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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen des Öffnens eines Druckbegrenzungsventils eines Hochdruckbereichs einer Kraftstoffversorgungseinrichtung.
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Stand der Technik
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Die Erfindung beschäftigt sich mit Kraftstoffversorgungseinrichtungen für Brennkraftmaschinen, welche unter Hochdruck stehenden Kraftstoff über Injektoren direkt in Zylinder einspritzen, wobei der Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in die Injektoren geführt wird, wobei der Hochdruckspeicher mit einem Druckbegrenzungsventil versehen ist. Solche Kraftstoffversorgungseinrichtungen sind sowohl bei Ottomotoren als auch als bei Dieselmotoren im Einsatz.
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Bei entsprechenden Kraftstoffversorgungseinrichtungen für Brennkraftmaschinen komprimiert eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau. Der komprimierte Kraftstoff füllt den Hochdruckspeicher (bspw. das sog. Common-Rail), der im Betrieb der Brennkraftmaschine ständig unter Druck steht und (ggf. über angeschlossene Stichleitungen) die Injektoren (d.h. Einspritzventile) der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine versorgt.
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Für einen kontrollierten Betrieb der Brennkraftmaschine soll im Hochdruckspeicher ein geeigneter Kraftstoffdruck aufrechterhalten werden. Hierbei sind unterschiedliche Ansätze zur Druckregelung bekannt. Diese kann bspw. hochdruckseitig über ein Druckregelventil (DRV) an dem Hochdruckspeicher oder saugseitig (niederdruckseitig) durch eine in die Hochdruckpumpe integrierte oder als separates Bauteil bereitgestellte Zumesseinheit (ZME) erfolgen. Sogenannte Zweistellersysteme weisen beide Lösungen auf. Der Istwert für die Regelung kann von einem Kraftstoffdrucksensor (z.B. Raildrucksensor RDS) geliefert werden.
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Der Hochdruckspeicher kann mit einem Druckbegrenzungsventil (engl.: pressure limiting valve PLV) ausgerüstet sein, um Überdrucksituationen zu verhindern, die bspw. auftreten können, wenn die Mengenbilanz (d.h. die Differenz zwischen in die Hochdruckleitung eingepumpter Kraftstoffmenge und aus der Hochdruckleitung abgeführter Kraftstoffmenge) positiv ist.
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Der Auslösedruckwert oder Öffnungsdruckwert dieser mechanischen Druckbegrenzungsventile muss dabei deutlich oberhalb des Arbeitsbereichs des Common-Rail-Systems liegen und liegt damit meist auch oberhalb eines Messbereichs des Kraftstoffdrucksensors. Üblicherweise wird der Messbereich für eine möglichst hohe Genauigkeit auf den relevanten Arbeitsbereich eingeschränkt. Wenn im Fehlerfall das Druckbegrenzungsventil geöffnet wird oder geöffnet werden muss, muss dieses Öffnen vom Steuergerät erkannt werden, damit geeignete Maßnahmen getroffen werden können. Dazu kann ein fallender Raildruckgradient ausgewertet werden. Für eine detailliertere Erläuterung hierzu sei auf 2 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
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Die Erkennung auf Basis des Raildruckgradienten birgt jedoch die Gefahr einer Fehl-Erkennung, wenn bspw. im Normalbetrieb ein stark fallender Raildruckgradient auftritt. Auch besteht die Gefahr einer Nicht-Erkennung, wenn der Gradient nicht ausreichend hoch ist.
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Aus der
DE 10 2012 204 974 A1 ist bspw. ein Verfahren zur Erkennung des Öffnens eines Druckbegrenzungsventils bekannt, bei dem ein Verlauf der Kraftstofftemperatur überwacht wird.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, ein Öffnen eines Druckbegrenzungsventils sicher zu erkennen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Erkennen des Öffnens eines Druckbegrenzungsventils, welches einen Hochdruckbereich, insbesondere einen Hochdruckspeicher, einer Kraftstoffversorgungseinrichtung mit einem Niederdruckbereich fluidverbindet, wenn ein Kraftstoffdruck in dem Hochdruckbereich einen Auslösedruckwert überschreitet. Dabei wird der Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich mittels eines Kraftstoffdrucksensors erfasst und es wird unter Berücksichtigung von Messwerten des Kraftstoffdrucks vor Verlassen eines Messbereichs des Kraftstoffdrucksensors und von Messwerten des Kraftstoffdrucks nach Wiedereintritt in den Messbereich erkannt, ob das Druckbegrenzungsventil geöffnet hat.
