DE102016214760A1 - Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine, Einspritzsystem und Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und einem ein Common-Rail aufweisendes Einspritzsystem mit einer Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren und dergleichen Hochdruckkomponenten, insbesondere wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail für den Injektor ausgebildet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Einspritzen von Kraftstoff aus dem Common-Rail mittels einem Injektor in einen Zylinder, – Bestimmen eines Kraftstoff-Drucks für eine Hochdruckkomponente, insbesondere den Common-Rail, den Injektor und/oder den Einzelspeicher, mit wenigstens einem den Kraftstoff-Druck erfassenden Hochdrucksensor. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass – ein Defekt des Hochdrucksensors erkannt wird, indem überprüft wird, ob die Hochdruck- Regelabweichung (ep) während einer vorbestimmten Zeitspanne (tLimit1 SD, tLimit2 SD, tLimit3 SD) einen vorbestimmten Grenzwert (eLimit1 SD, eLimit2 SD, eLimit3 SD) betragsmäßig überschreitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und einem Einspritzsystem mit Hochdruckkomponenten, insbesondere einem ein Common-Rail aufweisendes Einspritzsystem mit einer Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren, insbesondere wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail für den Injektor ausgebildet ist. Das Verfahren weist weiter die Schritte auf:
    • – Einspritzen von Kraftstoff aus dem Common-Rail mittels einem Injektor in einen Zylinder,
    • – Bestimmen eines Kraftstoff-Drucks für eine Hochdruckkomponente, insbesondere den Common-Rail, den Injektor und/oder den Einzelspeicher, mit wenigstens einem den Kraftstoff-Druck erfassenden Hochdrucksensor.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine, mit einem Motorregler und einem Einspritz-Rechenmodul, die ausgebildet sind zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Bewährt hat sich das Konzept eines Injektors mit einem Einzelspeicher im Rahmen eines Common-Rail-Einspritzsystems, wie er beispielsweise in DE 199 35 519 C2 beispielhaft beschrieben ist. Der Einzelspeicher wird über einen Kraftstoffzulaufkanal von dem Druckanschluss mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt und steht direkt in Strömungsverbindung mit dem Hochdruckkanal für den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff im Common-Rail. Das Volumen des Einzelspeichers ist groß, verglichen mit dem Volumen des Hochdruckkanals und des Düsenvorraums im Injektor. Aufgrund der Anordnung des Injektors – ggfs. entkoppelt vom Common-Rail über ein Drosselelement – steht im Gehäuse des Kraftstoffinjektors genügend Raum im Einzelspeicher zur Verfügung, um Kraftstoff für wenigstens eine gesamte Einspritzmenge für ein Arbeitsspiel eines Zylinders, jedenfalls aber für eine Teileinspritzung im Rahmen des Arbeitsspiels, vorzuhalten.
  • DE 10 2009 002 793 B4 offenbart einen Einzelspeicher mit einer Druckmesseinrichung, die in Form eines Dehnungssensors gebildet ist, wobei der Dehnungssensor in Form eines Dehnungsmessstreifens gebildet und auf der Außenseite einer Wandung des Einzelspeichers angeordnet ist und dem Einzelspeicher ein hydraulischer Widerstand unmittelbar zur Integration in die Hochdruckführung vorgeordnet oder nachgeordnet ist.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 050 467 A1 geht ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine hervor, bei dem im Normalbetrieb der Raildruck über eine niederdruckseitige Saugdrossel als erstes Druckstellglied in einem Raildruck-Regelkreis geregelt wird sowie gleichzeitig der Raildruck über ein hochdruckseitiges Druckregelventil als zweites Druckstellglied mit einer Raildruck-Störgröße beaufschlagt wird, indem über das hochdruckseitige Druckregelventil ein Druckregelventil-Volumenstrom aus dem Rail in einen Kraftstofftank abgesteuert wird, und bei dem mit Erkennen eines defekten Rail-Drucksensors in einen Notbetrieb gewechselt wird, in welchem das hochdruckseitige Druckregelventil und die niederdruckseitige Saugdrossel in Abhängigkeit derselben Vorgabegröße angesteuert werden.
  • DE 10 2014 213 648 B3 offenbart ein Verfahren mit einem Normalbetrieb in dem eine Hochdruck-Störgröße über ein hochdruckseitiges Druckregelventil als zweitem Druckstellglied erzeugt wird, über welches Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher in ein Kraftstoff-Reservoir abgesteuert wird, wobei der Hochdruck in einem Schutzbetrieb mittels des Druckregelventils über einen zweiten Hochdruck-Regelkreis geregelt wird, oder dass das Druckregelventil in dem Schutzbetrieb dauerhaft geöffnet wird.
  • Das Konzept ist noch verbesserungswürdig hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Druckmessung.
  • Wünschenswert ist es daher, die Funktion des Hochdrucksensors in verlässlicher Weise und/oder in verbesserter Weise zu bestimmen. Um den eingangs genannten Anforderungen in verbesserter Weise gerecht zu werden, soll ein Verfahren angegeben werden, welches einen Defekt des Hochdrucksensors erkennt und somit eine differenzierte Diagnostik sowie gezielte Maßnahmen für einen sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
  • An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren anzugeben, welches die Funktion des Hochdrucksensors in verlässlicher Weise und/oder in verbesserter Weise bestimmt, insbesondere erkennt.
  • Die Aufgabe, betreffend das Verfahren, wird durch die Erfindung mit einem Verfahren des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und einem ein Common-Rail aufweisendes Einspritzsystem mit einer Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren und dergleichen Hochdruckkomponenten, insbesondere wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail für den Injektor ausgebildet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
    • – Einspritzen von Kraftstoff aus einem Common-Rail mittels dem Injektor in einen Zylinder,
    • – Bestimmen eines Kraftstoff-Drucks für eine Hochdruckkomponente, insbesondere den Common-Rail und/oder den Einzelspeicher, mit wenigstens einem den Kraftstoff-Druck erfassenden Hochdrucksensor.
  • Erfindungsgemäß sind bei dem Verfahren die Schritte vorgesehen, dass ein Defekt des Hochdrucksensors erkannt wird, indem überprüft wird, ob die Hochdruck-Regelabweichung während einer vorbestimmten Zeitspanne einen vorbestimmten Grenzwert betragsmäßig überschreitet.
  • Vereinfacht ausgedrückt sieht das Konzept der Erfindung vor, zu prüfen ob der Messwert des Hochdrucksensors auf einem konstanten Wert stehen bleibt oder ob sich der Verlauf des Messwertes innerhalb eines begrenzten Wertebereichs befindet.
  • Die Erfindung führt im Rahmen der Aufgabenstellung auch auf eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln des Anspruchs 13 und ein Einspritzsystem des Anspruchs 14 sowie eine Brennkraftmaschine des Anspruchs 15.
  • Die Einrichtung dient zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine, mit einem Motorregler und einem Einspritz-Rechenmodul, die ausgebildet sind zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Das Einspritzsystem ist versehen mit einem Common-Rail für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und mit einer Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren, wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail zur Injektion in den Zylinder ausgebildet ist und mit einer Einrichtung nach Anspruch 13 zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine.
  • Die Brennkraftmaschine nach Anspruch 15 umfasst einen eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und ein Einspritzsystem nach Anspruch 14, mit einem Common-Rail und einer Anzahl von Injektoren.
  • Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass wenn die Ausgangsspannung und damit der Messwert des Hochdrucksensors aufgrund eines Defekts auf einem konstanten Wert stehen bleibt oder sich der Verlauf des Messwertes innerhalb eines begrenzten Wertebereichs befindet, bei gängigen Verfahren kein Sensordefekt erkannt wird.
  • Dies kann, insbesondere bei Motoren, welche kein mechanisches Überdruckventil und stattdessen ein Druckregelventil verbaut haben, zu Problemen führen. Hierzu zählt einerseits ein Abstellen des Motors, falls der Sensordefekt eintritt, wenn sich der Messwert oberhalb des Sollhochdruckes befindet. Andererseits zählt hierzu ein instabiles Hochdruck- bzw. Drehzahlverhalten und somit übermäßige mechanische Beanspruchung, falls der Sensordefekt eintritt, wenn sich der Messwert unterhalb des Sollhochdruckes befindet.
