DE102014214452B3

DE102014214452B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion eines fehlerhaften Raildrucksensors

Info

Publication number: DE102014214452B3
Application number: DE102014214452.3A
Authority: DE
Inventors: Hans Riepl
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2034-07-24
Also published as: KR101884140B1; US10253713B2; CN106574568A; KR20170020487A; US20170218873A1; CN106574568B; WO2016012178A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion eines fehlerhaften Raildrucksensors. Der Raildrucksensor stellt ein den Raildruck charakterisierendes analoges Ausgangssignal sowie ein digitales Ausgangssignal zur Verfügung, welche einem Steuergerät zugeführt und im Steuergerät ausgewertet werden. Bei dem vom Raildrucksensor ausgegebenen digitalen Signal handelt es sich um ein im Raildrucksensor ermitteltes Raildruckdifferenzsignal, anhand dessen im Steuergerät detektiert wird, ob ein fehlerhafter Raildrucksensor vorliegt oder nicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion eines fehlerhaften Raildrucksensors.
Common-Rail-Einspritzsysteme sind zur Ermittlung des Einspritzdruckes und zur Regelung des Einspritzdruckes mit einem Raildrucksensor ausgestattet. Dieser Raildrucksensor ist ein wesentliches Bauteil eines Common-Rail-Einspritzsystems, welches unter anderem dazu beiträgt, maximal zulässige Werte für entstehende Emissionen und den Kraftstoffverbrauch einzuhalten.
Eine Fehlfunktion dieses Raildrucksensors würde zu einer signifikanten Emissions- und Fahrbarkeitsverschlechterung führen und zudem ein Sicherheitsrisiko darstellen. Bei einer Sensorfehlfunktion, bei welcher ein zu niedriger Druck gemessen wird, würde ein vorhandener Druckregelkreis den Einspritz- und damit den Raildruck auf ein kritisches Druckniveau erhöhen. Dadurch würden mechanische Bauteile des Common-Rail-Einspritzsystems überlastet, so dass es beispielsweise zu einer Kraftstoffleckage kommen kann.
Folglich besteht die Notwendigkeit, das Vorliegen eines Defekts des Raildrucksensors zu detektieren und ein zugehöriges Fehlersignal in einem Fehlerspeicher zu hinterlegen, um dem Servicepersonal die Fehlerquelle aufzuzeigen und geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.
Es ist bereits bekannt, zur Detektion eines Defekts eines Raildrucksensors im drucklosen Zustand des Common-Rail-Einspritzsystems einen Druckabgleich mit dem Umgebungsdruck durchzuführen. Diese Art der Detektion kann jedoch nur vor dem Start des jeweiligen Motors durchgeführt werden und liefert keine Aussage darüber, ob der vom Raildrucksensor bereitgestellte Druckmesswert im gesamten Messbereich, beispielsweise auch bei einem Systemdruck von 1500 bar, korrekt ist oder nicht. Auch liefert diese Art der Detektion keine Informationen über ein eventuelles Driften der vom Sensor bereitgestellten Messwerte und auch keine Informationen über eventuelle Kennliniensteigungsfehler.
Des Weiteren ist es bereits bekannt, zur Detektion eines Defekts eines Raildrucksensors eine redundante Ausführung der Raildruckmessung mittels zweier Raildrucksensoren vorzunehmen und die erhaltenen Messwerte im gesamten Sensormessbereich laufend miteinander zu vergleichen. Weichen die erhaltenen Messwerte voneinander ab, dann wird das Vorliegen eines Fehlers detektiert und es können notwendige Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Eine derartige redundante Ausführung der Raildruckmessung ist jedoch aus baulichen Gründen schwer zu realisieren und verursacht des Weiteren vergleichsweise hohe Kosten.
Eine Auswertung der von einem Raildrucksensor bereitgestellten Raildruckmesssignale erfolgt in der Regel in einem mit dem Raildrucksensor verbundenen Steuergerät, welchem die vom Raildrucksensor bereitgestellten Raildruckmesssignale zugeführt werden.
Eine Möglichkeit besteht darin, die vom Raildrucksensor bereitgestellten Raildruckmesssignale dem Steuergerät in digitaler Form zu übermitteln. Mittels einer derartigen digitalen Übertragung sind jedoch die hohen Datenraten, die vom Einspritzsystem zur Druckregelung benötigt werden, nicht erzielbar.
