Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems
einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängige Ansprüche.
[0002] Aus der DE-OS 195 47 647 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung
eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem der Kraftstoff
mittels einer Pumpe in einen Speicher gefördert wird. Vom Speicher gelangt der Kraftstoff
über steuerbare Injektoren in die Brennräume der Brennkraftmaschine. Ein Sensor stellt
ein Drucksignal bereit, das den Druck im Speicher charakterisiert. Der Druck im Speicher
wird bei der Steuerung der Injektoren berücksichtigt. Eine genaue Kraftstoffzumessung
ist nur möglich, wenn genaue Werte des Druckes im Speicher bekannt sind.
[0003] Bei üblichen Common-Rail-Systemen liegt der Druck im Bereich zwischen einigen 100
bar bis ca. 2000 bar. Innerhalb dieses Bereiches muß der Drucksensor zuverlässig ein
Signal bereitstellen. Ein Ausfall des Drucksensors bzw. ein fehlerhaftes Signal des
Drucksensor führt zu einer ungenauen Kraftstoffzumessung.
[0004] Bei dem bekannten Verfahren können nur sogenannte Offsetfehler erkannt werden. Dies
sind Fehler, die dazu führen, daß der gemessene Wert in allen Betriebsbereichen um
einen konstanten Wert vom tatsächlichen Wert abweicht. Ein Fehler, der zu einer Veränderung
der Steigung der Sensorkennlinie führt, kann mittels dieser Einrichtung nicht erkannt
werden.
Aufgabe der Erfindung
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung
der eingangs genannten Art die Genauigkeit der Kraftstoffzumessung, insbesondere die
Erfassung des Drucksignals zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen
Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteile der Erfindung
[0006] Dadurch, daß ausgehend von der Änderung des Drucksignals bei einer Änderung einer
den Druck beeinflussenden Größe ein fehlerhaftes Drucksignal erkannt wird, ist eine
genaue Kraftstoffzumessung möglich. Drifterscheinungen und Fehler des Drucksensors
insbesondere Änderungen der Steigung der Sensorkennlinie können sicher erkannt und
ggf. kompensiert werden.
[0007] Besonders vorteilhaft ist es, wenn auf Fehler erkannt wird, wenn das Verhältnis zwischen
der Änderung des Drucksignals und der Änderung der den Druck beeinflussenden Größe
um mehr als ein Schwellwert von einem vorgegebenen Wert abweicht.
[0008] Das Ansteuersignal für ein den Druck beeinflussendes Stellglied wird besonders vorteilhaft
als Größe verwendet, die den Druck beeinflußt, da diese Größe bereits im Steuergerät
vorliegt.
[0009] Durch die Verwendung zweier Schwellwerte ist es möglich zwischen einer Verfälschung
des Signals, die korrigiert werden kann, und einem schwerwiegenden Fehler zu unterscheiden.
[0010] Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zeichnung
[0011] Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Figur dargestellten Ausführungsform
erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blockdiagramm eines Common-Rail-Systems, Figur 2
eine Kennlinie eines Drucksensors und Figur 3 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0012] In Figur 1 ist ein Common-Rail-System als Blockdiagramm dargestellt. Mit 100 ist
eine Steuerung bezeichnet. Diese umfaßt u.a. eine Drucksteuerung 101, die ein Schaltmittel
102 ansteuert und mit den Ausgangssignalen eines Strommeßmittels 103 beaufschlagt
wird. Die Stromsteuerung 101 verarbeitet ferner das Ausgangssignal eines Drucksensors
110 sowie die Ausgangssignale von weiteren Sensoren 105. Der erste Eingang des Schaltmittels
102 ist über das Strommeßmittel 103 mit Batteriespannung verbunden. Der zweite Anschluß
des Schaltmittels 102 steht mit einer Spule 115 in Kontakt, deren zweiter Eingang
mit Masse in Verbindung steht.
[0013] Bei den weiteren Sensoren 105 handelt es sich um Sensoren, die verschiedene Betriebszustände
der Brennkraftmaschine und des von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs
erfassen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Drehzahl N der Brennkraftmaschine
und die Fahrpedalstellung, die den Fahrerwunsch kennzeichnen.
[0014] Der Drucksensor 110 erfaßt den Druck in einem Speicher 112, der auch als Rail bezeichnet
wird, und der dem Hochdruckbereich des Kraftstoffzumeßsystems zugeordnet ist. Das
Rail 112 steht mit verschiedenen Injektoren 111 in Kontakt. Das Rail 112 ist über
eine Hochdruckleitung 122 mit einer Hochdruckpumpe 125 verbunden. Die Hochdruckleitung
122 steht ferner über ein Druckregelventil 120 mit einer Rückführleitung 121 in Kontakt.
