesem schnell nachgeführt werden.
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Zur
Vorsteuerung können
beispielsweise Kennfelder verwendet werden, die jeweils in Abhängigkeit
von einem Betriebsparameter einen Beitrag für einen einzustellenden Wert
für die
Einrichtungen wiedergeben. Die Kennfelder werden dabei für einen vorgegebenen
Typ von Common-Rail-Einspritzanlagen ermittelt, beispielsweise unter
Verwendung eines Standardsystems mit als Standard verwendeten Baugruppen
oder durch Mittelwertbildung über
mehrere zur Ermittlung verwendete Common-Rail-Einspritzanlagen des
gleichen Typs.
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So
ist in
DE 195 48 278
A1 ein Verfahren zur Regelung des Drucks in einer Common-Rail-Einspritzanlage
beschrieben, bei dem ebenfalls eine Vorsteuerung verwendet wird.
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Weiter
ist in
DE 10 2004
009 616 A1 ein Verfahren zur Regelung des Drucks in einer
Common-Rail-Einspritzanlage beschrieben, bei dem eine Vorsteuerung
durchgeführt
wird. Ein Volumenstromregelventil der Einspritzanlage wird mittels
eines Vorsteuerkennfeldes und eines zweidimensionalen Adaptionskennfeldes
in Abhängigkeit
von einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine gesteuert. Es
wird also die Ventilstellung des Volumenstromventils und damit der
Volumenstrom adaptiert.
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In
DE 197 31 994 A1 ist
ein Verfahren zur Regelung des Drucks in einer Common-Rail-Einspritzanlage
beschrieben, das eine Vorsteuerung beinhaltet. Die Vorsteuerung
wird von einem Regler korrigiert.
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Fertigungstoleranzen
und Verschleiß von Einspritzanlagen
führen
jedoch dazu, dass für
eine individuell vorgegebene Common-Rail-Einspritzanlage die Genauigkeit
des Kennfeldes nicht so hoch ist, wie es wünschenswert ist, bzw. dass
die Genauigkeit im Laufe der Zeit abnimmt. Insbesondere können die Eigenschaften
einer individuell vorgegebenen Common-Rail-Einspritzanlage von den
bei der Erstellung des Kennfeldes angenommenen oder ermittelten
Eigenschaften, beispielsweise des Standardsystems, abweichen, so
dass die Kennfelder keine genaue Vorsteuerung zulassen. Als Folge
davon kann es eine ungünstig
lange Zeit dauern, bis die Regelung den Ist-Druck auf den Soll-Druck
eingeregelt hat, da nach Änderung
der den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine definierenden Betriebsparameter
und damit des Soll-Wertes sowie der Vorsteuerung zunächst eine
relativ große
Regelabweichung auftreten kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Regelung
des Drucks in einer Common-Rail-Einspritzanlage dahingehend zu verbessern,
dass auch für
eine individuelle Common-Rail-Einspritzanlage ein vorgegebener Soll-Wert
erreicht wird.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zur Adaption einer Regelung eines Drucks in
einer Common-Rail-Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine,
wobei die Regelung eine Vorsteuerung umfasst und die Common-Rail-Einspritzanlage
wenigstens eine durch Stellsignale, die jeweils Stellwerten entsprechen,
einstellbare Stelleinrichtung zur Beeinflussung des Drucks aufweist,
bei dem ein Vorsteuerwert zur Erzeugung wenigstens eines Stellsignals
für die
Stelleinrichtung ermittelt wird und unter Verwendung des Vorsteuerwertes
durch Erzeugung des wenigstens einen Stellsignals und Abgabe an
die Stelleinrichtung der aktuelle Druck auf einen vorgegebenen Soll-Druck
geregelt wird, und zur Adaption die Vorsteuerung in Abhängigkeit
von wenigstens einem aktuellen Wert eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine
und des dem wenigs tens einen Stellsignal entsprechenden Stellwertes
angepasst wird.
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Die
Aufgabe wird weiter gelöst
durch eine Vorrichtung zur Regelung eines Drucks in einer Common-Rail-Einspritzanlage
für eine
Brennkraftmaschine, wobei die Regelung eine Vorsteuerung umfasst und
die Common-Rail-Einspritzanlage wenigstens eine durch Stellsignale,
die jeweils Stellwerten entsprechen, einstellbare Stelleinrichtung
zur Beeinflussung des Drucks aufweist, und wobei die Vorrichtung Eingabeschnittstellen
für Betriebsparametersignale, die
Werte von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine wiedergeben,
und für
Drucksignale, die Werte des Drucks in der Common-Rail-Einspritzanlage
wiedergeben, eine Ausgabeschnittstelle zur Ausgabe von Stellsignalen
an die Stelleinrichtung zur Beeinflussung des Drucks, aufweist und
ausgebildet ist zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und
insbesondere dazu, einen Vorsteuerwert zur Erzeugung wenigstens
eines Stellsignals für
die Stelleinrichtung zu ermitteln, unter Verwendung des Vorsteuerwertes
durch Erzeugung des wenigstens einen Stellsignals und Abgabe an
die Stelleinrichtung den aktuelle Druck auf einen vorgegebenen Soll-Druck
zu regeln, und zur Adaption die Vorsteuerung in Abhängigkeit
von wenigstens einem aktuellen Wert eines Betriebsparameters der
Brennkraftmaschine und des dem wenigstens einen Stellsignal entsprechenden
Stellwertes anzupassen.
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Die
Erfindung ist für
Brennkraftmaschinen, genauer Verbrennungsmotoren, vorgesehen, bei
denen Kraftstoff in den oder die Zylinder der Brennkraftmaschine
durch eine Common-Rail-Einspritzanlage erfolgt.
Die Brennkraftmaschine kann über
einen oder vorzugsweise mehrere Zylinder verfügen, für die jeweils ein Einspritzventil
oder mehrere Einspritzventile vorgesehen sind. Als Brennkraftmaschine kommen
beispielsweise Otto-Motoren und derzeit insbesondere Dieselmotoren
in Betracht, die Erfindung eignet sich jedoch auch für beliebige andere Motoren,
insbesondere solche mit Direkteinspritzung des Kraftstoffs in den
oder die Zylinder.
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Die
Common-Rail-Einspritzanlage kann dazu insbesondere eine oder mehrere
Druckleitungen, in der bzw. denen einzuspritzender Kraftstoff unter
Druck gehalten wird, und wenigstens ein mit der oder den Druckleitungen
verbundene elektrisch betätigbares
Einspritzventil aufweisen. Zum Aufbau und zur Aufrechterhaltung
des Drucks kann weiterhin wenigstens eine Hochdruckpumpe vorgesehen
sein, die den Kraftstoff in die Druckleitungen pumpt. Zur Einstellung
des Drucks in der Druckleitung ist die wenigstens eine Stelleinrichtung
vorgesehen, die durch Stellsignale ansteuerbar ist und zur Einstellung
des Drucks dient. In der Common-Rail-Einspritzanlage bzw. deren
Druckleitung kann weiterhin ein Drucksensor vorgesehen sein, der
zur Erfassung des Drucks in der oder Druckleitungen und Abgabe von Drucksignalen,
die den Druck wiedergeben, dient.
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Die
Erfindung geht von einer Regelung des Drucks aus, d.h. des Drucks,
unter dem der Kraftstoff in der oder den Druckleitungen (wie z.B.
dem Kraftstoffspeicher oder auch Common-Rail genannt) steht. Dazu können die
Drucksignale des Drucksensors verwendet werden, die die Ist-Werte
des Drucks wiedergeben. Zur Regelung des Drucks auf der Basis der
Ist- und Soll-Werte für
den Druck werden Stellsignale an die Stelleinrichtung abgegeben,
die auf die Stellsignale hin den Druck beeinflusst.
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Das
Verfahren kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt werden.
