CN109952422A - 用于检查高压喷射系统的压力传感器的方法、控制设备、高压喷射系统和机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检查高压喷射系统（13）的压力传感器（35）的方法，其中在高压泵（15）的压缩室（33）中，所述高压泵（15）的活塞（22）在彼此相继的泵循环中分别朝上止点（31）运动并且由控制设备（17）通过给电磁铁（18）通以电流而关闭进入阀（16）。本发明设置了，通过所述控制设备（17）在关闭的进入阀（16）的情况下给所述电磁铁（18）加载一种测量电流（47），而活塞（22）远离上止点（31）运动，借助于所述测量电流（47）的预先确定的时间上的变化（50）来检测所述活塞（22）的打开位置（43），在该打开位置时开始所述进入阀（16）的打开运动，并且在多个泵循环上进行检查：所获取的打开位置（43）的值序列（53）是否满足关于压力传感器（35）的传感器信号（36）的差异标准（52），并且在满足所述差异标准（52）的情况下产生错误信号（59）。

Description

用于检查高压喷射系统的压力传感器的方法、控制设备、高压 喷射系统和机动车

本发明涉及一种用于检查压力传感器的方法，该压力传感器例如可以在机动车的内燃机的高压喷射系统中提供。借助于该方法识别故障的或有缺陷的压力传感器。用于执行该方法的控制设备，具有该控制设备的高压喷射系统以及具有该高压喷射系统的机动车也属于本发明。

在机动车中，用于内燃机的燃料可以借助于高压喷射系统输送或泵吸。这种高压喷射系统具有高压泵，该高压泵可以在高压侧以大于200巴的压力将燃料向内燃机输送。燃料泵可以具有活塞，该活塞在压缩室或工作容积中在下止点和上止点之间往复运动。为此，活塞可以例如由内燃机的马达轴驱动。活塞的完整的循环运动在此称为泵循环。

在从上止点向下止点的活塞运动中，高压泵的进入阀的打开运动在每次泵循环中从活塞的特定的打开位置开始。那么这是抽吸阶段的开始，在该抽吸阶段中燃料或者一般地一种流体通过进入阀流入到压缩室中。到达下止点后，抽吸阶段结束，并且活塞再次朝上止点运动。在该排出阶段期间，通过活塞朝向上止点的运动，流体又从压缩室排出。在这种情况下，只要进入阀打开，流体就会通过进入阀流回至低压侧。因此，在活塞向上止点运动期间，通过给电磁铁通以电流由控制设备关闭进入阀。这是在这样的活塞位置中完成的，该活塞位置取决于高压侧的对于待调节的流体压力的额定值。被通以电流的电磁铁磁性地吸引与进入阀相连接的电枢或衔铁，使其被一同牵拉。当进入阀关闭时，流体通过活塞运动不再通过进入阀而是通过放出阀排出。该放出阀可以例如是止回阀。通过放出阀排出的流体在放出阀下游在高压侧上产生流体压力。

在放出阀的下游布置有压力传感器，该压力传感器产生传感器信号，所述传感器信号会指示流体压力。也就是说，根据所述传感器信号，控制设备那么就可以确定所提到的用来关闭进入阀、也就是说用于在排出阶段期间给电磁铁通以电流的活塞位置，并且由此将流体压力调节到目标压力或额定值上。

然而，这预先假定：压力传感器的传感器信号正确地用信号表示流体压力。与此相反，如果压力传感器有故障并且总是通过传感器用信号表示太低的压力、例如零信号，那么通过控制设备总是继续提升实际的流体压力，因为没有出现调节误差（额定值减去传感器信号）的减小。这可能导致高压喷射系统的损坏，例如导致流体管路或密封件的破裂或撕裂。

