DE102016219954B3 - Verfahren zum Überprüfen eines Drucksensors eines Hochdruckeinspritzsystems, Steuervorrichtung, Hochdruckeinspritzsystem und Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Drucksensors (35) eines Hochdruckeinspritzsystems (13), wobei in einem Verdichtungsraum (33) einer Hochdruckpumpe (15) ein Kolben (22) der Hochdruckpumpe (15) in aufeinander folgenden Pumpzyklen jeweils zu einem oberen Totpunkt (31) hin bewegt wird und ein Einlassventil (16) von einer Steuervorrichtung (17) durch Bestromen eines Elektromagneten (18) geschlossen wird. Die Erfindung sieht vor, dass durch die Steuervorrichtung (17) bei geschlossenem Einlassventil (16) der Elektromagnet (18) mit einem Messstrom (47) beaufschlagt wird und, während der Kolben (22) von einem oberen Totpunkt (31) wegbewegt wird, anhand einer vorbestimmten zeitlichen Veränderung (50) des Messstroms (47) eine Öffnungsposition (43) des Kolbens (22) detektiert wird, bei welcher eine Öffnungsbewegung des Einlassventils (16) beginnt, und über mehrere Pumpzyklen hinweg überprüft wird, ob eine Wertefolge (53) der ermittelten Öffnungspositionen (43) ein Diskrepanzkriterium (52) bezüglich eines Sensorsignals (36) des Drucksensors (35) erfüllt, und bei erfülltem Diskrepanzkriterium (52) ein Fehlersignal (59) erzeugt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Drucksensors, wie er in einem Hochdruckeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt sein kann. Mittels des Verfahrens wird ein defekter oder fehlerhafter Drucksensor erkannt. Zu der Erfindung gehören auch eine Steuervorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, ein Hochdruckeinspritzsystem mit der Steuervorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit dem Hochdruckeinspritzsystem.
  • In einem Kraftfahrzeug kann ein Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor mittels eines Hochdruckeinspritzsystems gefördert oder gepumpt werden. Ein solches Hochdruckeinspritzsystem weist eine Hochdruckpumpe auf, die den Kraftstoff auf einer Hochdruckseite mit einem Druck von größer als 200 bar zum Verbrennungsmotor hin fördern kann. Die Kraftstoffpumpe kann einen Kolben aufweisen, der in einem Verdichtungsraum oder Hubraum zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt hin und her bewegt wird. Der Kolben kann hierzu beispielsweise durch eine Motorwelle des Verbrennungsmotors angetrieben werden. Eine vollständige zyklische Bewegung des Kolbens wird hier als Pumpzyklus bezeichnet.
  • Bei der Kolbenbewegung vom oberen Totpunkt hin zum unteren Totpunkt beginnt in jedem Pumpzyklus ab einer spezifischen Öffnungsposition des Kolbens eine Öffnungsbewegung eines Einlassventils der Hochdruckpumpe. Dies ist dann der Beginn einer Saugphase, in welcher durch das Einlassventil Kraftstoff oder allgemein ein Fluid in den Verdichtungsraum einströmt. Nach Erreichen des unteren Totpunkts endet die Saugphase und der Kolben wird wieder hin zum oberen Totpunkt hin bewegt. Während dieser Ausstoßphase wird durch die Bewegung des Kolbens zum oberen Totpunkt hin das Fluid wieder aus dem Verdichtungsraum ausgestoßen. Solange das Einlassventil dabei offen ist, fließt das Fluid durch das Einlassventil zurück zu einer Niederdruckseite. Deshalb wird während der Bewegung des Kolbens zum oberen Totpunkt hin das Einlassventil von einer Steuervorrichtung durch Bestromen eines Elektromagneten geschlossen. Die geschieht bei einer Kolbenstellung, die von einem Sollwert für den einzuregelnden Fluiddruck der Hochdruckseite abhängig ist. Der bestromte Elektromagnet zieht einen Anker oder eine Armatur magnetisch an, die mit dem Einlassventil verbunden ist, sodass dieses mitgezogen wird. Wenn das Einlassventil geschlossen ist, wird das Fluid durch die Kolbenbewegung nicht mehr durch das Einlassventil, sondern durch ein Auslassventil ausgestoßen. Das Auslassventil kann beispielsweise ein Rückschlagventil sein. Das durch das Auslassventil ausgestoßene Fluid erzeugt stromabwärts des Auslassventils den Fluiddruck auf der Hochdruckseite.
  • Stromabwärts des Auslassventils ist ein Drucksensor angeordnet, der ein Sensorsignal erzeugt, welches den Fluiddruck anzeigen soll. In Abhängigkeit von dem Sensorsignal kann die Steuervorrichtung dann nämlich die besagte Kolbenstellung zum Schließen des Einlassventils, d. h. zum Bestromen des Elektromagneten während der Ausstoßphase, festlegen und hierdurch den Fluiddruck auf den Solldruck oder Sollwert einregeln.