Diese weist zur Regelung des Drucks und zur Adaption Eingabeschnittstellen
für Betriebsparametersignale,
die Werte von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine wiedergeben,
für die
Drucksignale, die Werte des Drucks in der Common-Rail-Einspritzanlage
wiedergeben, sowie vorzugsweise für Soll-Drucksignale, die den
einzuregelnden Soll-Druck wiedergeben, und wenigstens eine Ausgabeschnittstelle
zur Ausga be von Stellsignalen an die Stelleinrichtung zur Beeinflussung
des Drucks auf. Die Schnittstellen können je nach Ausbildung der
Vorrichtung beispielsweise durch einen einfachen Anschluss oder
durch Software-Schnittstellen bzw. Zugriff auf Bereiche eines Speichers,
in dem durch die Signale eindeutig bestimmte Werte abgelegt sind,
gegeben sein.
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Weiterhin
ist die Vorrichtung ausgebildet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h.
dass sie zum einen dazu ausgebildet ist, die Regelung durch Verarbeitung
der über
die Eingabeschnittstelle empfangenen Drucksignale in Abhängigkeit
von dem Soll-Wert für
den Druck durch Erzeugung sowie Abgabe wenigstens eines Stellsignals
für die
Stelleinrichtung durchzuführen.
Das Stellsignal gibt dabei einen Stellwert wieder, der bei der Regelung
ermittelt wird.
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Grundsätzlich kann
die Vorrichtung hierzu entsprechende nichtprogrammierbare elektrische Schaltungen
umfassen. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung jedoch einen mit
den Eingabeschnittstellen und der Ausgabeschnittstelle verbundenen
Prozessor und einen Speicher, in dem unter anderem ein Computerprogramm
gespeichert ist, das Instruktion enthält, bei deren Ausführung der
Prozessor das Verfahren durchführt.
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Gegenstand
der Erfindung ist daher auch ein Computerprogramm umfassend Instruktionen,
bei deren Ausführung
eine Datenverarbeitungsanlage das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, und
insbesondere Instruktionen zur Adaption einer Regelung eines Drucks
in einer Common-Rail-Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine,
wobei die Regelung eine Vorsteuerung umfasst und die Common-Rail-Einspritzanlage
wenigstens eine durch Stellsignale, die jeweils Stellwerten entsprechen,
einstellbare Stelleinrichtung zur Beeinflussung des Drucks aufweist,
wobei bei Ausführung
der Instruktionen durch einen Prozessor der Datenverarbeitungseinrichtung
von dem Prozessor ein Vorsteuerwert zur Erzeugung wenigstens eines
Stellsignals für
die Stelleinrichtung ermittelt wird, unter Verwendung des Vorsteuerwertes
durch Erzeugung des wenigstens einen Stellsignals, das einem Stellwert
für die
Stelleinrichtung entspricht, und Abgabe an die Stelleinrichtung
der aktuelle Druck auf einen vorgegebenen Soll-Druck geregelt wird,
und zur Adaption die Vorsteuerung in Abhängigkeit von wenigstens einem
aktuellen Wert eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine und
des dem wenigstens einen Stellsignal entsprechenden Stellwertes
angepasst wird.
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Bei
der Datenverarbeitungseinrichtung kann es sich insbesondere um eine
geeignet ausgebildete, erfindungsgemäße Vorrichtung handeln.
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Weiterer
Gegenstand der Erfindung ist ein Speichermedium auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm
gespeichert ist. Bei diesem kann es sich insbesondere um einen nichtflüchtigen Speicher,
beispielsweise ein EEPROM, handeln.
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Bei
der Regelung selbst erfolgt die Ermittlung des Stellwertes bzw.
des Stellsignals durch zwei Maßnahmen.
Zur Vorsteuerung wird ein Vorsteuerwert zur Erzeugung wenigstens
eines Stellsignals ermittelt. Die Ermittlung des Vorsteuerwertes
kann vorzugsweise in Abhängigkeit
von wenigstens einem der ebenfalls über die Eingabeschnittstelle
erfassten Betriebsparametersignale erfolgen. Vorzugsweise werden
Betriebsparameter verwendet, die den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine
und der Common-Rail-Einspritzanlage hinreichend genau wiedergeben.
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Es
werden dann Stellsignale in Abhängigkeit von
dem Vorsteuerwert und dem Drucksignal bzw. dem Druck und dem Soll-Druck
so erzeugt, dass der Druck wenigstens näherungsweise auf den Soll-Druck
geregelt wird. Jedes der Stellsignale entspricht dabei einem Stellwert,
der unter Verwendung des Vorsteuerwerts ermittelbar ist. Der Stellwert
kann entweder aus dem Stellsignal ermittelt werden oder, was bevorzugt
ist, er kann in Abhängigkeit
von dem Vorsteuerwert gebildet werden, wobei dann das Stellsignal
in Abhängigkeit
von dem Stellwert gebildet wird. Der Vorsteuerwert kann insbesondere
den Arbeitspunkt der Regelung festlegen, so dass nur wenige Regelschritte
bis zum Erreichen des Soll-Drucks notwendig sind. Hierdurch kann
die Regelung des Drucks insbesondere bei einem schnellen Wechsel der
Betriebsbedingungen schneller folgen als ohne eine Verwendung der
Vorsteuerung.
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Zur
Adaption der Vorsteuerung wird nun wenigstens ein Vorsteuerwert
zur Erzeugung wenigstens eines Stellsignals für die Stelleinrichtung ermittelt
und unter Verwendung des Vorsteuerwertes durch Erzeugung des wenigstens
einen Stellsignals, das einem Stellwert für die Stelleinrichtung entspricht,
und Abgabe an die Stelleinrichtung der aktuelle Druck auf einen
vorgegebenen Soll-Druck geregelt.
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Vorzugsweise
erfolgen dabei bei einem im Wesentlichen konstanten Vorsteuerwert
mehrere Regelschritte.
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Unter
Verwendung des wenigstens einen Stellwerts wird die Vorsteuerung
für wenigstens
einen aktuellen Wert des Betriebsparameters adaptiert. Diesem Vorgehen
liegt unter anderem die Überlegung
zugrunde, dass bei idealer Vorsteuerung bis auf Einschwingvorgänge keine
Abweichungen zwischen Vorsteuerwert und Stellwert auftreten sollten, der
Stellwert also dem Vorsteuerwert entspricht.
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Die
Anpassung erfolgt dabei vorzugsweise so, dass bei Vorliegen der
zur Zeit der Ermittlung des Stellwertes vorliegenden, für die Vorsteuerung
verwendeten Betriebsparameterwerte eine Abweichung zwischen dem
mit der adaptierten Vorsteuerung ermittelten Vorsteuerwert und dem
verwendeten Stellwert geringer ist, als vor der Adaption. Die Anpassung
der Vorsteuerung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass beispielsweise
ein durch den wenigstens einen Betriebsparameter vorgegebener Parameter
der Vorsteuerung in geeigneter Weise verändert und zur weiteren Verwendung
gespeichert wird. Die Adaption er folgt dabei auch in Abhängigkeit
von dem aktuellen Wert wenigstens eines vorgegebenen Betriebsparameters.
Damit wird eine vom aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine
abhängige Vorsteuerung
ermöglicht,
die individuelle Abweichungen der Common-Rail-Einspritzanlage und/oder
der Brennkraftmaschine von vorgegebenen Standards berücksichtigt
und damit eine besonders schnelle Regelung des Drucks ermöglicht.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass als Vorrichtung
zur Regelung des Drucks in der Common-Rail-Einspritzanlage vorzugsweise ein zur Steuerung
der Brennkraftmaschine ohnehin verwendetes Motorsteuergerät durch
entsprechende Programmierung verwendet werden kann. Bei dieser Ausführungsform
sind also gegenüber
einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage keine
weiteren Einrichtungen notwendig, so dass sich ein besonders einfacher
Aufbau ergibt. Es ist lediglich das Motorsteuergerät entsprechend
zu programmieren.
