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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von einem Raildrucksensor bereitgestellter Raildrucksignale an ein Steuergerät.
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Common-Rail-Dieseleinspritzsysteme sind mit einem Raildrucksensor ausgestattet, dessen Ausgangssignale einem Steuergerät zugeführt werden. Diese den Raildruck beschreibenden Ausgangssignale des Raildrucksensors werden vom Steuergerät sowohl zur Ermittlung und Regelung des Einspritzdruckes als auch zu einer Korrektur von einspritzmengenrelevanten Injektorparametern verwendet.
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Die vom Raildrucksensor bereitgestellten Raildrucksignale können grundsätzlich entweder mittels einer analogen Signalübertragung oder mittels einer digitalen Signalübertragung an das Steuergerät übermittelt werden.
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Aus der
DE 101 29 945 A1 sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden aus dem ermittelten Datensignal der Gleichanteil und Differenzanteil extrahiert. Die so extrahierten Werte werden über die vorhandene Übertragungsstrecke zeitlich unterschiedlich übertragen. Je nach Bandbreite des Teilsignals können verschiedene Methoden angewandt werden, um Signale mit niedrigerer Bandbreite mit einer eventuell höheren Auflösung zu übertragen.
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Im Falle einer digitalen Signalübertragung besteht eine Möglichkeit darin, die Signale unter Berücksichtigung des SENT-Protokolles SAE J2716 an das Steuergerät zu übertragen. Bei diesem SENT-Protokoll handelt es sich um ein serielles Transportprotokoll, das sich durch seine Einfachheit auszeichnet und mit einer ungeschirmten Dreidraht-Verbindung arbeitet, wobei ein Draht die Versorgungsspannung, ein Draht Massepotential und ein Draht Daten überträgt. Das SENT-Protokoll SAE J2716 sieht eine maximale Übertragungsfrequenz von 1 kHz bzw. 2 kHz in der Revision 4 vor. Diese Übertragungsfrequenz ist jedoch für eine exakte Kraftstoffzumessung durch ein Motoreinspritzsystem nur bedingt geeignet, da insbesondere Common-Rail-Diesel-Einspritzsysteme höhere Signalübertragungsraten für die geforderte Genauigkeit bei der Raildruckregelung und bei der Kraftstoffeinspritzung benötigen.
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Weitere Information zum SENT-Protokoll sind der Firmenschrift der Melexis NV: MLX90809 Application Note – Advanced Configuration Settings, Seite 1 bis 14, Rev 002, Jan/13, Ieper, Belgium, 2013, entnehmbar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von einem Raildrucksensor bereitgestellter Raildrucksignale an ein Steuergerät anzugeben, das die geforderte Genauigkeit bei der Raildruckregelung und bei der Kraftstoffeinspritzung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß dem Anspruch 1 betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Übertragung von einem Raildrucksensor bereitgestellter Raildrucksignale an ein Steuergerät. Bei diesem Verfahren werden vom Raildrucksensor zeitlich aufeinanderfolgend Raildrucksignale erfasst und aus den erfassten Raildrucksignalen abgeleitete Signale aufeinanderfolgenden Rahmen zugeordnet. Diese Rahmen werden mit einer von einem Übertragungssystem vorgegebenen Übertragungsfrequenz in digitaler Form zum Steuergerät übertragen und im Steuergerät ausgewertet. Die Zuordnung der aus den erfassten Raildrucksignalen abgeleiteten Signale zu aufeinanderfolgenden Rahmen erfolgt derart, dass aus mehreren der zeitlich aufeinanderfolgend erfassten Raildrucksignalen abgeleitete Signale jeweils einem einzigen Rahmen zugeordnet werden, wobei die Zuordnung der aus den erfassten Raildrucksignalen abgeleiteten Signale zu aufeinanderfolgenden Rahmen derart erfolgt, dass mehrere der abgeleiteten Signale jeweils einem einzigen Rahmen zugeordnet werden, wobei die jeweils einem einzigen Rahmen zugeordneten Signale zwei zeitlich aufeinanderfolgend erfasste Absolutdruckwerte (p1, p2) sind oder ein Absolutdruckwert (p1) und zwei Relativdruckwerte (Δp2, Δp3) sind, die jeweils durch eine Differenzbildung von Absolutdruckwerten ermittelt werden. Durch eine derartige Zuordnung wird eine trotz Beibehaltung der vom Übertragungssystem vorgegebenen begrenzten Übertragungsfrequenz die zeitliche Auflösung der übertragenen, den Raildruck charakterisierenden Signale und damit die Signalübertragungsrate erhöht. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Zeichnungen. Es zeigt
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1 eine Blockdarstellung eines Common-Rail-Einspritzsystems,
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1a eine Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Übertragung von Raildrucksignalen vom Raildrucksensors zu einem Steuergerät,
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2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren gemäß der Erfindung,
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3 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren gemäß der Erfindung und
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4 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren gemäß der Erfindung.