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Auf diese Weise kann der Verlauf des Kraftstoffdrucks oberhalb des Messbereichs des Kraftstoffdrucksensors, in dem der Auslösedruckwert des Druckbegrenzungsventils liegt, abgeschätzt werden. Insbesondere werden dabei Fehl-Erkennungen aufgrund von fallenden Druckgradienten, die während eines normalen Betriebs auftreten vermieden, da sichergestellt wird, dass der Kraftstoffdruck vor dem Abfallen außerhalb des Messbereichs und somit nicht mehr im normalen Betriebsbereich lag. Außerdem werden auch Nicht-Erkennungen aufgrund zu flacher fallender Gradienten vermieden, da nicht mehr allein der Gradient des fallenden Kraftstoffdrucks ausgewertet wird.
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Vorzugsweise werden die vor Verlassen des Messbereichs berücksichtigten Messwerte während einer vorbestimmten ersten Zeitdauer vor Verlassen des Messbereichs berücksichtigt. Damit kann sichergestellt werden, dass aus dem Kraftstoffdruckverlauf u.a. unmittelbar vor Verlassen des Messbereichs auf den weiteren Verlauf geschlossen wird. Verfälschende, weiter zurück liegende Messwerte werden nicht berücksichtigt. Insbesondere können die Messwerte zwar kontinuierlich erfasst werden, jedoch nur dann gespeichert und für eine Erkennung des Öffnens des Kraftstoffdruckventils herangezogen werden, wenn der Kraftstoffdruck auch tatsächlich weit genug ansteigt.
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Vorteilhafterweise werden die nach Wiedereintritt in den Messbereich berücksichtigten Messwerte während einer vorbestimmten zweiten Zeitdauer nach Wiedereintritt in den Messbereich berücksichtigt. Durch geeignete Wahl dieser zweiten Zeitdauer kann einerseits sichergestellt werden, dass der Kraftstoffdruck tatsächlich weit genug abfällt, d.h. dass das Druckbegrenzungsventil tatsächlich geöffnet hat. Andererseits kann auch eine möglichst schnelle Erkennung gewährleistet werden.
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Sowohl die erste als auch die zweite Zeitdauer können dazu bspw. anhand von Versuchen und/oder Simulationen optimiert werden.
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Zweckmäßigerweise wird an die vor Verlassen des Messbereichs und die nach Wiedereintritt in den Messbereich berücksichtigten Messwerte jeweils eine Funktion gefittet und es wird anhand eines Schnittpunkts der Funktionen erkannt, ob das Druckbegrenzungsventil geöffnet hat. Damit kann ein vermuteter Verlauf des Kraftstoffdrucks während der Zeit außerhalb des Messbereichs besonders einfach geschätzt bzw. ermittelt werden. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Funktionen wenigstens eine, insbesondere jeweils eine, Gerade umfassen. Somit wird an die Verläufe des Kraftstoffdrucks vor Verlassen des Messbereichs und nach Wiedereintritt in den Messbereich jeweils eine Tangente angeglichen, die den Kraftstoffdruckverlauf hinreichend genau vorhersagt.
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Es ist von Vorteil, wenn ein Öffnen des Druckbegrenzungsventils erkannt wird, wenn der Schnittpunkt in einem Bereich um den Auslösedruckwert liegt. Alternativ oder zusätzlich kann auf ein Öffnen des Druckbegrenzungsventils erkannt werden, wenn der Schnittpunkt über dem Auslösedruckwert bzw. einem geeigneten Schwellwert liegt. Damit kann durch eine einfache Berechnung ermittelt werden, ob der Auslösedruckwert tatsächlich erreicht worden ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Kraftstoffdruck diesen ermittelten Druckwert (Schnittpunkt der Funktionen) möglicherweise nicht erreicht, weshalb insbesondere dann auf ein Öffnen des Druckbegrenzungsventils erkannt wird, wenn der Schnittpunkt oberhalb des Auslösedruckwerts liegt. Damit wird sichergestellt, dass der tatsächliche Kraftstoffdruck den Auslösedruckwert dann auch erreicht hat.
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Vorzugsweise wird nur dann ein Öffnen des Druckbegrenzungsventils erkannt, wenn zwischen Verlassen des Messbereichs und Wiedereintritt in den Messbereich eine vorbestimmte Mindestdauer liegt. Damit wird sichergestellt, dass das Verlassen des Messbereichs auch dem tatsächlichen Kraftstoffdruckverlauf entspricht und nicht bspw. durch ein Sensorrauschen verursacht wird.
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Es sei noch angemerkt, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren zwar ein bislang benutztes Verfahren, bei dem lediglich der Raildruckgradient ausgewertet wird, ersetzen kann. Allerdings kann ein erfindungsgemäßes Verfahren auch zusätzlich durchgeführt werden, um eine Redundanz und somit eine höhere Sicherheit zu ermöglichen.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Blockdiagramm der wesentlichen Elemente einer Kraftstoffversorgungseinrichtung, wie sie der Erfindung zugrunde liegen kann.
