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Dokumentenidentifikation DE102004023365B4 19.07.2007
Titel Verfahren zur Druck-Regelung eines Speichereinspritzsystems
Anmelder MTU Friedrichshafen GmbH, 88045 Friedrichshafen, DE
Erfinder Dölker, Armin, Dipl.-Ing., 88090 Immenstaad, DE
DE-Anmeldedatum 12.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004023365
Offenlegungstag 15.12.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.07.2007
IPC-Hauptklasse F02D 41/38(2006.01)A, F, I, 20070315, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druck-Regelung eines Speichereinspritzsystems einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei einem Speichereinspritzsystem fördert eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank in ein Rail. Der Zulaufquerschnitt zur Hochdruckpumpe wird über eine veränderliche Saugdrossel festgelegt. Am Rail angeschlossen sind Injektoren über welche der Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Da die Güte der Verbrennung entscheidend vom Druckniveau im Rail abhängt, wird dieser geregelt. Der Hochdruck-Regelkreis umfasst einen Hochdruck-Regler, die Saugdrossel mit Hochdruck-Pumpe und das Rail als Regelstrecke sowie ein Filter im Rückkopplungszweig. Typischerweise ist der Hochdruck-Regler als PID-Regler oder PIDT1-Regler ausgeführt, d. h. dieser umfasst zumindest einen Proportional-Anteil (P-Anteil), einen Integral-Anteil (I-Anteil) und einen Differential-Anteil (D-Anteil). In diesem Hochdruck-Regelkreis entspricht das Druckniveau im Rail der Regelgröße. Die gemessenen Druckwerte des Rails werden über das Filter in einen Ist-Raildruck gewandelt und mit einem Soll-Raildruck verglichen. Die sich hieraus ergebende Regelabweichung wird über den Hochdruck-Regler in ein Stellsignal für die Saugdrossel gewandelt. Das Stellsignal entspricht z. B. einem Volumenstrom mit der Einheit Liter/Minute. Der zuvor beschriebene Hochdruck-Regelkreis ist aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 103 30 466.5, als DE 103 30 466 B3 nachveröffentlicht, bekannt.

Zum Schutz vor einem zu hohen Druckniveau ist am Rail ein passives Druckbegrenzungs-Ventil angeordnet. Bei einem zu hohen Druckniveau öffnet das Druckbegrenzungs-Ventil, wodurch der Kraftstoff aus dem Rail in den Kraftstofftank abgeleitet wird.

In der Praxis kann folgendes Problem auftreten: Bei einem Lastabwurf erhöht sich unmittelbar die Motordrehzahl. Eine sich erhöhende Motordrehzahl bewirkt bei einer konstanten Soll-Drehzahl eine sich betragsmäßig erhöhende Drehzahl-Regelabweichung. Hierauf reagiert ein Drehzahlregler dadurch, dass er die Einspritzmenge als Stellgröße reduziert. Eine geringere Einspritzmenge wiederum bewirkt, dass weniger Kraftstoff dem Rail entnommen wird und daher sich das Druckniveau im Rail rasch erhöht. Erschwerend kommt hinzu, dass die Förderleistung der Hochdruck-Pumpe drehzahlabhängig ist. Eine sich erhöhende Motordrehzahl bedeutet eine höhere Förderleistung und bewirkt damit eine zusätzliche Druckerhöhung im Rail. Da die Hochdruck-Regelung eine lange Reaktionszeit besitzt, kann der Raildruck soweit ansteigen, dass das Druckbegrenzungs-Ventil öffnet, z. B. bei 1950 bar. Danach sinkt der Raildruck z. B. auf einen Wert von 800 bar. Bei diesem Druckniveau stellt sich ein Gleichgewichtszustand von gefördertem Kraftstoff zu abgeleitetem Kraftstoff ein. Dies bedeutet, dass trotz des geöffneten Druckbegrenzungs-Ventils der Raildruck nicht weiter absinkt. Das Druckbegrenzungs-Ventil schließt erst dann wieder, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine reduziert wird. Problematisch ist daher das unerwartete Öffnen des Druckbegrenzungs-Ventils bei einem Lastabwurf.