  • Im Detail bedeutet dies nach der Überlegung der Erfindung:
    • – Bleibt der Messwert des Hochdrucksensors auf einem Wert stehen, welcher oberhalb des Hochdruckregler-Sollwerts liegt, hat der Hochdruckregler eine negative Hochdruckregelabweichung als Eingangsgröße. Dies hat zur Folge, dass der Sollvolumenstrom als Stellgröße des Hochdruckregelkreises kleiner wird. Eine Reduktion des Sollvolumenstroms führt zu einer Vergrößerung des PWM-Signals der Saugdrossel, so dass die Saugdrossel geschlossen wird und der tatsächlich vorhandene Hochdruck absinkt, wodurch der Motor schließlich abgestellt wird.
    • – Bleibt der Messwert des Hochdrucksensors auf einem Wert stehen, welcher unterhalb des Hochdruckregler-Sollwerts liegt, hat der Hochdruckregler eine positive Hochdruckregelabweichung als Eingangsgröße. Dies hat zur Folge, dass der Sollvolumenstrom als Stellgröße des Hochdruckregelkreises größer wird. Eine Vergrößerung des Sollvolumenstroms führt zu einer Verkleinerung des PWM-Signals der Saugdrossel, so dass die Saugdrossel geöffnet wird und der tatsächlich vorhandene Hochdruck ansteigt. Die Charakteristik des Druckregelventils ist im Druckregelventil-Kennfeld hinterlegt. Ausgangsgröße des Druckregelventil-Kennfelds ist der elektrische Druckregelventil-Sollstrom, Eingangsgrößen sind der gemessene Hochdruck sowie der abzusteuemde Druckregelventil-Sollvolumenstrom. Bleibt der Hochdruck-Messwert stehen und ist der Druckregelventil-Sollvolumenstrom konstant, so wird das Druckregelventil mit einem konstanten Stromwert bestromt. Steigt nun der tatsächliche Hochdruck an, ist der Bestromungswert des Druckregelventils nicht mehr ausreichend, um dieses geschlossen zu halten, d. h. mit zunehmendem Hochdruck wird das Druckregelventil immer mehr geöffnet. Dabei steigt der Hochdruck so lange an, bis ein Gleichgewicht zwischen Fördermenge und der Summe von Druckregelventil-Absteuermenge, Einspritzvolumenstrom und Leckagevolumenstrom besteht. Fällt der Hochdruck nun wieder ab, wird das Druckregelventil wieder geschlossen. Da die Saugdrossel weiterhin vollständig geöffnet ist, steigt der Hochdruck in der Folge wieder an usw. Dadurch entsteht insgesamt ein Grenzzyklus, d. h. ein zyklischer Verlauf des Hochdruckes. Die Verbindung zwischen Hochdruckregelkreis und Drehzahlregelkreis ist durch das Injektorkennfeld gegeben. Das Injektorkennfeld hat die Soll-Einspritzmenge und den gemessenen Hochdruck als Eingangsgrößen. Ausgangsgröße ist die Bestromungsdauer der Injektoren.
  • Bleibt der gemessene Hochdruck stehen, so hat das Injektorkennfeld einen konstanten Hochdruckwert als Eingangsgröße. Führt der tatsächliche Hochdruck zyklische Bewegungen aus, ist die berechnete Bestromungsdauer nicht korrekt. Dies hat zur Folge, dass auch die Motordrehzahl zyklische Schwingungen ausführt. Diese Instabilität führt zu erhöhter mechanischer Beanspruchung des Motors, wodurch dieser geschädigt werden kann.
  • Die Erfindung hat nun erkannt, dass eine gezielte Erkennung eines Defekts eines Hochdrucksensors die Diagnose und somit die Einflussmöglichkeiten auf den Betrieb zum Schutz der Brennkraftmaschine verbessert. Dies gilt insbesondere im Vergleich zum Stand der Technik, wo ein derartiger Defekt nicht erkannt werden würde und damit der lediglich zur Veranschaulichung in 4 beispielhaft dargestellte Hochdruckregelkreis mit einer unkorrekten Messgröße in der Rückführung versehen wäre. Dies hätte, wie eingangs dargestellt, entweder zur Folge dass der Motor abgestellt wird oder durch zyklische Schwingungen der Motordrehzahl übermäßig beansprucht wird. Daher ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren ein gezieltes Vorgehen um einen Defekt des Hochdrucksensors zu erkennnen; nämlich indem überprüft wird, ob die Hochdruck-Regelabweichung während einer vorbestimmten Zeitspanne einen vorbestimmten Grenzwert betragsmäßig überschreitet. Vorteilhaft kann bei Bedarf die Brennkraftmaschine im Falle eines Defekts des Hochdrucksensors in einen sicheren Notbetrieb versetzt werden.
  • Vorteilhaft wurde erkannt, dass die Umsetzung des Verfahrens zur Erkennung eines Defekts des Hochdrucksensors ohne den Einsatz zusätzlicher Sensoren erhebliche Vorteile hinsichtlich der Robustheit und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beinhaltet. Insbesondere die Möglichkeit einer speicherplatz- und rechenzeitsparenden Umsetzung der in der Anmeldung beschriebenen Auswertealgorithmen trägt hierzu bei.
  • Darüberhinaus wurde erkannt, dass eine differenziertere Diagnostik nicht nur für die unmittelbare Regelung der Brennkraftmaschine, sondern auch für eine langfristige Protokollierung und Auswertung von Motordaten von Vorteil ist. Dies gilt insbesondere für die Nutzung von Felddaten bei der Analyse von Auftretenshäufigkeiten von Fehlern und Alarmen durch beispielsweise die Entwicklungsabteilung.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
  • Vorteilhaft ist vorgesehen, dass ein Defekt des Hochdrucksensors erkannt wird, wobei der Defekt erkannt wird indem der zeitliche Verlauf eines Ausgabewertes des wenigstens einen Hochdrucksensors erfasst wird und ein konstanter oder ein nur begrenzt veränderlicher Verlauf der erfassten Ausgabewerte in einem vorbestimmten Wertegrenzbereich erkannt wird. Der im Rahmen der Problematik und Aufgabenstellung zur Erfindung genannte begrenzte Wertebereich wird im Rahmen der Weiterbildung somit als vorbestimmter Wertegrenzbereich definiert.
  • Im Rahmen einer ersten besonders bevorzugten weiterbildenden Variante ist vorgesehen, dass gemäß der Erfindung ein Defekt des Hochdrucksensors erkannt wird, indem überprüft wird, ob die Hochdruck-Regelabweichung während einer vorbestimmten Zeitspanne einen vorbestimmten Grenzwert betragsmäßig ununterbrochen überschreitet. Vorteilhaft wird gleichzeitig weiter geprüft ob Ausgabewerte des Hochdrucksensors sich während Ablauf derselben vorbestimmten Zeitspanne in einem Bereich aufhalten, welcher durch eine maximale Abweichung definiert ist.
  • Vorteilhaft wird im Rahmen einer zweiten besonders bevorzugten weiterbildenden Variante überprüft, ob die Hochdruck-Regelabweichung während einer vorbestimmten Zeitspanne, insbesondere Gesamtzeit, einen vorbestimmten Grenzwert betragsmäßig überschreitet. Insbesondere wird geprüft, ob sich der gemessene Hochdruck bis zum Ablauf dieser Gesamtzeit der vorbestimmten Zeitspanne um die maximale Abweichung ändert; z.B. ob sich der gemessene Hochdruck bis zum Ablauf dieser Gesamtzeit der vorbestimmten Zeitspanne um beipsielsweise maximal ±0.5·ΔpLimit SD ändert. Dies bedeutet insbesondere, dass die Zeitspanne, während der der Verlauf des gemessenen Hochdrucks überprüft wird, größer oder gleich ist als die Zeitspanne, während der die Hochdruck-Regelabweichung den Grenzwert überschreitet.
  • Vorteilhaft wird im Rahmen einer dritten besonders bevorzugten weiterbildenden Variante überprüft, ob die Hochdruck-Regelabweichung während einer vorbestimmten Zeitspanne, einen vorbestimmten Grenzwert betragsmäßig ununterbrochen überschreitet.