Eine alternative Möglichkeit besteht darin, die vom Raildrucksensor bereitgestellten Raildruckmesssignale dem Steuergerät in Form von analogen Signalen zu übermitteln. Diese analoge Übertragung bietet jedoch nicht die Möglichkeit einer Manipulationssperre zum Zwecke einer Erschwerung oder Verhinderung eines Tunings des Raildrucksensors zwecks Erzielung einer Leistungssteigerung des Motors.
Aus der DE 10 2008 043 413 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plausibilisierung des Ausgangssignals eines Raildrucksensors bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein den Raildruck charakterisierendes analoges Signal eines Raildrucksensors einem Steuergerät zugeführt und dort verarbeitet. Des Weiteren wird von dem Raildrucksensor ein zusätzliches, den Raildruck charakterisierendes digitales Signal ausgegeben und im Steuergerät zur Plausibilisierung des den Raildruck charakterisierenden analogen Signals mit dem analogen Signal verglichen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion eines fehlerhaften Raildrucksensors anzugeben, bei denen die Detektion zuverlässigere Ergebnisse liefert.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren werden zur Detektion eines fehlerhaften Raildrucksensors ein den Raildruck charakterisierendes analoges Signal des Raildrucksensors und ein digitales Ausgangssignal des Raildrucksensors einem Steuergerät zugeführt und im Steuergerät ausgewertet. Bei dem vom Raildrucksensor ausgegebenen digitalen Signal handelt es sich um ein im Raildrucksensor ermitteltes Raildruckdifferenzsignal. Dieses wird dem Steuergerät zugeführt und dort zur Detektion eines fehlerhaften Raildrucksensors verwendet.
Die im Anspruch 5 angegebene Vorrichtung zur Detektion eines fehlerhaften Raildrucksensors weist einen Raildrucksensor und ein mit dem Raildrucksensor verbundenes Steuergerät auf. Der Raildrucksensor enthält eine erste und eine zweite Raildruckmessvorrichtung und ist zur Ausgabe eines den Raildruck charakterisierenden analogen Signales und eines digitalen Signales ausgebildet. Das Steuergerät ist zum Empfang und zur Auswertung des vom Raildrucksensor ausgegebenen analogen Signales und des vom Raildrucksensor ausgegebenen digitalen Signales ausgebildet. Der Raildrucksensor weist des Weiteren einen Raildruckdifferenzbildner auf, der aus dem Ausgangssignal der ersten Raildruckmessvorrichtung und dem Ausgangssignal der zweiten Raildruckmessvorrichtung ein Raildruckdifferenzsignal bildet. Der Raildrucksensor gibt das Raildruckdifferenzsignal als digitales Signal aus. Das Steuergerät ist zur Auswertung des Raildruckdifferenzsignals ausgebildet.
Vorzugsweise erfolgt im Steuergerät ein Vergleich des übertragenen Raildruckdifferenzsignals mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Das Steuergerät detektiert das Vorliegen eines fehlerhaften Raildrucksensors dann, wenn das übertragene Raildruckdifferenzsignal den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
In vorteilhafter Weise weist der Raildrucksensor zwei Raildruckmessvorrichtungen auf, die jeweils einen Raildruckmesswert ausgeben. Das Raildruckdifferenzsignal wird aus diesen beiden Raildruckmesswerten berechnet, welche in vorteilhafter Weise von den Raildruckmessvorrichtungen zeitgleich ermittelt werden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigt
1 ein Blockschaltbild eines Common-Rail-Einspritzsystems und
2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Common-Rail-Einspritzsystems 1.
Zu diesem Common-Rail-Einspritzsystem 1 gehört ein Kraftstofftank 2, aus welchem im Betrieb des Systems Kraftstoff gepumpt und über ein Kraftstofffilter 3 an eine in der 1 gestrichelt umrandete Pumpeneinheit geliefert wird. Zwischen dem Kraftstofffilter 3 und der Pumpeneinheit ist ein Temperatursensor 4 positioniert, mittels dessen die Kraftstofftemperatur gemessen wird.