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Die 1 zeigt eine Blockdarstellung eines Common-Rail-Einspritzsystems.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die 1a zeigt eine detailliertere Blockdarstellung einer Vorrichtung zur Übertragung von Raildrucksignalen vom Raildrucksensor 13 zum Steuergerät 17. Der Raildrucksensor enthält eine erste Raildruckmessvorrichtung und eine zweite Raildruckmessvorrichtung. Die zweite Raildruckmessvorrichtung wird – wie noch unten erläuter wird – zur Bereitstellung von Plausibilisierungssignalen benötigt. Zur ersten Raildruckmessvorrichtung gehören eine Sensormembran 18 und ein erster Messwertaufnehmer 18a. Zur zweiten Raildruckmessvorrichtung gehören die Sensormembran 18 und ein zweiter Messwertaufnehmer 18b. An die Ausgänge der Messwertaufnehmer 18a und 18b ist eine Recheneinheit 19 angeschlossen, deren Ausgang über ein Interface 20 mit einer Übertragungsstrecke 21 verbunden ist. Die Recheneinheit 19 weist einen Zwischenspeicher 19a auf. Das Steuergerät 17 weist ein Interface 22 auf, welches mit einer Recheneinheit 23 verbunden ist. Die Recheneinheit 23 weist einen Zwischenspeicher 23a auf.
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Die in der 1a gezeigte Vorrichtung ist zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet, wie nachfolgend erläutert wird.
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Vorzugsweise werden die Ausgangssignale des Raildrucksensors 13 dem Steuergerät 17 unter Verwendung eines Übertragungssystems zugeführt, welches die Vorgaben des SENT-Protokolles, bei dem es sich um ein serielles Transportprotokoll handelt, erfüllt. Im Vergleich zum SENT-Protokoll erfolgt die Übertragung der Ausgangssignale des Raildrucksensors mit unveränderter, vom SENT-Protokoll vorgegebener Übertragungsfrequenz, jedoch mit erhöhtem Informationsgehalt bzw. erhöhter Signalübertragungsrate. Dabei sind die übertragenen Ausgangssignale des Raildrucksensors bezüglich ihres Informationsgehaltes derart gestaltet, dass eine höhere zeitliche Auflösung des übertragenen Druckmesssignals gegeben ist, obwohl – wie bereits ausgeführt – die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Übertragungsfrequenz der vom SENT-Protokoll vorgegebenen begrenzten Übertragungsfrequenz von 1 kHz bzw. 2 kHz entspricht. Die mit der erfindungsgemäßen Übertragung verbundene Echtzeitverzögerung ist bei Einhaltung von nicht zu stark variierenden Signalabständen, d. h. bei nicht unregelmäßigen Signalverzugszeiten, akzeptabel.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden zusätzlich zu den vorgenannten Ausgangssignalen des Raildrucksensors 13 zusätzliche Informationen übertragen, mittels welcher eine Plausibilisierung der gemessenen und übertragenen Drucksignale vorgenommen wird. Bei diesen Plausibilisierungssignalen handelt es sich um zwei den Systemdruck charakterisierende Größen, welche beide zeitgleich oder nahezu zeitgleich von unterschiedlichen Messwertaufnehmern im Raildrucksensor 13 erfasst, jedoch zeitlich aufeinanderfolgend, d. h. zeitversetzt, in Form von Digitalsignalen vom Raildrucksensor 13 an das Steuergerät 17 übermittelt werden.
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Demnach werden sowohl die oben genannten Ausgangssignale des Raildrucksensors als auch die vom Raildrucksensor ausgegebenen Plausibilisierungssignale als Digitalsignale übertragen.
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Als Plausibilisierungssignale können alternativ zu den beiden vorgenannten, zeitgleich von unterschiedlichen Messwertaufnehmern im Raildrucksensor generierten, den Systemdruck charakterisierenden Größen auch im Raildrucksensor aus den Ausgangssignalen der beiden Messwertaufnehmer ermittelte Raildruckdifferenzsignale zum Steuergerät übertragen werden, um auf diese Weise eine Plausibilisierung zu ermöglichen.