Eine verbesserte Raildruck-Regelung bei dynamischen Zuständen ist aus der DE 102 45 268 A1 bekannt. Dem D-Anteil des PID-Reglers ist ein Signal aus einer dynamischen Vorsteuerung überlagert, die ausgehend von einer Betriebskenngröße einen Korrekturwert zur Beeinflussung der Stellgröße festsetzt. Als Betriebskenngröße zur Bildung der dynamischen Vorsteuerung werden Werte verwendet, welche die einzuspritzende Kraftstoffmenge charakterisieren, insbesondere ein Größe bezüglich des Fahrerwunsches oder eine Momentengröße, die den Fahrerwunsch charakterisiert. Eine dynamische Zustandsänderung der Betriebskenngröße wird erkannt, wenn die Änderung größer als ein Schwellwert wird, wobei dann die Änderung der Betriebskenngröße über ein differenzierendes Element in ein entsprechendes Ausgangssignal zur Korrektur der Stellgröße umgesetzt wird. Da die dynamische Vorsteuerung über eine Soll-Eingangsgröße, hier das Fahrerwunschmoment, aktiviert wird, ist diese Regelkreisstruktur bei einer signifikanten Laständerung am Abtrieb der Brennkraftmaschine, z. B. bei Austauchen eines Schiffsantriebs, nur sehr eingeschränkt verwendbar.

Aus der DE 197 31 995 A1 ist ein Verfahren zur Druckregelung eines Speichereinspritzsystems bekannt, bei dem aus der Regelabweichung über einen Druckregler ein Ansteuersignal für ein Druckregelventil oder regelbare Hochdruckpumpe oder steuerbare Vorförderpumpe berechnet wird. Über ein Kennfeld werden in Abhängigkeit der Regelabweichung und einer Mengenänderung verschiedene Regelparameter des Druckreglers festgelegt. Hierzu sind im Kennfeld für große positive, für große negative und für mittlere Regelabweichungen unterschiedliche P- und I-Anteile abgelegt.

Eine konkrete Ausführungsform des Kennfelds ist der Fundstelle jedoch nicht zu entnehmen. Da auch bei diesem Verfahren die Dynamik in Abhängigkeit einer Soll-Eingangsgröße, hier eine Mengenvorgabe, verbessert werden soll, ist dieses Verfahren bei einer signifikanten Laständerung am Abtrieb nur bedingt einsetzbar.

Ein Verfahren zum Anpassen eines Einspritzparameters, z. B. des Raildrucks, an dynamische Vorgänge ist aus der DE 102 06 030 A1 bekannt geworden. Aus einem Einspritzmengen-Sollwert wird zunächst eine zeitliche Ableitung gebildet und danach über ein PT1-Filter gefiltert. Ziel der Filterung ist es, die positive Flanke des Signals in einer möglichst kurzen Filterzeit direkt durchzuschalten, um so eine schnelle Reaktion auf den vorliegenden dynamischen Vorgang zu ermöglichen. Hierzu enthält das Filter mehrere getrennt applizierbare Filterzeitkonstanten. Das gefilterte Signal wird dann anhand einer Kennlinie in einen Korrekturfaktor umgesetzt. Der Einspritzparameter wird verändert, indem ein Gesamtkorrekturwert aus dem Korrekturfaktor und einem dynamischen Korrekturgrundwert berechnet wird, wobei letzterer über ein Kennfeld aus einer mittleren Motordrehzahl und dem Einspritzmengen-Sollwert berechnet wird. Auch bei diesem Verfahren wird zur Verbesserung der Dynamik eine Soll-Eingangsgröße verwendet.