因此，有兴趣监测高压喷射系统的压力传感器的功能可靠性。

以下任务以本发明为基础：在高压喷射系统中检测有缺陷的压力传感器。

该任务通过独立权利要求的主题予以解决。通过从属权利要求、以下描述和附图描述了本发明的有利的改进方案。

通过本发明以下述方式补充了高压喷射系统的开头所述的运行。该方法在通过控制设备关闭进入阀之后的位置处开始，以使流体改道通过放出阀。通常，在关闭进入阀之后，可以再次切断通过电磁铁的电流，因为在压缩室中建立了足够的压力以保持进入阀关闭。当活塞在到达上止点后又从该上止点远离并且朝下止点运动时，那么压力在此也还是足够大的。这是因为在压缩室中，剩余的或仍存在的流体被弹性地压缩，而活塞处于上止点。如果活塞从上止点运动离开，那么流体首先松弛，而该流体在这种情况下仍然还向进入阀上施加足够大的压力以使其保持关闭。因此，进入阀的打开运动在活塞已经从上止点运动离开并且已经到达所提及的打开位置时然后才开始，其特征刚好在于，压缩室中的压力变得小于如下压紧力，该压紧力通过高压泵的阀弹簧并且通过低压侧的、远离地位于进入阀上游的流体而施加到进入阀上。

现在根据本发明，当进入阀关闭时，通过控制设备仍然以测量电流加载或者流过电磁铁，尽管这对于进入阀的保持关闭不是必需的。当活塞从上止点运动离开时，借助于该测量电流的预先确定的时间上的变化来检测活塞的打开位置、即活塞的如下位置，在所述位置时进入阀朝着其打开位置开始打开运动。因为进入阀的运动也使电磁铁的电枢运动，并且由此在电磁铁的线圈中感应出电压，该电压给所施加上的测量电流叠加了附加的感应电流，所以测量电流发生变化。在多个泵循环上重复执行对于测量电流的时间上的变化的这种探测，以使得对于每个泵循环获取活塞的打开位置的值。因此产生所获取的打开位置的一系列值或者简称值序列，每个泵循环分别有一个值。检查所获取的打开位置的这种值序列是否满足关于压力传感器的传感器信号的预先确定的差异标准。在满足差异标准时，那么就产生涉及压力传感器的错误信号。如果差异标准被满足，那么就因此用信号表示为压力传感器的故障或误差。

本发明基于以下认识：活塞的所述打开位置取决于在放出阀下游存在的流体压力。所述流体压力越大，打开位置与上止点的距离就越大。因此，如果借助于高压泵成功地增加流体压力，那么一方面传感器信号一定相应地改变。然而另一方面，打开位置也随着流体压力的升高而推移或变化。这相应地指示了所获取的打开位置的值序列。因此，值序列描述了流体压力的时间上的变化曲线。通过将值序列或者值序列的趋势或时间上的变化曲线与传感器信号进行比较，可以因此检查：传感器信号是否具有如下的时间上的变化曲线，该变化曲线的形状与值序列的时间上的变化曲线的形状一致。如果不是这种情况，那么这表明：通过传感器信号没有描述流体压力的时间上的变化曲线。因此会产生错误信号。

附加的可选的技术特征也属于本发明，通过所述技术特征得到附加的优点。

为了借助于差异标准来识别在值序列和传感器信号之间的所描述的区别，差异标准可以包括：值序列用信号表示所述打开位置远离上止点进行移位并且因此用信号表示流体压力的升高的压力变化曲线，并且压力传感器的传感器信号以大于预先确定的公差值为幅度偏离所述压力变化曲线。例如，可以将值序列的在时间上的相对变化与传感器信号的相应的相对变化进行比较。那么例如，如果值序列在时间上以预先确定的百分比、例如200％或300％为幅度升高，并且如果传感器信号没有出现相应的升高，则存在误差。在此，可以设置校正因数，因为压力的升高不是绝对一定与打开位置的移位成比例的。

技术上特别容易能够实现的分析通过如下方式得出：通过控制设备用信号表示Δ突变、即以预先确定的绝对值或相对值为幅度进行的变化。如果借助于差别信号识别到传感器信号相对于值序列的、大于预先确定的Δ值（绝对或相对）的区别，则用信号表示Δ突变（Deltasprung）。如果已经再次出现以Δ值（Deltawert）为幅度的变化，那么从测量开始或从之前的Δ突变开始，每次都会用信号进行表示。

