DE102008000983A1

DE102008000983A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffzumesssystems

Info

Publication number: DE102008000983A1
Application number: DE102008000983A
Authority: DE
Inventors: Traugott Degler; Henning Hermes; Andreas Hempel; Jens-Uwe Nagler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-10-08
Also published as: WO2009121746A1; US8261605B2; CN101983284B; US20110016959A1; CN101983284A

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffzumesssystems beschrieben. Das Kraftstoffmesssystem umfasst wenigstens einen Injektor (151, 152, 153) zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine. Der wenigstens eine Injektor mit einem Stromwert beaufschlagt wird und ausgehend von dem Stromwert ein Wert des Raildrucks bestimmt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Aus der DE 196 26 689 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Einspritzsystems bekannt. Dort ist ein sogenanntes Common-Rail-System beschrieben, bei dem wenigstens ein Injektor Kraftstoff von einem Hochdruckbereich in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt. Der Druck in dem Hochdruckbereich ist mittels wenigstens eines Stellelements steuerbar. Des weiteren ist üblicherweise ein Sensor vorgesehen, mit dem der Druck im Hochdruckbereich erfasst wird. Eine Erfassung des Drucks im Hochdruckbereich erfolgt vor dem Hintergrund, dass der Raildruck, wie der Druck im Hochdruckbereich auch bezeichnet wird, auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird. Ferner wird der Raildruck benötigt, um eine genaue Kraftstoffzumessung durchzuführen.
Bei einem Ausfall dieses Raildrucksensors sind üblicherweise geeignete Maßnahmen durchzuführen. Tritt ein solcher Fehler auf, wird üblicherweise die Hochdruckpumpe in einen Modus „Vollförderung” versetzt. Dadurch stellt sich üblicherweise ein Überdruck im Hochdruckbereich ein. Dieser Überdruck führt zum Öffnen eines Druckbegrenzungsventils, das bei Überschreiten eines bestimmten Raildrucks im Hochdruckbereich eine Verbindung zum Niederdruckbereich öffnet. Der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils liegt typischerweise 200 bis 400 bar über dem maximalen Systemdruck. Nach dem Öffnen des Druckbegrenzungsventils stellt sich nahezu unabhängig von der Förderleistung der Hochdruckpumpe ein Raildruck von ca. 700 bar ein. Damit befindet sich das ge samte Einspritzsystem auch ohne Raildrucksensor in einem definierten Zustand und steht für einen Notfallbetrieb zur Verfügung.
In bestimmten Betriebszuständen oder bei einem Defekt des Druckbegrenzungsventils kann es vorkommen, dass dieses Druckbegrenzungsventil nicht öffnet. Dies hat einen erhöhten Raildruck zur Folge. Ein solch erhöhter Raildruck kann wiederum zu Schäden, insbesondere am Injektor, führen.
Der Raildruck ist eine wesentliche Größe, die zur Steuerung der Brennkraftmaschine benötigt wird. Deshalb ist es von Vorteil, wenn neben dem Ausgangssignal des Raildrucksensors ein weiteres Raildrucksignal zur Verfügung stehen würde.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Dadurch, dass ausgehend von dem Stromwert, mit dem wenigstens ein Injektor beaufschlagt wird, der Wert des Raildrucks bestimmt wird, steht ein weiteres Raildrucksignal zur Verfügung. Dies kann zur Plausibilisierung des Signals des Raildrucksensors und/oder als Ersatzwert bei einem Defekt des Raildrucksensors verwendet werden.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass der Stromwert, bei dem der Injektor die Einspritzung freigibt mit dem Raildruck korreliert ist. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird überprüft, ob eine Einspritzung erfolgt. Abhängig davon ob eine Einspritzung erfolgt und dem Stromwert, mit dem der Injektor angesteuert wird, ergibt sich der Wert für den Raildruck.
Bei einer ersten Ausführungsform wird hierzu der Stromwert, mit dem der Injektor beaufschlagt wird, ausgehend von einem Stromwert, bei dem keine Einspritzung, so lange verändert, insbesondere erhöht, bis eine Einspritzung erfolgt. Ausgehend von dem Stromwert, bei dem eine Einspritzung erfolgt wird dann der Raildruck bestimmt.