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2 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Erkennung des Öffnens eines Druckbegrenzungsventils.
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3 zeigt eine Erkennung des Öffnens eines Druckbegrenzungsventils gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Ausführungsform der Erfindung
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In 1 sind die wesentlichen Elemente einer Kraftstoffversorgungseinrichtung als Blockdiagramm dargestellt und mit 100 bezeichnet. Die Kraftstoffversorgungseinrichtung 100 umfasst einen Hochdruckbereich 120 und einen Niederdruckbereich 130, in denen Kraftstoff jeweils mit unterschiedlichem Druck vorliegt. In dem Hochdruckbereich ist bspw. ein Druck zwischen ca. 1.100 bar und ca. 2.500 bar üblich, wohingegen in dem Niederdruckbereich ein Druck zwischen Umgebungsdruck und ca. 20 bar herrschen kann.
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Bestandteile des Hochdruckbereichs 120 sind im Wesentlichen ein Hochdruckspeicher 150 (z.B. das sog. Common Rail) und die Injektoren 151, 152 und 153 zum Zumessen des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs in einen oder mehrere Zylinder (nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine.
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Unter anderem zur Regelung des Hochdrucks ist eine als Motorsteuergerät 170 ausgebildete Recheneinheit vorgesehen, die ein Stellelement 110 zur Steuerung des Kraftstoffdrucks P mit einem Ansteuerungssignal A ansteuert. Bei dem Stellelement 110 kann es sich bspw. um eine steuerbare Hochdruckpumpe, welche den Kraftstoff von dem Niederdruckbereich 130 in den Hochdruckbereich 120 fördert, handeln. Durch entsprechende Ansteuerung eines an der Hochdruckpumpe vorgesehenen elektromagnetischen Ventils (sog. Zumesseinheit ZME) kann die geförderte Menge und damit der Druck im Hochdruckbereich gesteuert werden.
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Ein Kraftstoffdrucksensor 140 (z.B. ein sog. Raildrucksensor RDS) erfasst den aktuellen Wert P des Drucks im Hochdruckbereich. Ein entsprechendes Signal des Kraftstoffdrucksensors 140 gelangt zum Steuergerät 170. Abhängig von verschiedenen weiteren nicht dargestellten Signalen berechnet das Steuergerät 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. Die Injektoren sind über Rücklaufleitungen 154 mit dem Niederdruckbereich 130 verbunden, über die überschüssiger Kraftstoff abfließt. In der Figur sind lediglich drei Injektoren und drei Zylinder dargestellt. Die beschriebene Vorgehensweise kann jedoch bei jeder beliebigen Injektor- und/oder Zylinderzahl eingesetzt werden.
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Weiterhin ist ein Druckbegrenzungsventil 160 vorgesehen, das den Hochdruckbereich 120 mit dem Niederdruckbereich 130 über einen Rücklauf 161 verbindet. Im Normalfall ist dieses Ventil geschlossen und die Verbindung unterbrochen. Steigt der Kraftstoffdruck im Hochdruckbereich 120 über einen Auslösedruckwert P0 (von z.B. 3.000 bar) an, so öffnet das Druckbegrenzungsventil 160 und der Leitungsdruck fällt auf einen Haltedruck (von z.B. 800 bar) ab.
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Damit das Motorsteuergerät 170 im Falle des Öffnens des Druckbegrenzungsventils 160 weitere Maßnahmen, bspw. einen Notfahrbetrieb der Brennkraftmaschine, einleiten kann, ist eine sichere Erkennung des Öffnens des Druckbegrenzungsventils nötig.
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In 2 ist in einem Diagramm der Verlauf eines Kraftstoffdrucks P gegenüber der Zeit t dargestellt, wie er bspw. in einem oben beschriebenen Hochdruckbereich bei Öffnen des Druckbegrenzungsventils auftritt.
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Der Kraftstoffdruck P steigt dabei zunächst an und erreicht bzw. überschreitet zum Zeitpunkt t0 den Auslösedruckwert P0 des Druckbegrenzungsventils. Anschließend fällt der Kraftstoffdruck P steil ab. Da der Messbereich M jedoch den Auslösedruckwert P0 nicht mehr umfasst, weicht der gemessene Druck P' vom tatsächlichen Druck P ab. Wie in 2 zu sehen, handelt es sich bei dem gemessenen Druck P' am oberen Rand des Messbereichs M um einen konstanten Wert.