  • Dies setzt aber voraus, dass das Sensorsignal des Drucksensors den Fluiddruck korrekt signalisiert. Ist der Drucksensor dagegen defekt und signalisiert durch das Sensorsignal stets einen zu niedrigen Druck, beispielsweise ein Null-Signal, so wird durch die Steuervorrichtung der tatsächliche Fluiddruck immer weiter erhöht, da sich keine Verringerung des Regelfehlers (Sollwert minus Sensorsignal) ergibt. Dies kann zu einer Beschädigung des Hochdruckeinspritzsystems führen, beispielsweise zum Platzen oder Aufreißen einer Fluidleitung oder einer Dichtung.
  • Daher ist man an einer Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Drucksensors des Hochdruckeinspritzsystems interessiert.
  • Aus der DE 10 2010 064 048 A1 ist bekannt, dass während eines Pumpzyklus ein Öffnungszeitpunkt eines Ventils von dem Druck im Kolbenraum des Ventils abhängt. Durch Ermitteln des Öffnungszeitpunkts kann deshalb auf den Wert des Drucks rückgeschlossen werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Hochdruckeinspritzsystem einen fehlerhaften Drucksensor zu detektieren.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
  • Der eingangs beschriebene Betrieb des Hochdruckeinspritzsystems wird durch die Erfindung in folgender Weise ergänzt. Das Verfahren setzt an der Stelle an, nachdem das Einlassventil durch die Steuervorrichtung geschlossen wurde, um das Fluid durch das Auslassventil umzuleiten. Normalerweise kann nach dem Schließen des Einlassventils der Strom durch den Elektromagneten wieder abgeschaltet werden, da sich ausreichend Druck im Verdichtungsraum aufbaut, um das Einlassventil geschlossen zu halten. Der Druck ist dabei auch dann noch ausreichend groß, wenn der Kolben nach Erreichen des oberen Totpunkts wieder von diesem weg und hin zum unteren Totpunkt bewegt wird. Dies liegt daran, dass im Verdichtungsraum das verbleibende oder noch vorhandene Fluid elastisch komprimiert ist, während sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet. Bewegt sich der Kolben vom oberen Totpunkt weg, entspannt sich zunächst das Fluid, während es dabei aber noch einen ausreichend großen Druck auf das Einlassventil ausübt, um dieses geschlossen zu halten. Die Öffnungsbewegung des Einlassventils setzt also erst dann ein, wenn der Kolben sich schon vom oberen Totpunkt weg bewegt hat und die erwähnte Öffnungsposition erreicht hat, die sich eben dadurch auszeichnet, dass der Druck im Verdichtungsraum kleiner geworden ist als eine Druckkraft, die auf das Einlassventil durch eine Ventilfeder der Hochdruckpumpe und durch das stromaufwärts jenseits des Einlassventils befindliche Fluid der Niederdruckseite ausgeübt wird.
  • Durch die Steuervorrichtung wird nun erfindungsgemäß trotzdem bei geschlossenem Einlassventil der Elektromagnet mit einem Messstrom beaufschlagt oder durchflossen, obwohl dies nicht zum Geschlossen-Halten des Einlassventils nötig ist. Während der Kolben von dem oberen Totpunkt weg bewegt wird, wird anhand einer vorbestimmten zeitlichen Veränderung dieses Messstroms die Öffnungsposition des Kolbens detektiert, also diejenigen Position des Kolbens, bei welcher die Öffnungsbewegung des Einlassventils zu seiner Offenstellung hin beginnt. Der Messstrom verändert sich, weil die Bewegung des Einlassventils auch den Anker des Elektromagneten bewegt und hierdurch eine elektrische Spannung in der Spule des Elektromagneten induziert wird, die dem eingeprägten Messstrom einen zusätzlichen Induktionsstrom überlagert. Dieses Erfassen der zeitlichen Veränderung des Messstroms wird über mehrere Pumpzyklen hinweg wiederholt durchgeführt, sodass für jeden Pumpzyklus ein Wert der Öffnungsposition des Kolbens ermittelt wird. Es entsteht somit eine Folge von Werten oder kurz Wertefolge der ermittelten Öffnungspositionen, jeweils ein Wert pro Pumpzyklus. Es wird überprüft, ob diese Wertefolge der ermittelten Öffnungspositionen ein vorbestimmtes Diskrepanzkriterium bezüglich des Sensorsignals des Drucksensors erfüllt. Bei erfülltem Diskrepanzkriterium wird dann ein den Drucksensor betreffendes Fehlersignal erzeugt. Ist das Diskrepanzkriterium erfüllt, so wird also als ein Defekt oder Fehler des Drucksensors signalisiert.