Schließlich ist aus der DE 102 53 739 B3 noch ein Verfahren zur Drehzahl-Regelung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem im Rückkopplungszweig des Drehzahl-Regelkreises ein zweites Filter mit großer Dynamik zur Berechnung einer zweiten Ist-Drehzahl vorgesehen ist. Aus der Soll-Drehzahl und der zweiten Ist-Drehzahl wird eine zweite Regelabweichung berechnet. Eine dynamische Zustandsänderung, beispielsweise eine Lastauf- oder Lastabschaltung, bewirkt eine große zweite Regelabweichung. Bei erkannter dynamischer Zustandsänderung wird dann der P-Anteil oder der DT1-Anteil des Drehzahl-Reglers verändert. In einer ersten Ausführungsform wird ein Proportional-Beiwert zur Festlegung des P-Anteils über eine Kennlinie in Abhängigkeit der zweiten Regelabweichung bestimmt. In einer zweiten Ausführungsform wird der DT1-Anteil über eine zweite Kennlinie in Abhängigkeit der zweiten Regelabweichung berechnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Sicherheit der Druck-Regelung bei einer signifikanten Laständerung am Abtrieb der Brennkraftmaschine zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Die Erfindung sieht vor, dass ein zweiter Ist-Raildruck über ein zweites Filter aus dem gemessenen Raildruck bestimmt wird und der zweite Ist-Raildruck als maßgeblich für die Berechnung der Regler-Anteile des Hochdruck-Reglers gesetzt wird. Unter Regler-Anteile sind der P-Anteil, I-Anteil, D-Anteil und DT1-Anteil zu verstehen. Das zweite Filter besitzt hierbei eine kleinere Zeitkonstante und einen geringeren Phasenverzug als das erste Filter im Rückkopplungszweig. Zentraler Gedanke der Erfindung ist also die Erhöhung der Dynamik des Hochdruck-Regelkreises durch die Einführung eines zweiten „schnellen" Filters.

Zur Verkürzung der Reaktionszeit sieht die Erfindung vor, dass ein erster Proportional-Beiwert zur Bestimmung des P-Anteils und eine erste Vorhaltzeit zur Bestimmung des D-Anteils des Hochdruck-Reglers jeweils über eine Kennlinie in Abhängigkeit des zweiten Ist-Raildrucks berechnet werden.

Hierzu weisen die Kennlinien einen statischen und einen dynamischen Bereich auf. Im dynamischen Bereich werden über die Kennlinien einem sich erhöhenden zweiten Ist-Raildruck ein sich ebenfalls erhöhender Proportional-Beiwert bzw. eine sich erhöhende Vorhaltzeit zugeordnet.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine zweite Regelabweichung aus dem Soll-Raildruck und dem zweiten Ist-Raildruck berechnet wird und der P-Anteil, D-Anteil und DT1-Anteil des Hochdruck-Reglers in Abhängigkeit der zweiten Regelabweichung bestimmt werden. Die Berechnung des Proportional-Beiwerts für den P-Anteil, der Vorhaltzeit für den D-Anteil und den DT1-Anteil erfolgt über entsprechende Kennlinien.

Durch die Erfindung wird ein unerwartetes Öffnen des Druckbegrenzungs-Ventils sicher verhindert indem die Dynamik des Hochdruck-Regelkreises erhöht wird. Als Konsequenz ergibt sich ein kontinuierlicher Betrieb der Brennkraftmaschine auch bei einer signifikanten Laständerung am Abtrieb, z. B. bei einer Generatorlastabschaltung oder beim Austauchen eines Schiffsantriebs.

In den Zeichnungen sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 ein Systemschaubild;

2 einen Hochdruck-Regelkreis, erste Ausführung;

3 eine erste Kennlinie;

4 eine zweite Kennlinie;

5 einen Hochdruck-Regelkreis, zweite Ausführung;

6 ein Blockschaltbild, Proportional-Beiwert;

7 ein Blockschaltbild, Vorhaltzeit;

8 ein Blockschaltbild, Volumenstrom;

9 ein Blockschaltbild, DT1-Anteil.

Die 1 zeigt ein Systemschaubild. Bei der dargestellten Brennkraftmaschine 1 wird der Kraftstoff über ein Speichereinspritzsystem (Common-Rail) eingespritzt. Dieses umfasst folgende Komponenten: eine Hochdruck-Pumpe 3 mit einer Saugdrossel zur Förderung des Kraftstoffs aus einem Kraftstofftank 2, ein Rail 6 zum Speichern des Kraftstoffs und Injektoren 7 zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Rail 6 in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1.

Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät (ADEC) 4 geregelt. Das elektronische Steuergerät 4 beinhaltet die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronische Steuergerät 4 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen. In 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: ein Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 5 gemessen wird, ein Drehzahl-Signal nMOT der Brennkraftmaschine 1, ein Signal FP zur Leistungs-Vorgabe durch den Betreiber und eine Eingangsgröße E. Unter der Eingangsgröße E sind beispielsweise der Ladeluftdruck eines Turboladers und die Temperaturen der Kühl-/Schmiermittel und des Kraftstoffs subsumiert.