In der Pumpeneinheit wird der über das Kraftstofffilter 3 bereitgestellte Kraftstoff einem Niederdruckraum 5 zugeführt, welcher des Weiteren mit einer Kraftstoff-Rücklaufleitung 16 verbunden ist. Der vom Niederdruckraum 5 ausgegebene Kraftstoff wird über ein Pumpenfilter 6 und ein Einlassventil 7 einer Hochdruckpumpe 8 zugeführt und mittels dieser auf einen hohen Druck gebracht. Der von der Hochdruckpumpe 8 ausgegebene Kraftstoff hohen Druckes wird über ein Auslassventil 9 und eine Auslassdrossel 10 einem Rail 12 zugeführt. Alternativ zur Auslassdrossel 10 kann eine dem Rail 12 vorgeschaltete Einlassdrossel 11 verwendet werden. Das Rail 12 ist über ein Druckablassventil 14 mit der Kraftstoff-Rücklaufleitung 16 verbunden, über welche Kraftstoff in den Kraftstofftank 2 und/oder den Niederdruckraum 5 zurückgeführt werden kann.
Mit dem Rail 12 ist des Weiteren ein Raildrucksensor 13 gekoppelt, der zur Messung des im Rail 12 herrschenden Kraftstoffdruckes vorgesehen ist. Die Ausgangssignale des Raildrucksensors 13 werden einem Steuergerät 17 zugeführt, welches diese Signale auswertet und unter Berücksichtigung der ausgewerteten Ausgangssignale des Raildrucksensors 13 die Einspritzvorgänge des Common-Rail-Einspritzsystems steuert.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Rail 12 mit insgesamt vier Einspritzventilen 15 verbunden, deren Öffnungs- und Schließvorgänge vom Steuergerät 17 mittels geeigneter Steuersignale gesteuert werden, wobei diese Steuersignale im Steuergerät 17 unter Berücksichtigung der vom Raildrucksensor 13 gelieferten Ausgangssignale und weiterer, in der 1 nicht dargestellter Signale ermittelt werden.
Bei dem in der 1 dargestellten Common-Rail-Einspritzsystem ist es wichtig, dass ein fehlerhaft arbeitender Raildrucksensor schnell und zuverlässig detektiert werden kann, so dass geeignete Gegenmaßnahmen in die Wege geleitet werden können.
Die 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zu einer derartigen schnellen und zuverlässigen Detektion eines fehlerhaften Raildrucksensors. Diese Vorrichtung weist einen Raildrucksensor 13 und ein mit dem Raildrucksensor verbundenes Steuergerät 17 auf.
Der Raildrucksensor 13 enthält eine erste Raildruckmessvorrichtung und eine zweite Raildruckmessvorrichtung. Zur ersten Raildruckmessvorrichtung gehören eine Sensormembran 18, ein erster Messwertaufnehmer 18a und ein erster Asic 19. Zur zweiten Raildruckmessvorrichtung gehören die Sensormembran 18, ein zweiter Messwertaufnehmer 18b und ein zweiter Asic 20. Am Ausgang des Asics 19 wird ein erstes Raildruckmesssignal bereitgestellt, am Ausgang des Asics 20 ein zweites Raildruckmesssignal. Bei den Messwertaufnehmern kann es sich um Wheatstonesche Messbrücken mit Dehnungsmessstreifen (DMS) handeln.
Mittels des Raildruckdifferenzbildners 21 wird aus diesen beiden Raildruckmesssignalen ein Raildruckdifferenzsignal berechnet.
