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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 falsch kalibrierter oder manipulierter Drucksensor erkannt. Zu der Erfindung gehören auch eine Steuervorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, ein Hochdruckeinspritzsystem mit der Steuervorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit dem Hochdruckeinspritzsystem.
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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.
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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.
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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.
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Dies setzt aber voraus, dass das Sensorsignal des Drucksensors den Fluiddruck korrekt signalisiert. Die Amplitude des Sensorsignals muss also bei bestimmten Werten des Fluiddrucks einen jeweils entsprechenden Amplitudenwert aufweisen. Hat sich die Kalibrierung verstellt oder ist der Drucksensor z.B. zu Tuning-Zwecken absichtlich verstellt worden, so erfolgt durch den Drucksensor eine falsche Zuordnung von Druckwert zu Amplitudenwert.
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Aus der
DE 10 2014 206 442 A1 ist ein Messverfahren bekannt, um in einem Einlassventil einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe den Ventil-Öffnungszeitpunkt eines Pumpzyklus zu erfassen. Hierzu wird der Elektromagnet des Ventils mit einem Messstrom beaufschlagt und anhand des zeitlichen Verlaufs des Messstroms der Öffnungszeitpunkt erkannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Hochdruckeinspritzsystem einen falsch kalibrierten Drucksensor zu detektieren.
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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.
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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 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.
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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 der ermittelten Öffnungspositionen, jeweils ein Wert pro Pumpzyklus.
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Über mehrere Pumpzyklen hinweg wird hierbei der Sollwert des Fluiddrucks um einen vorbestimmten Differenzwert verändert. Es wird also jeweils für einen oder einige der Pumpzyklen ein Sollwert eingestellt und dann einstufig oder mehrstufig auf einen nächsten Sollwert umgeschaltet, der sich um den Differenzwert von dem vorangegangenen Sollwert unterscheidet. Dann wird wieder für einen Pumpzyklus oder für einige Pumpzyklen die Öffnungsposition ermittelt. Für die eingestellten Sollwerte wird überprüft, ob eine sich hieraus ergebende ermittelte Veränderung der Öffnungsposition in Bezug auf den veränderten Sollwert ein vorbestimmtes Übereinstimmungskriterium erfüllt. Es wird also überprüft, ob eine Veränderung des Sollwerts mit einer Veränderung der Öffnungsposition korrespondiert. Das Übereinstimmungskriterium beschreibt hierbei den erwarteten Zusammenhang oder die erwartete Veränderung. Bei verletztem Übereinstimmungskriterium bedeutet dies, dass sich die Öffnungsposition in einer anderen Weise verändert hat, als dies durch den Sollwert bewirkt werden müsste. Bei verletztem Übereinstimmungskriterium wird deshalb ein die Kalibrierung des Drucksensors betreffend des Fehlersignal erzeugt.
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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 gemäß dem Sollwert verändert, so müsste sich zum einen das Sensorsignal entsprechend verändern. Zum anderen verschiebt oder verändert sich aber auch die Öffnungsposition mit dem veränderten 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.
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Wird also von einem ersten Sollwert auf einen zweiten Sollwert umgeschaltet, regelt die Steuervorrichtung einen Wert des Fluiddrucks ein. Verändert sich hierbei nicht entsprechend die Öffnungsposition von einer ersten Öffnungsposition zu einer durch das Übereinstimmungskriterium vorgegebenen zweiten Öffnungsposition, so gibt das Sensorsignal des Drucksensors nicht diejenige Veränderung des Fluiddrucks an, die durch den Sollwertwechsel bewirkt worden ist. Die Amplitudenänderung des Sollwertsignals spiegelt also nicht die Veränderung des Sollwerts um den Differenzwert wieder. Dies entspricht einer falschen Kalibrierung.
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Zu der Erfindung gehören auch zusätzliche, optionale technische Merkmale, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben. Anhand des Betrags des Differenzwerts kann vorausgesagt werden, um welchen Abstand oder Weg sich die Öffnungsposition verändern müsste. Dem Differenzwert wird deshalb bevorzugt ein vorbestimmter Erwartungswert für die Veränderung der Öffnungsposition zugeordnet. Das Übereinstimmungskriterium umfasst entsprechend, dass die ermittelte Veränderung der Öffnungsposition, also die Verschiebung oder der Verschiebeweg, innerhalb eines Toleranzintervalls um den Erwartungswert liegt. Durch das Toleranzintervall kann ein Rauschen oder eine Schwankung oder Variation der Öffnungsposition aufgrund eines störenden Einflusses berücksichtigt oder kompensiert werden. Das Toleranzintervall ist durch zwei Grenzwerte definiert, von denen einer größer als der Erwartungswert und einer kleiner der Erwartungswert ist. Das Toleranzintervall kann auf der Grundlage einfacher Versuche für einen gegebenen Bautyp des Hochdruckeinspritzsystems und/oder Motortyp eines Verbrennungsmotors ermittelt werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass durch den Differenzwert eine Veränderung des Fluiddrucks um mehr als 400 bar bewirkt wird. Hierdurch kann zuverlässig zwischen einem Rauschen in der Messung der Öffnungsposition einerseits und einer tatsächlichen Veränderung der Öffnungsposition aufgrund eines veränderten Fluiddrucks andererseits unterschieden werden. Der Differenzwert kann hierbei einstufig in einer einzigen Veränderung des Sollwerts eingestellt werden. Er kann auch stufenweise aufgebaut werden, um hierdurch das Hochdruckeinspritzsystem mechanisch zu schonen.