In 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 4 ein Signal ADV zur Ansteuerung der Saugdrossel und eine Ausgangsgröße A dargestellt. Die Ausgangsgröße A steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise den Spritzbeginn SB und die Spritzdauer SD. Das Signal ADV ist in der Praxis als pulsweitenmoduliertes Signal (PWM) ausgeführt.

Ein derartiges Speichereinspritzsystem wird bei einem maximalen stationären Raildruck von z. B. 1800 bar betrieben. Zum Schutz der Anlage vor einem unzulässig hohen Druckniveau im Rail 6 ist ein passives Druckbegrenzungs-Ventil 8 vorgesehen. Dieses öffnet bei einem Druckniveau von z. B. 1950 bar. In geöffnetem Zustand wird der Kraftstoff aus dem Rail 6 über das Druckbegrenzungs-Ventil 8 in den Kraftstofftank 2 abgeführt. Hierdurch sinkt das Druckniveau im Rail 6 auf einen Wert von z. B. 800 bar.

In 2 ist ein Hochdruck-Regelkreis zur Regelung des Raildrucks pCR in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Die Eingangsgröße entspricht dem Sollwert des Raildrucks pCR(SL). Die Ausgangsgröße entspricht dem Rohwert des Raildrucks pCR. Aus den Rohwerten des Raildrucks pCR wird über ein erstes Filter 13 ein erster Ist-Raildruck pCR1(IST) bestimmt. Dieser wird mit dem Sollwert pCR(SL) an einem Summationspunkt A verglichen, woraus eine erste Regelabweichung dR1 resultiert. Aus der ersten Regelabweichung dR1 wird mittels eines Hochdruck-Reglers 9 eine Stellgröße berechnet. Die Stellgröße entspricht einem Volumenstrom qV. Die physikalische Einheit des Volumenstroms kann z. B. Liter/Minute sein. Optional kann vorgesehen sein, dass zum Volumenstrom qV der berechnete Sollverbrauch addiert wird. Der Volumenstrom qV entspricht der Eingangsgröße für eine Begrenzung 10. Die Begrenzung 10 kann drehzahlabhängig ausgeführt sein, Eingangsgröße nMOT. Die Ausgangsgröße qV(SL) der Begrenzung 10 wird danach in einem Funktionsblock 11 in ein PWM-Signal umgerechnet. Bei der Umrechnung werden Schwankungen der Betriebsspannung und des Kraftstoffvordrucks mitberücksichtigt, Eingangsgröße E. Mit dem PWM-Signal ADV wird dann die Magnetspule der Saugdrossel beaufschlagt. Dadurch wird der Weg des Magnetkerns verändert, wodurch der Förderstrom der Hochdruck-Pumpe 3 frei beeinflusst wird. Die Hochdruck-Pumpe 3 mit Saugdrossel und das Rail 6 entsprechen der Regelstrecke 12. Aus dem Rail 6 wird über die Injektoren 7 ein Volumenstrom qV(VER) abgeführt. Damit ist der Regelkreis geschlossen.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass aus den Rohwerten des Raildrucks pCR über ein zweites Filter 14 ein zweiter Ist-Raildruck pCR2(IST) berechnet wird. Das zweite Filter 14 besitzt hierbei eine kleinere Zeitkonstante und damit einen geringeren Phasenverzug als das erste Filter 13. Dies bedeutet, dass der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) weniger zeitverzögert ist als der erste Ist-Raildruck pCR1(IST). Die Berechnung der Regler-Anteile des Hochdruck-Reglers 9 wird maßgeblich vom zweiten Ist-Raildruck pCR2(IST) beeinflusst. Hierzu wird in der Ausführung nach 2 der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) unmittelbar auf den Hochdruck-Regler 9 geführt.