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die besagte Öffnungsposition des Kolbens in Abhängigkeit vom stromabwärts des Auslassventils vorhandenen Fluiddruck abhängig ist. Je größer der Fluiddruck ist, desto größer ist der Abstand der Öffnungsposition vom oberen Totpunkt. Wird also mittels der Hochdruckpumpe der Fluiddruck erfolgreich vergrößert, so müsste sich zum einen das Sensorsignal entsprechend verändern. Zum anderen verschiebt oder verändert sich aber auch die Öffnungsposition mit steigendem Fluiddruck. Dies zeigt die Wertefolge der ermittelten Öffnungspositionen entsprechend an. Die Wertefolge beschreibt also den zeitlichen Verlauf des Fluiddrucks. Durch Vergleichen der Wertefolge oder eines Trends oder eines zeitlichen Verlaufs der Wertefolge mit dem Sensorsignal kann also überprüft werden, ob das Sensorsignal einen zeitlichen Verlauf aufweist, dessen Form mit der Form des zeitlichen Verlaufs der Wertefolge übereinstimmt. Ist dies nicht der Fall, so deutet dies darauf hin, dass durch das Sensorsignal nicht der zeitliche Verlauf des Fluiddrucks beschrieben ist. Somit ist ein Fehlersignal zu erzeugen.
  • Die Detektion wird gemäß einem Aspekt der Erfindung noch robuster gemacht, indem das Diskrepanzkriterium auch berücksichtigt, ob eine Drehgeschwindigkeit einer den Kolben der Hochdruckpumpe antreibenden Motorwelle des Verbrennungsmotors größer als ein vorbestimmter Betriebswert ist. Hierdurch wird erkannt, ob die Hochdruckpumpe überhaupt angetrieben wird, also in Betrieb ist.
  • Eine weitere Plausibilisierung ergibt sich, indem das Diskrepanzkriterium umfasst, dass ein durch einen Volumenstromsensor einen Volumenstrom des Fluids signalisiert, der größer als ein vorbestimmter Mindestförderwert ist. Hierdurch wird erkannt, ob durch die Hochdruckpumpe überhaupt Fluid gefördert wird.
  • Das Messen der Wertefolge der Öffnungspositionen und die anschließende Überprüfung des Diskrepanzkriteriums wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung dann durchgeführt oder angestoßen, wenn bei einem Start des Verbrennungsmotors das Sensorsignal gemäß einem vorbestimmten Konstanzkriterium einen konstanten Verlauf aufweist. Das Konstanzkriterium kann beispielsweise vorsehen, dass sich das Sensorsignal über der Zeit innerhalb eines Toleranzbereichs um einen vorbestimmten konstanten Wert (z. B. Null) bewegt oder das Sensorsignal dauerhaft den gleichen Wert signalisiert. Dies deutet auf einen elektrischen Defekt hin, durch welchen der Drucksensor außer Betrieb bleibt.
  • Zu der Erfindung gehören auch zusätzliche, optionale technische Merkmale, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
  • Um mittels des Diskrepanzkriteriums den beschriebenen Unterschied zwischen der Wertefolge und dem Sensorsignal zu erkennen, kann das Diskrepanzkriterium umfassen, dass die Wertefolge eine Verlagerung der Öffnungsposition von dem oberen Totpunkt weg und somit einen steigenden Druckverlauf des Fluiddrucks signalisiert und das Sensorsignal des Drucksensors um mehr als einen vorbestimmten Toleranzwert von dem Druckverlauf abweicht. Beispielsweise kann eine relative Veränderung der Wertefolge über der Zeit einer entsprechenden relativen Veränderung des Sensorsignals verglichen werden. Steigt also beispielsweise die Wertefolge über der Zeit um einen vorbestimmten Prozentsatz an, beispielsweise 200% oder 300%, und ergibt sich kein entsprechender Anstieg des Sensorsignals, so liegt ein Fehler vor. Hierbei kann ein Korrekturfaktor vorgesehen sein, da der Anstieg des Drucks nicht unbedingt proportional zur Verlagerung der Öffnungsposition sein muss.
  • Eine technisch besonders einfach zu realisieren der Analyse ergibt sich, indem durch die Steuervorrichtung ein Deltasprung signalisiert wird, also eine Veränderung um einen vorbestimmten absoluten oder relativen Wert. Der Deltasprung wird signalisiert, falls anhand eines Differenzsignals ein Unterschied des Sensorsignals zu der Wertefolge von mehr als einen vorbestimmten Deltawert (absolut oder relativ) erkannt wird. Ausgehend vom Beginn der Messung oder vom vorangegangenen Deltasprung wird also jedes Mal signalisiert vor, falls sich wieder eine Veränderung um den Deltawert ergeben hat.
