Aus dem Handbuch Verbrennungsmotor, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 2002, ISBN 3-528-03933-7, Seite 402, ist eine Zuführeinrichtung für Kraftstoff einer Brennkraftmaschine bekannt. Die Zuführein- richtung weist eine Kraftstoffpumpe auf, die Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher pumpt, der Einspritzventile mit Kraftstoff versorgt und der mit einem Regulatorventil wirk- verbunden ist, das abhängig von einem Stellsignal einer Mo- torsteuerung den Kraftstoffdruck einstellt. Das Dokument ent- hält jedoch keinen Hinweis, wie die Ansteuerung des Regula- torventils erfolgen soll.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern eines Kraftstoffdrucks in einer Zuführeinrichtung für Kraft- stoff einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welches gewähr- leistet, dass unabhängig von dem Betriebszustand der Brenn- kraftmaschine der Kraftstoffdruck präzise einstellbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Erfindung liegt die Kenntnis zu Grunde, dass bei einer hohen Dynamik des Durchflusses des Kraftstoffes durch das Re- gulatorventil unerwünschte Drucküberhöhungen auftreten, wenn das Stellsignal für das Regulatorventil lediglich unter Be- rücksichtigung eines stationären Durchflusses des Kraftstoffs durch das Regulatorventil eingestellt wird. Eine derartige

hohe Dynamik des Durchflusses des Kraftstoffes durch das Re- gulatorventil tritt in der Regel auf, wenn die Brennkraftma- schine von einem Betriebszustand des Normalbetriebs in den Leerlauf oder Schubabschalten oder umgekehrt gesteuert wird.

Bei solchen Übergängen des Betriebszustandes kann dann der Kraftstoffdruck nur sehr ungenau eingestellt werden. Durch das Ermitteln des Stellsignals für das Regulatorventil abhän- gig von einem gewünschten Kraftstoffdruck und einer die Dyna- mik des Durchflusses des Kraftstoffes durch das Regulatorven- til charakterisierenden Größe kann auf einfache Weise eine sehr präzise Einstellung des Kraftstoffdruckes unabhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfolgen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Dynamik des Durchflusses des Kraftstoffes durch das Regula- torventil charakterisierende Größe die Änderung des Durch- flusses, welches eine sehr einfach bestimmbare Größe ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die die Dynamik des Durchflusses des Kraftstoffes durch das Regulatorventil charakterisierende Größe die Änderung des Kraftstoffdruckes. Dies ist besonders einfach, da in der Re- gel ohnehin ein Drucksensor zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in der Zuführeinrichtung für Kraftstoff vorhanden ist und so einfach dessen Messsignal ausgewertet werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Zuführungsein- richtung für Kraftstoff, Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern ei- nes Kraftstoffdrucks in der Zuführeinrichtung für Kraftstoff einer Brennkraftmaschine gemäß Figur 1, und Figur 3 beispielhafte Verläufe des Kraftstoffdrucks und des Durchflusses am Regulatorventil.

Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenüber- greifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgas- trakt 4. Der Motorblock umfasst mehrere Zylinder, welche Kol- ben und Pleuelstangen haben, über die sie mit einer Kurbel- welle 21 gekoppelt sind.

Der Zylinderkopf umfasst einen Ventiltrieb mit einem Einlass- ventil, einem Auslassventil und Ventilantrieben. Der Zylin- derkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 34 und eine Zündkerze. Alternativ kann das Einspritzventil auch in dem Ansaugtrakt 1 angeordnet sein.