In 3 ist eine erste Kennlinie 15 dargestellt. Über die erste Kennlinie 15 wird ein erster Proportional-Beiwert kp1 zur Bestimmung eines P-Anteils des Hochdruck-Reglers 9 festgelegt. Auf der Abszisse ist der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) in bar aufgetragen. Auf der Ordinate ist als Ausgangsgröße der erste Proportional-Beiwert kp1 aufgetragen. Die erste Kennlinie 15 umfasst einen stationären Bereich STAT und einen dynamischen Bereich DYN. Der stationäre Bereich endet bei einem Druckwert von 1800 bar. Dies entspricht dem maximalen stationären Raildruck bei Volllast. Der dynamische Bereich DYN beginnt bei einem Druckwert von 1820 bar. Zur Erhöhung der Sicherheit ist zwischen dem stationären und dem dynamischen Bereich ein Toleranzband TB vorgesehen, z. B. 20 bar. Die erste Kennlinie 15 setzt sich zusammen aus einem abszissen-parallelen Abschnitt mit den Punkten AB, einem ansteigenden Abschnitt mit den Punkten BCD und einem abszissen-parallelen Abschnitt mit den Punkten DE. Wird die Brennkraftmaschine 1 z. B. bei Volllast betrieben, so wird über die erste Kennlinie 15 dem zweiten Ist-Raildruck pCR2(IST) von 1800 bar ein erster Proportional-Beiwert kp1 von kpSTAT zugeordnet. Vergrößert sich der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) z. B. wegen eines Lastabwurfs, so wird im dynamischen Bereich DYN über die erste Kennlinie 15 ein erhöhter erster Proportional-Beiwert kp1 von kpDYN berechnet, Punkt C. Ein höherer erster Proportional-Beiwert kp1 bewirkt eine Erhöhung des P-Anteils des Hochdruck-Reglers 9 und damit eine Verringerung der Stellgröße bzw. Verringerung des Drosselquerschnitts der Saugdrossel.

In 4 ist eine zweite Kennlinie 16 dargestellt. Über die zweite Kennlinie 16 wird dem zweiten Ist-Raildruck pCR2(IST) eine erste Vorhaltzeit Tv1 zugeordnet. Die zweite Kennlinie 16 entspricht im Verlauf der ersten Kennlinie 15. Auf der Abszisse ist der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) in bar aufgetragen. Auf der Ordinate ist als Ausgangsgröße die erste Vorhaltzeit Tv1 aufgetragen. Die zweite Kennlinie 16 umfasst einen stationären Bereich STAT und einen dynamischen Bereich DYN. Der stationäre Bereich endet bei einem Druckwert von 1800 bar. Dies entspricht dem maximalen stationären Raildruck bei Volllast. Der dynamische Bereich DYN beginnt bei einem Druckwert von 1820 bar. Zur Erhöhung der Sicherheit ist zwischen dem stationären und dynamischen Bereich ein Toleranzband TB von 20 bar vorgesehen. Die zweite Kennlinie 16 setzt sich zusammen aus einem abszissen-parallelen Abschnitt mit den Punkten AB, einem ansteigenden Abschnitt mit den Punkten BCD und einem abszissen-parallelen Abschnitt mit den Punkten DE. Wird die Brennkraftmaschine 1 z. B. bei Volllast betrieben, so wird über die zweite Kennlinie 16 dem zweiten Ist-Raildruck pCR2(IST) von 1800 bar eine erste Vorhaltzeit Tv1 von TvSTAT zugeordnet. Vergrößert sich der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) z. B. wegen eines Lastabwurfs, so wird im dynamischen Bereich DYN über die zweite Kennlinie 16 eine erhöhte erste Vorhaltzeit Tv1 von TvDYN berechnet, Punkt C. Eine höhere erste Vorhaltzeit Tv1 bewirkt eine Erhöhung des D-Anteils des Hochdruck-Reglers 9 und damit eine Verringerung der Stellgröße bzw. Verringerung des Drosselquerschnitts der Saugdrossel.

In 5 ist der Hochdruck-Regelkreis zur Regelung des Raildrucks pCR in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich zu der Darstellung gemäß der 2 darin, dass die Ausgangsgröße des zweiten Filters 14, hier der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST), an einem Summationspunkt B vom Soll-Raildruck pCR(SL) subtrahiert wird. Das Ergebnis entspricht einer zweiten Regelabweichung dR2. Diese ist auf den Hochdruck-Regler 9 geführt. Bei dieser Ausführungsform wird der P-, D- und DT1-Anteil des Hochdruck-Reglers 9 maßgeblich vom zweiten Ist-Raildruck pCR2(IST) über die zweite Regelabweichung dR2 bestimmt. Hierzu korrespondieren die 6 bis 9.