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Prinzipiell
kann es genügen,
dass nur ein Stellwert zur Adaption verwendet wird. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn die Regelung zu einem stationären Zustand
geführt
hat, in dem der dann wenigstens näherungsweise konstante Stellwert
einen sehr guten Vorsteuerwert darstellt. Es ist jedoch bevorzugt,
dass wenigstens zwei Stellwerte zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelt
werden und bei der Adaption die Vorsteuerung in Abhängigkeit
von den wenigstens zwei Stellwerten angepasst wird. Die Vorrichtung
ist dazu vorzugsweise weiter so ausgebildet und das Computerprogramm
umfasst dazu vorzugsweise solche Instruktionen, dass die Vorrichtung
bzw. der Prozessor wenigstens zwei Stellwerte zu verschiedenen Zeitpunkten
ermittelt und bei der Adaption die Vorsteuerung in Abhängigkeit
von den wenigstens zwei Stellwerten anpasst. Diese Ausführungsform
hat wenigstens zwei Vorteile. Zum einen ist zur Adaption ein stationärer Zustand
nicht unbedingt nötig.
Zum anderen kann eine höhere
Genauigkeit der Adaption erreicht werden. Aus den Stellwerten, von
denen jeder einem Stellsignal entspricht und die vorzugsweise für denselben
vorgegebenen Vorsteuerwert ermittelt wurden, kann insbesondere aufgrund
von Modellannahmen über
das Verhalten der Regelung und/oder durch Mittelwertbildung ein
Adaptionswert ermittelt werden, der zur Adaption der Vorsteuerung
verwendet wird. Die Anpassung erfolgt dabei vorzugsweise so, dass
bei Vorliegen der zur Zeit der Ermittlung der Stellwerte vorliegenden,
für die
Vorsteuerung verwendeten Betriebsparameterwerte eine Abweichung
zwischen dem mit der adaptierten Vorsteuerung ermittelten Vorsteuerwert
und einem mit dem Vorsteuerwert ermittelten Stellwert geringer ist,
als vor der Adaption.
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Grundsätzlich braucht
der Ist-Druck noch nicht auf den Soll-Druck, d.h. in einen stationären Zustand,
eingeregelt zu sein. Bei dem Verfahren ist es jedoch bevorzugt,
dass der Stellwert oder die Stellwerte nur zur Adaption verwendet
wird bzw. werden, wenn dieser bzw. diese nach einer gemäß einem
vorgegebenen Kriterium hinreichenden Annäherung den Soll-Druck ermittelt wurde
bzw. wurden. Die Vorrichtung ist dazu vorzugsweise weiter so ausgebildet
und das Computerprogramm umfasst dazu vorzugsweise solche Instruktion,
dass die Vorrichtung bzw. der Prozessor den Stellwert oder die Stellwerte
nur zur Adaption verwendet, wenn dieser bzw. diese nach einer gemäß einem
vorgegebenen Kriterium hinreichenden Annäherung den Soll-Druck ermittelt
wurde bzw. wurden. Die Prüfung
des Kriteriums ist dann Teil des Verfahrens. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass nicht das Erreichen des stationären Zustands abgewartet
zu werden braucht, sondern eine Adaption auch auf der Basis nur
weniger, geeigneter Stellwerte erfolgen kann. Insbesondere brauchen
zur Bildung eines oben erwähnten
Adaptionswertes nur der oder die nach einer hinreichenden Annäherung ermittelten
Stellwerte verwendet zu werden. Das Kriterium ist vorzugsweise so
gewählt,
dass mittels des Kriteriums entschieden werden kann, ob sich die
Regelung in einem für
die Adaption günstigen
Bereich befindet. So braucht nicht unbedingt gewartet zu werden,
bis der Ist-Wert des Drucks den Soll-Wert erreicht hat. Vielmehr
ist es auch möglich,
unter Verwendung mehrerer Stellwerte beim Einschwingen auf den Soll-Druck
die Vorsteuerung zu adaptieren. Beispielsweise kann eine Mittelung über die
Stellwerte erfolgen, da sich bei Verwendung einer Regelung mit Proportionalanteil
die Ausschläge
des Stellwerts, die sich durch die Schwingungen um den Endwert des
Stellwertes für
einen stationären
Zustand ergeben, näherungsweise
herausmitteln. Eine hinreichende Annäherung kann aber auch vorliegen,
wenn in dem Bereich von Ist-Drücken
um den Soll-Druck ein vorgegebenes, beispielsweise durch Modelle
zu beschreibendes, vorzugsweise lineares Verhalten der Regelung
zu erwarten ist. Das Kriterium kann weiter insbesondere das zeitliche
Verhalten des Drucks und/oder der Stellwerte und/oder die Größe der Abweichung
des Ist-Drucks von dem Soll-Druck oder die maximale Schwankung aufeinander
folgender Stellwerte betreffen. Es kann weiter vorzugsweise in Abhängigkeit
von der zu erwartenden Genauigkeit der Regelung bei Betrieb der
Brennkraftmaschine bei stationären
Betriebsparametern gewählt
sein. Beispielsweise kann vorgegeben werden, dass der Druck über eine
vorgegebene Zeit oder Anzahl von Regelschritten um weniger als ein
vorgegebener Grenzwert von dem Soll-Wert abweicht. Der Grenzwert
kann in Abhängigkeit
von der Größe eines
Bereichs in dem ein vorgegebenes zeitliches Verhalten der Regelung
zu erwarten ist und/oder der erwarteten Genauigkeit der Regelung
bei den gegebenen Betriebsbedingungen gewählt sein.
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Besonders
bevorzugt kann das Kriterium so gewählt sein, dass mittels des
Kriteriums geprüft
werden kann, ob ein stationärer
Zustand der Druckregelung erreicht wurde. Ist dann der Druck auf
den Soll-Druck gemäß dem Kriterium
eingeregelt, liegt ein wenigstens für die Dauer der Adaption näherungsweise
stationärer
Zustand vor und der Stellwert für
die Stelleinrichtung hat einen konstanten Wert, der den gegebenen
Betriebsbedingungen zugeordnet werden kann. Idealerweise entspricht
dieser Wert dem Vorsteuerwert, da dann eine Regelung um den stationären Zustand
erfolgt.
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Grundsätzlich kann
als Stelleinrichtung jede Einrichtung der Common-Rail-Einspritzanlage
verwendet werden, mittels derer der Druck in der oder den Druckleitungen
der Common-Rail-Einspritzanlage
beeinflusst werden kann. So ist es beispielsweise denkbar, eine
Pumpe, mittels derer der Druck in der oder den Druckleitungen aufgebaut
und aufrechterhalten wird, als Stelleinrichtung zu verwenden. Vorzugsweise
umfasst jedoch die Stelleinrichtung ein Ventil der Common-Rail-Einspritzanlage und
die Stellsignale werden für
das Ventil erzeugt. Die Vorrichtung ist dazu vorzugsweise weiter
so ausgebildet und das Computerprogramm umfasst dazu vorzugsweise
solche Instruktion, dass die Vorrichtung bzw. der Prozessor Stellsignale
für ein
als Stelleinrichtung dienendes Ventil der Common-Rail-Einspritzanlage erzeugt.