Bei einer zweiten Ausführungsform wird hierzu der Stromwert, mit dem der Injektor beaufschlagt wird, ausgehend von einem Stromwert, bei dem eine Einspritzung, so lange verändert, insbesondere verringert, bis keine Einspritzung erfolgt. Ausgehend von dem Stromwert, bei dem keine Einspritzung erfolgt wird dann der Raildruck bestimmt.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Stellelement zur Steuerung des Kraftstoffdrucks bei einem erkannten Defekt eines Raildrucksensors derart angesteuert wird, dass der Raildruck ansteigt. Ferner erfolgt die Ansteuerung des Injektors mit einem reduzierten Stromwert. Es wird überprüft, ob eine Einspritzung erfolgt, und abhängig von der Überprüfung wird ein Notfahrbetrieb eingeleitet. Durch diese Vorgehensweise ist eine sichere Fehlererkennung, insbesondere des Druckbegrenzungsventils möglich. Ferner wird ein sicherer Notlaufbetrieb ermöglicht. Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann sicher erkannt werden, ob das System bei einem Raildruck von ca. 700 bar arbeitet und das Druckbegrenzungsventil geöffnet ist.
Diese Erkenntnis über den aktuellen Zustand des Druckbegrenzungsventils und/oder den Wert des aktuellen Raildrucks kann dann zur Entscheidungsgrundlage, ob ein Notfahrbetrieb ermöglicht wird oder ob der Motor abgestellt werden muss, verwendet werden. Ohne die Möglichkeit der oben dargestellten indirekten Bestimmung des Druckniveaus bei einem Fehler des Raildrucksensors, wäre eine individuelle Kalibrierung des Systems mit Grenzmustern erforderlich.
Besonders vorteilhaft ist es, dass der so ermittelte Schätzwert für den Raildruck für andere Zwecke verwendet werden kann. Beispielsweise kann der Schätzwert für den Raildruck zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet werden.
Nur so könnte der mögliche Bereich für den Notfahrbetrieb bestimmt werden. Neben dem zusätzlich projektspezifischen Mehraufwand für die Kalibrierung und die Grenzmuster wäre auch ein Notfahrbetrieb extrem eingeschränkt und würde nicht den tatsächlichen Fahrzustand erfassen, sondern nur von einer Worstcase-Betrachtung des Systems ausgehen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Maßnahme nur durchgeführt wird, wenn der Raildrucksensor als defekt erkannt wird. Wobei die Ermittlung des Schätzwertes auch unabhängig davon ob der Raildrucksensor als Defekt erkannt wurde, ermittelt werden kann.
Vorteilhaft wird ein Notfahrbetrieb eingeleitet, wenn keine Einspritzung erfolgt. Eine erfolgte Einspritzung zeigt an, dass der Druck nicht abgefallen ist, da das Druckbegrenzungsventil nicht geöffnet hat. Eine erfolgte Einspritzung kann mit geringem Aufwand und sicher erkannt werden. Eine besonders einfache Erkennung einer erfolgten Einspritzung ist anhand eines Drehzahlsignals möglich, da das Drehzahlsignal üblicherweise in dem verwendeten Steuergerät bereits vorliegt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen 1 ein Blockdiagramm der wesentlichen Elemente eines Kraftstoffzumesssystems und 2 ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der 1 sind die wesentlichen Elemente eines Kraftstoffzumesssystems als Blockdiagramm dargestellt. Mit 100 ist eine Steuereinheit bezeichnet. Diese steuert ein Stellelement 110 zur Steuerung des Kraftstoffdrucks P mit einem Ansteuerungssignal A an. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein sogenanntes Druckregelventil. Dieses verbindet einen Hochdruckbereich 120 mit einem Niederdruckbereich 130. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Stellelement 110 als steuerbare Hochdruckpumpe ausgebildet ist. In diesem Fall fördert die Hochdruckpumpe den Kraftstoff von dem Niederdruckbereich 130 in den Hochdruckbereich 120. Durch entsprechende Ansteuerung eines elektromagnetischen Ventils kann die geförderte Menge und damit der Druck im Hochdruckbereich gesteuert werden.