In 6 ist ein Blockschaltbild zur Berechnung eines Proportional-Beiwerts kp dargestellt. Die 6 umfasst als wesentliche Elemente die erste Kennlinie 15 zur Berechnung des ersten Proportional-Beiwerts kp1 und eine dritte Kennlinie 17 zur Berechnung eines zweiten Proportional-Beiwerts kp2. Die Berechnung des ersten Proportional-Beiwerts kp1 erfolgt entsprechend der Beschreibung der 3. Die. Eingangsgröße der dritten Kennlinie 17 entspricht der zweiten Regelabweichung dR2. Die Ausgangsgröße entspricht dem zweiten Proportional-Beiwert kp2. Auf der Abszisse der dritten Kennlinie 17 sind Werte der zweiten Regelabweichung dR2 in positiver/negativer Richtung aufgetragen. Die Ordinate entspricht dem zweiten Proportional-Beiwert kp2. Auf der Abszisse sind ein erster Grenzwert GW1 und zweiter Grenzwert GW2 eingezeichnet. Bei sehr großen negativen Werten der zweiten Regelabweichung dR2 wird kp2 auf einen Wert GW3 begrenzt. Eine negative Regelabweichung liegt dann vor, wenn der zweite Ist-Raildruck pCR2(IST) größer als der Soll-Raildruck pCR(SL) wird. Bei sehr großen positiven zweiten Regelabweichungen dR2 wird der zweite Proportional-Beiwert kp2 auf den Wert GW4 begrenzt. Im Bereich zwischen dem ersten Grenzwert GW1 und dem zweiten Grenzwert GW2 wird der zweite Proportional-Beiwert kp2 auf den Wert Null gesetzt. Aus der dritten Kennlinie 17 wird deutlich, dass bei einem stationären Zustand, d. h. die zweite Regelabweichung dR2 ist nahezu Null, der zweite Proportional-Beiwert kp2 den Wert Null besitzt.

An einer Summationsstelle C werden der erste Proportional-Beiwert kp1, der zweite Proportional-Beiwert kp2 und ein dritter Proportional-Beiwert kp3 addiert. Der dritte Proportional-Beiwert kp3 kann entweder konstant sein oder in Abhängigkeit eines Soll-Moments und/oder der Motordrehzahl nMOT berechnet werden. Die Summe der drei Proportional-Beiwerte entspricht dem Proportional-Beiwert kp.

In 7 ist ein Blockschaltbild zur Berechnung der Vorhaltzeit Tv dargestellt. Als wesentliche Elemente umfasst die 7 die zweite Kennlinie 16 zur Berechnung der ersten Vorhaltzeit Tv1 in Abhängigkeit des zweiten Ist-Raildrucks pCR2(IST) und eine vierte Kennlinie 18 zur Berechnung einer zweiten Vorhaltzeit Tv2. Die Berechnung der ersten Vorhaltzeit Tv1 erfolgt analog zur Beschreibung der 4. Die Eingangsgröße der vierten Kennlinie 18 ist die zweite Regelabweichung dR2. Die Ausgangsgröße der Kennlinie 18 entspricht der zweiten Vorhaltzeit Tv2. Auf der Abszisse sind Werte der zweiten Regelabweichung dR2 in positiver/negativer Richtung aufgetragen. Die Ordinate entspricht der zweiten Vorhaltzeit Tv2. Auf der Abszisse sind ein erster Grenzwert GW1 und zweiter Grenzwert GW2 eingezeichnet. Bei sehr großen negativen Werten der zweiten Regelabweichung dR2 wird die zweite Vorhaltzeit Tv2 auf einen Wert GW3 begrenzt. Bei sehr großen positiven zweiten Regelabweichungen dR2 wird die zweite Vorhaltzeit Tv2 auf den Wert GW4 begrenzt. Im Bereich zwischen dem ersten Grenzwert GW1 und dem zweiten Grenzwert GW2 wird die zweite Vorhaltzeit Tv2 auf den Wert Null gesetzt. Aus der vierten Kennlinie 18 wird deutlich, dass bei einem stationären Zustand, d. h. die zweite Regelabweichung dR2 ist nahezu Null, die zweite Vorhaltzeit Tv2 den Wert Null besitzt.