Dies hat den Vorteil, dass eine schnellere Regelung ermöglicht wird,
da Ventile in der Regel wesentlich schnellere Reaktionszeiten auf
Stellsignale haben als Pumpen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Stelleinrichtung ein Durchflussventil zur Steuerung
des einer Druckleitung der Common-Rail-Einspritzanlage zugeführten Kraftstoffstroms
und die Stellsignale sind Stellsignale für das Durchflussventil. Die
Vorrichtung ist dazu vorzugsweise weiter so ausgebildet und das
Computerprogramm umfasst dazu vorzugsweise solche Instruktion, dass
die Vorrichtung bzw. der Prozessor Stellsignale für ein Durchflussventil
zur Steuerung des einer Druckleitung der Common-Rail-Einspritzanlage
zugeführten
Kraftstoffstroms erzeugt, das wenigstens Teil der Stelleinrichtung
ist. Diese Ausführungsform
eignet sich insbesondere für
Common-Rail-Einspritzanlagen, die nach dem VCV-Verfahren (volume control valve – Verfahren)
betrieben werden, d.h. insbesondere auch für Common-Rail-Einspritzanlagen,
bei denen zur Regelung des Drucks der Kraftstofffluss vor der Hochdruckpumpe
der Einspritzanlage durch das Durchflussventil gesteuert wird. Die
Eigenschaften der Regelung sind dabei auf das Durchflussventil abgestellt.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Stelleinrichtung ein Überdruckventil zur Steuerung
des Drucks in einer Druckleitung der Common-Rail-Einspritzanlage
und die Stellsignale sind Stellsignale für das Überdruckventil. Die Vorrichtung
ist dazu weiter vorzugsweise so ausgebildet und das Computerprogramm
umfasst dazu vorzugsweise solche Instruktion, dass die Vorrichtung
bzw. der Prozessor Stellsignale für ein Überdruckventil zur Steuerung
des Drucks in einer Druckleitung der Common-Rail-Einspritzanlage
erzeugt, das wenigstens Teil der Stelleinrichtung ist. Die Eigenschaften
der Regelung sind dabei auf das Überdruckventil
abgestellt. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass sie sich für
Common-Rail-Einspritzanlagen eignet, die mit Hilfe eines PCV (pressure
control valve – Druckregelventil)
geregelt werden, d.h. insbesondere auch für Common-Rail-Einspritzanlagen,
bei denen zur Regelung des Drucks in der oder den Druckleitungen
der Einspritzanlage nach einer Hochdruckpumpe der Einspritzanlage
durch das Druckregelventil gesteuert wird, dessen Öffnungsdruck
einstellbar ist. Die Eigenschaften der Regelung sind dabei auf das
Druckregelventil abgestellt.
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Die
Vorsteuerung kann grundsätzlich
auf beliebige Art und Weise erfolgen. Beispielsweise können neuronale
Netze oder Fuzzy-Logik-Systeme zur Vorsteuerung verwendet werden,
die in Abhängigkeit von
den aktuellen Werten der verwendeten Betriebsparameter den Vorsteuerwert
liefern. Die Adaption kann dann durch Anpassung der Parameter der
Netze bzw. Systeme erfolgen. Es ist jedoch bevorzugt, dass zur Adaption
in einem zur Vorsteuerung verwendeten Kennfeld mit Vorsteuerparameterwerten ein
aus der Abweichung ermittelter Wert dem Wert des wenigstens einen
Betriebsparameters zugeordnet gespeichert wird. Hierzu weist die
Vorrichtung vorzugsweise einen nichtflüchtigen Speicher auf, in dem
ein zur Vorsteuerung verwendetes Kennfeld mit Vorsteuerparameterwerten
gespeichert ist. Die Vorrichtung ist weiter vorzugsweise so ausgebildet
und das Computerprogramm umfasst vorzugsweise solche Instruktionen, dass
die Vorrichtung bzw. der Prozessor zur Adaption in einem zur Vorsteuerung
verwendeten Kennfeld mit Vorsteuerparameterwerten ein aus der Abweichung
ermittelten Wert dem Wert des wenigstens einen Betriebsparameters
zugeordnet speichert. In dem Kennfeld können die Vorsteuerparameterwerte
Werten des wenigstens einen Betriebsparameters und gegebenenfalls
weiteren Werten anderer Betriebsparameter zugeordnet sein. Diese
Ausführungsform
hat zum einen den Vorteil, dass durch die Verwendung eines Kennfeldes
eine schnelle Ermittlung des Vorsteuerwertes durch die adaptierte
Vorsteuerung erfolgen kann. Weiter kann die Adaption so besonders
einfach durchgeführt
werden, indem ein dem wenigstens einen Betriebsparameter zugeordneter
Wert des Vorsteuerparameters adaptiert bzw. verändert wird.
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Prinzipiell
kann die Vorsteuerung einstufig erfolgen. In diesem Fall braucht
für die
Adaption der vor der Adaption ermittelte Vorsteuerwert bei der Adaption
nicht unbedingt verwendet zu werden, da bei der Adaption aus dem
ermittelten Adaptionswert oder dem Stellwert im stationären Zustand
der Regelung der neue Vorsteuerparameter ermittelt werden kann. Beispielsweise
kann wenigstens ein Kennfeld verwendet werden, das für vorgegebene
Kombinationen von den Betriebspunkt festlegenden Betriebsparameterwerten
entsprechende Vorsteuerwerte aufweist und das ausgehend von vorgegebenen
Kennfeldparameterwerten adaptiert wird, wobei zum Beispiel ein einem
Vorsteuerwert entsprechender Kennfeldwert durch den Adaptionswert
oder den Stellwert im stationären
Zustand ersetzt wird. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Vorsteuerung
einen festen Teil und einen adaptierbaren Teil aufweist, wobei der
feste Teil einen Beitrag für
den Vorsteuerwert auf der Basis vorgegebener fixer Vorsteuerparameter
ermittelt, und wobei der adaptierbare Teil einen weiteren Beitrag
für den Vorsteuerwert
auf der Basis adaptierbarer Vorsteuerparameter, von denen wenigstens
einer bei der Adaption adaptiert wird, und wenigstens eines aktuellen Wertes
des wenigstens einen Betriebsparameters ermittelt. Bei einer Vorsteuerung,
die einen festen Teil und einen adaptierbaren Teil aufweist, ist
die Vorrichtung vorzugsweise weiter so ausgebildet und das Computerprogramm
umfasst vorzugsweise solche Instruktionen, dass die Vorrichtung
bzw. der Prozessor bei dem festen Teil einen Beitrag für den Vorsteuerwert
auf der Basis vorgegebener fixer Vorsteuerparameter ermittelt, und
bei dem adaptierbaren Teil einen weiteren Beitrag für den Vorsteuerwert
auf der Basis adaptierbarer Vorsteuerparameter, von denen wenigstens
einer bei der Adaption adaptiert wird, und wenigstens eines aktuellen
Wertes des wenigstens einen Betriebsparameters ermittelt. Die fixen
Vorsteuerwerte können
insbesondere Werte sein, die für eine
Standard-Common-Rail-Einspritzanlage durch Versuche oder durch Modelle
ermittelt wurden. Die Bildung des Vorsteuerwertes aus den beiden
Beiträgen
kann auf beliebige Art und Weise erfolgen, vorzugsweise durch Summen-
bzw. Differenzbildung. Diese Ausführungsform hat den Vorteil,
dass für
den festen Teil eine andere Struktur der Vorsteuerung und insbesondere
andere Betriebsparameter verwendet werden können als für den adaptierbaren Teil. Auf diese
Weise kann die Adaption vereinfacht werden.
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Dabei
wird vorzugsweise eine Abweichung zwischen dem Vorsteuerwert und
dem aktuellen Stellwert oder dem oben erwähnten Adaptionswert ermittelt
und in Abhängigkeit
von der Abweichung der adaptierbare Teil der Vorsteuerung angepasst.
Die Abweichung kann bei wenigstens einem der Regelschritte ermittelt
werden oder nach mehreren Regelschritten, wenn mehrere Stellwerte
zur Bildung eines Adaptionswertes verwendet werden, der zur Adaption
verwendet wird. Unter einer Abweichung kann dabei insbesondere eine
beliebige Größe verstanden werden,
die einen Unterschied der Werte wiedergibt, beispielsweise eine
Differenz der Werte oder auch ein Quotient der Werte. Die Ermittlung
der Abweichung und die Adaption unter Verwendung der Abweichung
kann auch bei einer einstufigen Vorsteuerung verwendet werden.
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Weiter
ist es bevorzugt, dass der adaptierbare Teil der Vorsteuerung den
weiteren Beitrag für
den Vorsteuerwert auf der Basis eines aktuellen Wertes des wenigstens
einen und wenigstens eines weiteren Betriebsparameters ermittelt.