Ein Sensor 140 erfasst den aktuellen Wert des Drucks im Hochdruckbereich, der im Folgenden auch als Raildruck P bezeichnet wird. Ein entsprechendes Signal des Sensors 140 gelangt zu der Steuereinheit 100. Abhängig von verschiedenen weiteren nicht dargestellten Signalen berechnet die Steuereinheit Ansteuersignale zur Beaufschlagung der Injektoren 151, 152 und 153. Diese Injektoren messen der Brennkraftmaschine abhängig von dem jeweiligen Ansteuersignal zu einem bestimmten Zeitpunkt eine bestimmte Kraftstoffmenge zu. In der Figur sind lediglich drei Injektoren und drei Zylinder dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann bei jeder beliebigen Zylinderzahl eingesetzt werden.
Des weiteren ist ein Druckbegrenzungsventil 160 vorgesehen, das den Hochdruckbereich 120 mit dem Niederdruckbereich 130 verbindet. Im Normalfall ist dieses Ventil geschlossen und die Verbindung unterbrochen. Steigt der Druck im Hochdruckbereich 120 über einen bestimmten Wert an, so öffnet das Druckbegrenzungsventil 160, und der Druck im Hochdruckbereich fällt auf einen bestimmten Wert ab.
Durch das Absenken des Injektorstromniveaus, d. h. des Stromwertes, mit dem die Injektoren 151 bzw. 153 bestromt werden, kann die öffnende Magnetkraft und somit die Einspritzmenge reduziert werden. Dabei gibt es ein Stromniveau, bei dem sich die öffnende Kraft und die schließenden Kräfte die Waage halten. D. h. die hydraulische Kraft, die im wesentlichen durch den Raildruck bestimmt wird, und die Magnetkraft, die im wesentlichen durch den Strom bestimmt wird, sowie die Federkraft, die von einer im Injektor verbauten Feder aufgebracht wird, halten sich die Waage. Wird dieses Grenzstromniveau unterschritten, d. h. sinkt der Strom durch den Injektor auf einen kleineren Wert ab, so findet keine Einspritzung mehr statt. Die aus der Stromabsenkung resultierende Mengenänderung, insbesondere das Ausbleiben der Einspritzung, kann anhand des Drehzahlsignals erkannt werden.
Erfindungsgemäß ist nun folgende Vorgehensweise vorgesehen. Bei Erkennen eines Fehlers des Raildrucksensors 140 wird das Stellglied 110 derart angesteuert, dass der Raildruck ansteigt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Hochdruckpumpe derart angesteuert wird, dass sie die maximal mögliche Menge fördert. Dies führt zu einem Öffnen des Druckbegrenzungsventils 160. D. h. nach ei ner gewissen Wartezeit nach der Vollförderung der Hochdruckpumpe werden der oder die Injektoren mit einem verringerten Stromwert angesteuert. Findet eine Einspritzung statt, so wird ein Raildruck erkannt, der oberhalb des Wertes liegt, der üblicherweise bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil vorliegt. D. h. es wird erkannt, dass das Druckbegrenzungsventil nicht geöffnet hat. In diesem Fall ist kein Notfahrbetrieb möglich, und die Brennkraftmaschine wird abgeschaltet. Findet keine Einspritzung statt, d. h. die Drehzahl sinkt, bedeutet dies, dass das Druckbegrenzungsventil geöffnet hat, und die Brennkraftmaschine kann in einem Notfahrbetrieb weiterbetrieben werden.
Dies bedeutet findet eine Einspritzung statt, so wird als Schätzwert für den Raildruck ein Wert verwendet, der größer ist als der Wert, bei dem das Druckbegrenzungsventil öffnet. Findet keine Einspritzung statt, so wird als Schätzwert für den Raildruck ein Wert verwendet, der üblicherweise bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil vorliegt. Dieser Wert liegt vorzugsweise im Bereich von 600 bis 800 bar.