  • Um ein in der Wertefolge enthaltenes Rauschen zu kompensieren, wird die Erfassung dadurch robuster gemacht, dass durch die Steuervorrichtung mittels eines Zählers gezählt wird, wie oft nacheinander ein Deltasprung erkannt wird. Das Diskrepanzkriterium sieht hierbei vor, dass der Zähler größer als eine vorbestimmte Mindestanzahl sein muss. Es müssen also mindestens ein Deltasprung oder mindestens 2 oder mindestens 3 oder eine vorbestimmte Mindestanzahl größer als 3 an Deltasprüngen vorliegen, damit das Fehlersignal überhaupt detektiert wird. Ansonsten kann ein In-Ordnungs-Signal erzeugt werden, das einen funktionstüchtigen Drucksensor signalisiert.
  • Wie bereits ausgeführt, muss der Elektromagnet der Hochdruckpumpe nach dem Schließen des Einlassventils nicht mehr bestromt werden, da der Druck im Verdichtungsraum das Einlassventil so lange geschlossen hält, bis der Kolben die Öffnungsposition erreicht. Um durch den Messstrom den Regelbetrieb der Steuervorrichtung nicht zu beeinträchtigen, sollte der Messstrom die Öffnungsposition nicht dadurch künstlich verschieben, dass das Einlassventil durch den Messstrom geschlossen gehalten wird. Entsprechend ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Stromstärke des Messstroms kleiner eingestellt wird als zum Schließen des Einlassventils vorgesehen ist. Damit unterscheidet sich der Messstrom von demjenigen Schließstrom, der zum Schließen des Einlassventils bereitgestellt wird.
  • Ein weiterer Aspekt ist die Frage, wie anhand der zeitlichen Veränderung des Messstroms überhaupt die Öffnungsposition erkannt werden kann. Wie bereits ausgeführt, erzeugt die Öffnungsbewegung des Einlassventils in der elektrischen Spule des Elektromagneten einen Induktionsstrom, welcher dem durch die Steuervorrichtung eingeprägten Anteil des Messstroms überlagert wird. Somit ergibt sich ein Anstieg des Messstroms. Zum Detektieren der Öffnungsbewegung wird daher überprüft, ob ein vorbestimmter Mittelwert des Messstroms ansteigt. Falls der durch die Steuervorrichtung eingeprägt Messstrom z. B. mittels einer Pulsweitenmodulation eingestellt wird, ergibt sich als Mittelwert beispielsweise der Wert des Messstroms, wie er über einen oder zwei oder mehr als zwei Perioden der Pulsweitenmodulation hinweg gebildet werden kann.
  • Um bei detektierter Öffnungsbewegung die Öffnungsposition des Kolbens mit einem Wert zu beschreiben, kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Öffnungsposition mittels eines Drehlagesensors des Verbrennungsmotors ermittelt wird. Es kann also die Drehlage der Motorwelle ermittelt werden, die den Kolben antreibt. Der Drehlagewert ist aussagekräftig genug. Ein absoluter Abstandswert der Öffnungsposition bezüglich des oberen Totpunkts ist nicht nötig. Es reicht, eine relative Veränderung der Öffnungsposition und damit der Drehlage zu ermitteln, um einen defekten Drucksensor in der beschriebenen Weise zu erkennen.
  • Zum Durchführen des Verfahrens ist durch die Erfindung eine Steuervorrichtung für ein Hochdruckeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, in der beschriebenen Weise das Einlassventil der Hochdruckpumpe des Hochdruckeinspritzsystems in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Drucksensors zu schließen, um den Fluiddruck auf einen Sollwert einzuregeln. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, die beschriebenen Verfahrensschritte der Steuervorrichtung gemäß der Erfindung durchzuführen.
  • Durch Ausstatten eines Hochdruckeinspritzsystems mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ergibt sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hochdruckeinspritzsystems. Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Hochdruckeinspritzsystem eine Hochdruckpumpe und einen stromabwärts eines Auslassventils der Hochdruckpumpe angeordneten Drucksensor auf.
  • Durch die Erfindung ist auch ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das den beschriebenen Verbrennungsmotor und eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochdruckeinspritzsystems aufweist.
  • Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
  • 2 Diagramme mit schematisierten Verläufen von Signalen, wie sie im Betrieb des Kraftfahrzeugs von 1 bei einem Defekt eines Drucksensors vorkommen können;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Hochdruckpumpe des Kraftfahrzeugs von 1;
  • 4 Diagramme mit schematisierten Verläufen von Signalen, anhand welchen eine Öffnungsposition eines Kolbens der Hochdruckpumpe von 4 ermittelt werden kann; und
  • 5 Diagramme mit schematisierten Verläufen von Signalen, wie sie durch eine Steuervorrichtung in dem Kraftfahrzeug von 1 ermittelt werden können.
  • Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich zum Beispiel um einen Kraftwagen, wie zum Beispiel einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 kann einen Verbrennungsmotor 11 aufweisen, der über ein Hochdruckeinspritzsystem 13 mit einem Kraftstofftank 12 gekoppelt sein kann. Mittels des Hochdruckeinspritzsystems 13 kann ein in dem Kraftstofftank 12 enthaltenes Fluid 14, also z. B. ein Kraftstoff, wie zum Beispiel Diesel oder Benzin, zu dem Verbrennungsmotor 11 gefördert werden. Hierzu kann das Hochdruckeinspritzsystem 13 eine Hochdruckpumpe 15 mit einem Einlassventil 16 und einer Steuervorrichtung 17 zum Steuern eines Elektromagneten 18 des Einlassventils 16 aufweisen. Die Steuervorrichtung 17 kann einen Spulenstroms 19 einstellen, der durch eine elektrische Spule 18' des Elektromagneten 18 fließt. Die Steuervorrichtung 17 kann den Spulenstrom 19 in Abhängigkeit von einem Drehlagesignal 20 einstellen, das eine Drehlage einer Motorwelle 21 des Kraftfahrzeugs 10 beschreibt oder signalisiert. Die Motorwelle 21 kann beispielsweise mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11 gekoppelt sein. Es kann sich bei der Motorwelle 21 auch um die Kurbelwelle selbst handeln. Durch die Motorwelle 21 wird in einem Verdichtungsraum 33 auch ein Kolben 22 der Hochdruckpumpe 15 zu einer Kolbenbewegung 23 angetrieben. Die Kolbenbewegung 23 bewegt den Kolben in Pumpzyklen zwischen einem oberen Totpunkt 31 und einem unteren Totpunkt 32 hin und her. Durch die Kolbenbewegung 23 des Kolbens 22 wird das Fluid 14 von einer Niederdruckseite mit einem Niederdruck 24 der Hochdruckpumpe 15 zu einer Hochdruckseite mit einem Hochdruck 25 gefördert. Hierbei fließt das Fluid 14 durch das Einlassventil 16 und ein Auslassventil 26.
  • Ein Stift 27 des Einlassventils 16 wird hierbei mittels des Spulenstroms 19 durch Bestromen der Spule 18' des Elektromagneten 18 bewegt. Eine Ventilfeder 28 wirkt dabei der Magnetkraft des Elektromagneten 18 entgegen und drückt den Stift 27 hierdurch hin zu einer Offenstellung, wie sie in 1 gezeigt ist. Durch Einstellen des Spulenstromes 19 wird die Federkraft der Ventilfeder 28 überwunden und ein Anker 29 mit dem daran befestigten Stift 27 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 28 bewegt und hierdurch das Einlassventil 16 geschlossen.
  • Der jeweiliger Zeitpunkt, zu welchem in jedem Pumpzyklus die Steuervorrichtung 17 das Einlassventil 16 durch Bestromen des Elektromagneten 18 schließt, wird durch einen Regler 34 der Steuervorrichtung 17 festgelegt, der von einem Drucksensor 35 ein Sensorsignal 36 empfangen kann, welches einen aktuellen Fluiddrucks des Fluid in einem stromabwärts des Auslassventil 16 gelegenen Teil des Hochdruckeinspritzsystems 13 signalisiert. Es wird also ein Fluiddruck P der Hochdruckseite 25 durch den Drucksensor 35 signalisiert und durch Einstellen des Zeitpunkts zum Schließen des Einlassventils 16 kann die Steuervorrichtung 17 den Fluiddruck P auf einen Sollwert 37 einregeln. Dies setzt aber voraus, dass das Sensorsignal 36 tatsächlich dem Fluiddruck P entspricht.
  • 2 veranschaulicht eine Folge, die sich bei defektem Drucksensor 35 ergeben kann. Über der Zeit t sind das Sensorsignal 36, der Sollwert 37 und der sich durch den Betrieb der Hochdruckpumpe 15 ergebende Fluiddruck P als zeitliche Verläufe veranschaulicht. Falls der Drucksensor 35 ausgefallen ist, signalisiert das Sensorsignal 36 nicht mehr den Fluiddruck P, sondern verläuft konstant oder, falls ein Rauschen in dem Sensorsignal 36 vorhanden ist, innerhalb eines Toleranzbereichs 38. Dagegen steigt der Fluiddruck P an, so dass sich nach über der Zeit t zu Sensorsignal 36 eine Diskrepanz oder ein Unterschied um mehr als einen Deltawert 39 ergibt.