为了抵消在值序列中含有的噪声，通过控制设备借助于计数器（Zähler）来计数：多么频繁地接连地识别到Δ突变，由此使得探测更加稳定。差异标准在此规定，计数器必须大于预先确定的最小数量。因此，必须存在至少一个Δ突变或至少2个或至少3个或预先确定的最小数量的、大于3个的Δ突变，以便完全检测错误信号。否则会产生正常信号，所述正常信号用信号表示功能正常的压力传感器。

检测还可以通过以下方式变得更加稳定：差异标准还考虑，内燃机的驱动高压泵的活塞的马达轴的转速是否大于预先确定的运行值。由此识别到，高压泵究竟是否被驱动、也就是说在运行中。

另外的可信度测试通过以下方式得出：差异标准包括，通过体积流量传感器用信号表示流体的、大于预先确定的最小输送值的体积流量。由此识别到，通过高压泵究竟是否输送了流体。

当在内燃机起动时，传感器信号根据预先确定的恒定标准具有恒定的变化曲线时，那么就优选地执行或开始测量打开位置的值序列以及对差异标准的随后的检查。恒定标准可以例如规定，传感器信号在时间上在公差范围内以预先确定的恒定值（例如零）运动，或者传感器信号持久地用信号表示相同的值。这表示电气故障，由于该电气故障使得压力传感器停止运行。

正如已经解释的那样，在关闭进入阀之后，高压泵的电磁铁不再必须通以电流，因为压缩室中的压力使进入阀这样久地保持关闭，直到活塞到达打开位置。为了使得通过测量电流不妨碍控制设备的正常运行，测量电流不应通过以下方式而人为地使打开位置发生推移：由于测量电流使得进入阀保持关闭。相应地优选地规定，将测量电流的电流强度设定为小于被设置用于关闭进入阀的电流强度。因此，测量电流与为关闭进入阀而提供的关闭电流不同。

另一方面是以下问题：究竟如何能够借助于测量电流的时间上的变化来识别打开位置。正如已经解释的那样，进入阀的打开运动在电磁铁的电线圈中产生这样的感应电流，该感应电流叠加于测量电流的由控制设备所施加上的部分。由此导致测量电流的升高。因此，为了检测打开运动而检查：测量电流的预先确定的平均值究竟是否升高。如果通过控制设备所施加上的测量电流例如借助于脉冲宽度调制来设定，那么测量电流的值例如作为平均值来产生，所述平均值例如可以在脉冲宽度调制的一个或两个或多于两个周期上所形成。

为了在检测到打开运动时以一种值描述活塞的打开位置，特别地可以规定的是，借助于内燃机的旋转位置传感器来获取打开位置。因此可以获取驱动活塞的马达轴的旋转位置。旋转位置值足够有说服力。打开位置相对于上止点的绝对距离值是不需要的。获取打开位置的以及由此旋转位置的相对变化就足以以所描述的方式来识别有故障的压力传感器。

为了执行该方法，通过本发明提供了一种用于机动车的内燃机的高压喷射系统的控制设备。控制设备被设置用于根据压力传感器的传感器信号以所描述的方式关闭高压喷射系统的高压泵的进入阀，以便将流体压力调节到额定值上。控制设备被设置用于执行根据本发明的控制设备的所述方法步骤。

通过给高压喷射系统装备根据本发明的控制设备，得到根据本发明的高压喷射系统的一种实施方式。此外，根据本发明的高压喷射系统具有高压泵和布置在高压泵的放出阀下游的压力传感器。