  • Allen drei weiterbildenden Varianten ist gemeinsam, dass die Hochdruck-Regelabweichung zur Ermittlung eines Hochdruck-Sensordefekts herangezogen wird. Weiter ist jedenfalls betreffend die erste und zweite weiterbildende Variante vorgesehen, dass für den vorbestimmten Wertegrenzbereich eine vorbestimmte Zeitspanne und eine maximale Abweichung eines Druckwertebereichs zur Verfügung gestellt wird und der Verlauf der erfassten Ausgabewerte in dem vorbestimmten Wertegrenzbereichs erkannt wird über die Prüfbedingung, dass die erfassten Ausgabewerte über die vorbestimmte Zeitspanne die maximale Abweichung nicht überschreiten.
  • Konkret wird dabei zur Erkennung eines Fehlerzustandes geprüft, ob die Ausgabewerte des den Kraftstoff-Druck erfassenden Hochdrucksensors über den Grenzzeitraum innerhalb eines Druckwertebereiches einer vorbestimmten Breite um den Wert eines zuletzt gemessenen Ausgabewertes liegen. Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt in der Möglichkeit, neben lediglich einem konstanten Zahlenwert als Bedingung zur Erkennung eines Defekts weiterhin einen Druckwertebereich um den zuletzt gemessenen Wert zu definieren, in dem der Messwert im Falle eines Defekts verläuft. Auf diese Weise können beispielsweise geringe Spannungsschwankungen des Messsignals bei der Erkennung des Defekts berücksichtigt werden.
  • Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Sollhochdruck mit einem vorbestimmten Grenzwert einer Hochdruckregelabweichung zur Verfügung gestellt wird und der Verlauf der erfassten Ausgabewerte in dem vorbestimmten Wertegrenzbereich erkannt wird über die weitere Prüfbedingung, dass die erfassten Ausgabewerte über die vorbestimmte Zeitspanne nicht in einem durch den vorbestimmten Grenzwert einer Hochdruckregelabweichung gebildeten Regelbereich des Sollhochdrucks liegen.
  • Konkret wird zur Erkennung des Fehlerzustandes geprüft, ob die Ausgabewerte des den Kraftstoff-Druck erfassenden Hochdrucksensors mindestens um einen Grenzbetrag vom Sollhochdruck abweichen. Vorteilhaft wird für den im Normalbetrieb anzustrebenden Fall eines im Regelbereich des Sollhochdrucks liegenden Messwerts des Hochdrucksensors trotz Erfüllung der oben beschriebenen Bedingung kein Defekt des Hochdrucksensors erkannt.
  • Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Sollhochdruck einen veränderlichen Verlauf aufweist der sowohl innerhalb als auch außerhalb des Druckwertebereichs liegt und der Verlauf der erfassten Ausgabewerte als konstant oder nur wenig veränderlich, insbesondere als innerhalb des vorbestimmten Wertegrenzbereichs liegend, erkannt wird. Dazu wird die noch weitere Prüfbedingung herangezogen, dass die erfassten Ausgabewerte über einen weiteren Grenzzeitraum innerhalb des durch den Schwellwert charakterisierten Druckwertebereichs für den vorbestimmten Wertegrenzbereich verbleiben, und der weitere Grenzzeitraum aus nicht zusammenhängenden Einzelzeiträumen gebildet ist, welche zu einem Gesamtzeitraum kumuliert werden und während eines oder einer Anzahl oder aller Einzelzeiträume die Hochdruckregelabweichung betragsmäßig größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist.
  • Insbesondere sollen nicht zusammenhängende Einzelzeiträume, in denen die Ausgabewerte des Hochdrucksensors die Prüfbedingung erfüllen, zu einem Gesamtzeitraum kumuliert werden und es soll der Fehlerfall festgestellt werden, wenn der Gesamtzeitraum größer ist als ein weiterer Grenzwert (in dem Ausführungsbeispiel tLimit3 SD).
  • Dies beinhaltet vorzugsweise konkret, dass sich bei einem nicht oder nur in einem begrenzten Bereich veränderlichen Ausgabewert eines den Kraftstoff-Druck erfassenden Hochdrucksensors und gleichzeitig einem sowohl innerhalb als auch außerhalb des Druckwertebereiches liegenden Sollhochdrucks die Einzelzeiträume, in denen die Ausgabewerte des Hochdrucksensors oben genannte Prüfbedingungen erfüllen, zu einem Gesamtzeitraum kumuliert werden.
  • Das Überschreiten dieses Gesamtzeitraumes über einen Grenzwert stellt in diesem Falle die Bedingung für die Aktivierung des Fehlerzustandes dar. Der Vorteil hierbei liegt in der Möglichkeit, dass ein Defekt auch dann zuverlässig erkannt wird, wenn beispielsweise ein periodisches Durchschreiten des Sollhochdrucks durch den Druckwertebereich des vorbestimmten Wertegrenzbereichs innerhalb des Grenzzeitraums eine Erkennung des Defekts nach den oben genannten Prüfbedingungen verhindern würde.
  • Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass als Reaktion auf den Fehlerzustand ein sicherer Betriebszustand, insbesondere ein sicherer Notbetrieb, der Brennkraftmaschine herbeigeführt wird. Der Vorteil hierbei liegt in der Möglichkeit, dass der Motor durch gezielt auf diesen Fehlerzustand ausgerichtete Maßnahmen im Falle eines Defekts des Sensors geschützt wird.
  • Vorteilhaft ist vorgesehen, dass als weitere Reaktion auf den Fehlerzustand eine Fehlermeldung an den Betreiber der Brennkraftmaschine ausgegeben wird. Der Vorteil hierbei liegt in der Möglichkeit, dass der Betreiber der Brennkraftmaschine trotz des sicheren Betriebszustands der Brennkraftmaschine über den Defekt informiert wird, um entsprechende Maßnahmen zur Behebung dieses Defekts zu ergreifen.
  • Im Rahmen einer besonders bevorzugten ersten Variante ist vorgesehen, dass der Grenzzeitraum 4–6 Sekunden und der Schwellwert 2–6 bar beträgt.
  • Vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine im sicheren Betriebsmodus mit offener Saugdrossel und offenem Druckregelventil betrieben wird. Konkret bedeutet dies: im sicheren Betriebsmodus wird der Hochdruckregler-Notbetrieb aktiviert, d. h. es werden sowohl die Einschaltdauer des PWM-Signals der Saugdrossel als auch die Einschaltdauer des PWM-Signals des Druckregelventils von ihren stationären Werten auf den Wert 0 % verkleinert. Dadurch werden Saugdrossel und Druckregelventil geöffnet, da beide Stellglieder stromlos offen sind, und der Motor kann damit im sicheren Notbetrieb betrieben werden. Der Vorteil hierbei liegt in der Möglichkeit, dass durch diese Maßnahmen der Motor im Falle eines Defekts des Hochdrucksensors geschützt wird. Insbesondere die Öffnung des Druckregelventils stellt eine Schutzfunktion des Motors aufgrund des fehlenden Überdruckventils dar, d. h. die ursprüngliche Funktion des mechanischen (passiven) Überdruckventils wird elektronisch nachgebildet.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
  • 1 eine Einrichtung zur Steuerung eines Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine,
  • 2A ein Blockschaltbild der Ansteuerung eines Druckregelventils bei nicht vorhandenem Überdruckventil,
  • 2B ein Einflussdiagramm auf das den Druckregelventil-Regler aktivierende erste Signal (Signal 1),
  • 3 ein Zustandsdiagramm der Ansteuerung des Druckregelventils bei nicht vorhandenem Überdruckventil,
  • 4A ein Blockschaltbild der Ansteuerung einer Saugdrossel bei nicht vorhandenem Überdruckventil,
  • 4B ein Einflussdiagramm auf das den Notbetrieb auslösende zweite Signal (Signal 2),
  • 5 ein Zeitverlaufsdiagramm eines Hochdrucksensorausfalls,
  • 6 ein Druckregelventil-Kennfeld,
  • 7 ein Zeitverlaufsdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zur Erkennung eines Hochdrucksensorausfalls,
  • 8 ein Zeitverlaufsdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zur Erkennung eines Hochdrucksensorausfalls bei sich über den Grenzzeitraum veränderndem Sollhochdruckwert,
  • 9 ein Zeitverlaufsdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zur Erkennung eines Hochdrucksensorausfalls mit einem unterschiedlich ausgeprägten Druckwertebereich,
  • 10 ein Flussdiagramm der Umsetzung aller Ausgestaltungen einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens.