Dazu ist die Vorrichtung weiter so ausgebildet und das Computerprogramm
umfasst solche Instruktionen, dass die Vorrichtung bzw. der Prozessor
bei dem adaptierbarem Teil den weiteren Beitrag für den Vorsteuerwert
auf der Basis eines aktuellen Wertes des wenigstens einen und wenigstens
eines weiteren Betriebsparameters ermittelt. Während also beispielsweise der
feste Teil der Vorsteuerung mehrere voneinander unabhängige Module
umfassen kann, ist es dann möglich, dass
der adaptierbare Teil der Vorsteuerung von wenigstens zwei Betriebsparametern
abhängt
und damit eine genauere Adaption in Abhängigkeit von einer Kombination
der wenigstens zwei Betriebsparameter erfolgt.
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Als
Betriebsparameter können
prinzipiell beliebige Parameter verwendet werden, mittels derer der
Betriebszustand der Brennkraftmaschine und der Common-Rail-Einspritzanlage
wenigstens teilweise beschreibbar ist. Vorzugsweise werden als Betriebsparameter
solche Parameter verwendet, von denen der Druck in der Common-Rail-Einspritzanlage
abhängt.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass der wenigstens eine Betriebsparameter
und der wenigstens eine weitere Betriebsparameter ausgewählt sind
aus der Gruppe der Parameter Drehzahl der Brennkraftmaschine, Druck
in der Common-Rail-Einspritzanlage, Temperatur von Kraftstoff in
der Common-Rail-Einspritzanlage und Kraftstoffeinspritzmenge. Dazu
ist die Vorrichtung weiter vorzugsweise so ausgebildet und das Computerprogramm
umfasst vorzugsweise solche Instruktionen„ dass die Vorrichtung bzw.
der Prozessor den wenigstens einen Betriebsparameter und den wenigstens
einen weiteren Betriebsparameter als Betriebsparameter verwendet, die
ausgewählt
sind aus der Gruppe der Parameter Drehzahl der Brennkraftmaschine,
Druck in der Common-Rail-Einspritzanlage,
Temperatur von Kraftstoff in der Common-Rail-Einspritzanlage und
Kraftstoffeinspritzmenge. Die Kraftstoffeinspritzmenge ist dabei die
pro Zeiteinheit oder vorzugsweise die pro Takt der Brennkraftmaschine
von der Common-Rail-Einspritzanlage eingespritzte Kraftstoffmenge.
Diese Auswahl der Betriebsparameter hat den Vorteil, dass eine sehr genaue
Adaption möglich
ist. Besonders bevorzugt werden so viele und solche Betriebsparameter
verwendet, dass diese den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und
der Common-Rail-Einspritzanlage im
Wesentlichen eindeutig beschreiben.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist es bevorzugt, dass der wenigstens eine bei der Adaption verwendete
Betriebsparameter ein Betriebsparameter ist, der aus wenigstens
zwei der Betriebsparameter gebildet wird, die aus folgenden Parametern
ausgewählt
sind: Drehzahl der Brennkraftmaschine, Druck in der Common-Rail-Einspritzanlage,
Temperatur von Kraftstoff in der Common-Rail-Einspritzanlage und
Kraftstoffeinspritzmenge. Dazu ist die Vorrichtung weiter vorzugsweise
so ausgebildet und das Computerprogramm umfasst vorzugsweise solche Instruktionen,
dass die Vorrichtung bzw. der Prozessor den wenigstens einen bei
der Adaption verwendeten Betriebsparameter als einen Betriebsparameter
verwendet, der aus wenigstens zwei der Betriebsparametern gebildet
ist, die aus der Gruppe der Parametern ausgewählt sind: Drehzahl der Brennkraftmaschine,
Druck in der Common-Rail-Einspritzanlage, Temperatur von Kraftstoff
in der Common-Rail-Einspritzanlage und Kraftstoffeinspritzmenge.
Dies kann in vorteilhafter Weise zu einer Vereinfachung der Adaption
auf der einen Seite und zu einer schnelleren Ermittlung des Vorsteuerwertes durch
die adaptierte Vorsteuerung führen.
Bei Verwendung eines adaptierbaren Kennfeldes kann dieses insbesondere
auch eine geringere Dimension haben und so weniger Speicherplatz
erfordern.
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Die
Anpassung braucht prinzipiell nur einmal zu erfolgen. Zur Adaption
für möglichst
viele Betriebszustände
der Brennkraftmaschine und der Common-Rail-Einspritzanlage ist es
jedoch bevorzugt, dass die Regelung auf den Soll-Druck und die Anpassung
der Vorsteuerung und gegebenenfalls die Prüfung des Kriterium für eine hinreichende
Annäherung
an den Soll-Wert und/oder die Ermittlung der Abweichung in vorgegebenen
Zeitabständen und/oder
bei Erreichen vorgegebener Betriebsparameterwerte durchgeführt werden.
Dazu ist die Vorrichtung weiter vorzugsweise so ausgebildet und
das Computerprogramm umfasst vorzugsweise solche Instruktionen,
dass die Vorrichtung bzw. der Prozessor die Regelung auf den Soll-Druck
und die Anpassung der Vorsteuerung und gegebenenfalls die Prüfung des
Kriterium für
eine hinreichende Annäherung an
den Soll-Wert und/oder die Ermittlung der Abweichung in vorgegebenen
Zeitabständen
und/oder bei Erreichen vorgegebener Betriebsparameterwerte durchführen. Auf
diese Weise kann die Regelung automatisch ohne Zutun einer Bedienperson
adaptiert werden. Zwischen den Adaptionen kann die normale Regelung
erfolgen, bei der die zuletzt adaptierte Vorsteuerung verwendet
wird.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden noch näher beispielhaft anhand der
schematischen Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Einspritzanlage
und einem Motorsteuergerät
nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
-
2 eine
Blockdarstellung einer VCV-Regelung für den Druck in der Common-Rail-Einspritzanlage
in 1,
-
3 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Adaption der Regelung in 2,
-
4 eine
Blockdarstellung einer PCV-Regelung für den Druck in einer Common-Rail-Einspritzanlage
in 1, und
-
5 ein
Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens
zur Adaption der Regelung in 2.
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In 1 verfügt eine
Brennkraftmaschine 1 in Form eines Dieselmotors über vier
Zylinder, die einschließlich
der für
jeden der Zylinder vorgesehenen Einrichtungen gleich und in üblicher
Weise aufgebaut sind. Der Einfachheit halber sind in 1 nur ein
Zylinder 2 und für
diesen vorgesehene Einrichtungen, soweit im folgenden in der Beschreibung
verwendet, gezeigt; die folgende Beschreibung der Einrichtungen
gilt entsprechend für
die anderen Zylinder. Die Zylinder werden über eine Common-Rail-Einspritzanlage 3 mit
Kraftstoff versorgt. Ein Motorsteuergerät 4, das gleichzeitig
eine Vorrichtung zur Regelung des Drucks in der Common-Rail-Einspritzanlage 3 nach
einer ersten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung darstellt, steuert die Common-Rail-Einspritzanlage 3 in
Abhängigkeit
von Signalen von Sensoren an der Brennkraftmaschine und der Common-Rail-Einspritzanlage 3 und
regelt dabei auch den Druck des Kraftstoffs darin.
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Die
Brennkraftmaschine 1 verfügt über eine Antriebswelle in Form
einer Kurbelwelle 5, auf die über Pleuelstangen 6 die
Bewegung der Kolben 7 in den Zylindern 2 übertragen
wird. Ein Drehzahlsensor 8 erfasst die Drehzahl N der Kurbelwelle 5 und
gibt entsprechende Drehzahlsignale ab.
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Die
Common-Rail-Einspritzanlage 3 verfügt über eine Zuleitung 9 von
einem nicht in den Figuren gezeigten Kraftstofftank, in der in Strömungsrichtung des
Kraftstoffs nacheinander eine Vorförderpumpe wie z.B. Flügelradpumpe 10 und
eine Stelleinrichtung in Form eines durch Stellsignale steuerbaren
Durchflusssteuerventils 11 zur Einstellung des durch die Zuleitung
strömenden
Kraftstoffflusses sowie eine von der Kurbelwelle 5 angetriebene
Hochdruckpumpe 12 angeordnet sind. Die Hochdruckpumpe 12 presst
den Kraftstoff über
ein nur sehr schematisch gezeigtes Druckregelventil 13 in
eine mit der Hochdruckpumpe 12 verbundenen Druckleitung 14.
