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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Hochdrucksensors eines Kraftfahrzeugs.
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Derartige Hochdrucksensoren werden unter anderem in der Automobilindustrie verwendet. Beispielsweise werden in modernen Kraftfahrzeugen Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet, die einen Kraftstoffhochdruckspeicher (Rail) aufweisen, aus welchem unter hohem Druck stehender Kraftstoff unter Verwendung von Injektoren in einen Brennraum des jeweiligen Kraftfahrzeugs eingespritzt wird. Dabei erfolgt eine Regelung des Kraftstoffdruckes im Kraftstoffhochdruckspeicher unter Verwendung einer Regelschleife basierend auf von einem Raildrucksensor bereitgestellten Raildrucksignalen.
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Ein Raildrucksensor erzeugt im Allgemeinen ein Raildrucksignal in Form einer Signalspannung Vout, die einer Steuereinheit zugeführt wird. Die Spannungsversorgung des Raildrucksensors erfolgt aus der Steuereinheit, die dem Raildrucksensor eine Versorgungsspannung und ein Massesignal zur Verfügung stellt. Die vom Raildrucksensor zur Verfügung gestellte Signalspannung ist abhängig von einer vorprogrammierten Übertragungsfunktion, die in einem ASIC des Raildrucksensors hinterlegt ist. Die Steuereinheit berechnet den Raildruck durch eine Auswertung der empfangenen Signalspannung Vout und einer hinterlegten Sensorkalibration.
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Ein Nachteil der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise besteht darin, dass das gemessene Raildrucksignal in der Praxis einem Drift unterworfen ist, so dass das gemessene Raildrucksignal in unerwünschter Weise vom tatsächlich vorliegenden Wert des Raildrucksignals abweicht. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass im Falle eines gemessenen zu niedrigen Raildrucksignals im tatsächlichen System ein Überdruck entsteht, der zu einem Bersten des Systems führt.
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Grundsätzlich kann es sich bei dem genannten Drift um einen konstanten positiven oder negativen Drift derart handeln, dass der gemessene Raildruckwert vom tatsächlich vorliegenden Raildruckwert um einen konstanten Wert nach oben oder unten abweicht. Alternativ dazu kann es sich bei dem genannten Drift auch um einen positiven oder negativen Drift derart handeln, dass die Abweichung des gemessenen Raildruckwertes mit zunehmendem Raildruck zunehmend mehr vom tatsächlich vorliegenden Raildruckwert nach oben oder unten abweicht.
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Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Vorgehensweise kann auftreten, wenn der gemessene Raildruckwert stehen bleibt bzw. eingefroren ist, obwohl der tatsächliche Raildruckwert stetig weiter ansteigt. Auch dies kann zu einem Bersten des Systems führen.
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Darüber hinaus besteht ein Nachteil der bekannten Vorrichtung darin, dass der gemessene Raildruckwert untypische Sprünge oder untypisches Rauschen aufweisen kann.
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Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Vorgehensweise besteht darin, dass die Übertragung der Ausgangssignale des Hochdrucksensors zur Steuereinheit gestört sein kann. Da das vom Hochdrucksensor übertragene Signal in Form einer elektrischen Signalspannung übertragen wird, kann sich jede Signalstörung zwischen dem Sender des Signals und dem Empfänger des Signals als Driftsignal darstellen.
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Weicht der gemessene Raildruckwert zwar vom tatsächlich vorliegenden Raildruckwert ab, liegt aber noch innerhalb eines zugelassenen Wertebereiches des Hochdrucksystems, dann liegt ein sogannter In-Bereichsfehler des gemessenen Raildrucksignals vor. Weicht der gemessene Raildruckwert vom tatsächlich vorliegenden Raildruckwert ab und liegt er außerhalb des zugelassenen Wertebereiches des Hochdrucksystems, dann liegt ein sogannter Außer-Bereichsfehler des gemessenen Raildrucksignals vor. Derartige Außer-Bereichsfehler des gemessenen Raildruckwertes können vergleichsweise leicht detektiert werden, da die Signalspannung, die bei Verwendung von Pull-Up-Widerständen in der Steuereinheit beispielsweise 5 V beträgt, nicht mehr im Wertebereich des Hochspannungssensors liegt.
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In-Bereichsfehler des gemessenen Raildrucksignals, die zum Vorliegen von Überdruck im Hochdrucksystem oder gar zu einem Bersten des Hochdrucksystems führen können, können beispielsweise folgende Ursachen haben:
- - ein Anstieg des elektrischen Widerstandes in einem Kabelbaum des Hochdrucksystems;
- - ein Teilkurzschluss im vorliegenden Kabelbaum;
- - nachträgliche Änderungen im Hochdrucksystem;
- - die Versorgungsspannung des Hochdrucksensors liegt außerhalb des zugelassenen Bereiches.