  • 2 veranschaulicht des Weiteren, wie durch die Steuervorrichtung 17 aus dem Drehlagesignal 20 ein Signal der Drehgeschwindigkeit 20' erzeugt werden kann, welches signalisiert, dass der Kolben 22 durch die Motorwelle 21 tatsächlich angetrieben wird. Des Weiteren kann ein Volumenstromsensor (nicht dargestellt) einen Volumenstrom 40 signalisieren, der zeigt, ob die Hochdruckpumpe 15 das Fluid 14 erfolgreich fördert.
  • Die Steuervorrichtung 17 kann nun dazu eingerichtet sein, den zeitlichen Verlauf des Fluiddrucks P, wie er in 2 dargestellt ist, zu schätzen.
  • 3 veranschaulicht das zugrundegelegte Messprinzip. 3 zeigt hierzu, wie in der dargestellten Geschlossenstellung des Einlassventils 16 der Stift 27 selbst dann gehalten wird, wenn kein Spulenstroms 19 fließt. Grund dafür ist, dass der Niederdruck 24 zusammen mit einer Federkraft 41 der Ventilfeder 28 selbst nach Überschreiten des oberen Totpunkts 31 kleiner ist als eine Druckkraft 42 des komprimierten Fluids 14 im Verdichtungsraum 33. Der Kolben 22 muss zunächst eine vorbestimmte Öffnungsposition 43 zwischen dem oberen Totpunkt 31 und dem unteren Totpunkt 32 erreichen, damit das Fluid 14 im Verdichtungsraum 33 weit genug entspannt ist, damit der Druck im Verdichtungsraum 33 eine Druckkraft 42 ergibt, die klein genug ist, um den Stift 27 aus der in 3 gezeigten geschlossenen Stellung hin zur in 1 gezeigten Offenstellung mittels der Federkraft 41 und des Niederdrucks 24 zu bewegen.
  • 4 zeigt, wie zum einen der Bewegungsanfang dieser Öffnungsbewegung des Einlassventils 16, d. h. dessen Stift 27, durch die Steuervorrichtung 17 erkannt werden kann und wie zum anderen ausgehend hiervon auf die zugehörige Öffnungsposition 43 schließen kann.
  • 4 veranschaulicht hierbei über der Zeit t zum einen den Fluidfluss F, das Drehlagesignal 20, das durch einen Drehlagegeber 44 beispielsweise als Pulsfolge erzeugt werden kann, und einen zeitlichen Verlauf des Spulenstroms 19. Bei dem in 4 veranschaulicht Beispiel ist davon ausgegangen, dass es keinen Rückfluss durch das Einlassventil 16 geben soll, sondern im unteren Totpunkt 32 das Einlassventil 16 durch Einstellen eines Stromprofils 45 für den Spulenstrom 19 geschlossen wird. Das Stromprofil 45 ergibt einen Schließstrom. Diese Situation ergibt sich, wenn die Steuervorrichtung 17 aufgrund einer Differenz zwischen dem Sensorsignal 36 und dem Sollwert 37 den Fluiddruck P mit maximaler Änderungsrate auf den Sollwert 37 einzuregeln versucht.
  • Nach Beenden des Stromprofils 45 kann der Spulenstroms 19 in einer Schaltpause 46 abgeschaltet sein. Durch die Steuervorrichtung 17 kann der Spulenstrom 19 dann bei noch geschlossenem Einlassventil 16 mit einem Messprofil 47 wieder eingeschaltet werden, wobei sich durch das Messprofil 42 eine Stromstärke I ergibt, die kleiner ist als die Stromstärke I des Stromprofils 45 zum Schließen des Einlassventils 16. Es ergibt sich somit ein Messstrom.
  • Nachdem der obere Totpunkt 31 vom Kolben 22 passiert wurde, bleibt ein Mittelwert 48 der Stromstärke I des Spulenstroms 19 so lange konstant oder innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs, bis ein Bewegungsanfang der Öffnungsbewegung des Stifts 27 des Einlassventils 16 zu einen Startzeitpunkt 49 eintritt. Der Kolben hat dann seine aktuelle Öffnungsposition 43 erreicht. An der Öffnungsposition 43 ist eine Kräftebilanz wie in 3 beschrieben ausgeglichen. Mit anderen Worten öffnet das Einlassventil 16 zum Startzeitpunkt 49, wenn die Federkraft 38 und die hydraulische Kraft des Niederdrucks 24 in der Summe größer ist als die hydraulische Druckkraft 42 im Verdichtungsraum 33. Dies tritt dann auf, wenn sich der Druck im Verdichtungsraum 33, d. h. in dessen freiem Totvolumen, durch die Kolbenbewegung 23 in Richtung zum unteren Totpunkt 32 abgebaut hat.