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Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welchem vom Raildrucksensor zum Steuergerät ausschließlich digitale Signale übertragen werden, kann sowohl bei Benzinmotoren als auch bei Dieselmotoren zum Einsatz kommen. Insbesondere besteht die Möglichkeit, trotz der Verwendung beispielsweise standardgemäßer SENT-Signale die bei Dieselmotoren geforderte sehr hohe Übertragungsrate der Druckmesssignale zur Verfügung zu stellen und darüber hinaus auch Plausibilisierungssignale zu übertragen und im Steuergerät auszuwerten.
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Die 2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren gemäß der Erfindung, bei welchem von einem Raildrucksensor bereitgestellte Raildrucksignale an ein Steuergerät übertragen werden. Diese Übertragung erfolgt in digitaler Form unter Berücksichtigung des SENT-Protokolles, wobei in einem SENT-Frame zwei zeitlich aufeinanderfolgend erfasste Raildrucksignale übertragen werden, bei denen es sich um Absolutdruckwerte handelt. Diese beiden zeitlich aufeinanderfolgend erfassten Raildrucksignale umfassen vorzugsweise jeweils 12 Bit. Durch eine derartige Übertragung von zwei zeitlich aufeinanderfolgend erfassten Raildrucksignalen in einem einzigen Frame wird eine Verdoppelung der durch das SENT-Protokoll auf 1 kHz bzw. 2 kHz begrenzten Übertragungsfrequenz erreicht.
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Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise wird anhand der Zeilen a bis g der 2 veranschaulicht, wobei die Zeile a den Referenztakt zeigt, der 10 kHz beträgt. In der Zeile b der 2 ist der interne Takt des Raildrucksensors 13 dargestellt, der 12 kHz beträgt. Die Zeile c der 2 zeigt diejenigen Zeitpunkte, an denen zeitlich aufeinanderfolgend vom Raildrucksensor 13 gemessene Raildrucksignale p1, p2, p3, ..., p11 bereitgestellt werden, die in den Zwischenspeicher 19a des Raildrucksensors 13 eingeschrieben werden. Die Zeile d der 2 veranschaulicht die Zeitpunkte, zu denen vom Zwischenspeicher des Raildrucksensors 13 jeweils zwei zeitlich aufeinanderfolgend erfasste und zu einem SENT-Frame zusammengefasste Raildrucksignale, beispielsweise p1 und p2, ausgegeben werden.
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Die Zeile e der 2 zeigt die zeitlich aufeinanderfolgend übertragenen SENT-Frames, wobei das erste übertragene SENT-Frame die 12 Bits des Raildrucksignals p1 und die 12 Bits des Raildrucksignals p2 enthält, das zweite SENT-Frame die 12 Bits des Raildrucksignals p3 und die 12 Bits des Raildrucksignals p4, das dritte übertragene SENT-Frame die 12 Bits des Raildrucksignals p5 und die 12 Bits des Raildrucksignals p6, das vierte übertragene SENT-Frame die 12 Bits des Raildrucksignals p7 und die 12 Bits des Raildrucksignals p8, usw.
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Die Zeile f der 2 veranschaulicht die Zeitpunkte, zu denen der Zwischenspeicher 23a des Steuergerätes 17 die übertragenen SENT-Frames empfängt. In der Zeile g der 2 sind schließlich diejenigen Zeitpunkte dargestellt, zu welchen vom Steuergerät 17 die in diesem aus den empfangenen SENT-Frames regenerierten Raildrucksignale p1, p2, p3 usw., bereitgestellt und einer weiteren Auswertung zugeführt werden.
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Unterhalb der Zeile g sind der Zeitabstand Δt1 zwischen zwischen zwei aufeinanderfolgend erfassten Raildrucksignalen, die zur Bildung eines SENT-Frames aus zwei zeitlich aufeinanderfolgend erfassten Raildrucksignalen benötigte Zeitdauer Δt2, die Zeitdauer Δt3 eines übertragenen SENT-Frames, die vom Steuergerät 17 zur Regenerierung der Raildrucksignale aus den empfangenen SENT-Frames benötigte Zeitdauer Δt4 und die Verzögerungszeit Δt5 zwischen der Erfassung eines Raildrucksignals im Raildrucksensor 13 und erfolgter Regenerierung dieses Raildrucksignals im Steuergerät 17 dargestellt. Es gilt: Δt5 = Δt1 + Δt2 + Δt3 + Δt4.