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An
die Druckleitung 14 sind elektrisch betätigbare Einspritzventile 15 zu
in den Figuren nicht separat gezeigten Einspritzdüsen in den
Zylindern 2 angeschlossen.
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In
bzw. an der Druckleitung 14 sind ein Drucksensor 16 zur
Erfassung des Drucks in dem Kraftstoff in der Druckleitung 14 und
ein Temperatursensor 17 zur Erfassung der Temperatur des
Kraftstoffs in der Druckleitung 14 angeordnet, die Druck bzw.
Temperatursignale erzeugen, die den Druck bzw. die Temperatur in
dem Kraftstoff in der Druckleitung 14 wiedergeben.
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Das
Motorsteuergerät 4 steuert
die Brennkraftmaschine und insbesondere die Common-Rail-Einspritzanlage 3 und
regelt unter anderem den Druck des Kraftstoffs in der Druckleitung 14,
wobei in konstanten Zeitabständen
eine Adaption einer Vorsteuerung der Druckregelung nach einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung durchgeführt wird.
Das Motorsteuergerät 4 stellt
insofern eine bevorzugte Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Regelung des Drucks in der Common-Rail-Einspritzanlage dar.
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Dazu
verfügt
es über
einen Speicher 18 mit einem nichtflüchtigen Abschnitt, einen Prozessor 19, der
auf den Speicher 18 zugreift, sowie mit dem Prozessor 19 verbundene
Eingabe- und Ausgabeschnittstellen mit Ein- bzw. Ausgängen, die
der Übersichtlichkeit
halber in den Figuren nur teilweise durch Bezugszeichen für die Ein-
bzw. Ausgänge
bezeichnet sind.
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Ein
Drehzahlsignaleingang 20 des Motorsteuergeräts 4 ist
mit dem Drehzahlsensor 8 verbunden und dient zur Erfassung
von Drehzahlsignalen des Drehzahlsensors 8, die die Drehzahl
der Kurbelwelle 5 und damit der Brennkraftmaschine 1 als
Betriebsparameter wiedergeben.
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Eine
Drucksignalschnittstelle mit einem Drucksignaleingang 21 und
ein Temperatursignalschnittstelle mit einem Temperatursignaleingang 22 des
Motorsteuergeräts 4 sind
mit dem Druck sensor 16 bzw. dem Temperatursensor 17 verbunden
und erlauben die Erfassung von den Sensoren jeweils abgegebenen
Druck- bzw. Temperatursignalen,
die den Druck bzw. die Temperatur des Kraftstoffs in der Common-Rail-Einspritzanlage 3,
genauer der Druckleitung 14, als Betriebsparameter wiedergeben.
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Ein
mit dem Durchflusssteuerventil 11 verbundener Durchflusssteuerventilausgang 23 und
ein mit dem Druckregelventil 13 verbundener Druckregelventilsteuerausgang 24 des
Motorsteuergeräts 4 dienen
zur Ausgabe von Durchflusssteuerventilsteuersignalen bzw. Druckregelventilsteuersignalen
an das Durchflusssteuerventil 11 bzw. das Druckregelventil 13.
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Die
Motorsteuerung 4 verfügt
schließlich noch über Einspritzsignalausgänge 25 zur
Abgabe von Einspritzsignalen an die Einspritzventile 15.
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In
dem nichtflüchtigen
Teil des Speichers 18 sind ein Computerprogramm mit Instruktionen
zur Ausführung
des im Folgenden beschriebenen Verfahrens zur Adaption einer Vorsteuerung
einer Regelung des Drucks in der Common-Rail-Einspritzanlage 3 einschließlich der
Regelung selbst sowie feste Vorsteuerparameter-Kennfelder 26 und
ein im Folgenden noch näher
erläutertes
Adaptions-Kennfeld 27 gespeichert.
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Das
Computerprogramm enthält
weiterhin Instruktionen zur Ansteuerung der Common-Rail-Einspritzanlage 3,
insbesondere der Einspritzventile 14 und des Druckregelventils 13.
Diese Ansteuerung erfolgt in bekannter Weise.
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Im
normalen Betrieb erzeugt das Motorsteuergerät 4 mittels des Prozessors 19 und
eines Kennfeldes entsprechend einer vorgegebenen Last oder eines
vorgegebenen Drehmoments mit bekannten Verfahren Einspritzsignale
zum kurzzeitigen Öffnen der
Einspritzventile 15, indem zunächst aus dem Drehmoment bzw.
der Last gewünschte
Einspritzmengen und unter Berück sichtigung
des herrschenden Drucks in der Druckleitung 14 mittels
des Kennfeldes Ventilöffnungszeiten
für alle
Einspritzventile ermittelt werden.
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Der
Druck in der Druckleitung 14 wird mit dem in 2 veranschaulichten
Verfahren geregelt, die die Regelung in einer vereinfachten Blockdarstellung
zeigt.
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Zunächst ermittelt
die Motorsteuerung 4 in Abhängigkeit von dem Betriebszustand
der Brennkraftmaschine 1 und der Drehmomentanforderung auf
bekannte Weise als Führungsgröße einen Soll-Druck
PSOLL, der in der Druckleitung 14 eingeregelt
werden soll.
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Weiter
werden von der Motorsteuerung 4 ebenfalls in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 und der
Drehmomentanforderung auf bekannte Weise die Einspritzmenge MF, d.h. die Masse des von der Common-Rail-Einspritzanlage 3 des
einzuspritzenden Kraftstoffs, ermittelt.
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Darüber hinaus
werden von der Motorsteuerung über
die genannten Eingabeschnittstellen Drehzahl-, Temperatur- und Drucksignale
erfasst, aus denen als Werte von erfassten Betriebsparameter die Drehzahl
N der Brennkraftmaschine, die Temperatur T des Kraftstoffs in der
Common-Rail-Einspritzanlage 3, und der aktuelle Druck PIST in der Druckleitung 14 ermittelt
werden.
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Die
Regelung des Drucks erfolgt zweiteilig. In dem ersten Teil, einer
Vorsteuerung 29, wird auf der Basis der Betriebsparameter
Einspritzmenge MF, Drehzahl N, Druckverhältnis PIST/PSOLL und Temperatur
T ein auf der Basis der Werte dieser Betriebsparameter als Vorsteuerwert,
bzw. erster Beitrag zu einem Stellwert, ein zu erwartender notwendiger
Kraftstoffstrom ermittelt. Da dieser Kraftstoffstrom aber, beispielsweise
durch herstellungs- oder alterungsbedingte Abweichungen der Common-Rail-Einspritzanlage 3 von
einer Standardanlage und Schwankungen, nicht unbedingt zu dem gewünschten
Druck in der Druckleitung 14 führt, ist als zweiter Teil ein
Regler 30 vorgesehen, der in Abhängigkeit von dem Soll-Druck
PSOLL und dem Ist-Druck PIST als
zweiten Beitrag zu dem Stellwert einen zweiten Kraftstoffstrom ermittelt.
Aus beiden Beiträgen
wird, im Beispiel durch Summenbildung, ein Stellwert für das Durchflusssteuerventil 11 gebildet,
aus dem dann Stellsignalen für
das Durchflusssteuerventil 11 erzeugt und an diese abgegeben
werden.
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Die
Vorsteuerung 29 umfasst im Beispiel im Einzelnen folgende
durch Instruktionen des Programms und Kennfelder gegebene Module,
die Volumenteilströme
des Kraftstoffs in der Common-Rail-Einspritzanlage 3 modellhaft
wiedergeben. Die Vorsteuerung 29 umfasst selbst wieder
zwei Teile, nämlich
einen festen und einen adaptierbaren Teil mit Modulen 31 bis
bzw. 34.