Diese Vorgehensweise ist im Folgenden in 2 detaillierter dargestellt. In einem ersten Schritt 200 wird ein defekter Raildrucksensor erkannt. Im Stand der Technik sind verschiedene Vorgehensweisen bekannt, wie ein solcher defekter Raildrucksensor erkannt werden kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass überprüft wird, ob das Raildrucksignal außerhalb bestimmter Wertebereiche liegt. Wird ein solcher Fehler erkannt, so wird gleichzeitig das Stellglied 110 derart angesteuert, dass der Druck ansteigt. Die Abfrage 210 überprüft, ob eine bestimmte Wartezeit abgelaufen ist. Ist dies nicht der Fall, erfolgt erneut die Abfrage 210. Ist die Wartezeit abgelaufen, so folgt Schritt 220. Diese Wartezeit ist derart bemessen, dass der Druck angestiegen und das Druckbegrenzungsventil geöffnet hat. Im Schritt 220 werden die Injektoren mit einem verminderten Strom beaufschlagt. Dieser Strom ist so gewählt, dass er den Betrieb mit geöffnetem Druckbegrenzungsventil geschlossen bleibt und bei einem erhöhten Raildruck öffnet. D. h. das Stromniveau ist so gewählt, dass bei einem abgesenkten Raildruck von unter 1000 bar das Ventil geschlossen bleibt und keine Einspritzung erfolgt, und dass bei einem üblichen Raildruck von über 1500 bar, der im Normalbetrieb vorliegt, eine Einspritzung erfolgt. Die anschließende Abfrage 230 überprüft, ob die Drehzahl der Brennkraftmaschine seit der Ansteuerung des In jektors mit verringertem Strom abgesunken ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 240 erkannt, dass der Raildruck abgefallen ist und dass das Druckbegrenzungsventil geöffnet hat. In diesem Fall wird in Schritt 240 ein Notfahrbetrieb eingeleitet. Ferner wird als Schätzwert für den Raildruck ein Wert verwendet, der üblicherweise bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil vorliegt. Dieser Wert liegt vorzugsweise im Bereich von 700 bar. Erkennt die Abfrage 230 dagegen, dass kein Drehzahlabfall erfolgt ist, d. h. weiterhin eine Einspritzung erfolgt, so wird daraus geschlossen, dass der Druck nicht abgefallen ist und das Druckbegrenzungsventil nicht geöffnet hat. In diesem Fall wird in Schritt 250 die Brennkraftmaschine abgeschaltet. Ferner wird als Schätzwert für den Raildruck ein Wert verwendet, der größer ist als der Wert, bei dem das Druckbegrenzungsventil öffnet.
Dies bedeutet, bei einem markanten Fehler des Raildrucksensors wird das Stellelement 110 derart angesteuert, dass der Raildruck ansteigt. Nach Ablauf einer Wartezeit werden die Injektoren mit einem abgesenkten Stromniveau angesteuert. Abhängig davon, ob eine Einspritzung erfolgt oder nicht, wird ein Notfahrbetrieb oder eine Abschaltung der Brennkraftmaschine eingeleitet. Insbesondere wird diese Maßnahme ergriffen, wenn ein Raildrucksensor defekt ist. Eine erfolgte oder nicht erfolgte Einspritzung wird anhand des Drehzahlsignals erkannt. Vorzugsweise wird ein Notfahrbetrieb eingeleitet, wenn bei einem verringerten Stromniveau der Injektoren keine Einspritzung erfolgt. Die Brennkraftmaschine wird abgeschaltet, wenn bei einem abgesenkten Stromniveau eine Einspritzung erfolgt.
In der 2 ist eine spezielle Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ausgehend von dem Stromwert, mit dem Magnetventilinjektor beaufschlagt wird auf den Wert des Raildrucks geschlossen werden kann. Dabei wird auf der Erkenntnis aufgebaut, dass die Magnetkraft gegen eine hydraulische Druckkraft arbeitet, die vom Raildruck abhängt. Dies bedeutet ausgehend von dem Stromwert, bei dem der Injektor die Einspritzung freigibt, wird auf den Raildruck geschlossen. Dadurch steht ein weiteres Raildrucksignal zur Verfügung. Dies kann zur Plausibilisierung des Signals des Raildrucksensors und/oder als Ersatzwert bei einem Defekt des Raildrucksensors verwendet werden. Es wird überprüft, ob eine Einspritzung erfolgt. Abhängig davon ob eine Einspritzung erfolgt und dem Stromwert, mit dem der Injektor angesteuert wird, ergibt sich der Wert für den Raildruck.
Bei einer ersten Ausführungsform wird der Stromwert, mit dem der Injektor beaufschlagt wird, ausgehend von einem Stromwert, bei dem keine Einspritzung, so lange verändert, insbesondere erhöht, bis eine Einspritzung erfolgt. Ausgehend von dem Stromwert, bei dem eine Einspritzung erfolgt wird dann der Raildruck bestimmt.