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Der wesentliche Vorteil der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise besteht darin, dass trotz der Verwendung der durch das SENT-Protokoll vorgegebenen begrenzten Übertragungsfrequenz die zeitliche Auflösung der vom Raildrucksensor bereitgestellten Raildrucksignale verdoppelt werden kann. Dies führt dazu, dass auch hochdynamische Abläufe im Druckverlauf eines Common-Rail-Dieseleinspritzsystems, wie beispielsweise ein Druckabfall während eines Einspritzvorganges oder im Rail auftretende Druckschwingungen, dargestellt werden können, was bei einer herkömmlichen Anwendung des SENT-Protokolles bei der Übertragung von von einem Raildrucksensor gemessenen und zu einem Steuergerät übertragenen Raildrucksignalen nicht möglich ist. Die genannte hohe zeitliche Auflösung der Druckmesssignale wird beispielsweise benötigt, um Einspritzmengenkorrekturfunktionen oder andere Einspritzkontrollfunktionen durchführen zu können, die für eine exakte Einspritzmengen- und Einspritzdruckregelung im Hochdrucksystem notwendig sind.
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Die 3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren gemäß der Erfindung, bei welchem von einem Raildrucksensor 13 bereitgestellte Raildrucksignale an ein Steuergerät 17 übertragen werden. Diese Übertragung erfolgt ebenfalls in digitaler Form unter Berücksichtigung des SENT-Protokolles, wobei in einem SENT-Frame ein Raildrucksignal in Form eines Absolutdruckwertes mit 12 Bits und zwei Relativdruckwerte mit je 6 Bits an das Steuergerät übermittelt werden. Folglich basiert die Methodik dieses zweiten Ausführungsbeispiels auf einer Übertragung von absoluten und in entsprechender Kombination relativen Raildruckinformationen, die sich auf den jeweils vorhergehenden Absolutwert beziehen.
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Es werden im Raildrucksensor zeitlich aufeinanderfolgend drei Absolutdruckwerte erfasst, wobei aus dem jeweils zweiten und dritten Absolutdruckwert bezogen auf den ersten Absolutdruckwert jeweils ein Relativdruckwert ermittelt wird.
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Der Wertebereich dieses Relativdruckwertes wird beispielsweise auf +/–10 bar festgelegt und mit einer Bitrate von 6 Bits dargestellt. Dieser Wertebereich hat sich als ausreichend gezeigt, da sich der Druckwert in Common-Rail-Drucksystemen während einer Übertragungsdauer von 1 ms nicht schneller ändert als mit 2 bar/ms und eine digitale Signalauflösung für den genannten Druckbereich bei etwa 0,34 bar liegt.
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Die genannten, aus drei zeitlich aufeinanderfolgend ermittelten Raildrucksignalen abgeleiteten Druckinformationen werden in einem standardkonformen SENT-Frame mit 1 × 12 Bits für den Absolutdruckwert und je 6 Bits für die beiden Relativdruckwerte an das Steuergerät übermittelt und dort wieder in zeitlich aufeinanderfolgende Absolutwerte umgerechnet. Eine Verschlechterung der Druckauflösung findet dabei nicht statt, da das Verhältnis zwischen dem Relativwertebereich und der im SENT-Protokoll möglichen Bitrate derart gewählt werden kann, dass die benötigte absolute Auflösung erhalten bleibt.
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Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise wird anhand der Zeilen a bis g der 3 veranschaulicht, wobei die Zeile a den Referenztakt zeigt, der 10 kHz beträgt. In der Zeile b der 3 ist der interne Takt des Raildrucksensors 13 dargestellt, der 12 kHz beträgt. Die Zeile c der 3 zeigt diejenigen Zeitpunkte, an denen zeitlich aufeinanderfolgend vom Raildrucksensor 13 gemessene Raildrucksignale p1, p2, p3, ..., p8 bereitgestellt werden. Aus den ersten drei bereitgestellten Raildrucksignalen p1, p2 und p3 wird das Raildrucksignal p1 als 12-Bit-Originaldruckwert und die Raildruckdifferenzsignale Δp2 = p2 – p1 und Δp3 = p3 – p1 jeweils als 6-Bit-Raildruckdifferenzsignale im Zwischenspeicher 19a des Raildrucksensors 13 abgelegt. Des Weiteren werden aus den Raildrucksignalen p4, p5 und p6 das Raildrucksignal p4 als 12-Bit-Originaldruckwert und die Raildruckdifferenzsignale Δp5 = p5 – p4 und Δp6 = p6 – p4 jeweils als 6-Bit-Raildruckdifferenzsignal im Zwischenspeicher 19a des Raildrucksensors 13 abgelegt. Ferner werden aus den Raildrucksignalen p7, p8 und p9 das Raildrucksignal p7 als 12-Bit-Originaldruckwert und die Raildruckdifferenzsignale Δp8 = p8 – p7 und Δp9 = p9 – p7 jeweils als 6-Bit-Raildruckdifferenzsignal im Zwischenspeicher 19a des Raildrucksensors 13 abgelegt.