-
Der
feste Teil ist so ausgelegt, dass er die verschiedenen zu erwartenden
Kraftstoffströme
in bzw. aus der Druckleitung in den Modulen 31 bis 33 jeweils
getrennt berücksichtigt.
Die einzelnen Module können
so einfach ermittelt und durch Versuche mit einer Standardanlage
ermittelt werden.
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Modul 31 dient
zu Beschreibung des Kraftstoffflusses durch den Einspritzvorgang
durch die Einspritzventile 15, d.h. den Einspritzmengenfluss, und
erzeugt einen Wert für
einen ersten Teilkraftstoffstrom in Abhängigkeit von der Drehzahl N
und der von der Motorsteuerung berechneten Kraftstoffeinspritzmenge
MF pro Takt.
-
Modul 32 dient
zur Berücksichtigung
von Leckageverlusten, die dadurch entstehen, dass bei Drücken in
der Druckleitung 13, die den Öffnungsdruck des als Überdruckventil
ausgebildeten Druckregelventils 13 Kraftstoff durch das
Druckregelventil 13 austritt. Der Öffnungsdruck ist jeweils der Soll-Druck
PSOLL, so dass der Wert für einen
entsprechenden zweiten Teilkraftstoffstrom in Abhängigkeit von
dem Verhältnis
PIST/PSOLL des Ist-Drucks
zu dem Soll-Druck ermittelt wird.
-
Modul 33 ist
zur Beschreibung von Leckageverlusten, die durch Abweichung der
aktuellen Temperatur von einer fest vorgegebenen Referenztemperatur
entstehen vorgesehen. Der Wert des entsprechenden dritten Teilstroms
hängt von
der aktuell erfassten Temperatur T ab.
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Die
Abhängigkeiten
in diesen Modulen 31 bis 33 sind durch entsprechende
Kennfelder bzw. Vorsteuer-Kennfelder 26 gegeben, die für eine als
Standard gesetzte Common-Rail-Einspritzanlage
auf der Basis von Modellen oder empirisch ermittelt wurden. Die
Werte der Vorsteuerparameter in den Vorsteuer-Kennfeldern 26 sind
fest und werden nicht adaptiert.
-
Das
Modul 34, das den adaptierbaren Teil der Vorsteuerung darstellt,
schließlich
dient zur betriebspunktabhängigen
Volumenstromkorrektur und kann mit dem im Folgenden noch zu beschreibenden Verfahren
adaptiert werden. Es beschreibt die Abweichungen der Eigenschaften
der konkret vorliegenden individuellen Common-Rail-Einspritzanlage 3 von
denen der Standard-Einspritzanlage in Bezug auf die Module 31 bis 33.
In diesem Ausführungsbeispiel wird
mittels dieses Moduls ein vierter Teilstrom in Abhängigkeit
von vier, den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 und
der Common-Rail-Einspritzanlage 3 wenigstens teilweise
wiedergebenden Betriebsparametern, nämlich der Drehzahl N, der Einspritzmenge
MF, dem Druck PIST und
der Temperatur T ermittelt. Auch hierzu wird ein entsprechendes
von den vier Betriebsparametern abhängiges Kennfeld, das Adaptionskennfeld 27 mit
entsprechenden Adaptionsparametern, verwendet, wobei zwischen den Stützstellen
des Adaptionskennfeldes Interpolationsverfahren verwendet werden
können.
Vor der allerersten Adaption ist das Adaptionskennfeld 27 mit
Null besetzt.
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Die
vier Teilströme
werden, je nachdem ob sie Zuflüsse,
wie von Modul 31, oder Abflüsse wiedergeben, zu einem Vorsteuer wert
zusammenaddiert, der einen ersten Beitrag zu einem Stellwert darstellt.
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Da
der Ist-Druck PIST von dem Soll-Druck PSOLL abweichen kann, ist als zweiter Teil
der Regelung der Regler 30 vorgesehen, im Beispiel ein PID-Regler,
der als Führungsgröße den Soll-Druck PSOLL verwendet
und den zweiten Beitrag zu dem Stellwert für das Durchflusssteuerventil 11 ermittelt. Dieser
Regler ist, wie die Vorsteuerung, durch entsprechende Instruktionen
in dem durch den Prozessor 19 ausgeführten Programm gegeben, könnte in anderen
Ausführungsbeispielen
aber auch analog realisiert sein.
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Aus
den beiden Beiträgen
wird dann der Stellwert und aus diesem unter Verwendung eines Kennfelds
für das
Durchflusssteuerventil 11 ein Stellsignal erzeugt und an
das Durchflusssteuerventil 11 abgegeben. Im Ausführungsbeispiel
ist das Stellsignal ein pulsbreitenmoduliertes Signal bzw. ein PWM-Signal.
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Die
Regelstrecke, d.h. der Abschnitt von der Stelleinrichtung 11 bis
zu dem Drucksensor 15 ist durch den Block 35 schematisch
in 2 dargestellt. Das Durchflusssteuerventil 11 ändert je
nach dem Stellsignal seine Öffnung,
wodurch der Druck in der Druckleitung 14 beeinflusst wird.
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Zur
Adaption wird das folgende Verfahren verwendet, das in der Praxis
in konstanten Zeitabständen
wiederholt wird, um das Adaptionskennfeld 27 für möglichst
viele Kombinationen von Betriebsparameterwerten adaptieren zu können.
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In
Schritt S10 (vgl. 3) wird zunächst wie im normalen Regelverfahren
ein Vorsteuerwert zur Erzeugung wenigstens eines Stellsignals für die Stelleinrichtung,
d.h. das Durchflusssteuerventil 11, ermittelt, wozu der
Prozessor 19 nach Erfassen der Werte der Betriebsparameter
Drehzahl N, Einspritzmenge MF, Temperatur
T und Ist-Druck PIST, und Ermitt lung des
Soll-Drucks PSOLL anhand der Module 31 bis 34 den
ersten Beitrag zum Stellwert als Vorsteuerwert ermittelt.
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Solange
der Vorsteuerwert konstant ist, wird mittels des Reglers 30 in
Schritt S12 unter Verwendung des Vorsteuerwertes durch Erzeugung
und Abgabe des wenigstens einen Stellsignals, das einem Stellwert
für die
Stelleinrichtung entspricht, an die Stelleinrichtung der aktuelle
Druck auf einen vorgegebenen Soll-Druck geregelt. Dazu wird in Schritt S12
mittels des Reglers 30 in Abhängigkeit von dem Soll- und
dem Ist-Wert PSOLL bzw. PIST der
zweite Beitrag zu dem Stellwert berechnet und nach Addition der
beiden Beiträge
zur Bildung des Stellwerts aus dem erhaltenen Stellwert ein entsprechendes
Stellsignal erzeugt und an das Durchflusssteuerventil 11 abgegeben.
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In
Schritt S14 wird als Kriterium für
ein hinreichende Annäherung
an den Soll-Druck PSOLL überprüft, ob die Abweichung zwischen
Ist- und Soll-Wert des Drucks in der Druckleitung 14 für eine vorgegebene
Anzahl L von zuvor unmittelbar nacheinander abgearbeiteten Schritten
kleiner als ein in Abhängigkeit
von der Genauigkeit der Regelung vorgegebener Grenzwert G ist.
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In
jedem Fall wird dann ein neuer Ist-Wert PIST des
Drucks erfasst und der Schritt S12 wird wiederholt ausgeführt.
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Nur
wenn bei der Prüfung
des Kriteriums festgestellt wurde, dass die Abweichung zwischen Ist-
und Soll-Wert des Drucks in der Druckleitung 14 für eine vorgegebene
Anzahl L von zuvor unmittelbar nacheinander abgearbeiteten Schritten
kleiner als ein in Abhängigkeit
von der Genauigkeit der Regelung vorgegebener Grenzwert G war, also
bei Erfüllung
des Kriteriums, wird in Schritt S16 eine Abweichung, im Beispiel
eine Differenz, zwischen dem verwendeten Vorsteuerwert und dem Stellwert
ermittelt. Dieser gibt wieder, wie genau die Vorsteuerung eingestellt
ist. Bei perfekt eingestellter Vorsteuerung muss die Abweichung
Null sein, was in der Regel jedoch nicht der Fall zu sein braucht.