通过本发明还提供了一种具有所述内燃机和根据本发明的高压喷射系统的实施方式的机动车。

以下描述本发明的实施例。对此：

图1示出了根据本发明的机动车的一种实施方式的示意图；

图2示出了信号的示意性的变化曲线的图，它们例如可能在压力传感器有故障的情况下在图1的机动车的运行中出现；

图3示出了图1的机动车的高压泵的示意图；

图4示出了具有信号的示意性的变化曲线的图，借助于它们可以获取图4的高压泵的活塞的打开位置；并且

图5示出了具有信号的示意性的变化曲线的图，它们例如可以通过图1的机动车中的控制设备来获取。

以下阐述的实施例涉及本发明的一种优选的实施方式。在该实施例中，实施方式的所说明的组件是本发明的各个单个的、可以看作彼此独立的特征，它们也分别彼此独立地改进本发明并且由此也可以单个地或以不同于所示出的组合的方式被视为本发明的组成部分。此外，所说明的实施方式也可以通过本发明的另外的已说明的特征来补充。

在这些附图中，相同功能的部件分别设有相同的附图标记。

图1示出了机动车10，该机动车例如可以涉及汽车、诸如轿车或载重汽车。机动车10可具有内燃机11，该内燃机可以通过高压喷射系统13与燃料箱12耦联。借助于高压喷射系统13，包含在燃料箱12中的流体14、即诸如柴油或汽油的燃料可以被输送到内燃机11。为此，高压喷射系统13可以具有高压泵15，该高压泵带有进入阀16和用于控制进入阀16的电磁铁18的控制设备17。控制设备17可以设定一种流经电磁铁18的电线圈18´的线圈电流19。控制设备17可以根据旋转位置信号20来设定线圈电流19，该旋转位置信号描述或用信号表示机动车10的马达轴21的旋转位置。马达轴21可以例如与内燃机11的曲轴耦联。马达轴21也可以涉及曲轴本身。通过马达轴21也在压缩室33中驱动高压泵15的活塞22进行活塞运动23。活塞运动23使活塞在泵循环中在上止点31和下止点32之间往复运动。通过活塞22的活塞运动23，流体14从高压泵15的具有低压24的低压侧输送到具有高压25的高压侧。在此，流体14流经进入阀16和放出阀26。

在此借助于线圈电流19、通过给电磁铁18的线圈18´通以电流，使进入阀16的销27运动。阀弹簧28在此正如其在图1中所示出那样抵抗电磁铁18的磁力并由此将销27朝着打开位置按压。通过设定线圈电流19，克服了阀弹簧28的弹簧力，并且电枢29随着紧固在其上的销27迎着阀弹簧28的弹簧力进行运动，并且由此关闭进入阀16。

下述的各个时刻由控制设备17的调节器34确定：在所述时刻在每个泵循环中，控制设备17通过给电磁铁18通以电流而关闭进入阀16，所述调节器可以从压力传感器35接收传感器信号36，该传感器信号用信号表示高压喷射系统13的位于放出阀16的下游的部分中的流体的当前的流体压力。因此，通过压力传感器35用信号表示高压侧25的流体压力P，并且通过设定用于关闭进入阀16的时刻，控制设备17可以将流体压力P调节到额定值37。然而，这以下述情况为前提：传感器信号36实际上相应于流体压力P。

图2示出了当压力传感器35有故障时可能出现的序列。传感器信号36、额定值37和通过高压泵15的运行所产生的流体压力P关于时间t被显示为时间上的变化曲线。如果压力传感器35停止工作，则传感器信号36不再用信号表示流体压力P，而是恒定地伸展，或者如果传感器信号36中存在噪声，则在公差范围38内伸展。与此相反，流体压力P升高，使得在经过时间t之后相对于传感器信号36产生超过Δ值39的差异或区别。

图2还示出了如何能够通过控制设备17来从旋转位置信号20产生旋转速度20`的信号，该信号用信号表示：活塞22实际上由马达轴21驱动。此外，体积流量传感器（未示出）可以用信号表示体积流量40，其示出了：高压泵15是否成功地输送流体14。