  • 1 zeigt eine Einrichtung entsprechend dem Stand der Technik wie in der DE 10 2014 213 648 B3 beschrieben. Eine Brennkraftmaschine 1 weist dabei ein Einspritzsystem 3 auf. Das Einspritzsystem 3 ist bevorzugt als Common-Rail-Einspritzsystem ausgebildet. Es weist eine Niederdruckpumpe 5 zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstoff-Reservoir 7, eine verstellbare, niederdruckseitige Saugdrossel 9 zur Beeinflussung eines zu einer Hochdruckpumpe 11 strömenden Kraftstoff-Volumenstroms, die Hochdruckpumpe 11 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung in einen Hochdruckspeicher 13, den Hochdruckspeicher 13 zum Speichern des Kraftstoffs, und vorzugsweise eine Mehrzahl von Injektoren 15 zum Einspritzen des Kraftstoffs in Brennräume 16 der Brennkraftmaschine 1 auf. Optional ist es möglich, dass das Einspritzsystem 3 auch mit Einzelspeichern ausgeführt ist, wobei dann beispielsweise in dem Injektor 15 ein Einzelspeicher 17 als zusätzliches Puffervolumen integriert ist. Es ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein insbesondere elektrisch ansteuerbares Druckregelventil 19 vorgesehen, über welches der Hochdruckspeicher 13 mit dem Kraftstoff-Reservoir 7 fluidverbunden ist. Über die Stellung des Druckregelventils 19 wird ein Kraftstoffvolumenstrom definiert, welcher aus dem Hochdruckspeicher 13 in das Kraftstoff-Reservoir 7 abgesteuert wird. Dieser Kraftstoffvolumenstrom wird in 1 sowie im folgenden Text mit VDRV bezeichnet und stellt eine Hochdruck-Störgröße des Einspritzsystems 3 dar.
  • Das Einspritzsystem 3 weist kein mechanisches Überdruckventil auf, da dessen Funktion durch das Druckregelventil 19 übernommen wird. Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Steuergerät 21, welches bevorzugt als Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine 1, nämlich als sogenannte Engine Control Unit (ECU) ausgebildet ist, bestimmt. Das elektronische Steuergerät 21 beinhaltet die üblichen Bestandteile eines Microcomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer- und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronische Steuergerät 21 aus Eingangsgrößen Ausgangsgrößen. In 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: Ein gemessener, noch ungefilterter Hochdruck p, der in dem Hochdruckspeicher 13 herrscht und mittels eines Hochdrucksensors 23 gemessen wird, eine aktuelle Motordrehzahl n1, ein Signal FP zur Leistungsvorgabe durch einen Betreiber der Brennkraftmaschine 1, und eine Eingangsgröße E. Unter der Eingangsgröße E sind vorzugsweise weitere Sensorsignale zusammengefasst, beispielsweise ein Ladeluftdruck eines Abgasturboladers. Bei einem Einspritzsystem 3 mit Einzelspeichern 17 ist ein Einzelspeicherdruck pE bevorzugt eine zusätzliche Eingangsgröße des Steuergeräts 21.
  • In 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 21 beispielhaft ein Signal PWMSDR zur Ansteuerung der Saugdrossel 9 als erstes Druckstellglied, ein Signal ve zur Ansteuerung der Injektoren 15 – welches insbesondere einen Spritzbeginn und/oder ein Spritzende oder auch eine Spritzdauer vorgibt –, ein Signal PWMDRV zur Ansteuerung des Druckregelventils 19 und damit die Hochdruck-Störgröße VDRV definiert. Die Ausgangsgröße A steht stellvertretend für weitere Stellsignale zur Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise für ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers bei einer Registeraufladung.
  • 2A zeigt die Ansteuerung des Druckregelventils gemäß dem Stand der Technik. Der Sollvolumenstrom VSoll DRV des Druckregelventils wird in Abhängigkeit zumindest einer der folgenden Größen berechnet: der gemessenen Motordrehzahl nmess, einem leistungsbestimmenden Signal, z. B. der Soll-Einspritzmenge QSoll, dem Sollhochdruck pSoll, dem gemessenen Kraftstoff-Raildruck pmess und dem dynamischen Kraftstoff-Raildruck pdyn. Diese Berechnung ist jedoch nur gültig, solange der dynamische Raildruck pdyn den Grenzwert pGrzl DRV unterschreitet. In diesem Fall ist der berechnete Druckregelventil-Sollvolumenstrom VSoll Ber mit der Eingangsgröße VSoll DRV des Druckregelventil-Kennfeldes identisch, da das logische Signal 1 den Wert “False“ annimmt und damit der Schalter S1 die untere Schalterstellung einnimmt. Erreicht der dynamische Raildruck pdyn den Grenzwert pGrzl DRV, so nimmt das Signal 1 den logischen Wert “True“ an und der Schalter S1 wird mit der oberen Schalterstellung identisch. Damit wird der Druckregelventil-Sollvolumenstrom VSoll DRV in diesem Fall mit dem begrenzten Ausgang VRegler DRV des Druckregelventil-Reglers identisch. Dies bedeutet, dass der Kraftstoff-Raildruck immer dann, wenn der dynamische Raildruck pdyn den Grenzwert pGrzl DRV erreicht, anschließend vom Druckregelventil-Regler geregelt wird und zwar so lange, bis der Motorstillstand erkannt wird, da in diesem Fall die Variable “Motor steht“ den Wert 1 annimmt und damit das Signal 1 den logischen Wert “False“, wodurch der Schalter S1 wieder mit der unteren Schalterstellung identisch wird. Der Druckregelventil-Regler hat die Hochdruck-Regelabweichung ep als Eingangsgröße, welche als Differenz von Sollhochdruck pSoll und gemessenem Hochdruck pmess berechnet wird. Weitere Eingangsgrößen des Druckregelventil-Reglers sind u. a. der maximale Druckregelventil-Volumenstrom VMax DRV, der berechnete Druckregelventil-Sollvolumenstrom VSoll Ber sowie der Proportionalbeiwert kpDRV. Der Druckregelventil-Regler wird vorzugsweise als PI(DT1)-Algorithmus ausgeführt. Dabei wird der integrierende Anteil (I-Anteil) zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Schalter S1 von der unteren in die obere Schalterstellung umgeschaltet wird, mit dem berechneten Druckregelventil-Sollvolumenstrom VSoll Ber initialisiert. Nach oben wird der I-Anteil des Druckregelventil-Reglers auf den maximalen Druckregelventil-Volumenstrom VMax DRV begrenzt. Der maximale Druckregelventil-Volumenstrom VMax DRV ist dabei die Ausgangsgröße einer zweidimensionalen Kennlinie mit dem gemessenen Kraftstoff-Hochdruck pmess als Eingangsgröße. Die Ausgangsgröße des Druckregelventil-Reglers wird ebenfalls auf den maximalen Druckregelventil-Volumenstrom VMax DRV begrenzt, so dass sich schließlich der begrenzte Druckregelventil-Regler-Sollvolumenstrom VRegler DRV ergibt. Dieser ist mit dem resultierenden Druckregelventil-Sollvolumenstrom VSoll DRV identisch, wenn das Signal 1 den logischen Wert “True“ annimmt, d. h. wenn sich der Schalter S1 in der oberen Schalterstellung befindet.
  • Der Zusammenhang zwischen dem dynamischen Raildruck pdyn, dem Grenzwert pGrzl DRV und der Variablen „Motor steht“ in Ihrem Einfluss auf das Signal 1 sind in 2B dargestellt.