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Die Zeile d der 3 veranschaulicht die Zeitpunkte, zu denen vom Zwischenspeicher 19a des Raildrucksensors 13 jeweils ein 12-Bit-Originaldruckwert und zwei 6-Bit-Raildruckdifferenzsignale, die zu einem SENT-Frame zusammengefasst sind, ausgegeben werden. Beispielsweise enthält das Frame 1 den 12-Bit-Originaldruckwert p1 und die beiden 6-Bit-Raildruckdifferenzsignale Δp2 und Δp3, das Frame 2 den 12-Bit-Originaldruckwert p4 und die beiden 6-Bit-Raildruckdifferenzsignale Δp5 und Δp6, das Frame 3 den 12-Bit-Originaldruckwert p7 und die beiden 6-Bit-Raildruckdifferenzsignale Δp8 und Δp9, usw.
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Die Zeile e der 3 zeigt die beiden zeitlich aufeinanderfolgend übertragenen SENT-Frames 1 und 2, wobei das erste übertragende SENT-Frame die 12 Bits des Originaldruckwertes p1 und die beiden Raildruckdifferenzsignale Δp2 und Δp3 und das zweite übertragene SENT-Frame die 12 Bits des Originaldruckwertes p4 und die beiden Raildruckdifferenzsignale Δp5 und Δp6 enthält.
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Die Zeile f der 3 veranschaulicht die Zeitpunkte, zu denen der Zwischenspeicher 23a des Steuergerätes 17 die übertragenen SENT-Frames empfängt. In der Zeile g der 3 sind schließlich diejenigen Zeitpunkte dargestellt, zu welchen vom Steuergerät 17 die in diesem aus den empfangenen SENT-Frames regenerierten Raildrucksignale p1, p2, p3, ..., bereitgestellt und einer weiteren Auswertung zugeführt werden.
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Unterhalb der Zeile g sind der Zeitabstand Δt1 zwischen dem ersten und dem dritten erfassten Raildrucksignal, die zur Bildung eines SENT-Frames benötigte Zeitdauer Δt2, die Zeitdauer Δt3 eines übertragenen SENT-Frames, die vom Steuergerät 17 zur Regenerierung der Raildrucksignale aus den empfangenen SENT-Frames benötigte Zeitdauer Δt4 und die Verzögerungszeit Δt5 zwischen der Erfassung eines Raildrucksignals im Raildrucksensor 13 und erfolgter Regenerierung dieses Raildrucksignals im Steuergerät 17 dargestellt. Es gilt: Δt5 = Δt1 + Δt2 + Δt3 + Δt4.
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Der wesentliche Vorteil der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise besteht darin, dass trotz der Verwendung der durch das SENT-Protokoll vorgegebenen begrenzten Übertragungsfrequenz die zeitliche Auflösung der vom Raildrucksensor bereitgestellten Raildrucksignale verdreifacht werden kann.
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Die 4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren gemäß der Erfindung, bei welchem von einem Raildrucksensor 13 bereitgestellte Raildrucksignale an ein Steuergerät 17 übertragen werden. Diese Übertragung erfolgt ebenfalls in digitaler Form unter Berücksichtigung des SENT-Protokolles. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel sind zwischen dem Drucksensor 13 und dem Steuergerät 17 zwei SENT-Datenleitungen vorgesehen. Dies ermöglicht eine Vervierfachung der typischen SENT-Übertragungsfrequenz von 1 kHz auf 4 kHz bei einer Übertragung von zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Absolutdruckwerten, wie sie anhand der 2 erläutert wurde, bzw. eine Versechsfachung von 1 kHz auf 6 kHz bei Anwendung der in der 3 erläuterten Absolutwert-/Relativwert-Methode. Diese Vorteile werden erreicht durch eine Kombination der beiden in der 2 und der 3 beschriebenen Verfahren in Verbindung mit einer abwechselnden, zeitlich versetzten und synchronisierten Übertragung der ermittelten Druckwerte über zwei parallele SENT-Datenleitungen.
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Die vorstehend genannte Verdoppelung der Übertragungsfrequenz durch die Verwendung von zwei zeitlich gestaffelten und synchronisierten SENT-Interfaces lässt sich auch im Falle einer Verwendung von mehr als zwei Interfaces anwenden und führt zu einer entsprechenden Vervielfachung der zeitlichen Auflösung der übertragenen Raildrucksignale.