Die Hochdruckpumpe 125 steht mit einer Vorförderpumpe 127 und einem Filter 129 mit
einem Tank in Verbindung. Mit dem Tank steht auch die Rückführleitung 121 in Verbindung.
[0015] Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Die Vorförderpumpe 127 fördert den Kraftstoff
über das Filter 129 aus dem Tank zur Hochdruckpumpe 125. Dieser Bereich wird als Niederdruckbereich
bezeichnet. Die Hochdruckpumpe 125 fördert den Kraftstoff unter hohem Druck über die
Hochdruckleitung 122 in das Rail 112. Der Druck im Rail 112 und damit im Hochdruckbereich
wird mittels des Drucksensors 110 erfaßt und der Steuerung 100 zugeleitet.
[0016] Abhängig von dem Drucksignal P, das der Drucksensor 110 bereitstellt, sowie den Ausgangssignalen
der weiteren Sensoren beaufschlagt die Steuerung 100 die Injektoren 111 mit Ansteuersignalen,
die die Kraftstoffzumessung steuern.
[0017] Mittels des Druckregelventils 120 kann der Druck in der Hochdruckleitung 122 und
damit im Rail 112 auf vorgebbare Werte eingestellt werden. Das Druckregelventil 120
ist so ausgebildet, daß es bei einem vorgebbaren Druck im Hochdruckbereich die Verbindung
zur Rückführleitung 121 freigibt und damit der Druck abgebaut wird, bis er unter dem
vorgebbaren Druckwert abfällt. Der Druckwert, bei dem das Druckregelventil 120 die
Verbindung freigibt, kann mittels der Spule 115 eingestellt werden. Abhängig von dem
Strom 1, der durch die Spule 115 fließt und/oder der an der Spule anliegenden Spannung,
stellen sich unterschiedliche Druckwerte im Hochdruckbereich ein.
[0018] Die Regelung des Druckes kann auch durch andere Stellglieder erfolgen. So kann alternativ
oder ergänzend vorgesehen sein, daß der Druck auch durch Beeinflussung der Hochdruckpumpe
125 gesteuert und/oder geregelt wird.
[0019] Das in Figur 2 beschriebene System ist nur beispielhaft gewählt. Die erfindungsgemäße
Vorgehensweise ist auch bei anderen Systemen einsetzbar.
[0020] Da der Druck P des Kraftstoffes im Rail 112 einen großen Einfluß auf die Genauigkeit
der Kraftstoffzumessung hat, ist es wichtig, das Ausgangssignal P des Drucksensors
110 auf Fehler und Drift zu überwachen.
[0021] Ein Beispiel für eine Sensorkennlinie, die Abhängigkeit des Druckes P von dem Ansteuersignal
des Druckregelventils 120 beinhaltet, ist in Figur 2 dargestellt. Die ideale Kennlinie
ist mit einer durchgezogenen Linie markiert. Die reale Kennlinie ist mit einer Hysterese
behaftet und ist mit einer gestrichelten Linie gekennzeichnet. Aufgrund von Meßfehlern
kann ein Fehler bei dem Signal auftreten, das zu einer strichpunktierten Linie führen
kann.
[0022] Erfolgt eine Plausibilitätsüberprüfung der Meßwerte dahingehend, ob diese bei einem
bestimmten Stromwert I1 zulässig sind, müssen diese Fehler berücksichtigt werden.
Dies bedeutet, der Wert des Druckes P ist zwischen dem Wert P+ΔP und dem Wert P-ΔP
in einem zulässigen Bereich.
[0023] Eine Überwachung des Drucksensors kann dadurch erfolgen, daß zwei Werte P-ΔP und
P+ΔP für den minimal- und maximal möglichen Wert des Drucks bei einem bestimmten Stromwert
vorgegeben wird. Mit diesen Werten wird der Druck P, der vom Sensor gemessen wird,
verglichen. Überschreitet der gemessene Wert den Wert P+ΔP bzw. unterschreitet der
gemessene Wert den Wert P-ΔP erkennt die Einrichtung auf fehlerhaften Drucksensor.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Werte P+ΔP und P-ΔP betriebspunktabhängig,
insbesondere abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, vorgegeben werden.
Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, daß aufgrund zahlreicher Toleranzen der
Wertebereich zwischen den Werten P-ΔP und P+ΔP sehr groß gewählt werden muß, um eine
Fehldiagnose auszuschließen.