An einer Summationsstelle C werden die erste Vorhaltzeit Tv1, die zweite Vorhaltzeit Tv2 und eine dritte Vorhaltzeit Tv3 addiert. Die dritte Vorhaltzeit Tv3 kann hierbei entweder konstant sein oder in Abhängigkeit eines Soll-Moments und/oder der Motordrehzahl nMOT berechnet werden. Das Ergebnis entspricht der Ausgangsgröße Tv.

Die 8 zeigt ein Blockschaltbild zur Berechnung des Volumenstroms qV, also der Stellgröße des Hochdruck-Reglers 9. Hierin ist die innere Struktur des Hochdruck-Reglers 9 dargestellt. Dieser beinhaltet drei Funktionsblöcke zur Berechnung der Regler-Anteile. Dies sind ein P-Anteil 20, ein I-Anteil 21 und ein DT1-Anteil 22. Über den P-Anteil 20 werden in Abhängigkeit der ersten Regelabweichung dR1 und zweiten Regelabweichung dR2 ein proportionaler Anteil qV(P) des Volumenstroms qV berechnet. Über den I-Anteil 21 wird in Abhängigkeit der ersten Regelabweichung dR1 ein integrierender Anteil qV(I) des Volumenstroms qV berechnet. Über den DT1-Anteil 22 wird der DT1-Anteil qV(DT1) des Volumenstroms qV berechnet. Über eine Summation 23 wird der Volumenstrom qV aus den Summanden des P-, I- und DT1-Anteils bestimmt. Zur Berechnung des DT1-Anteils gibt es zwei Ausgestaltungen. Bei der ersten Ausgestaltung wird die zweite Regelabweichung dR2 nur zur Berechnung der Vorhaltzeit Tv verwendet, entsprechend 7. Die Eingangsgröße des DT1-Algorithmus ist hierbei die erste Regelabweichung dR1. Bei der zweiten Ausgestaltung wird auch die Eingangsgröße des DT1-Algorithmus aus der zweiten Regelabweichung dR2 bestimmt. Die 9 zeigt hierzu ein Diagramm 19 des DT1-Anteils qV(DT1) bei einer sprungförmigen Änderung der Eingangsgröße dR2. Auf der Abszisse ist hierbei die Zeit t aufgetragen. Die Ordinate entspricht dem DT1-Anteil qV(DT1). In das Diagramm sind zwei Grenzwerte GW1 und GW2 eingezeichnet. Der DT1-Anteil wird deaktiviert, wenn die zweite Regelabweichung dR2 kleiner dem ersten Grenzwert GW1 wird, d. h. das Signal qV(DT1) besitzt dann eine Wertigkeit von Null. Der DT1-Anteil wird aktiviert, wenn die zweite Regelabweichung dR2 größer dem zweiten Grenzwert GW2 wird. Über den Grenzwert GW2 wird bewirkt, dass bei dynamischen Zustandsänderungen, also einer großen positiven oder negativen zweiten Regelabweichung dR2, der DT1-Anteil in die Berechnung des Volumenstroms qV miteingeht. Bei stationären Zuständen, d. h. die zweite Regelabweichung dR2 ist nahezu Null, bestimmt sich der Volumenstrom qV ausschließlich aus dem P-Anteil 20 und dem I-Anteil 21.

1
Brennkraftmaschine
2
Kraftstofftank
3
Hochdruck-Pumpe mit Saugdrossel
4
Elektronisches Steuergerät (ADEC)
5
Rail-Drucksensor
6
Rail
7
Injektor
8
Druckbegrenzungs-Ventil
9
Hochdruck-Regler
10
Begrenzung
11
Funktionsblock
12
Regelstrecke
13
erstes Filter
14
zweites Filter
15
erste Kennlinie (kp1)
16
zweite Kennlinie (Tv1)
17
dritte Kennlinie (kp2)
18
vierte Kennlinie (Tv2)
19
Diagramm
20
P-Anteil
21
I-Anteil
22
DT1-Anteil
23
Summation