  • Die Öffnungsbewegung des Stifts 27 und dem Anker 29 induziert in der elektrischen Spule 18' einen zusätzlichen Induktionsstrom, der zu einem Anstieg 50 des Effektivwerts oder Mittelwerts 48 führt. Der Beginn dieses Anstiegs 50 stellt eine vorbestimmte oder bekannte zeitliche Veränderung dar. Durch Vergleichen der Mittelwerte 48 aufeinanderfolgender Zeitpunkte kann durch die Steuervorrichtung 17 der Startzeitpunkt 49 detektiert werden, zu welcher der Kolben die Öffnungsposition 43 aufweist. Der Startzeitpunkt 49 kann als Winkelwert des Drehlagesignals 20 angegeben werden. Der Startzeitpunkt 49 ist damit eine Beschreibung der Öffnungsposition 43 des Kolbens.
  • Ein Abstand 51 der Öffnungsposition 49 von dem oberen Totpunkt 31 ist abhängig von dem Fluiddruck P. Ohne dass der Abstand 51 genau bekannt sein muss, reicht eine relative Veränderung der Öffnungsposition 43, um eine Veränderung des Fluiddrucks P zu erkennen.
  • 5 veranschaulicht, wie hieraus ein Diskrepanzkriterium 52 gebildet werden kann, welches durch die Steuervorrichtung 17 überprüft werden kann. Über mehrere Pumpzyklen hinweg kann jeweils ein aktueller Wert 53 der Öffnungsposition 49 ermittelt werden. Die Differenz 54 zum Sensorsignal 36 ergibt sich ein Differenzsignal 55. Vorliegend wird angenommen, dass das Sensorsignal 36 den Wert Null aufweist.
  • Bei defektem Drucksensor 35 steigt der Fluiddruck P (wie in 2 veranschaulicht) an, während das Sensorsignal 36 konstant bleibt. Somit überschreitet die Differenz 54, d. h. das Differenzsignal 55, nach einigen Pumpzyklen den Deltawert 39. Steigt der Fluiddruck P weiter an, wird hierdurch mehrmals nacheinander der Deltawert 39 überschritten, wobei jedes Mal ein Überschreitungssignal einen Deltasprung 56 signalisieren kann. Eine Anzahl 57 der Überschreitungen kann hierbei gezählt werden. Ist die Anzahl 57 der Deltasprünge 56 größer als ein vorgegebener Schwellenwert 58 (in 5 beträgt der Schwellenwert 58 den Wert 3), so kann ein Fehlersignal 59 erzeugt oder ausgegeben werden, welches einen defekten Drucksensor 35 signalisiert.
  • In 5 ist des Weiteren alternativ dazu ein Differenzsignal 55' veranschaulicht, wie es sich ergeben würde, falls das Sensorsignal 36 den in 2 veranschaulicht den Verlauf des Fluiddrucks P aufweisen würde, sodass ein Differenzsignal 55' des Sensorsignals 36 zu der Wertefolge 53 innerhalb eines Toleranzbereichs 60 liegt. Es kann dann ein In-Ordnung-Signal 61 erzeugt werden, welches signalisiert, dass der Drucksensor 36 bestimmungsgemäß fusioniert.
  • Die Prüfung des Drucksensors 35 in der beschriebenen Weise kann beispielsweise bei einem Start des Verbrennungsmotors 11 durchgeführt werden, wenn damit zu rechnen ist, dass ein Druckanstieg bei funktionierender Hochdruckpumpe 15 besonders groß ist (vom Umgebungsdruck hin zum Hochdruck 25). Dann ist die Verschiebung der Öffnungsposition 43 besonders deutlich zu detektieren.
  • Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Sensorsignal eines Drucksensors eines Hochdruckeinspritzsystems auf ein Diskrepanzkriterium überprüft werden kann.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Überprüfen eines Drucksensors (35) eines Hochdruckeinspritzsystems (13) eines Verbrennungsmotors (11) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei in einem Verdichtungsraum (33) einer Hochdruckpumpe (15) ein Kolben (22) der Hochdruckpumpe (15) in aufeinander folgenden Pumpzyklen jeweils während einer Ausstoßphase zu einem oberen Totpunkt (31) hin bewegt wird und hierdurch ein in dem Verdichtungsraum (33) angeordnetes Fluid (14) aus dem Verdichtungsraum (33) ausgestoßen wird und während der Bewegung (23) des Kolbens (22) zum oberen Totpunkt (31) hin ein Einlassventil (16) von einer Steuervorrichtung (17) durch Bestromen eines Elektromagneten (18) geschlossen wird und daraufhin das Fluid (14) von dem Kolben (22) durch ein Auslassventil (26) ausgestoßen wird und das ausgestoßene Fluid (14) stromabwärts des Auslassventils (26) in einem Hochdruckbereich (25) einen Fluiddruck (P) erzeugt, wobei der Drucksensor (35) stromabwärts des Auslassventils (26) angeordnet ist und ein Sensorsignal (36) erzeugt, wobei durch die Steuervorrichtung (17) bei geschlossenem Einlassventil (16) der Elektromagnet (18) mit einem Messstrom (47) beaufschlagt wird und, während der Kolben (22) von dem oberen Totpunkt (31) wegbewegt wird, anhand einer vorbestimmten zeitlichen Veränderung (50) des Messstroms (47) eine Öffnungsposition (43) des Kolbens (22) detektiert wird, bei welcher eine Öffnungsbewegung des Einlassventils (16) beginnt, dadurch gekennzeichnet, dass über mehrere Pumpzyklen hinweg überprüft wird, ob eine Wertefolge (53) der ermittelten Öffnungspositionen (43) ein vorbestimmtes Diskrepanzkriterium (52) bezüglich des Sensorsignals (36) erfüllt, und bei erfülltem Diskrepanzkriterium (52) ein den Drucksensor (35) betreffendes Fehlersignal (59) erzeugt wird, wobei a) das Diskrepanzkriterium (52) umfasst, dass eine Drehgeschwindigkeit (20') einer den Kolben (22) antreibenden Motorwelle (21) des Verbrennungsmotors (11) größer als ein vorbestimmter Betriebswert sein muss und/oder dass ein durch einen Volumenstromsensor signalisierter Volumenstrom (40) des Fluids (14) größer als ein vorbestimmter Mindestförderwert sein muss, und/oder wobei b) die Wertefolge (53) ermittelt und das Diskrepanzkriterium (52) überprüft wird, falls bei einem Start des Verbrennungsmotors (11) das Sensorsignal (36) gemäß einem vorbestimmten Konstanzkriterium (38) einen konstanten Verlauf aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Diskrepanzkriterium (52) umfasst, dass die Wertefolge (53) eine Verlagerung der Öffnungsposition (43) von dem oberen Totpunkt (31) weg und somit einen steigenden Druckverlauf des Fluiddrucks (P) signalisiert und das Sensorsignal (36) des Drucksensors (35) um mehr als einen vorbestimmten Toleranzwert (39) von dem Druckverlauf abweicht.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Steuervorrichtung (17) ein Deltasprung (56) signalisiert wird, falls anhand eines Differenzsignals (55) ein Unterschied des Sensorsignals (36) zu der Wertefolge (53) von mehr als einen vorbestimmten Deltawert (39) erkannt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei durch die Steuervorrichtung (17) mittels eines Zählers (57) gezählt wird, wie oft nacheinander ein Deltasprung (56) erkannt wird, und das Diskrepanzkriterium (52) umfasst, dass der Zähler (57) größer als eine vorbestimmte Mindestanzahl (58) ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Stromstärke (I) des Messstroms (47) kleiner eingestellt wird als zum Schließen des Einlassventils (16) vorgesehen ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte zeitliche Veränderung (50) des Messstroms (47) zum Detektieren der Öffnungsbewegung umfasst, dass ein vorbestimmter Mittelwert (48) des Messstroms (47) ansteigt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, um bei detektierter Öffnungsbewegung die Öffnungsposition des Kolbens mit einem Wert zu beschreiben, die Öffnungsposition (43) mittels eines Drehlagesensors (47) des Verbrennungsmotors (11) als ein Drehlagewert ermittelt wird.
  8. Steuervorrichtung (17) für ein Hochdruckeinspritzsystem (13) eines Verbrennungsmotors (11) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei die Steuervorrichtung (17) dazu eingerichtet ist, ein Einlassventil (16) einer Hochdruckpumpe (15) des Hochdruckeinspritzsystems (13) in Abhängigkeit von einem Sensorsignal (36) eines Drucksensors (35) zu schließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (17) dazu eingerichtet ist, die die Steuervorrichtung (17) betreffenden Schritte eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
  9. Hochdruckeinspritzsystem (13) für ein Kraftfahrzeug (10), aufweisend eine Hochdruckpumpe (15) und einen stromabwärts eines Auslassventils (16) der Hochdruckpumpe (15) angeordneten Drucksensor (35), dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckeinspritzsystem (13) eine Steuervorrichtung (17) nach Anspruch 8 aufweist.
  10. Kraftfahrzeug (10) mit einem Verbrennungsmotor (11) und einem Hochdruckeinspritzsystem (13) nach Anspruch 9.
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