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Bei einer nicht erfindungsgemäßen, aber üblicherweise verwendeten Erkennung des Öffnens des Druckbegrenzungsventils wird ein Gradient des fallenden Kraftstoffdrucks P ausgewertet. Bspw. wird, wie in 2 dargestellt, in zwei unterschiedlichen Druckbereichen ∆P1 und ∆P2 der jeweilige Gradient des Kraftstoffdrucks P bewertet. Bei hinreichend starken Gradienten (bspw. durch Vergleich mit Schwellwerten) wird dann eine Öffnung des Druckbegrenzungsventils erkannt. Ab dem Zeitpunkt t1 wird also bspw. im Motorsteuergerät das Druckbegrenzungsventil als geöffnet betrachtet.
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Wie bereits eingangs erwähnt, ist bei dieser Erkennung, die lediglich den Gradienten berücksichtigt, jedoch nachteilig, dass allein vom Gradient nicht sicher darauf geschlossen werden kann, ob der Kraftstoffdruck vorher auch tatsächlich den Auslösedruckwert des Druckbegrenzungsventils erreicht hat. Außerdem ist nicht sichergestellt, dass nach jedem Erreichen des Auslösedruckwerts der Gradient des fallenden Kraftstoffdrucks im Vergleich zu Vergleichs- oder Schwellwerten hinreichend steil ist, um ein Öffnen zu erkennen.
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In 3 ist in einem Diagramm der Verlauf eines Kraftstoffdrucks P gegenüber der Zeit t dargestellt, wie er bspw. in einem oben beschriebenen Hochdruckbereich bei Öffnen des Druckbegrenzungsventils auftritt. Die Verläufe des Kraftstoffdrucks P und des gemessenen Drucks P' entsprechen dabei im Wesentlichen den Verläufen in 2.
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Eine Erkennung des Öffnens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt nun dadurch, dass zunächst an den Verlauf des Kraftstoffdrucks P vor einem Überschreiten des Messbereichs M des Kraftstoffdrucksensors eine Funktion F1, insbesondere eine Gerade, angelegt wird. Dazu kann in einfacher Weise an innerhalb der ersten Zeitdauer ∆t1 erfasste Messwerte eine Gerade gefittet werden.
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Die Messwerte des Kraftstoffdrucks können bspw. kontinuierlich erfasst und zwischengespeichert werden, jedoch werden nur dann Messwerte für die Berechnung einer Funktion F1 herangezogen, wenn auch tatsächlich der Messbereich M, vorliegend zum Zeitpunkt t2, überschritten wird. Die berechnete Funktion F1 kann anschließend abgespeichert werden.
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Nachdem der Kraftstoffdruck P wieder in den Messbereich M eintritt, vorliegend zum Zeitpunkt t3, wird eine Funktion F2, insbesondere auch eine Gerade, an die während der zweiten Zeitdauer ∆t2 erfassten Messwerte gefittet. Anschließend wird der Schnittpunkt S der beiden Funktionen F1 und F2 berechnet. Liegt der Schnittpunkt S nun über einem geeigneten Schwellwert, insbesondere dem Auslösedruckwert P0, so wird ein Öffnen des Druckbegrenzungsventils erkannt.
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Bei der Wahl der zweiten Zeitdauer ∆t2 ist unter anderem darauf zu achten, dass diese lange genug gewählt wird, um auch tatsächlich einen steilen Gradienten nach einem Öffnen des Druckbegrenzungsventils zu umfassen, und auch kurz genug gewählt wird, um nicht mehr als den steilen Gradienten zu erfassen.
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Hierbei ist anzumerken, dass auch bereits dann das Druckbegrenzungsventil als geöffnet erkannt werden kann, wenn der Schnittpunkt S lediglich in einem Bereich B um den Auslösedruckwert P0 liegt. Dabei kann der Bereich B auch teilweise unterhalb des Auslösedruckwerts P0 liegen. Ebenfalls kann der Bereich nach oben hin sehr groß gewählt werden, sodass auch solche Schnittpunkte in dem Bereich B liegen, die sich bei sehr steilem Ansteigen des Kraftstoffdrucks P ergeben. Ein geeigneter Bereich B kann bspw. durch Versuche und/oder Simulationen ermittelt werden. Auf diese Weise kann ein besonders sicheres Erkennen des Druckbegrenzungsventils ermöglicht werden.
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Weiterhin ist anzumerken, dass eine Erkennung des Öffnens des Druckbegrenzungsventils zweckmäßigerweise nur dann zugelassen wird, wenn die Zeitdifferenz t3 – t2 zwischen Verlassen des Messbereichs M und Wiedereintritt in den Messbereich M größer als eine Mindestdauer ∆t ist. Damit kann ausgeschlossen werden, dass lediglich aufgrund eines Messrauschens oder einer Sensorungenauigkeit angenommen wird, dass der Messbereich M verlassen wurde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012204974 A1 [0008]