Ferner ist eine Zuführeinrichtung 5 für Kraftstoff vorgese- hen. Sie umfasst einen Kraftstofftank 50, der über eine erste Kraftstoffleitung mit einer Niederdruckpumpe 51 verbunden ist. Ausgangsseitig ist die Niederdruckpumpe 51 hin zu einem Zulauf 53 einer Hochdruckpumpe 54 wirkverbunden. Ferner ist auch ausgangsseitig der Niederdruckpumpe 51 ein mechanischer Regulator 52 vorgesehen, welcher ausgangsseitig über eine weitere Kraftstoffleitung mit dem Tank verbunden ist. Der me- chanische Regulator ist vorzugsweise ein einfaches federbe- lastetes Ventil in der Art eines Rückschlagventils, wobei dann die Federkonstante so gewählt ist, dass in dem Zulauf 53 ein vorgegebener Niederdruck nicht überschritten wird. Die Niederdruckpumpe 51 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie während des Betriebs immer eine so hohe Kraftstoffmenge lie- fert, dass der vorgegebene Niederdruck nicht unterschritten wird.

Der Zulauf 53 ist hin zu der Hochdruckpumpe 54 geführt, wel- che ausgangsseitig den Kraftstoff hin zu einem Kraftstoff- speicher 55 fördert. Die Hochdruckpumpe 54 wird in der Regel von der Kurbelwelle 21 oder der Nockenwelle angetrieben und

fördert somit bei konstanter Drehzahl der Kurbelwelle 21 ein konstantes Kraftstoffvolumen in den Kraftstoffspeicher 55.

Die Einspritzventile 34 sind mit dem Kraftstoffspeicher 55 wirkverbunden. Der Kraftstoff wird somit den Einspritzventi- len 34 über den Kraftstoffspeicher 55 zugeführt.

Ferner ist ein elektromagnetischer Regulator 56 mit dem im Kraftstoffspeicher 55 wirkverbunden. Über den elektromagneti- schen Regulator 56 kann Kraftstoff von dem Kraftstoffspeicher 55 zurück über eine Rückführleitung 57 zum Zulauf 53 fließen.

Der elektromagnetische Regulator hat einen zylinderförmigen Kern mit einer Zylinderspule, der innen einen zylinderförmi- gen Hohlraum aufweist. In diesem zylinderförmigen Hohlraum ist ein zylinderförmiger Anker mit einer Führungsstange ein- gebracht, die dann den freien Strömungsquerschnitt von dem Druckspeicher 55 hin zu dem Rücklauf 57 mehr oder weniger frei gibt abhängig von ihrer Stellung. Der Aufbau des elekt- romagnetischen Regulators entspricht somit dem eines Tauchan- kers. Je nach der eingestellten Bestromung der Zylinderspule wird so der Kraftverlauf zum Verschieben des zylinderförmigen Ankers entsprechend einer veränderlichen Federkonstante ein- gestellt. So kann abhängig von dem Stellsignal, mit dem der elektromagnetische Regulator 56 angesteuert wird, also bei- spielsweise der Bestromung, der Kraftstoffdruck in dem Druck- speicher 55 eingestellt werden.

Der Öffnungsquerschnitt des Regulatorventils hängt somit zum einen ab von der magnetischen Kraft, die auf den zylinderför- migen Anker wirkt und zum anderen von der Kraft, die abhängt von dem tatsächlichen Istwert des Kraftstoffdruckes in dem Kraftstoffdruckspeicher 55. Darüber hinaus wirken bei einer Bewegung des Ankers auch Reibungskräfte, welche der Bewegung entgegenwirken. Ferner hat der Anker auch eine nicht vernach- lässigbare Massenträgheit, welche bei Durchflussänderungen im Regulator keine sofortige Positionsänderung des mit dem Anker verbundenen Ventilstößels zulässt, der den freien Querschnitt

für den Durchfluss von Kraftstoff von dem Kraftstoffspeicher 55 hin zu der Rückführleitung 57 mehr oder weniger frei gibt.

Aufgrund dieser Kräfte weist der elektromagnetische Regulator eine Hysterese auf, wenn der Durchfluss des Kraftstoffes eine Dynamik aufweist, die dann ohne Eingriffe zu Kraftstoffdruck- überhöhungen führen kann.