Dieses Raildruckdifferenzsignal steht am Ausgang des Raildruckdifferenzbildners 21 zur Verfügung, wird an einem Ausgang des Raildrucksensors 13 bereitgestellt und von dort aus als digitales Signal über eine Übertragungsstrecke zum Steuergerät 17 übertragen. Dort wird das Raildruckdifferenzsignal, bei dem es sich nicht um einen Druckwert, d. h. nicht um ein den Raildruck charakterisierendes digitales Signal, sondern um eine Fehlergröße handelt, von einer Signaleingangseinheit 27 empfangen und von deren Ausgang an eine Recheneinheit 26 weitergeleitet. Diese ist zur Auswertung des Raildruckdifferenzsignals ausgebildet. Im Rahmen dieser Auswertung des Raildruckdifferenzsignals vergleicht die Recheneinheit 26 das Raildruckdifferenzsignal mit einem vorgegebenen Schwellenwert und detektiert das Vorliegen eines fehlerhaften Raildrucksensors, wenn das Raildruckdifferenzsignal den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Das Ausgangssignal des Asics 19 wird des Weiteren auch einem Digital-Analog-Wandler 22 zugeführt und in diesem in ein analoges Signal umgesetzt. Dieses analoge Signal wird am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 22 und auch an einem weiteren Ausgang des Raildrucksensors 13 bereitgestellt. Von dort aus wird es über eine weitere Übertragungsstrecke an das Steuergerät 17 übertragen. Im Steuergerät 17 wird das übertragene analoge Signal, bei dem es sich um ein den Raildruck charakterisierendes analoges Signal handelt, über ein Störsignalfilter 23 einem Analog-Digital-Wandler 24 zugeführt und in diesem in ein digitales Signal umgesetzt. Das am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 24 bereitgestellte digitale Signal wird zur weiteren Auswertung einer Recheneinheit 25 zugeführt.
Bei den Recheneinheiten 24 und 25 kann es sich – wie es durch die diese beiden Recheneinheiten umschließende gestrichelte Linie angedeutet ist – um eine Rechenvorrichtung handeln, welche mehrere Recheneinheiten bzw. Rechenmodule aufweist.
Ein wesentlicher Vorteil der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise besteht darin, dass vom Raildrucksensor 13 zum Steuergerät 17 sowohl analoge Signale als auch digitale Signale übertragen werden. Diese Signale haben unterschiedliche Zeitkonstanten, wobei die analogen Signale eine kurze Zeitkonstante von beispielsweise 0,124 ms aufweisen und die digitalen Signale eine lange Zeitkonstante von beispielsweise 1 ms.
Die Übertragung der analogen Signale stellt sicher, dass im Steuergerät 17 zeitlich hoch auflösende Druckwerte sehr zeitnah vorliegen, die insbesondere bei Diesel-Anwendungen zur Regelung des Einspritzsystems benötigt werden.
Durch eine Auswertung der digital übertragenen Raildruckdifferenzsignale, die ebenfalls im Steuergerät 17 erfolgt, kann in vorteilhafter Weise das Vorliegen eines fehlerhaften Raildrucksensors detektiert werden. Da diese Raildruckdifferenzsignale bereits im Raildrucksensor ermittelt werden, kann es sich bei den Raildruckmesswerten, die zur Bildung des Raildruckdifferenzsignals verwendet werden, um Raildruckmesssignale handeln, die im Raildrucksensor zeitgleich zur Verfügung stehen bzw. um Raildruckmesswerte, die unter Verwendung der beiden Raildruckmessvorrichtungen zeitgleich ermittelt werden. Zwischen den zur Raildruckdifferenzbildung verwendeten Raildruckmesswerten liegt folglich keine Zeitverschiebung vor. Dadurch ist die Sicherheit bzw. Zuverlässigkeit der Detektion eines fehlerhaften Raildrucksensors im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem ein Signalvergleich erst im Steuergerät und somit, durch die unterschiedliche Signallaufzeit von analogem und digitalem Signal bedingt, also für zeitlich versetzt aufgenommene Druckwerte erfolgt, erhöht.
Insbesondere wird bei der vorliegenden Erfindung verhindert, dass bei der Auswertung zweier miteinander zu vergleichender Raildruckmesssignale aufgrund unterschiedlicher Übertragungszeiten von Analog- und Digitalsignalen ein Fehler detektiert wird, obwohl dieser gar nicht vorliegt. Insbesondere würden bei einem Vergleich der miteinander zu vergleichenden Signale im Steuergerät je nach Dynamik der Signaländerung zeitlich nicht synchrone Druckmesswerte miteinander verglichen, was zu unerwünschten Fehlern bei der Detektion führen kann. Zudem müssten dann, wenn der genannte Vergleich im Steuergerät erfolgt, die unterschiedlichen Signalstrecken der beiden miteinander zu vergleichenden Signale berücksichtigt werden, was wiederum prinzipiell zu einer Messwertverschiebung führt. Beispielsweise treten bei der analogen Übertragung elektromagnetische Störungen, durch Leitungswiderstände verursachte Fehler, durch die notwendige A/D-Wandlung bedingte Fehler und durch eine Signalfilterung verursachte Fehler auf, die eine Messwertverfälschung verursachen können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass es die verwendete digitale Signalübertragung ermöglicht, auf dem digitalen Übertragungsweg zusätzlich weitere Signale vom Raildrucksensor 13 zum Steuergerät 17 zu übertragen. Dadurch kann beispielsweise die Möglichkeit einer Manipulationssperre angeboten werden, mittels welcher ein Tuning des Raildrucksensors zum Zwecke einer unzulässigen Leistungssteigerung des Motors verhindert oder zumindest erkannt werden kann.