Bei einer zweiten Ausführungsform wird der Stromwert, mit dem der Injektor beaufschlagt wird, ausgehend von einem Stromwert, bei dem eine Einspritzung, so lange verändert, insbesondere verringert, bis keine Einspritzung erfolgt. Ausgehend von dem Stromwert, bei dem keine Einspritzung erfolgt wird dann der Raildruck bestimmt.
In 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindungsgemäßen Vorgehensweise dargestellt. In einem ersten Schritt 300 wird ein Betriebszustand erkannt, in dem eine Ermittlung des Raildrucks möglich und/oder nötig ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 300 der Stromwert, mit dem der Injektor angesteuert wird auf einen Startwert gesetzt. Dieser Startwert ist beispielsweise so gewählt dass keine Einspritzung erfolgt.
Im anschließenden Schritt 310 wird der der Startwert um einen kleinen Wert erhöht. Die anschließende Abfrage 320 überprüft, ob eine Einspritzung erfolgt ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut Schritt 310. Vorzugsweise erfolgt die Erkennung einer Einspritzung mittels des Drehzahlsignals.
Wird eine erfolgte Einspritzung erkannt wird in Schritt 330 der Raildruck ausgehend von dem aktuellen Stromwert, bei dem erstmalig nach der Erhöhung eine Einspritzung erfolgte, bestimmt. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass der Raildruck abhängig vom Stromwert aus einer Kennlinie oder einem Kennfeld ausgelesen wird. Ein Kennfeld wird verwendet, wenn noch weitere Größen in die Bestimmung des Raildrucks eingehen.
Üblicherweise ist jedem der Zylinder der Brennkraftmaschine ein Injektor zugeordnet. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann bei allen Injektoren, einer Teilmenge der Injektoren oder nur bei einem der Injektoren durchgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19626689 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Kraftstoffzumesssystems, wobei das Kraftstoffzumesssystem wenigstens einen Injektor (151, 152, 153) zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine umfasst, das der wenigstens eine Injektor mit einem Stromwert beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet dass wenigstens ausgehend von dem Stromwert ein Wert des Raildrucks bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Injektor mit einem bestimmten Stromwert beaufschlagt wird und überprüft wird, ob eine Einspritzung erfolgt und abhängig von der Überprüfung und dem Stromwert der Wert für den Raildruck bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwert ausgehend von einem Stromwert, bei dem keine Einspritzung erfolgt verändert wird und überprüft wird ob eine Einspritzung erfolgt, und dass ausgehend von dem Stromwert, bei dem eine Einspritzung erfolgt der Wert für den Raildruck bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwert al ausgehend von einem Stromwert, bei dem eine Einspritzung erfolgt verändert wird und überprüft wird ob eine Einspritzung erfolgt, und dass ausgehend von dem Stromwert, bei dem keine Einspritzung mehr erfolgt der Wert für den Raildruck bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellelement (110) zur Steuerung des Kraftstoffdrucks bei einem erkannten Defekt eines Raildrucksensors (140) derart angesteuert wird, dass der Raildruck (P) ansteigt, eine Ansteuerung des wenigstens einen Injektors (151, 152, 153) mit einem reduzierten Stromwert erfolgt, und dass überprüft wird, ob eine Ein spritzung erfolgt und abhängig von der Überprüfung ein Notfahrbetrieb eingeleitet und/oder ein Schätzwert für den Raildruck bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (110)) derart angesteuert wird, dass der Raildruck (P) ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Notfahrbetrieb eingeleitet wird, wenn keine Einspritzung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Drehzahlsignals eine Einspritzung erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der reduzierte Stromwert so gewählt ist, dass bei einem üblichen Raildruck eine Einspritzung erfolgt, bei einem abgesenkten Raildruck keine Einspritzung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der reduzierte Stromwert so gewählt ist, dass bei einem üblichen Raildruck eine Einspritzung erfolgt, und dass bei einem geöffneten Druckbegrenzungsventil keine Einspritzung erfolgt.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftstoffzumesssystems, wobei das Kraftstoffzumesssystem wenigstens einen Injektor (151, 152, 153) zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine umfasst, mit Mitteln, die den wenigstens einen Injektor mit einem Stromwert beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die ausgehend von wenigstens dem Stromwert ein Wert des Raildrucks bestimmen.