Ferner ist der Brennkraftmaschine eine Steuereinrichtung 6 zugeordnet, der wiederum Sensoren zugeordnet sind, die ver- schiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt abhän- gig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen die dann in Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entspre- chender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber, welcher die Stellung eines Fahrpedals erfasst, ein Temperatursensor, welcher die Ansauglufttempera- tur TIM erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst und welchem dann eine Drehzahl zu- geordnet wird, ein weiterer Temperatursensor 23, welcher eine Kühlmitteltemperatur TCO erfasst und ein Drucksensor 58, wel- cher den Kraftstoffdruck FUP AV in dem Kraftstoffspeicher 55 erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine be- liebige Untermenge der Sensoren oder auch zusätzliche Senso- ren vorhanden sein.

Die Stellglieder sind beispielsweise Einlass-oder Auslass- ventile, die Einspritzventile 34, eine Zündkerze, eine Dros- selklappe oder auch der elektromagnetische Regulator 56.

Zum Steuern des Kraftstoffdrucks in der Zuführeinrichtung 5 für Kraftstoff der Brennkraftmaschine ist ein Programm in der Steuereinrichtung 6 gespeichert, das während des Betriebs der Brennkraftmaschine geladen wird und anschließend abgearbeitet wird.

Das Ablaufdiagramm des Programms zum Steuern des Kraftstoff- drucks in der Zuführeinrichtung 5 wird im Folgenden anhand

von Figur 2 und dem dort dargestellten Ablaufdiagramm be- schrieben. Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet.

Dies erfolgt vorzugsweise erstmalig wenn die Brennkraftma- schine gestartet wird und das Programm wird dann in vorgege- benen Abständen oder nach vorgegebenen Ereignissen, wie bei- spielsweise nach einem vorgegebenen Drehwinkel der Kurbelwel- le, erneut gestartet und abgearbeitet.

In einem Schritt S2 wird ein Sollwert FUPSP des Kraftstoff- druckes abhängig von der Motordrehzahl N, der einzuspritzen- den Kraftstoffmasse MFF SP und dem Betriebszustand BZ der Brennkraftmaschine, z. B. homogener oder geschichteter Be- trieb, ermittelt. In einem Schritt S3 wird der Istwert FUP AV des Kraftstoffdrucks, der von dem Drucksensor 58 erfasst wird, ermittelt und daraus auch der Gradient FUP DT AV des Kraftstoffdrucks ermittelt. Der Gradient, der auch als die zeitliche Ableitung bezeichnet wird, kann mittels eines be- liebigen Approximationsverfahrens bestimmt werden. Er wird am einfachsten abhängig von zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Istwerten FUP AV des Kraftstoffdrucks ermittelt.

In einem Schritt S4 wird geprüft, ob der Betrag des Gradien- ten FUP DT AV des Kraftstoffdruckes kleiner ist als ein ers- ter Schwellenwert THD1. Ist dies der Fall, ist dies ein Zei- chen, dass die Dynamik des Durchflusses des Kraftstoffes durch den elektromagnetischen Regulator 56 gering ist. Ist die Bedingung des Schrittes S4 erfüllt, so wird in einem Schritt S5 das Stellsignal SG für den elektromagnetischen Re- gulator abhängig von dem Sollwert FUPSP des Kraftstoffdrucks ermittelt.

Ist die Bedingung des Schrittes S4 jedoch nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S6 das Stellsignal SG abhängig von dem Sollwert FUPSP und dem Gradienten FUPDTAV ermittelt. Dabei wird vorzugsweise das Stellsignal bei einem Anstieg des Kraftstoffdruckes, gekennzeichnet durch einen positiven Gra- dienten FUPDTAV des Kraftstoffdruckes, verringert und bei

einer Verringerung des Kraftstoffdruckes, gekennzeichnet durch einen negativen Gradienten FUP DT AV des Kraftstoffdru- ckes, erhöht. Die Ermittelung des Stellsignals SG kann dabei vorzugsweise mittels eines Kennfelds abhängig von dem Gra- dienten FUPDTAV und dem Sollwert FUPSP des Kraftstoffdru- ckes durch Kennfeldinterpolation erfolgen.