Anspruch[de]
Verfahren zur Druck-Regelung eines Speichereinspritzsystems einer Brennkraftmaschine (1), bei dem ein erster Ist-Raildruck (pCR1(IST)) über ein erstes Filter (13) aus dem gemessenen Raildruck (pCR) bestimmt wird, eine erste Regelabweichung (dR1) aus einem Soll-Raildruck (pCR(SL)) sowie dem ersten Ist-Raildruck (pCR1(IST)) berechnet wird und bei dem ein Volumenstrom (qV) über einen Hochdruck-Regler (9) als Stellgröße in Abhängigkeit der ersten Regelabweichung (dR1) festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Ist-Raildruck (pCR2(IST)) über ein zweites Filter (14) aus dem gemessenen Raildruck (pCR) bestimmt wird und der zweite Ist-Raildruck (pCR2(IST)) als maßgeblich für die Berechnung der Regler-Anteile des Hochdruck-Reglers (9) gesetzt wird, indem ein erster Proportinal-Beiwert (kp1) zur Bestimmung eines P-Anteils (20) des Hochdruck-Reglers (9) über eine erste Kennlinie (15) in Abhängigkeit des zweiten Ist-Raildrucks (pCR2(IST)) berechnet wird, und indem ergänzend eine erste Vorhaltzeit (Tv1) zur Bestimmung eines D-Anteils sowie eines DT1-Anteils (22) des Hochdruck-Reglers (9) über eine zweite Kennlinie (16) in Abhängigkeit des zweiten Ist-Raildrucks (pCR2(IST)) berechnet wird, wobei die erste Kennlinie (15) und die zweite Kennlinie (16) einen stationären Bereich (STAT) und dynamischen Bereich (DYN) aufweisen, wobei im stationären Bereich (STAT) unabhängig vom Wert des zweiten Ist-Raildrucks (pCR2(IST)) ein konstanter erster Proportional-Beiwert (kp1) sowie eine konstante erste Vorhaltzeit (Tv1) berechnet werden und im dynamischen Bereich (DYN) der erste Proportional-Beiwert (kp1) sowie die erste Vorhaltzeit (Tv1) nach einer ansteigenden Funktion berechnet werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Regelabweichung (dR2) aus dem Soll-Raildruck (pCR(SL)) sowie dem zweiten Ist-Raildruck (pCR2(IST)) berechnet wird und der P-Anteil (20), D-Anteil sowie der DT1-Anteil (22) des Hochdruck-Reglers (9) in Abhängigkeit der zweiten Regelabweichung (dR2) bestimmt werden. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Proportional-Beiwert (kp) zur Bestimmung des P-Anteils des Hochdruck-Reglers (9) aus der Summe des ersten (kp1), eines zweiten (kp2) und eines dritten Proportional-Beiwerts (kp3) berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Proportional-Beiwert (kp1) nach Anspruch 1 berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Proportional-Beiwert (kp2) in Abhängigkeit der zweiten Regelabweichung (dR2) über eine dritte Kennlinie (17) berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Proportional-Beiwert (kp3) entweder konstant ist (kp3 = const) oder in Abhängigkeit eines Soll-Moments und/oder einer Motordrehzahl berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorhaltzeit (Tv) zur Bestimmung des D-Anteils des Hochdruck-Reglers (9) aus der Summe der ersten, einer zweiten und einer dritten Vorhaltzeit (Tv1, Tv2, Tv3) berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorhaltzeit (Tv1) nach Anspruch 1 berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorhaltzeit (Tv2) in Abhängigkeit der zweiten Regelabweichung (dR2) über eine vierte Kennlinie (18) bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Vorhaltzeit (Tv3) entweder konstant ist (Tv3 = const) oder in Abhängigkeit eines Soll-Moments und/oder einer Motordrehzahl berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der DT1-Anteil (22) des Hochdruck-Reglers (9) eingeschaltet wird, wenn ein zweiter Grenzwert (GW2) überschritten wird, und abgeschaltet wird, wenn ein erster Grenzwert (GW1) unterschritten wird. Verfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filter (14) eine kleinere Zeitkonstante und einen geringeren Phasenverzug als das erste Filter (13) aufweist.






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