  • Das Druckregelventil-Kennfeld berechnet aus dem resultierenden Druckregelventil-Sollvolumenstrom VSoll DRV und dem gemessenen Raildruck pmess den Druckregelventil-Sollstrom ISoll DRV. Der Druckregelventil-Stromregler ermittelt aus dem Druckregelventil-Sollstrom ISoll DRV, dem gemessenen Druckregelventil-Strom Imess DRV und weiteren Größen wie dem Proportionalbeiwert kp1 DRV und dem ohmschen Druckregelventil-Widerstand R1 DRV die Druckregelventil-Sollspannung USoll DRV. Aus der Druckregelventil-Sollspannung USoll DRV wird, durch Division durch die Batteriespannung UBatt und anschließender Multiplikation mit dem Faktor 100, die Einschaltdauer PWMDRV des Druckregelventil-PWM-Signals berechnet, wenn der Schalter S2 in der unteren Schalterstellung ist. Nimmt der Schalter S2 die obere Schalterstellung ein, so wird die Einschaltdauer PWMDRV des Druckregelventil-PWM-Signals mit 0 % vorgegeben. Die Schalterstellungen des Schalters S2 werden durch die Variable “Zustand“ festgelegt. Hat diese den Wert 2, so ist die untere Schalterstellung gültig, hat diese den Wert 1, so ist die obere Schalterstellung gültig. Die Funktion des Schalters S2 wird in 3 in Form eines Zustandsübergangsdiagramms detailliert dargestellt. Die Rohwerte IRoh DRV werden wiederum durch ein Stromfilter gefiltert, so dass sich der gemessene Strom Imess DRV ergibt.
  • 3 stellt die Berechnung der Einschaltdauer PWMDRV des Druckregelventil-PWM-Signals in Form eines Zustandsübergangsdiagramms für den Fall eines Druckregelventils, welches stromlos öffnet, dar. Das Zustandsübergangsdiagramm besteht aus zwei Zuständen, welche durch die Variable “Zustand“ angezeigt werden. Nach dem Einschalten der Motorelektronik wird zunächst die Stillstandsfunktion aktiv. In diesem Zustand nimmt die Variable “Zustand“ den Wert 1 an und die Einschaltdauer PWMDRV des Druckregelventil-PWM-Signals ist identisch mit dem Wert 0 %. Überschreitet der gemessene Raildruck pmess den Grenzwert pStart und wird der Motor als laufend erkannt (Variable “Motor Steht“ identisch 0), so erfolgt ein Wechsel zur Normalfunktion, die Zustandsvariable “Zustand“ nimmt in diesem Fall den Wert 2 an. Die Einschaltdauer PWMDRV des Druckregelventil-PWM-Signals wird aus der Druckregelventil-Sollspannung USoll DRV und der Batteriespannung UBatt berechnet. Der Übergang in den ersten Zustand mit einem unbestromten Druckregelventil erfolgt dann, wenn entweder ein Motorstillstand erkannt wird oder ein defekter Hochdrucksensor vorliegt – angezeigt durch die binäre Variable SDHD – oder wenn der dynamische Raildruck pdyn einen Grenzwert pGrz2 DRV überschreitet. Das Öffnen des Druckregelventils bei einem Sensordefekt des Hochdrucksensors sowie beim Überschreiten eines Grenzdrucks pGrz2 DRV stellt eine Schutzfunktion des Motors aufgrund des fehlenden Überdruckventils dar, d. h. die ursprüngliche Funktion des mechanischen (passiven) Überdruckventils wird elektronisch nachgebildet.
  • 4A zeigt die Ansteuerung der Saugdrossel für eine Anordnung mit fehlendem Überdruckventil gemäß dem Stand der Technik. In 3 ist dargestellt, dass das Druckregelventil in den geöffneten Zustand übergeführt wird, wenn der dynamische Raildruck pdyn den Grenzwert pGrz2 DRV überschreitet oder ein Sensordefekt des Hochdrucksensors vorliegt. Ist eine dieser beiden Bedingungen erfüllt, nimmt das in 4A dargestellte Signal 2 bei laufendem Motor (Variable “Motor Steht“ ist identisch 0) den Wert “True“ an und damit wechselt der Schalter S in die untere Schalterstellung. Ist die untere Schalterstellung aktiv, so ist der Saugdrossel-Sollstrom ISoll SDR mit dem vorgebbaren, vorzugsweise konstanten Saugdrosselstrom INotbetrieb SDR identisch. Der wird dabei so eingestellt, dass die Saugdrossel im geöffneten Zustand betrieben werden kann, z. B. auf den Wert 0 Ampere. Damit wird ein laufender Motor für den Fall, dass der dynamische Raildruck den Grenzwert pGrz2 DRV überschreitet oder ein Sensordefekt des Hochdrucksensors erkannt wird, gleichzeitig mit offenem Druckregelventil und offener Saugdrossel betrieben, wodurch ein stabiler Motorbetrieb ermöglicht wird. Steht der Motor (Variable „Motor Steht“ identisch 1), so nimmt der Schalter S wieder die obere Schalterstellung ein, sodass der Saugdrossel-Sollstrom ISoll SDR mit dem Ausgangswert IKL SDR der Pumpenkennlinie übereinstimmt.
  • In 3 und 4B wird ein Sensordefekt des Hochdrucksensors durch die Variable SDHD angezeigt. Ein solcher Sensordefekt kann verschiedene Ursachen haben. Nach dem Stand der Technik ist es üblich, die Ausgangsspannung des Hochdrucksensors auf Einhaltung unterer und oberer Bereichsgrenzen zu überprüfen. Ein Sensordefekt wird z. B. erkannt, wenn die Ausgangsspannung bei einem Sensor mit dem Messbereich 5 Volt den Wert 0.25 Volt unter- und den Wert 4.75 Volt überschreitet.
  • Aufgabe der Erfindungsmeldung ist, den Ausfall des Hochdrucksensors für den Fall eines stehenden Messwerts zu erkennen, d. h. für den Fall, dass die Ausgangsspannung des Sensors auf einem konstanten Wert stehen bleibt. Fällt der Hochdrucksensor auf diese Weise aus, so soll dies durch eine separate Fehlermeldung angezeigt werden. Hat ein Sensordefekt, welcher durch eine Verletzung der Bereichsgrenzen verursacht wird, die Bezeichnung SDMB und ein Sensordefekt, welcher durch einen stehenden Messwert verursacht wird, die Bezeichnung SDStehend, so gilt: SDHD = SDMB v SDStehend
  • Dies bedeutet, dass ein Sensordefekt des Hochdrucksensors durch eine ODER-Verknüpfung aus den beiden Sensordefekten SDMB und SDStehend hervorgeht. Wird ein Ausfall des Hochdrucksensors erkannt, so soll der Motor, unabhängig von der Ursache, in den in 3 und 4A dargestellten sicheren Motorbetrieb überführt werden, d. h. sowohl die Saugdrossel als auch das Druckregelventil sollen im geöffneten Zustand betrieben werden.
  • 4B stellt den Zusammenhang zwischen dem dynamischen Raildruck pdyn, dem Grenzwert pGrz2 DRV, dem Sensordefekt SDHD und der Variablen „Motor steht“ in Ihrem Einfluss auf das Signal 2 dar.
  • 5 stellt dar, wie sich ein stehender Messwert des Hochdrucksensors auf den Motorbetrieb auswirkt, und zwar für denjenigen Fall, dass der Wert des Hochdruckes unterhalb des Sollhochdruckes liegt. Das erste Zeitdiagramm stellt Verläufe des Sollhochdruckes pSoll, des vom Hochdrucksensor gemessenen Hochdruckes pmess und des tatsächlich im Rail vorliegenden Hochdruckes pist, dar. Zum Zeitpunkt t1 fällt der Hochdrucksensor aus, wobei der Messwert pmess des Hochdrucksensors in der Folge auf dem Wert pSD stehen bleibt. Da der Verlauf des Sollhochdruckes pSoll oberhalb von pSD liegt, ergibt sich eine bleibende, positive Hochdruckregelabweichung: ep > 0 mit ep = pSoll – pmess
  • Bei positiver Hochdruckregelabweichung erhöht der Hochdruckregler entsprechend 4 den Sollvolumenstrom VSoll SDR. Bei einer stromlos offenen Saugdrossel führt dies zu einem kleineren Saugdrossel-Sollstrom ISoll SDR und schließlich zu einer kleineren Einschaltdauer des PWM-Signals PWMSDR. Dies führt dazu, dass der gemessene Saugdrossel-Strom Imess SDR kleiner wird und die Saugdrossel dadurch in Öffnungsrichtung betätigt wird, d. h. der Öffnungsquerschnitt der Saugdrossel wird vergrößert.