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Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise wird anhand der Zeilen a bis g der 4 veranschaulicht, wobei die Zeile a den Referenztakt zeigt, der 10 kHz beträgt. In der Zeile b der 4 ist der interne Takt des Raildrucksensors 13 dargestellt, der 12 kHz beträgt.
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Die Zeile c der 4 zeigt diejenigen Zeitpunkte, an denen zeitlich aufeinanderfolgend vom Raildrucksensor 13 gemessene Raildrucksignale p1, p2, p3, ..., p16 bereitgestellt werden. Aus den ersten drei bereitgestellten Raildrucksignalen p1, p2 und p3 wird das Raildrucksignal p1 als 12-bit-Originaldruckwert und die beiden Raildruckdifferenzsignale Δp2 = p2 – p1 und Δp3 = p3 – p1 jeweils als 6-Bit-Raildruckdifferenzsignal in dem Zwischenspeicher des Raildrucksensors 13 abgelegt. Des Weiteren werden aus den Raildrucksignalen p4, p5 und p6 des Raildrucksensors 13 das Raildrucksignal p4 als 12-Bit-Originaldruckwert und die Raildruckdifferenzsignale Δp5 = p5 – p4 und Δp6 = p6 – p4 jeweils als 6-Bit-Raildruckdifferenzsignal im Zwischenspeicher des Raildrucksensors 13 abgelegt. Ferner werden aus den Raildrucksignalen p7, p8 und p9 das Raildrucksignal p7 als 12-Bit-Originaldruckwert und die beiden Raildruckdifferenzsignale Δp8 = p8 – p7 und Δp9 = p9 – p7 jeweils als 6-Bit-Raildruckdifferenzsignal im Zwischenspeicher des Raildrucksensors 13 abgelegt.
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Weiterhin werden aus den Raildrucksignalen p10, p11 und p12 des Raildrucksensors 13 das Raildrucksignal p10 als 12-Bit-Originaldruckwert und die beide Raildruckdifferenzsignale Δp11 = p11 – p10 und Δp12 = p12 – p10 jeweils als 6-Bit-Raildruckdifferenzsignal im Zwischenspeicher des Raildrucksensors 13 abgelegt. Aus den Raildrucksignalen p13, p14 und p15 des Raildrucksensors 13 werden das Raildrucksignal p13 als 12-Bit-Originaldruckwert und die beiden Raildruckdifferenzsignale Δp14 = p14 – p13 und Δp15 = p15 – p13 jeweils als 6-Bit-Raildruckdifferenzsignal im Zwischenspeicher des Raildrucksensors 13 abgelegt.
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Die Zeile d der 1 veranschaulicht die Zeitpunkte, zu denen vom Zwischenspeicher des Raildrucksensors 13 jeweils ein 12-Bit-Originaldruckwert und zwei 6-Bit-Raildruckdifferenzsignale, die zu einem SENT-Frame zusammengefasst sind, ausgegeben werden. Dabei werden zeitlich aufeinanderfolgende SENT-Frames abwechselnd auf die beiden SENT-Datenleitungen aufgeteilt.
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Beispielsweise enthält das SENT-Frame 1 den 12-Bit-Originaldruckwert p1 und die beiden 6-Bit-Raildruckdifferenzsignale Δp2 und Δp3, das SENT-Frame 2 den 12-Bit-Originaldruckwert p4 und die beiden 6-Bit-Raildruckdifferenzsignale Δp5 und Δp6, das SENT-Frame 3 den 12-Bit-Originaldruckwert p7 und die beiden 6-Bit-Raildruckdifferenzsignale Δp8 und Δp9, usw. Die SENT-Frames 1 und 3 werden zeitlich aufeinanderfolgend der ersten SENT-Datenleitung zugeteilt. Die SENT-Frames 2 und 4 werden zeitlich aufeinanderfolgend der zweiten SENT-Datenleitung zugeteilt.
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Die Zeile e der 4 veranschaulicht die Zuordnung der aufeinanderfolgenden SENT-Frames 1, 2 und 3 auf die beiden SENT-Datenleitungen und die Zeitpunkte, zu denen vom Zwischenspeicher des Raildrucksensors 13 jeweils eines der SENT-Frames ausgegeben wird.
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Die Zeile f der 4 veranschaulicht die Zeitpunkte, zu denen der Zwischenspeicher 23a des Steuergerätes 17 die übertragenen SENT-Frames empfängt. In der Zeile g der 4 sind schließlich diejenigen Zeitpunkte dargestellt, zu welchen vom Steuergerät 17 die in diesem aus den empfangenen SENT-Frames regenerierten Raildrucksignale p1, p2, p3, ... bereitgestellt und einer weiteren Auswertung zugeführt werden.