控制设备17现在可以设置用于：估计流体压力P的时间上的正如在图2中所示出的那样的变化曲线。

图3说明了作为基础的测量原理。为此，图3示出了：当没有线圈电流19流动时，销27本身如何被保持在所示的进入阀16的关闭位置中。对此原因是，在超过上止点31之后，低压24连同阀弹簧28的弹簧力41本身比压缩室33中的经压缩的流体14的压紧力42小。活塞22必须首先到达上止点31和下止点32之间的预先确定的打开位置43，以便使得压缩室33中的流体14充分松弛，从而压缩室33中的压力产生足够小的压紧力42，以便借助于弹簧力41和低压24将销27从图3中所示的关闭位置朝图1中示出的打开位置移动。

图4示出，如何一方面可以由控制设备17识别所述进入阀16的、即其销27的这种打开运动的运动开始，并且如何另一方面从此出发可以得出所属的打开位置43的结论。

图4在此关于时间t一方面示出了流体流F、旋转位置信号20以及线圈电流19的时间上的变化曲线，该旋转位置信号可以由旋转位置探测器44例如作为脉冲序列产生。在图4所示的示例中，出发点是：不应该有通过进入阀16的回流，而是在下止点32处，通过设定用于线圈电流19的电流轮廓（Stromprofil）45来关闭进入阀16。所述电流轮廓45引起关闭电流。当控制设备17由于在传感器信号36和额定值37之间的差别而试图以最大变化率将流体压力P调节到额定值37时，出现这种情况。

在电流轮廓45结束之后，可以在切换间隔46中切断线圈电流19。通过控制设备17，然后可以利用测量轮廓47在仍然关闭的进入阀16的情况下再次接通线圈电流19，其中由测量轮廓42产生小于用于关闭进入阀16的电流轮廓45的电流强度I的电流强度I。由此得到测量电流。

在活塞22经过上止点31之后，线圈电流19的电流强度I的平均值48这样久地保持恒定或者保持在预先确定的公差范围内，直到阀16的销27在开始时刻49进入打开运动的运动开始。活塞那时已经到达其当前的打开位置43。在打开位置43处，力结算如图3所说明的那样被平衡。换句话说，当弹簧力38和低压24的液压力在总和上大于在压缩室33中的液压的压紧力42时，进入阀16在开始时刻49打开。当在压缩室33中的、即在其自由的死区体积（Totvolumen）中的压力由于朝向下止点32的活塞运动23而已经降低时，那么出现这种情况。

销27的以及电枢29的打开运动在电线圈18`中感应附加的感应电流，该感应电流导致有效值或平均值48的升高50。该升高50的开始表示预先确定的或已知的时间上的变化。通过比较彼此相继的时刻的平均值48，可以通过控制设备17来检测所述开始时刻49，在所述开始时刻，活塞具有打开位置43。开始时刻49可以作为旋转位置信号20的角度值来确定。因此，开始时刻49是对于活塞的打开位置43的描述。

打开位置49与上止点31的距离51取决于流体压力P。打开位置43的相对变化足以识别流体压力P的变化，而不必精确知道距离51。

图5示出了如何能够由此形成差异标准52，该差异标准可以由控制设备17来检查。可以在多个泵循环上分别获取打开位置49的当前的值53。相对于传感器信号36的差别54产生差别信号55。在当前情况下，假设传感器信号36具有零值。

当压力传感器35有故障时，流体压力P（如图2所示）升高，而传感器信号36保持恒定。因此，差别54、即差别信号55在几个泵循环后超过Δ值39。如果流体压力P继续升高，则Δ值39由此接连地被多次超过，其中超过信号每次都可以用信号表示Δ突变56。在此可以计数超过的数量57。如果Δ突变56的数量57大于预先给定的阈值58（在图5中阈值58是值3），那么可以产生或输出错误信号59，该错误信号用信号表示故障的压力传感器35。

另外，在图5中对此替代地示出了差别信号55`，如果传感器信号36具有流体压力P的、图2中所示的变化曲线，则产生所述差别信号，使得传感器信号36的差别信号55`相对于值序列53处于公差范围60内。然后可以产生正常信号61，该正常信号用信号表示，压力传感器36根据规定地进行联合（fusionieren）。

如果因此可以预计，当高压泵15正常运转时压力升高特别大（从环境压力到高压25），那么可以例如在内燃机11起动时以所描述的方式执行对于压力传感器35的检查。然后可以特别清楚地检测打开位置43的推移。