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Beim Ermitteln der Öffnungsposition muss man keinen absoluten Wert für einen Abstand der Öffnungsposition beispielsweise zum oberen Totpunkt hin angeben. Es reicht aus, dass die Veränderung der Öffnungsposition als relative Veränderung erfasst wird. Dies erspart eine aufwändige Kalibrierung des Messverfahrens.
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Die Öffnungsposition hängt bei gegebenem Fluiddruck davon ab, welches Elastizitätsmodul (E-Modul) das Fluid aufweist. Bevorzugt ist deshalb vorgesehen, dass das Übereinstimmungskriterium in Abhängigkeit von einer Fluidtemperatur eingestellt wird. Hierdurch kann eine temperaturbedingte Veränderung des E-Moduls berücksichtigt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Durch die Erfindung ist auch ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das den beschriebenen Verbrennungsmotor und eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochdruckeinspritzsystems aufweist.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
- 2 Diagramme mit schematisierten Verläufen eines Sensorsignals, wie sie bei unterschiedlichen Kalibriereinstellungen eines Drucksensors des Kraftfahrzeugs von 1 vorkommen können;
- 3 eine schematische Darstellung einer Hochdruckpumpe des Kraftfahrzeugs von 1;
- 4 Diagramme mit schematisierten Verläufen von Signalen, wie sie durch eine Steuervorrichtung in dem Kraftfahrzeug von 1 ermittelt werden können; und
- 5 ein Diagramm mit einem zeitlichen Verlauf eines Sollwerts während mehrerer Pumpzyklen.
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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.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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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 einen Niederdruck 24 aufweisenden Niederdruckseite der Hochdruckpumpe 15 zu einer einen Hochdruck aufweisenden Hochdruckseite 25 gefördert. Hierbei fließt das Fluid 14 durch das Einlassventil 16 und ein Auslassventil 26.
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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 Spulenstroms 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.
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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 Auslassventils 26 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.
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2 veranschaulicht, wie durch den Drucksensor 35 eine Amplitude V des Sensorsignals 36 in Abhängigkeit vom Fluiddruck P eingestellt werden kann. Dargestellt sind 3 mögliche Kennlinien 38 des Drucksensors 35, die jeweils einen unterschiedlichen Gradienten 39 aufweisen. Der Gradient 39 ergibt sich als Veränderung ΔV der Amplitude V in Abhängigkeit von einer Änderung ΔP des Fluiddrucks P. Falls der Drucksensor 35 korrekt kalibriert ist, ergibt sich bei dem dargestellten Beispiel das Sensorsignal 36. Bei einem zu großen Gradienten 39, kann sich das Sensorsignal 36' ergeben. Bei einem zu geringen oder zu kleinen Gradienten 39 kann sich das Sensorsignal 36" ergeben. Entsprechend wird ein Amplitudenwert V0, der durch die Steuervorrichtung 17 empfangen werden kann, jeweils als ein anderer Druckwert 40 des Fluiddrucks P interpretiert.
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Soll nun die Steuervorrichtung 17 in Fluiddruck P auf einen vorgegebenen Sollwert 37 einregeln, so ergibt sich ein Versatz des tatsächlich ein geregelten Fluiddrucks P in Abhängigkeit vom Gradienten 39 und in Abhängigkeit vom absoluten Wert des Fluiddrucks P.
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Geht man davon aus, dass bei der Herstellung und beim Einbau des Drucksensors 35 in das Kraftfahrzeug 10 ein korrekt kalibrierter Drucksensor 35 vorliegt, der das Sensorsignal 36 erzeugt, so kann bei dem Kraftfahrzeug 10 zu einem späteren Zeitpunkt überprüft werden, ob die Kalibrierung weiterhin stimmt oder ob der Drucksensor 35 ein Sensorsignal 36' mit zu großen Gradienten 39 oder ein Sensorsignal 36" mit zu niedrigem Gradienten 39 erzeugt. Diese Überprüfung wird auf der Grundlage der beschriebenen Öffnungsposition des Kolbens 22 durchgeführt.
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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.
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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.