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Unterhalb der Zeile g sind der Zeitabstand Δt1 zwischen dem ersten und dem dritten erfassten Raildrucksignal, die zur Bildung eines SENT-Frames benötigte Zeitdauer Δt2, die Zeitdauer Δt3 eines übertragenen SENT-Frames, die vom Steuergerät 17 zur Regenerierung der Raildrucksignale aus den empfangenen SENT-Frames benötigte Zeitdauer Δt4 und die Verzögerungszeit Δt5 zwischen der Erfassung eines Raildrucksignals und erfolgter Regenerierung dieses Raildrucksignals im Steuergerät 17 dargestellt. Es gilt auch hier: Δt5 = Δt1 + Δt2 + Δt3 + Δt4.
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Die vorstehend anhand der 2, 3 und 4 beschriebenen Verfahren zur Übertragung von einem Raildrucksensor bereitgestellter Raildrucksignale an ein Steuergerät bietet nach alledem die Möglichkeit, den Druckverlauf im Einspritzsystem durch eine Verdichtung der übertragenen Druckinformationen pro Zeiteinheit zeitlich höher aufzulösen. Diese Möglichkeit erweitert den Einsatzbereich einer ausschließlich digitalen Druckinformationsübertragung von den bisherigen Benzinmotoren auch auf Dieselmotoren, bei denen eine höhere zeitliche Druckauflösung benötigt wird. Auch bei zukünftigen Benzinmotoren, bei denen eine höhere zeitliche Druckauflösung gefordert wird, kann ein Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden.
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Bisher war eine Verwendung der digitalen Druckwertübermittlung unter Verwendung des SENT-Protokolles bei Dieselmotoren darauf begrenzt, einen zusätzlichen Plausibilisierungswert vom Drucksensor zum Steuergerät digital zu übertragen. Der Absolutdruckwert wurde vom Sensor zum Steuergerät in analoger Form übertragen, um die geforderte hohe zeitliche Druckauflösung gewährleisten zu können. Die Erfindung bietet nunmehr die Möglichkeit, Absolutdruckwert und Plausibilisierungssignal ausschließlich digital vom Drucksensor zum Steuergerät zu übertragen. Eine Übertragung von Analogsignalen ist nicht mehr notwendig. Zur genannten digitalen Übertragung unter Berücksichtigung des SENT-Protokolles sind unter Verwendung einer einzigen SENT-Datenleitung, d. h. eines einzigen SENT-Interfaces, Signalübertragungsraten von ca. 2 kHz bzw. von ca. 3 kHz möglich. Bei einer Verwendung von zwei SENT-Datenleitungen sind Signalübertragungsraten von bis zu 6 kHz möglich.
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Darüber hinaus bietet eine ausschließliche Verwendung einer oder mehrerer digitaler Schnittstellen zur Druckwertübermittlung und Plausibilisierung der übermittelten Druckwerte Kostenvorteile und eine verbesserte stabile Signalqualität sowie die Möglichkeit zur Übertragung von zusätzlichen im Sensor ermittelten oder gespeicherten Signalen. Ein Beispiel für derartige Signale sind Signale, die im Steuergerät verwendet werden können, um eine unerlaubte Manipulation im Sinne einer Motor-Leistungssteigerung zu verhindern.
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Nachfolgend werden die bereits genannten Möglichkeiten zur Plausibilisierung des gemessenen Hochdrucksensorsignals bei Verwendung des SENT-Protokolles näher erläutert.
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Eine derartige Plausibilisierung des gemessenen Hochdrucksensorsignals ist erforderlich, da eine evtl. Fehlfunktion des Hochdrucksensors eine signifikante Emissions- und Fahrbarkeitsverschlechterung und zudem ein Sicherheitsrisiko mit sich bringen würde. Bei einer Sensorfehlfunktion, aufgrund derer zu wenig Druck durch den Sensor gemessen wird (negative Druckabweichung), würde der Regelkreis den Einspritzdruck und damit den Raildruck auf ein kritisches Druckniveau erhöhen (Überdruck). Dadurch würden mechanische Bauteile überlastet. Ohne eine mechanische Limitierung des Druckes mittels eines Überdruckventils wäre ein Auftreten einer Kraftstoffleckage möglich.
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Folglich muss ein Defekt des Hochdrucksensors erkannt werden und im komplexen Dieseleinspritzsystem als solcher im Fehlerspeicher eindeutig angezeigt werden, um entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten zu können bzw. dem Servicepersonal die Fehlerquelle aufzeigen zu können.