总的来说，该示例示出了如何能够通过本发明按照差异标准来检查高压喷射系统的压力传感器的传感器信号。

Claims (13)

1.用于检查机动车（10）内燃机（11）高压喷射系统（13）的压力传感器（35）的方法，其中在高压泵（15）的压缩室（33）中，所述高压泵（15）的活塞（22）在彼此相继的泵循环中分别在排出阶段期间朝着上止点（31）运动，并且由此将布置在该压缩室（33）中的流体（14）从所述压缩室（33）排出，并且在所述活塞（23）朝着上止点（31）的运动（23）期间由控制设备（17）通过给电磁铁（18）通以电流而使进入阀（16）关闭，并且接着将所述流体（14）由所述活塞（22）通过放出阀（26）排出，并且排出了的流体（14）在高压区域（25）中在所述放出阀（26）的下游产生流体压力（P），其中压力传感器（35）布置在所述放出阀（26）的下游并且产生传感器信号（36），其特征在于，通过控制设备（17）在进入阀（16）关闭的情况下给所述电磁铁（18）加载一种测量电流（47），并且在活塞（22）由上止点（31）离开期间，借助于所述测量电流（47）的预先确定的时间上的变化（50）来检测所述活塞（22）的打开位置（43），在该打开位置时开始所述进入阀（16）的打开运动，并且在多个泵循环上进行检查：所获取的打开位置（43）的值序列（53）是否满足关于所述传感器信号（36）的预先确定的差异标准（52），并且在满足所述差异标准（52）的情况下产生涉及所述压力传感器（35）的错误信号（59）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述差异标准（52）包括：所述值序列（53）用信号表示：所述打开位置（43）离开所述上止点（31）地移位，并且因此用信号表示所述流体压力（P）的升高的压力变化曲线，并且所述压力传感器（35）的传感器信号（36）以大于预先确定的公差值（39）为幅度偏离所述压力变化曲线。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中如果借助于差别信号（55）识别到所述传感器信号（36）相对于值序列（53）的、大于预先确定的Δ值（39）的区别，则通过所述控制设备（17）来用信号表示Δ突变（56）。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，借助于计数器（57）通过所述控制设备（17）来计数：怎样频繁地依次地识别到Δ突变（56），并且所述差异标准（52）包括：所述计数器（57）大于预先确定的最小数量（58）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述差异标准（52）包括：内燃机（11）的驱动所述活塞（22）的马达轴（21）的旋转速度（20`）必须大于预先确定的运行值。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述差异标准（52）包括，所述流体（14）的由体积流量传感器用信号表示的体积流量（40）必须大于预先确定的最小输送值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，如果在所述内燃机（11）起动时所述传感器信号（36）根据预先确定的恒定标准（38）具有恒定的变化曲线，则获取值序列（53）并且检查所述差异标准（52）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述测量电流（47）的电流强度（I）设定为小于用于关闭所述进入阀（16）的电流强度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测量电流（47）的、用于检测所述打开运动的、预先确定的时间上的变化（50）包括，所述测量电流（47）的预先确定的平均值（48）升高。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于所述内燃机（11）的旋转位置传感器（47）来获取所述打开位置（43）。

11.用于机动车（10）内燃机（11）高压喷射系统（13）的控制设备（17），其中所述控制设备（17）被设置用于：根据压力传感器（35）的传感器信号（36）使得所述高压喷射系统（13）的高压泵（15）的进入阀（16）关闭，其特征在于，所述控制设备（17）被设置用于：执行涉及所述控制设备（17）的、根据前述权利要求中任一项所述的方法的步骤。

12.用于机动车（10）的高压喷射系统（13），其具有高压泵（15）和布置在所述高压泵（15）的放出阀（16）下游的压力传感器（35），其特征在于，所述高压喷射系统（13）具有根据权利要求11所述的控制设备（17）。

13.机动车（10），其具有内燃机（11）和根据权利要求12所述的高压喷射系统（13）。