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In
Schritt S18 wird daher zur Adaption der Vorsteuerung dieselbe in
Abhängigkeit
von wenigstens einem aktuellen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine
und der ermittelten Abweichung angepasst. Dazu wird der Wert des
Kennfeldparameters des Adaptions-Kennfelds 27, der den
Werten der gerade herrschenden Betriebsparameter zugeordnet ist,
so geändert,
dass für
die Werte der Betriebsparameter die Vorsteuerung gerade einen Vorsteuerwert ergibt,
der mit dem Stellwert übereinstimmt.
Der Wert kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass von
der Differenz aus Stellwert und Vorsteuerwert noch die Beiträge des festen
Teils der Vorsteuerung zu dem Vorsteuerwert für die gegebenen Werte der Betriebsparameter
abgezogen werden.
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Nach
Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne wird das Verfahren wiederholt.
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Eine
zweite bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass
das Adaptionskennfeld 27 nun nur von einem unabhängigen Betriebsparameter
abhängt,
der den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine wenigstens teilweise
kennzeichnet, wie z.B. dem Kraftstoffvolumenstrom (N·MF = Drehzahl·Einspritzmenge). Andere Abhängigkeiten werden
aber vernachlässigt.
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Eine
dritte bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass zur Adaption nicht nur ein Stellwert und ein Vorsteuerwert,
d.h. eine entsprechende Abweichung, sondern mehrere Stellwerte bei
gleichem Vorsteuerwert verwendet werden, aus denen durch Bildung
eines gleitenden Mittelwerts der Adaptionswert gebildet wird. Es
wird dann die Abweichung zwischen dem Adaptionswert und dem Vorsteuerwert
ermittelt. Die Adaption selbst erfolgt wie im ersten Ausführungsbeispiel
unter Verwendung der Abweichung. Bis auf die entsprechende Programmierung
des Steuergeräts
ist auch die Vorrichtung gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel unverändert.
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Eine
vierte bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass nun keine VCV-Regelung, sondern eine PCV-Regelung
vorgenommen wird. Das bedeutet, dass die Programmierung des Mikroprozessors 19 so
geändert
ist, dass eine entsprechende Regelung und ein Adaptionsverfahren nach
einer dritten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ausgeführt
wird. Alle anderen Komponenten der Anordnung in 1 sind
unverändert,
so dass für
diese die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und die Erläuterungen
des ersten Ausführungsbeispiels
auch hier entsprechend gelten.
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Als
Stellgröße dient
nun eine Ansteuergröße für das Druckregelventil 13,
das in diesem Ausführungsbeispiel
die Stelleinrichtung darstellt.
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Die
Vorsteuerung 29 ist nun durch eine Vorsteuerung 29' ersetzt, die
dahingehend geändert
ist, dass in dem festen Teil der Vorsteuerung nur ein Modul 36 vorgesehen
ist (vgl. 4), das einen entsprechenden
Beitrag zu dem Vorsteuerwert für
den Stellwert für
die Öffnung
des Druckregelventils in Abhängigkeit
von der Temperatur T des Kraftstoffs und dem Soll-Druck des Kraftstoffs
ermittelt. Hierzu ist ein entsprechendes Vorsteuer-Kennfeld vorsehen,
das in den Figuren nicht gezeigt ist.
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Das
Modul 34 mit dem Adaptionskennfeld 27 ist durch
ein entsprechend geändertes
Modul 34' ersetzt,
das zur Ermittlung des nun anderen Vorsteuer- bzw. Stellwerts ausgelegt
ist.
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Der
Vorsteuerwert wird, analog zum ersten Ausführungsbeispiel, durch Addition
der Beiträge
von dem festen Teil der Vorsteuerung, d.h. von dem Modul 36,
und dem adaptierbaren Teil der Vorsteuerung, d.h. dem Modul 34', ermittelt
und stellt den ersten Beitrag zu dem Stellwert dar.
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Statt
des Reglers 30 ist ein Regler 30' vorgesehen, der wie der Regler 30 arbeitet,
jedoch als zweiten Beitrag für
den Stellwert einen der nun verwendeten Stellgröße entsprechenden Wert ermittelt.
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Nach
Ermittlung des Stellwerts aus den beiden Beiträgen zu diesem, erzeugt der
Prozessor 19 auf der Basis des Stellwerts Stellsignale
und gibt diese an das Druckregelventil 13 ab, wodurch dessen Öffnungsdruck
eingestellt wird.
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Alle
anderen Schritte erfolgen wie im ersten Ausführungsbeispiel.
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Eine
fünfte
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass nun mehrere Stellwerte, die bei gleichem Vorsteuerwert,
ermittelt werden, zur Adaption der Vorsteuerung verwendet werden.
Der einzige Unterschied zwischen der hierzu verwendeten Vorrichtung
und der Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels besteht darin,
dass in dem Speicher ein gegenüber
dem Programm des ersten Ausführungsbeispiels
modifiziertes Programm zur Durchführung der dritten bevorzugten
Ausführungsform
des Verfahrens gespeichert ist.
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Bei
dem Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels,
das grob schematisch in 5 veranschaulicht ist, werden
die Schritte S10, S12 und S18 wie im ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt.
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Schritt
S14 ist durch einen Schritt S14' ersetzt,
in dem nun geprüft
wird, ob sich der durch die Regelung geregelte Zustand für die Adaption
hinreichend an den stationären
Zustand, d.h. der Ist-Druck an den Soll-Druck, angenähert hat.
Dazu können
beispielsweise das letzte lokale Minimum und Ma ximum des Stellwertes
ermittelt werden. Als Kriterium kann beispielsweise geprüft werden,
ob sich der Betrag der Differenz zwischen Minimum und Maximum um weniger
als ein vorgegebener, beispielsweise durch den Linearitätsbereich
der Regelung bestimmter, Faktor von dem Mittelwert aus Minimum und
Maximum unterscheidet. Ist dies der Fall, ist das Kriterium also
erfüllt,
wird Schritt S20 abgearbeitet, andernfalls wird ein neuer Regelschritt
S12 durchgeführt.
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In
Schritt S20 wird als Adaptionswert für denselben Vorsteuerwert ein
gleitender Mittelwert über eine
vorgegebene Anzahl von Stellwerten gebildet. Die Anzahl der Schritte
kann dabei insbesondere in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit bzw. Zeitkonstante, mit der die Regelung
in den stationären
Zustand einschwingt, sowie der typischen Schwingungsfrequenz gewählt sein.
Der Adaptionswert wird unter Verwendung nur solcher Stellwerte ermittelt, die
nach Erfüllung
des Kriteriums und vor einer Änderung
des Vorsteuerwertes erfasst wurden.
-
Auf
Schritt S20 folgt der Schritt S16', der sich von Schritt S16 des ersten
Ausführungsbeispiels
nur darin unterscheidet, dass statt des Stellwerts der Adaptionswert
zur Ermittlung der Abweichung verwendet wird.
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Im
Unterschied zum Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels erfolgt ein
Rücksprung
zu dem nächsten
Regelschritt S12 erst nach dem auf Schritt S16' folgenden Schritt S18.
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Auf
diese Weise kann eine erhöhte
Genauigkeit und/oder Geschwindigkeit der Adaption erzielt werden.
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Obwohl
dies nicht unbedingt der Fall zu sein braucht, wird bei den geschilderten
Ausführungsbeispielen
die Adaption abgebrochen, sobald sich der Vorsteuerwert ändert. Hierzu
ist ein entsprechender Überprüfungsschritt
vorgesehen, der in den Figuren nicht gezeigt ist.
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In
anderen Ausführungsbeispielen
ist es auch möglich,
dass das Verfahren bei der Regelung nicht zu Schritt S12 zurückspringt,
sondern zu Schritt S10.