  • Das zweite Diagramm in 5 zeigt den Saugdrossel-Strom Imess SDR, welcher vom Zeitpunkt t1 an abfällt und zum Zeitpunkt t2 den Wert 0 erreicht. Das Öffnen der Saugdrossel führt zu einem Ansteigen des tatsächlichen Raildrucks pist, was im ersten Diagramm, ausgehend vom Zeitpunkt t1, dargestellt ist. Um den weiteren Verlauf des Raildruckes verständlich zu machen, ist in 6 das Druckregelventil-Kennfeld dargestellt. Eingangsgrößen dieses Kennfelds sind der gemessene Hochdruck pmess und der abzusteuernde Sollvolumenstrom VSoll DRV. Ausgangsgröße ist der Druckregelventil-Sollstrom ISoll DRV. Beispielhaft sollen nun folgende Annahmen getroffen werden: PSoll = 2000 bar PSD = 1500 bar VSoll DRV = 0 l/min
  • Entsprechend 6 würde in diesem Fall der konstante Druckregelventil-Sollstrom 0.879 A berechnet werden. Dieser Wert W ist in der Tabelle schraffiert dargestellt. Wie die zum Druckregelventil-Sollstrom 0 1/min gehörende erste, schattiert markierte Zeile Z des Druckregelventil-Kennfelds zeigt, ist bei steigendem Raildruck eine stärkere Bestromung des Druckregelventils notwendig, um dieses geschlossen zu halten. Da der Raildruck pist entsprechend 5 nach dem Ausfall des Hochdrucksensors zum Zeitpunkt t1 ansteigt, kommt es aus diesem Grund zu einem Öffnen des Druckregelventils, und zwar umso stärker, je höher der Raildruck ansteigt. Zum Zeitpunkt t3 ist das Druckregelventil so weit geöffnet, dass der von der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoff-Volumenstrom genauso groß wie die Summe von eingespritztem Kraftstoff-Volumenstrom, abgesteuertem Druckregelventil-Volumenstrom und Kraftstoffleckage-Volumenstrom ist. Dies führt dazu, dass der Anstieg des Hochdrucks pist beendet ist und dieser wieder zu fallen beginnt. Dadurch wird das Druckregelventil wieder geschlossen, bis der Hochdruck schließlich wieder ansteigt usw. Es entsteht dadurch ein Hochdruck-Grenzzyklus, d. h. eine periodische Schwingung, wobei der Hochdruck zwischen einem oberen Grenzwert pmax und einem unteren Grenzwert pmin pendelt.
  • Die Bestromungsdauer der Injektoren wird als Ausgangsgröße des Injektorkennfeldes berechnet. Eingangsgrößen des Injektorkennfeldes sind der gemessene Raildruck pmess und die Einspritzsollmenge QSoll. Nach Ausfall des Hochdrucksensors bleibt die Eingangsgröße pmess des Injektorkennfelds konstant und ist mit dem Wert pSD identisch, während der tatsächliche Raildruck ansteigt und anschließend in eine Dauerschwingung übergeht. Dies hat zur Folge, dass eine falsche Bestromungsdauer berechnet wird und die Schwingungen des Raildrucks dadurch auf den Drehzahlregelkreis übertragen werden, so dass auch die Motordrehzahl nmess zu Schwingungen angeregt wird. Schwingt die Motordrehzahl nmess, so schwingt auch das Sollmoment MSoll, da dieses in Abhängigkeit der Motordrehzahl berechnet wird. Da der Sollhochdruck pSoll als Ausgangsgröße eines dreidimensionalen Kennfeldes mit den Eingangsgrößen Motordrehzahl und Sollmoment berechnet wird, kann es je nach Parametrierung des Kennfeldes auch zu Schwingungen des Sollhochdruckes kommen. Dies ist in 5 durch eine punktierte Kurve angedeutet.
  • Fällt der Hochdrucksensor aus und bleibt dabei der Ausgabewert des Sensors stehen, so kann es, wie beschrieben, zu einem instabilen Verhalten des Motors kommen, wodurch der Motor geschädigt werden kann. Um den Motor schützen, muss ein solcher Defekt des Hochdrucksensors erkannt und eine Notbetriebsfunktion aktiviert werden, wobei der Motor mit offener Saugdrossel und offenem Druckregelventil stabil betrieben wird. Mit Erkennen des Sensordefekts muss eine entsprechende Fehlermeldung an den Betreiber des Motors ausgegeben werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, den Ausfall des Hochdrucksensors bei stehendem Messwert zu erkennen. Im Folgenden werden hierzu drei Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.
  • Die erste Ausgestaltung der Erfindung ist in 7 dargestellt. Das Diagramm zeigt den durch eine starke Linie dargestellten Raildruck pmess, welcher zunächst abfällt, dann zum Zeitpunkt t1 auf dem Wert pSD stehen bleibt, weil der Hochdrucksensor ausfällt. Der Sollhochdruck pSoll ist konstant, was durch eine durchgezogene, dünne Linie angezeigt wird. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird geprüft, ob sich der gemessene Raildruck pmess während einem Zeitraum tLimit1 SD in dem hell markierten Bereich aufhält. Dieser Bereich stellt einen Druckwertebereich dar, welcher eine durch den Wert ∆pLimit SD definierte Breite hat. Der Wert ∆pLimit SD beträgt dabei typischerweise 5 bar, die Zeitspanne tLimit1 SD typischerweise 5 Sekunden. Desweiteren wird geprüft, ob der Raildruck während derselben Zeitspanne tLimit1 SD betragsmäßig um mindestens den Wert eLimit1 SD vom Sollhochdruck abweicht, d. h. ob die Hochdruck-Regelabweichung ep betragsmäßig mindestens dem Wert eLimit1 SD entspricht. Entsprechend 7 darf sich der Raildruck damit nicht innerhalb des dunkel gekennzeichneten Bereichs aufhalten, wenn ein Sensordefekt erkannt werden soll. Sind beide Bedingungen erfüllt, d. h. ändert sich der gemessene Raildruck während der vorgebbaren Zeitspanne tLimit1 SD lediglich um maximal 0.5·∆pLimit SD und weicht der Raildruck gleichzeitig betragsmäßig um mehr als eLimit1 SD vom Sollhochdruck pSoll ab, so wird zum Zeitpunkt t2 ein Sensordefekt des Raildrucks erkannt. Dieser Sensordefekt wird durch einen separaten Alarm angezeigt, welcher ausdrückt, dass es sich um einen Defekt handelt, welcher durch einen stehenden Messwert verursacht wird. Entsprechend wechselt die binäre Variable SDStehend im zweiten Diagramm zum Zeitpunkt t2 vom Wert 0 auf den Wert 1. Ebenfalls zum Zeitpunkt t2 wechselt die binäre Variable SDHD vom Wert 0 auf den Wert 1, wodurch angezeigt wird, dass ein Hochdrucksensor-Defekt vorliegt, ohne diesen genauer zu klassifizieren. Tritt ein Hochdrucksensor-Defekt auf, so wird der Hochdruckregler-Notbetrieb aktiviert, d. h. zum Zeitpunkt t2 werden sowohl die Einschaltdauer PWMSDR des PWM-Signals der Saugdrossel als auch die Einschaltdauer PWMDRV des PWM-Signals des Druckregelventils von ihren stationären Werten PWMStat SDR bzw. PWMStat DRV auf den Wert 0 % verkleinert.
  • Dadurch werden Saugdrossel und Druckregelventil geöffnet, da beide Stellglieder stromlos offen sind, und der Motor kann damit im sicheren Notbetrieb betrieben werden. Dies wird durch die Diagramme drei und vier angezeigt.
  • Die zweite Ausgestaltung der Erfindung ist in 8 dargestellt. Das erste Diagramm zeigt wiederum den durch eine starke Linie dargestellten Raildruck pmess, welcher zunächst abfällt, dann zum Zeitpunkt t1 auf dem Wert pSD stehen bleibt, weil der Hochdrucksensor ausfällt. Der Sollhochdruck pSoll ist in diesem Fall nicht konstant, sondern pendelt periodisch um den gemessenen Raildruck pmess, es handelt sich hier also um den in 5 dargestellten punktierten Verlauf des Sollhochdruckes. Das zweite Diagramm zeigt die Hochdruck-Regelabweichung ep: ep = pSoll – pmess
  • Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die Gesamtzeit tGesamt SD, während der die Hochdruck-Regelabweichung ep betragsmäßig größer als ein vorgebbarer Grenzwert eLimit3 SD ist, erfasst: tGesamt SD = te 1 + te 2 + te 3 + ...