In einem Schritt S7 wird dann das Stellsignal SG an den e- lektromagnetischen Regulator 56 ausgegeben. Durch das Stell- signal wird vorzugsweise die Bestromung des elektromagneti- schen Regulators 56 beeinflusst, vorzugsweise wird dazu ab- hängig von dem Wert des Stellsignals SG die Pulsweitenmodula- tion eines Spannungssignals, mit dem der elektromagnetische Regulator 56 angesteuert wird, verändert.

In einem Schritt S9 wird das Programm dann beendet und nach einer vorgegebenen Wartezeitdauer oder Eintritt der oben ge- nannten Bedingungen erneut in dem Schritt SI gestartet. Al- ternativ kann die die Dynamik des Durchflusses des Kraftstof- fes durch das Regulatorventil charakterisierende Größe auch direkt die Änderung des Durchflusses durch den elektromagne- tischen Regulator 56 sein. Dieser Durchfluss kann beispiels- weise mittels eines in der Rückführleitung 57 angeordneten Durchflusssensors erfasst werden und daraus ebenfalls ein entsprechender Gradient des Durchflusses ermittelt werden, der dann zur Ermittlung des Stellsignals SG herangezogen wird, wenn die Dynamik des Durchflusses einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

In Figur 3 ist zum einen der Verlauf des Istwertes FUP AV des Kraftstoffdruckes abhängig von dem Durchfluss Q durch den e- lektromagnetischen Regulator 56 dargestellt. Die zwei darge- stellten hystereseförmigen Verläufe des Kraftstoffdruckes ab- hängig von dem Durchfluss Q sind für zwei verschiedene Werte des Stellsignals dargestellt. Bei dem für den Punkt P1 einge- stellten Wert des Stellsignals SG gibt sich über die Zeitach- se t bezogen auf die Punkte Pl, P2 und P3 der dargestellte

zeitliche Verlauf des Istwertes FUP AV des Kraftstoffdruckes.

Die Änderung des Kraftstoffdruckes des Istwertes des Kraft- stoffdruckes FUP AV von dem Punkt P1, dem Punkt P2 ist jedoch größer als der durch den ersten Schwellwert THD1 in dem Schritt S4 für den Betrag des Gradienten FUPDTAV vorgegebe- nen Wertes. Somit wird dann das Stellsignal schon vor Errei- chen des Punktes P2 verringert, wie dies ebenfalls in Figur 2 anhand des Punktes P2 in Abhängigkeit von der Zeit t und dem Stellsignal SG aufgetragen ist. Dadurch ergibt sich dann der Druckverlauf des Istwertes FUPAV über die Zeit entlang der Punkte P1, P2 und P3. Der Druckverlauf ist somit wesentlich gleichförmiger als bei den Punkten P1, P2 und P3.

Der Gradient FUPDTAV erhält dann besonders hohe betragsmä- ßige Werte, wenn ein Übergang des Betriebszustands der Brenn- kraftmaschine von einem Normalbetrieb in den Leerlauf oder das Schubabschalten, also der Abschaltung der Kraftstoffzu- fuhr in die Zylinder der Brennkraftmaschine über die Ein- spritzventile 34 oder umgekehrt erfolgt. In diesen Fällen än- dert sich der Abfluss von Kraftstoff aus dem Kraftstoffspei- cher durch die Einspritzventile sehr schnell, was dann bei nahezu unveränderter Förderleistung der Hochdruckpumpe 54 zu einer sehr starken Änderung des Durchflusses durch den elekt- romagnetischen Regulator 56 führt. Gerade bei diesen Be- triebszustandsübergängen wird durch das Programm gemäß Figur 2 ein starkes Überschwingen oder Unterschwingen des Istwertes FUPAV des Kraftstoffdruckes wirksam verhindert. So kann dann auch gewährleistet werden, dass die Brennkraftmaschinen die Abgasemissionen der Brennkraftmaschine auch in diesen Be- triebszuständen auf einem niedrigen Niveau gehalten werden können.