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Der genannte Anstieg des elektrischen Widerstandes im Kabelbaum, insbesondere im Stromversorgungskabel, führt zu einem unerwünschten Drift des gemessenen Hochdrucksignals, der zu einem Vorliegen von Überdruck im Hochdrucksystem oder gar zu einem Bersten des Hochdrucksystems führen kann. Diese unerwünschten Folgen können auch auf einer unerwünschten Reduzierung der Versorgungsspannung des Hochdrucksensors liegen.
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Ein Kurzschluss nach Masse führt in der Regel zu einem Herunterziehen der Spannung und kann von der Steuereinheit erkannt werden, wenn die Signalspannung in einem bestimmten niedrigen Kurzschlussdiagnosebereich liegt. Ein Teilkurzschluss kann hingegen zu einem Herunterziehen der Spannung führen, das von der Steuereinheit bei ihrer Kurzschlussdiagnose nicht erkannt wird. Ein derartiger Teilkurzschluss bedeutet, dass der gemessene Raildruck niedriger ist als der tatsächlich vorliegende Raildruck. Dies kann zu einem Vorliegen von Überdruck im Hochdrucksystem oder gar zu einem Bersten des Hochdrucksystems führen.
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Nachträgliche Änderungen im Hochdrucksystem werden oftmals vorgenommen, um die Performance des jeweiligen Kraftfahrzeugmotors zu verbessern. Der Hochdrucksensor wurde aber vor der Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs auf einen normalen Fahrzeugbetrieb abgestimmt. Dies hat zur Folge, dass er eine zu niedrige Messspannung zur Verfügung stellt. Als Folge davon erhöht das vorliegende Regelsystem die durch den jeweiligen Injektor fließende Kraftstoffeinspritzmenge. Dies wiederum kann dazu führen, dass im Hochdrucksystem ein Überdruck entsteht oder es gar zu einem Bersten des Hochdrucksystems kommt.
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Liegt die Versorgungsspannung des Hochdrucksensors außerhalb des zugelassenen Bereiches, dann kann dies aufgrund des Umstandes, dass die Versorgungsspannung des Hochdrucksensors als Referenz für die Übertragungsfunktion des Hochdrucksensors verwendet wird, dazu führen, dass die Drucksensorausgangsspannung in unerwünschter Weise driftet. Beispielsweise führt eine zu niedrige Versorgungsspannung zu einem Driften in Richtung eines zu niedrigen Messwertes. Dadurch erhöht das vorliegende Regelsystem in unerwünschter Weise die Kraftstoffeinspritzmenge. Dies wiederum kann zu einem Vorliegen von Überdruck im Hochdrucksystem oder gar zu einem Bersten des Hochdrucksystems führen.
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Bisher wurde versucht, die vorstehend beschriebene Problematik durch die Verwendung eines Druckbegrenzungsventils im Hochdrucksystem zu beseitigen. Des Weiteren wurde bisher versucht, die vorstehend beschriebene Problematik durch die Verwendung eines zusätzlichen, redundanten Drucksensors zu beseitigen. Die Verwendung beider vorgenannter Maßnahmen ist mit zusätzlichen Kosten für das Hochdrucksystem verbunden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Diagnose des Hochdrucksensors eines Kraftfahrzeugs derart durchzuführen, dass In-Bereichsfehler des gemessenen Hochdrucksignals detektiert werden können, ohne dass Kostenaufwand für zusätzliche Bauteile besteht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 7 angegeben. Der Anspruch 8 hat eine Vorrichtung zur Diagnose des Hochdrucksensors eines Kraftfahrzeugs zum Gegenstand.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose eines Hochdrucksensors eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mittels des Hochdrucksensors ein Druckmesssignal bereitgestellt wird, das Druckmesssignal einer Steuereinheit zugeführt wird, die Steuereinheit das Druckmesssignal auswertet und ein Steuersignal für eine einzuspritzende Kraftstoffmenge ermittelt, ist die Steuereinheit des Weiteren zur Durchführung einer Hochdrucksensordiagnose ausgebildet, bei welcher
- - eine Überprüfung erfolgt, ob die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Werten des vom Hochdrucksensor bereitgestellten Druckmesssignals größer ist als ein berechneter maximaler Differenzwert, und
- - eine Überprüfung erfolgt, ob die Differenz zwischen einem innerhalb eines Zeitsegments gemessenen minimalen Druckmesssignal und dem innerhalb desselben Zeitsegments gemessenen maximalen Druckmesssignal kleiner ist als eine erwartete Änderung des von Hochdrucksensor bereitgestellten Druckmesssignals, und
- - eine Überprüfung erfolgt, ob ein gemessener Druckgradient kleiner ist als ein erwarteter Druckgradient.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass eine Diagnose des Hochdrucksensors eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung ohnehin vorhandener Bauteile softwaremäßig erfolgen kann. Zusätzliche Bauteile werden zur Diagnose des Hochdrucksensors eines Kraftfahrzeugs nicht benötigt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Vorliegen von In-Bereichsfehlern des Ausgangssignals des Hochdrucksensors zuverlässig erkannt werden, so dass zuverlässig geeignete Maßnahmen zur Vermeidung von unerwünschtem Überdruck im jeweils vorliegenden Hochdrucksystem und insbesondere auch ein Auftreten eines Berstens des jeweiligen Hochdrucksystems zuverlässig vermieden werden können.