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Die bisher übliche Sensorfehlerdetektion beschränkt sich auf einen Druckabgleich mit dem Umgebungsdruck im drucklosen Zustand des Common-Rail-Systems. Diese bisher übliche Detektion kann nur vor einem Motorstart durchgeführt werden und gibt keine Aussage darüber, ob der vom Drucksensor ermittelte Druckmesswert im gesamten Messbereich, beispielsweise auch bei einem Systemdruck von 1500 bar, von dem tatsächlichen Druckwert abweicht oder nicht. Derartige Abweichungen können beispielsweise bei auftretender Sensordrift und im Falle von Kennliniensteigungsfehlern auftreten.
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Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, zu einer Plausibilierung des vom Sensor ermittelten Drucksignals eine redundante Druckmessung vorzunehmen und die beiden Messwerte im gesamten Sensormessbereich laufend miteinander zu vergleichen. Im Falle einer Abweichung der beiden Messsignale voneinander wird darauf geschlossen, dass ein Sensorfehler vorliegt. Eine derartige redundante Druckmessung ist aus baulichen Gründen oftmals nur schwer zu realisieren. Des Weiteren ist ein vollständiger zweiter Drucksensor notwendig, was einen erhöhten Kostenaufwand bedeutet.
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Im Falle einer Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zur Übertragung von einem Raildrucksensor bereitgestellter Raildrucksignale an ein Steuergerät unter Berücksichtigung des SENT-Protokolles können folgende Möglichkeiten zur zusätzlichen Übertragung eines Plausibilisierungssignals verwendet werden.
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Gemäß einer ersten Möglichkeit kann eine Plausibilierung durch eine Übertragung von zwei Absolutdruckwerten erfolgen. Dabei werden im Drucksensor zeitgleich oder nahezu zeitgleich erfasste Druckwerte zeitlich nacheinander unter Verwendung des gemäß SENT-Protokoll vorgesehenen Slow-Channels zum Steuergerät übertragen. Im Steuergerät erfolgt ein Vergleich der beiden Druckwerte. Ergibt dieser Vergleich, dass die beiden Druckwerte um mehr als eine erlaubte Toleranz voneinander abweichen, dann wird auf das Vorliegen eines Sensorfehlers geschlossen. Eine Plausibilisierung des Drucksignals ist folglich durch eine rein digitale Signalübertragung mit langsamer Datenrate im Slow-Channel einer dem SENT-Protokoll entsprechenden Übertragung eines Raildrucksignals von einem Raildrucksensor zu einem Steuergerät möglich.
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Gemäß einer zweiten Möglichkeit kann eine Plausibilisierung dadurch erfolgen, dass ein Vergleich zweier im Drucksensor zeitgleich oder nahezu zeitgleich erfasster Druckwerte bereits im Drucksensor erfolgt und entweder der ermittelte Differenzwert oder bereits eine das Vorliegen eines Sensorfehlers anzeigende Statusinformation über den Slow-Channel einer dem SENT-Protokoll entsprechenden Übertragung eines Raildrucksignals zum Steuergerät übertragen wird. Bei dieser Variante wird über den Slow-Channel lediglich ein Differenz- bzw. Fehlerwert bzw. eine Statusinformation als Plausibilisierungssignal an das Steuergerät übertragen.
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Bei Verwendung des oben anhand der 4 erläuterten Verfahrens kann eine Übertragung der Plausibilisierungsinformation auch in einem der beiden Slow-Channels oder aufgeteilt auf beide der Slow-Channels der beiden SENT-Datenleitungen vorgenommen werden, da die notwendige Synchronisation durch die verwendete gemeinsame Zeitbasis im Drucksensor gegeben ist.
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Der Vergleich der beiden zeitgleich oder nahezu zeitgleich gemessenen Drucksignale zur Plausibilisierung zeigt, ob der Drucksensor fehlerhaft ist oder ob die beiden Druckwerte sich innerhalb eines zulässigen Toleranzintervalles befinden. Die für die Genauigkeit des Werteabgleichs zwischen den beiden Messungen im Drucksensor wichtige zeitliche Synchronität der Messungen ist jeweils gegeben. Somit kann die zu berücksichtigende initiale Fehlertoleranz klein gehalten werden.
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Zusätzlich zu einer Übertragung von Druckmesssignalen und Plausibilisierungssignalen bietet die beschriebene rein digitale Signalübertragung unter Berücksichtigung des SENT-Protokolles zudem die Möglichkeit, weitere Informationen vom Drucksensor zum Steuergerät zu übertragen, beispielsweise eine Seriennummer, Übertragungskennlinien oder Herstellercodes.