  • Ist diese Gesamtzeit größer oder gleich als ein vorgebbares Zeitlimit tLimit3 SD und ändert sich der gemessene Raildruck gleichzeitig betragsmäßig um maximal 0.5·∆pLimit SD, d. h. verbleibt der gemessene Raildruck gleichzeitig in dem grau gekennzeichneten Bereich, so wird ein Sensordefekt des Hochdrucksensors erkannt und der Hochdruckregler-Notbetrieb aktiviert. Dies bedeutet, dass sich die binäre Variable SDStehend, welche einen stehenden Messwert des Hochdrucksensors anzeigt, zum Zeitpunkt t2 vom Wert 0 auf den Wert 1 ändert. Dies wird im dritten Diagramm angezeigt. Auch die binäre Variable SDHD, welche übergeordnet einen Hochdrucksensor-Defekt anzeigt, wechselt zum Zeitpunkt t2 vom Wert 0 auf den Wert 1, was im vierten Diagramm dargestellt ist. Die Diagramme fünf und sechs zeigen wieder an, dass der Notbetrieb im Falle eines Hochdrucksensor-Defekts aktiviert wird, d. h. dass dann sowohl die Einschaltdauer PWMSDR des PWM-Signals der Saugdrossel als auch die Einschaltdauer PWMDRV des PWM-Signals des Druckregelventils von ihren stationären Werten PWMStat SDR bzw. PWMStat DRV auf den Wert 0 % verkleinert werden.
  • Besonders vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist, dass ein Sensordefekt des Hochdrucksensors infolge eines stehenden Messwerts auch dann erkannt wird, wenn der Sollhochdruck Schwingungen um den gemessenen Hochdruck ausführt. Typische Werte für eLimit3 SD und tLimit3 SD sind bei diesem Verfahren 10 bar bzw. 3 Sekunden.
  • 9 zeigt eine dritte Ausgestaltung der Erfindung. Im ersten Diagramm ist wiederum der gemessene Raildruck pmess dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 fällt der Hochdrucksensor aus, was dazu führt, dass der entsprechende Messwert stehen bleibt. Dargestellt ist im selben Diagramm auch der Sollhochdruck pSoll, welcher als konstant angenommen wird. Bei diesem Verfahren wird ein Sensordefekt des Hochdrucksensors dann erkannt, wenn der gemessene Raildruck während der vorgebbaren Zeitspanne tLimit2 SD betragsmäßig mindestens um den Wert des ebenfalls vorgebbaren Werts eLimit2 SD vom Sollhochdruck pSoll abweicht. Der Wert eLimit2 SD wird dabei typischerweise sehr klein, auf z. B. 2 bar, eingestellt, während die Zeitspanne tLimit2 SD typischerweise auf einen sehr großen Wert, z. B. 60 Sekunden, eingestellt wird. Zum Zeitpunkt t2, nach Ablauf der Zeitspanne tLimit2 SD, wird der Sensordefekt des Hochdrucksensors erkannt, die binären Variablen SDStehend und SDHD ändern sich vom Wert 0 auf den Wert 1. Gleichzeitig ändern sich die Variablen PWMSDR und PWMDRV auf den Wert 0 %.
  • Bei dieser Variante der Sensordefekterkennung dauert es zwar länger, bis ein Sensordefekt erkannt ist, dafür ist diese Methode besonders zuverlässig aufgrund des kleinen Einstellwertes der Variablen eLimit2 SD.
  • 10 zeigt die Umsetzung aller genannten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. Im Schritt S1 wird abgefragt, ob entweder der Hochdrucksensor defekt ist oder der Motor sich noch in der Startphase befindet oder die
  • Einspritzung noch nicht freigegeben ist. Ist dies der Fall, wird mit Schritt S2 fortgefahren. In Schritt S2 werden die Zeitvariablen ∆t1, ∆t2, ∆t3, ∆t4 und ∆t5 auf den Wert 0 gesetzt. In der Folge wird mit Schritt S23 fortgefahren.
  • Ist das Abfrageergebnis in Schritt S1 negativ, so wird mit Schritt S3 fortgefahren. Hier wird abgefragt, ob die beiden Zeitvariablen ∆t1 oder ∆t2 größer oder gleich als das Zeitlimit tLimit1 SD sind oder ob die Zeitvariable ∆t5 größer oder gleich als das Zeitlimit tLimit3 SD ist. Bei positivem Abfrageergebnis wird mit Schritt S4 fortgefahren. Dabei werden die Variablen SDStehend und SDHD auf den Wert 1 gesetzt. Gleichzeitig werden die Zeitvariablen ∆t1, ∆t2, ∆t3, ∆t4 und ∆t5 auf den Wert 0 gesetzt. Anschließend wird auch hier mit Schritt S23 fortgefahren. Ist das Abfrageergebnis in Schritt S3 negativ, wird mit Schritt S5 fortgefahren. In Schritt S5 wird der Betrag der Differenz von pmess und dem maximal um die Zeitspanne Tap SD zurückliegenden und gespeicherten Messwert palt gebildet und geprüft, ob dieser Betrag kleiner als der Grenzwert ∆pLimit SD ist.
  • Es wird also untersucht, ob sich der aktuelle gemessene Raildruck pmess während der Zeitspanne Tap SD um weniger als ∆pLimit SD geändert hat. Ist dies nicht der Fall, wird mit Schritt S6 fortgefahren und die Zeitvariablen ∆t1, ∆t2 und ∆t5 auf den Wert 0 zurückgesetzt. Ist dies hingegen der Fall, wird in Schritt S7 geprüft, ob die Hochdruck-Regelabweichung ep größer oder gleich als der Grenzwert eLimit1 SD ist. Ist dies der Fall, wird die Zeitvariable ∆t2 im Schritt S8 auf den Wert 0 gesetzt und die Zeitvariable ∆t1 um den Wert 5 inkrementiert. Anschließend wird mit Schritt S13 fortgefahren. Ist die Hochdruck-Regelabweichung ep kleiner als der Grenzwert eLimit1 SD, so wird mit Schritt S9 fortgefahren. Dabei wird die Zeitvariable ∆t1 auf den Wert 0 gesetzt. Im Schritt S10 wird anschließend geprüft, ob die Hochdruck-Regelabweichung ep kleiner oder gleich als der negative Grenzwert eLimit1 SD ist. Ist dies der Fall, wird die Zeitvariable ∆t2 im Schritt S11 um den Wert 5 inkrementiert. Ist dies nicht der Fall, wird die Zeitvariable ∆t2 im Schritt S12 auf den Wert 0 gesetzt. In beiden Fällen wird mit Schritt S13 fortgefahren. Dabei wird geprüft, ob die Hochdruck-Regelabweichung ep betragsmäßig größer oder gleich als der vorgebbare Grenzwert eLimit3 SD ist. Ist dies der Fall, wird die Zeitvariable ∆t5 in Schritt S14 um den Wert 5 inkrementiert und anschließend mit Schritt S15 fortgefahren. Ist dies nicht der Fall, wird ebenfalls mit Schritt S15 fortgefahren. In Schritt S15 wird geprüft, ob die Zeitvariable ∆t3 oder die Zeitvariable ∆t4 größer oder gleich als das vorgebbare Zeitlimit tLimit2 SD ist. Ist dies der Fall, werden die Variablen SDStehend und SDHD in Schritt S16 auf den Wert 1 gesetzt. Gleichzeitig werden die Zeitvariablen ∆t1, ∆t2, ∆t3, ∆t4 und ∆t5 auf den Wert 0 gesetzt. Anschließend wird mit Schritt S23 fortgefahren. Ist das Abfrageergebnis im Schritt S15 negativ, wird mit Schritt S17 fortgefahren. In Schritt S17 wird geprüft, ob die Hochdruck-Regelabweichung ep größer oder gleich als der vorgebbare Grenzwert eLimit2 SD ist. Ist dies der Fall, wird die Zeitvariable ∆t4 in Schritt S18 auf den Wert 0 gesetzt. Gleichzeitig wird die Zeitvariable ∆t3 um den Wert 5 inkrementiert. Anschließend wird mit Schritt S23 fortgefahren. Ist das Abfrageergebnis in Schritt S17 negativ, wird mit Schritt S19 fortgefahren. Dabei wird die Zeitvariable ∆t3 auf den Wert 0 gesetzt. Anschließend wird mit Schritt S20 fortgefahren. In Schritt S20 wird geprüft, ob die Hochdruck-Regelabweichung ep kleiner oder gleich als der negative Grenzwert eLimit2 SD ist. Ist dies der Fall, wird die Zeitvariable ∆t4 in Schritt S21 um den Wert 5 inkrementiert. Ist dies nicht der Fall, wird die Zeitvariable ∆t4 in Schritt S22 auf den Wert 0 gesetzt. In beiden Fällen wird anschließend mit Schritt S23 fortgefahren. In Schritt S23 wird die Zeitvariable ∆t6 um den Wert 5 inkrementiert. Anschließend wird mit Schritt S24 fortgefahren. In Schritt S24 wird geprüft, ob die Zeitvariable ∆t6 größer oder gleich als die vorgebbare Zeitspanne Tap SD ist. Ist dies der Fall, wird der aktuelle gemessene Raildruck pmess abgespeichert, indem die Variable palt auf pmess gesetzt wird. Die Variable palt wird damit jeweils nach Ablauf der Zeitspanne Tap SD aktualisiert und, wie bereits erwähnt, im Schritt S5 mit dem aktuellen gemessenen Raildruck pmess verglichen. Im Schritt S5 wird damit überprüft, wie weit sich der gemessene Raildruck innerhalb der Zeitspanne Tap SD verändert. Die Umsetzung der Erfindung auf diese Weise ist sehr vorteilhaft, weil auf Ringspeicher verzichtet werden kann, welche sehr viel Speicherplatz benötigen. Außerdem kann dadurch sehr viel Rechenzeit eingespart werden.