[0024] Kleine Änderungen des Drucksensors können mit diesem Verfahren nicht erkannt werden.
Anhand der Figur 3 wird ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Fehlerüberwachung
des Drucksensors beschrieben.
[0025] Das Ansteuersignal des Druckregelventils wird um einen definierten Wert verändert
und die Änderung des Druckes erfaßt. Bei diesem Verfahren werden nur Differenzgrößen
betrachtet, dadurch reduziert sich die Gesamttoleranz erheblich. Anstelle des Ansteuersignals
für das Druckregelventil können auch andere Größe, die den Druck beeinflussen, verändert
werden.
[0026] In einem ersten Schritt 300 wird überprüft, ob ein Betriebszustand vorliegt, bei
dem die Überprüfung erfolgen kann. Ein solcher Betriebszustand liegt beispielsweise
vor, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem statischen Betriebszustand befindet,
bei dem sich die Betriebskenngrößen über der Zeit nur unwesentlich ändern.
[0027] Liegt ein solcher Betriebszustand vor, so wird in Schritt 310 ein erster Wert für
den Druck P1, der bei dem Ansteuersignal I1 für das Druckregelventil vorliegt, erfaßt.
Im anschließenden Schritt 320 gibt die Steuerung einen zweiten Wert I2 für das Ansteuersignal
vor und es wird der Druck P2 bei diesem Ansteuersignal erfaßt. Im Schritt 330 berechnet
die Einrichtung die Steigung SP der Kennlinie gemäß der folgenden Formel:
[0028] Dabei wird die Differenz des alten und des neuen Druckwertes ins Verhältnis zu dem
alten und neuen Ansteuersignal gesetzt.
[0029] Der Block 340 gibt den Sollwert SPS für die Steigung abhängig von verschiedenen Betriebskenngrößen,
wie beispielsweise dem Ansteuersignal für das Druckregelventil vor. Die Abfrage 350
überprüft, ob der Betrag der Abweichung zwischen der gemessenen Steigung SP und dem
Sollwert SPS für die Steigung größer als ein erster Schwellwert S1 ist. Ist dies nicht
der Fall, so erfolgt erneut die Abfrage 300. Ist dies der Fall, das heißt, die Steigung
weicht mehr als ein erster Schwellwert S1 von dem erwarteten SPS ab, so erkennt die
Einrichtung auf Fehler. Eine sich anschließende Abfrage 360 überprüft, ob der Betrag
der Abweichung zwischen der gemessenen Steigung SP und dem Sollwert SPS für die Steigung
größer als ein zweiter Schwellwert S2 ist.
[0030] Ist dies der Fall, so liegt ein schwerwiegender Fehler vor. Im Schritt 380 werden
entsprechende Maßnahmen eingeleitet, so wird vorzugsweise ein Notfahrbetrieb eingeleitet.
Es können auch noch weitere Maßnahmen vorgesehen sein, so kann beispielsweise auch
ein Fehlerspeicher gesetzt und/oder eine Fehleranzeige aktiviert werden.
[0031] Erkennt die Abfrage, daß der Betrag der Abweichung kleiner als der zweite Schwellwert
ist, so wird von einer Drift den Drucksignals ausgegangen. Dies bedeutet in Schritt
370 werden entsprechende Maßnahmen eingeleitet.
[0032] Besonders vorteilhaft ist es, daß zwei Schwellwerte S1 und S2 vorgesehen sind, wobei
bei Überschreiten eines ersten Schwellwertes eine Drift des Sensors und bei Überschreiten
des zweiten Schwellwertes S2 ein Defekt des Sensors erkannt wird, wobei der zweite
Schwellwert einen betragsmäßig größeren Wert annimmt als der erste Schwellwert.
[0033] Bei einer vereinfachten Ausführungsform ist lediglich ein Schwellwert S1 vorgesehen.
In diesem Fall entfallen die Abfrage 360 und die Blöcke 370 und 380.
[0034] Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich überprüft wird, ob die Sensorkennlinie
einen sogenannten Offsetfehler aufweist. Hierzu ist vorgesehen, daß in vorgegebenen
Betriebszuständen das Drucksignal mit einem erwarteten Wert verglichen wird. Abhängig
von dem Vergleich wird ein fehlerhaftes Drucksignal erkannt. Diese Überprüfung erfolgt
vorzugsweise in Betriebszuständen, in denen der Kraftstoff im Rail völlig entspannt
ist. Dies ist beispielsweise in der Initialisierungsphase des Steuergeräts vor und/oder
beim Start, im Nachlauf oder im Schubbetrieb der Fall. Ferner kann diese Überprüfung
erfolgen, wenn das Druckregelventil derart angesteuert, daß es völlig öffnet. Der
sich in diesem Zustand einstellende Druck ist bekannt. Vorzugsweise wird das Stellglied,
das den Druck beeinflußt, derart angesteuert, daß sich ein möglichst kleiner Druck
einstellt. Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung derart, daß der Druck dem Atmosphärendruck
entspricht. Nimmt das Drucksignal Werte an, die wesentlich größer als der erwartete
Wert sind, erkennt die Einrichtung einen sogenannten Offsetfehler.