Claims

Verfahren zur Detektion eines fehlerhaften Raildrucksensors, bei welchem ein den Raildruck charakterisierendes analoges Ausgangssignal des Raildrucksensors und ein digitales Ausgangssignal des Raildrucksensors einem Steuergerät zugeführt und im Steuergerät ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass vom Raildrucksensor (13) als digitales Ausgangssignal ein Raildruckdifferenzsignal ausgegeben und dem Steuergerät (17) zugeführt wird und dass im Steuergerät (17) das Raildruckdifferenzsignal zur Detektion des fehlerhaften Raildrucksensors verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuergerät (17) ein Vergleich des übertragenen Raildruckdifferenzsignals mit einem vorgegebenen Schwellenwert vorgenommen wird und dass das Steuergerät das Vorliegen eines fehlerhaften Raildrucksensors detektiert, wenn das übertragene Raildruckdifferenzsignal den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Raildrucksensor (13) eine Differenzbildung der Ausgangssignale zweier jeweils von einer Raildruckmessvorrichtung (18, 18a, 19; 18, 18b, 20) ausgegebener Raildruckmesswerte erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Raildrucksensor (13) eine Differenzbildung der Ausgangssignale zweier zeitgleich ermittelter Raildruckmesswerte erfolgt.
Vorrichtung zur Detektion eines fehlerhaften Raildrucksensors, welche einen Raildrucksensor (13) und ein mit dem Raildrucksensor verbundenes Steuergerät (17) aufweist, wobei – der Raildrucksensor (13) eine erste und eine zweite Raildruckmessvorrichtung aufweist und zur Ausgabe eines den Raildruck charakterisierenden analogen Signales und eines digitalen Signales ausgebildet ist und – das Steuergerät (17) zum Empfang und zur Auswertung des vom Raildrucksensor (13) ausgegebenen analogen Signales und des vom Raildrucksensor (13) ausgegebenen digitalen Signales ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Raildrucksensor (13) des Weiteren einen Raildruckdifferenzbildner (21) aufweist, der aus dem Ausgangssignal der ersten Raildruckmessvorrichtung (18, 18a, 19) und dem Ausgangssignal der zweiten Raildruckmessvorrichtung (18, 18b, 20) ein Raildruckdifferenzsignal bildet, – der Raildrucksensor (13) das Raildruckdifferenzsignal als digitales Signal an das Steuergerät ausgibt und – das Steuergerät (17) zur Auswertung des Raildruckdifferenzsignals ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Raildruckmessvorrichtung jeweils einen Messwertaufnehmer (18a, 18b) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Raildruckmessvorrichtung jeweils einen Asic (19, 20) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Raildrucksensor (13) einen Digital-Analog-Wandler (22) aufweist, der mit dem Ausgang der ersten Raildruckmessvorrichtung (18, 18a, 19) verbunden ist und das vom Raildrucksensor ausgegebene analoge Signal bereitstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (17) zur Auswertung des empfangenen analogen Signals ein Filter (23), einen mit dem Ausgang des Filters verbundenen Analog-Digital-Wandler (24) und eine Recheneinheit (25) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (17) eine zur Auswertung des Raildruckdifferenzsignals ausgebildete Recheneinheit (26) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (26) dazu ausgebildet ist, das Raildruckdifferenzsignal mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen und das Vorliegen eines fehlerhaften Raildrucksensors zu detektieren, wenn das Raildruckdifferenzsignal den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.