  • In Schritt S25 wird zusätzlich die Zeitvariable ∆t6 auf den Wert 0 zurückgesetzt. Anschließend ist der Programmablauf beendet. Ist das Abfrageergebnis in Schritt S24 negativ, ist der Programmablauf ebenfalls beendet.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennkraftmaschine
    3
    Einspritzsystem
    5
    Niederdruckpumpe
    7
    Kraftstoff-Reservoir
    9
    Saugdrossel
    10
    Einzelspeicher
    11
    Hochdruckpumpe
    12
    Dehnungssensor
    13
    Hochdruckspeicher
    15
    Injektoren
    16
    Brennräume
    17
    Einzelspeicher
    19
    Druckregelventil
    21
    Steuergerät
    23
    Hochdrucksensor
    A
    Ausgangsgröße
    E
    Eingangsgröße
    pE
    Einzelspeicherdruck
    FP
    Signal
    n1
    Motordrehzahl
    p
    Hochdruck
    PWMDRV
    Signal
    VDRV
    Hochdruck-Störgröße
    ve
    Signal
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19935519 C2 [0003]
    • DE 102009002793 B4 [0004]
    • DE 102009050467 A1 [0005]
    • DE 102014213648 B3 [0006, 0056]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und einem ein Common-Rail aufweisendes Einspritzsystem mit einer Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren und dergleichen Hochdruckkomponenten, insbesondere wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail für den Injektor ausgebildet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Einspritzen von Kraftstoff aus dem Common-Rail mittels einem Injektor in einen Zylinder, – Bestimmen eines Kraftstoff-Drucks für eine Hochdruckkomponente, insbesondere den Common-Rail, den Injektor und/oder den Einzelspeicher, mit wenigstens einem den Kraftstoff-Druck erfassenden Hochdrucksensor, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Defekt des Hochdrucksensors erkannt wird, indem überprüft wird, ob die Hochdruck-Regelabweichung (ep) während einer vorbestimmten Zeitspanne (tLimit1 SD, tLimit2 SD, tLimit3 SD) einen vorbestimmten Grenzwert (eLimit1 SD, eLimit2 SD, eLimit3 SD) betragsmäßig überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – Ausgabewerte des Hochdrucksensors (pmess) sich während Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne (tLimit1 SD, tLimit3 SD) in einem Bereich aufhalten, welcher durch eine maximale Abweichung (ΔpLimit SD) definiert ist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder beiden, dadurch gekennzeichnet, dass – es sich bei der Zeitspanne tLimit1 SD und tLimit2 SD um eine ununterbrochene Zeitspanne handelt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder beiden, dadurch gekennzeichnet, dass – es sich bei der Zeitspanne tLimit3 SD um eine Gesamtzeit handelt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Defekt des Hochdrucksensors erkannt wird, wobei der Defekt erkannt wird indem – der zeitliche Verlauf von Ausgabewerten (pmess) des wenigstens einen Hochdrucksensors erfasst wird und ein konstanter oder nur begrenzt veränderlicher Verlauf der erfassten Ausgabewerte (pmess) in einem vorbestimmten Wertegrenzbereichs erkannt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass – für den vorbestimmten Wertegrenzbereichs die vorbestimmte Zeitspanne (tLimit1 SD, tLimit2 SD, tLimit3 SD), eine maximale Abweichung (∆pLimit SD) eines Druckwertebereichs zur Verfügung gestellt wird und der Verlauf der erfassten Ausgabewerte (pmess) in dem vorbestimmten Wertegrenzbereichs erkannt wird über die Prüfbedingung, dass – die erfassten Ausgabewerte über die vorbestimmte Zeitspanne (tLimit1 SD, tLimit2 SD, tLimit3 SD) die maximale Abweichung (∆pLimit SD) nicht überschreiten.
  7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass – ein Sollhochdruck (pSoll) mit einem vorbestimmten Grenzwert (eLimit1 SD) einer Hochdruckregelabweichung zur Verfügung gestellt wird und der Verlauf der erfassten Ausgabewerte (pmess) in dem vorbestimmten Wertegrenzbereich erkannt wird über die weitere Prüfbedingung, dass – die erfassten Ausgabewerte über die vorbestimmte Zeitspanne (tLimit1 SD, tLimit2 SD, tLimit3 SD) nicht in einem durch den vorbestimmten Grenzwert (eLimit1 SD) einer Hochdruckregelabweichung gebildeten Regelbereich des Sollhochdrucks (pSoll) liegen.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollhochdruck (pSoll) einen veränderlichen Verlauf aufweist, der sowohl innerhalb als auch außerhalb des Druck Wertegrenzbereichs liegt und der Verlauf der erfassten Ausgabewerte (pmess) in dem vorbestimmten Wertegrenzbereich erkannt wird über die noch weitere Prüfbedingung, dass die erfassten Ausgabwerte über einen weiteren Grenzzeitraum innerhalb des durch die maximale Abweichung (∆pLimit SD) charakterisierten Druckwertebereichs verbleiben, und der weitere Grenzzeitraum aus nicht zusammenhängenden Einzelzeiträumen gebildet ist, welche zu der vorbestimmten Zeitspanne (tLimit3 SD) kumuliert werden und während eines oder einer Anzahl oder aller Einzelzeiträume die Hochdruckregelabweichung (ep) betragsmäßig größer als der vorbestimmte Grenzwert (eLimit3 SD) ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktion auf einen Fehlerzustand (SDStehend) ein sicherer Notbetrieb der Brennkraftmaschine herbeigeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Reaktion auf den Fehlerzustand (SDStehend) eine Fehlermeldung an den Betreiber der Brennkraftmaschine ausgegeben wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzzeitraum (tLimit1 SD) 4–6 Sekunden und der Schwellwert (∆pLimit SD) 2–6 bar beträgt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine im sicheren Notbetrieb mit offener Saugdrossel und offenem Druckregelventil betrieben wird.
  13. Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine, mit einem Motorregler und einem Einspritz-Rechenmodul, die ausgebildet sind zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  14. Einspritzsystem mit einem ein Common-Rail für eine Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und mit einer Anzahl von den Zylindern zugeordneten Injektoren und dergleichen Hochdruckkomponenten, insbesondere wobei einem Injektor ein Einzelspeicher zugeordnet ist, der zum Vorhalten von Kraftstoff aus dem Common-Rail zur Injektion in den Zylinder ausgebildet ist, und mit einer Einrichtung nach Anspruch 13 zum Steuern und/oder Regeln einer Brennkraftmaschine.
  15. Brennkraftmaschine mit einem eine Anzahl von Zylindern aufweisenden Motor und einem Einspritzsystem mit einem Common-Rail und einer Anzahl von Injektoren und dergleichen Hochdruckkomponenten und mit einer Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln nach Anspruch 13, insbesondere mit einem Einspritzsystem nach Anspruch 14.
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