[0035] Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei einer erkannten Drift ein Korrekturwert bestimmt
wird. Dieser Korrekturwert wird so bestimmt, daß die Drift kompensiert wird. Hierzu
wird vorzugsweise wie im folgenden beschrieben vorgegangen.
[0036] Für die theoretisch zu erwartende Nominalkennlinie gilt die Beziehung:
[0037] Dabei entspricht UN dem Ansteuersignal das theoretisch erforderlich ist um den Druck
P einzustellen. Diese Abhängigkeit wird durch eine Gerade angenähert, die durch die
Steigung SPS und den Offset UDN definiert ist.
[0038] Für die reale Kennlinie gilt die Beziehung:
[0039] Dabei entspricht US dem Ansteuersignal das real erforderlich ist um den Druck P einzustellen.
Diese Abhängigkeit wird durch eine Gerade angenähert, die durch die Steigung SP und
den Offset UDS definiert ist. Die Steigung SP wird wie oben beschrieben ermittelt.
Zur Bestimmung des Offsets wird das Stellglied 120 derart angesteuert, daß der Druck
den Wert Null annimmt. Das hierzu erforderliche Ansteuersignal dient als Offsetwert
UDS.
[0040] Für den Fehler UF gilt die Beziehung:
[0041] Für die korrigierte Sensorpannung UKOR ergibt sich die Beziehung:
[0042] Mit der korrigierten Sensorspannung berechnet sich der Druck P mittels der Sensor-Nominalkennlinie
ausgehend von dem Ansteuersignal UND gemäß der folgenden Beziehung.
[0043] Dies bedeutet, daß ausgehend von dem Verhältnis zwischen der Änderung des Drucksignals
und der Änderung der den Druck beeinflussenden Größe und einem Offsetfehler eine Korrektur
wenigstens des Drucksignals oder der den Druck beeinflussenden Größe erfolgt.
1. Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine, bei
dem der Kraftstoff mittels einer Pumpe in einen Speicher gefördert wird und von dort
mittels steuerbarer Injektoren den Brennräumen der Brennkraftmaschine zumeßbar ist,
wobei ein Sensor ein Drucksignal bereitstellt, das den Druck im Speicher charakterisiert,
dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer Änderung des Drucksignals bei einer
Änderung einer den Druck beeinflussenden Größe ein fehlerhaftes Drucksignal erkannt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein fehlerhaftes Drucksignal
erkannt wird, wenn das Verhältnis zwischen der Änderung des Drucksignals und der Änderung
der den Druck beeinflussenden Größe um mehr als ein Schwellwert von einem vorgegebenen
Wert abweicht.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Ansteuersignal für ein den Druck beeinflussendes Stellglied als Größe, die den Druck
beeinflußt, verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei
einer Abweichung um mehr als einen ersten Schwellwert eine Drift und bei einer Abweichung
um mehr als einen zweiten Schwellwert ein Defekt des Sensors erkannt wird.
5. verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abweichung um mehr
als den ersten Schwellwert das Drucksignal korrigiert wird.
6. verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend
von dem Verhältnis zwischen der Änderung des Drucksignals und der Änderung der den
Druck beeinflussenden Größe und einem Offsetfehler eine Korrektur wenigstens des Drucksignals
oder der den Druck beeinflussenden Größe erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abweichung um mehr
als den zweiten Schwellwert ein Notlaufbetrieb oder eine Notabschaltung erfolgt.
8. Vorrichtung zur Überwachung eines Kraftstoffzumeßsystems einer Brennkraftmaschine,
mit einer Pumpe, die Kraftstoff in einen Speicher fördert und mit steuerbaren Injektoren,
die den Kraftstoff den Brennräumen der Brennkraftmaschine zumessen, wobei ein Sensor
ein Drucksignal bereitstellt, das den Druck im Speicher charakterisiert, dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel vorgesehen sind, die ausgehend von einer Änderung des Drucksignals bei
einer Änderung einer den Druck beeinflussenden Größe ein fehlerhaftes Drucksignal
erkennen.