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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.
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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 47 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.
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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 41 und die hydraulische Kraft der Niederdruckseite mit einem Niederdruck 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.
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Die Öffnungsbewegung des Stifts 27 und des Ankers 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.
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Ein Abstand 51 der Öffnungsposition 43 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 und damit des Startzeitpunkts 49, um eine Veränderung des Fluiddrucks P zu erkennen.
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5 veranschaulicht, wie hieraus ein Übereinstimmungskriterium 52 zwischen der Öffnungsposition 43 und dem Sensorsignal 36 definiert werden kann, anhand welchem überprüft werden kann, ob der Drucksensor 35 eine korrekte Kennlinie 38 aufweist, also korrekt kalibriert ist.
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5 zeigt über der Zeit t eine zeitliche Veränderung oder einen zeitlichen Verlauf des Sollwerts 37 während mehrerer Pumpzyklen, wobei jeweils nach einigen Pumpzyklen der Sollwert 37 stufenweise verändert wird, sodass sich insgesamt ein Differenzwert 53 ergibt. Die Frage ist nun, ob das Sensorsignal 36 mit der korrekten Kennlinie 38 erzeugt wird oder, als Beispiel in 5 dargestellt, z.B. das Sensorsignal 36' aufgrund eines zu großen Gradienten 39 erzeugt wird.
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Hierzu wird während der Pumpzyklen jeweils ein Wert der Öffnungsposition 43 in der beschriebenen Weise ermittelt, so dass sich insgesamt der zeitliche Verlauf oder eine Veränderung der Öffnungsposition 43 in Reaktion auf die Veränderung des Sollwerts 37 ergibt. Insgesamt kann man für den Beginn und für das Ende der Messung insgesamt aus einem Anfangswert 54 und einem Endwert 55 eine Veränderung 56 der Öffnungsposition 43 bei Veränderung des Sollwerts 37 um den Differenzwert 53 ermitteln.
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Bei gegebenem Differenzwert 53 können ein Erwartungswert 57 und ein diesen einschließendes Toleranzintervall 58 definiert werden, in welchem der Endwert 55 liegen muss, falls die Kennlinie 38 für einen korrekt kalibrierten Drucksensor, der also das Sensorsignal 36 erzeugt, vorliegt. Zu beachten ist in 5, dass der Graph der Öffnungsposition 43 im Toleranzintervall 58 liegen muss.
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Im vorliegenden Fall ist der Gradient 39 beispielhaft zu groß (Sensorsignal 36'), so dass die Regelung einen niedrigeren Fluiddruck P einstellt und sich somit die Öffnungsposition 43 weniger verlagert, als das Toleranzintervall 58 vorsieht. Entsprechend kann deshalb ein Fehlersignal 59 erzeugt werden, welches die fehlerhafte Kalibrierung des Drucksensors 35 signalisiert.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Sensorsignal eines Drucksensors eine Einspritzsystems anhand der Öffnungsposition des Kolbens auf Plausibilität geprüft werden kann, um eine Verstellung und/oder Manipulation des Drucksensors zu erkennen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Verbrennungsmotor
- 12
- Kraftstofftank
- 13
- Hochdruckeinspritzsystem
- 14
- Fluid
- 15
- Hochdruckpumpe
- 16
- Einlassventil
- 17
- Steuervorrichtung
- 18
- Elektromagnet
- 18'
- Spule
- 19
- Spulenstrom
- 20
- Drehlagesignal
- 21
- Motorwelle
- 22
- Kolben
- 23
- Kolbenbewegung
- 24
- Niederdruck
- 25
- Hochdruckseite
- 26
- Auslassventil
- 27
- Stift
- 28
- Ventilfeder
- 29
- Anker
- 31
- Oberer Totpunkt
- 32
- Unterer Totpunkt
- 33
- Verdichtungsraum
- 34
- Regler
- 35
- Drucksensor
- 36
- Sensorsignal
- 36'
- Sensorsignal
- 36"
- Sensorsignal
- 37
- Sollwert
- 38
- Kennlinie
- 39
- Gradient
- 40
- Druckwert
- 41
- Federkraft
- 42
- Druckkraft
- 43
- Öffnungsposition
- 44
- Drehlagegeber
- 45
- Stromprofil
- 46
- Schaltpause
- 47
- Messprofil
- 48
- Mittelwert
- 49
- Startzeitpunkt
- 50
- Anstieg
- 51
- Abstand
- 52
- Übereinstimmungskriterium
- 53
- Differenzwert
- 54
- Anfangswert
- 55
- Endwert
- 56
- Veränderung
- 57
- Erwartungswert
- 58
- Toleranzintervall
- 59
- Fehlersignal
- P
- Fluiddruck
- t
- Zeit
- V
- Amplitude des Sensorsignals
- V0
- Amplitudenwert