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Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Dabei zeigt
- 1 eine Blockdarstellung eines Diesel-Common-Rail-Einspritzsystems eines Kraftfahrzeugs,
- 2 eine Blockdarstellung eines mit dem Eingangskreis einer Steuereinheit mittels eines Kabelbaumes verbundenen Hochdrucksensors,
- 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung von Übertragungsfunktionen eines Hochdrucksensors,
- 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung von konstanten Drifts der gemessenen Signalspannung,
- 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung von über den Druckbereich zunehmenden Drifts der gemessenen Signalspannung,
- 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Einfrierens der gemessenen Signalspannung,
- 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung von unerwünschten Sprüngen und unerwünschtem Rauschen in der gemessenen Signalspannung,
- 8 ein Diagramm zur Erläuterung einer ersten Detektionsstrategie,
- 9 ein Diagramm zur Erläuterung einer zweiten Detektionsstrategie und
- 10 ein Diagramm zur Erläuterung einer dritten Detektionsstrategie.
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Die 1 zeigt eine Blockdarstellung eines Kraftstoff-Einspritzsystems eines Kraftfahrzeugs.
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Bei dem dargestellten System handelt es sich um ein Diesel-Common-Rail-Einspritzsystem 1. Dieses weist einen Kraftstofftank 2 auf, aus welchem Kraftstoff mittels einer Kraftstoffpumpe über ein Kraftstofffilter 3 einer Hochdruckpumpenvorrichtung 6 zugeführt wird. Im Bereich zwischen dem Kraftstofffilter 3 und der Hochdruckpumpenvorrichtung 6 sind ein zur Messung des Kraftstoffdruckes vorgesehener Niederdrucksensor 4 und ein zur Messung der Kraftstofftemperatur vorgesehener Temperatursensor 5 angeordnet, deren Ausgangssignale einer Steuereinheit 12 zugeführt werden.
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Die Hochdruckpumpenvorrichtung 6 weist einen Excenterraum 6a, ein Eingangsfilter 6b, ein Einlassventil 6c, einen Hochdruckzylinder 6d mit Hochdruckkolben und ein Auslassventil 6e auf.
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Der vom Kraftstofffilter 3 bereitgestellte Kraftstoff strömt durch den Excenterraum 6a und das Eingangsfilter 6b und von dort aus über das Einlassventil 6c in den Hochdruckzylinder 6d. Dort erfolgt eine Erhöhung des Kraftstoffdruckes mittels des Hochdruckkolbens auf einen gewünschten hohen Druck. Anschließend verlässt der komprimierte Kraftstoff über das Auslassventil 6e die Hochdruckpumpenvorrichtung 6, um über die Raileingangsblende 7 in einen Hochdruckspeicher bzw. Rail 8 zu gelangen. Vom Rail 8 wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff unter Verwendung von Kraftstoffinjektoren 11 in einen Verbrennungsraum des jeweiligen Kraftfahrzeugs eingespritzt. Die Steuerung der im Kraftstofftank angeordneten Kraftstoffpumpe, die Steuerung des Einlassventils 6c der Hochdruckpumpenvorrichtung 6 und die Steuerung der Einspritzvorgänge in den jeweiligen Brennraum erfolgt durch die Steuereinheit 12, die die dazu notwendigen Steuersignale bereitstellt. Zur Ermittlung dieser Steuersignale verwendet die Steuereinheit 12 abgespeicherte Arbeitsprogramme, hinterlegte Datenfelder und ihr zugeführte Sensorsignale, zu denen unter anderem das vom Niederdrucksensor 4 bereitgestellte Sensorsignal, das vom Temperatursensor 5 bereitgestellte Sensorsignal und ein von einem Hochdrucksensor 9 bereitgestelltes Sensorsignal gehören. Mittels des Hochdrucksensors 9 erfolgt eine Messung des Druckes des Kraftstoffs im Rail 8.
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Des Weiteren weist das in der 1 dargestellte Diesel-Common-Rail-Einspritzsystem 1 ein an das Rail 8 angeschlossenes Druckreduzierungsventil 10 auf, dessen Aufgabe darin besteht, den im Rail 8 vorliegenden Kraftstoffdruck auf einen vordefinierten Druckwert zu reduzieren, wenn die gewünschte Druckminderung durch die Abnahmemenge der Injektoren nicht mehr erzielt werden kann. In diesem Fall wird Kraftstoff aus dem Rail 8 in den Kraftstofftank 2 zurückgeführt.
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Die 2 zeigt eine Blockdarstellung, aus welcher ersichtlich ist, wie der in der 1 dargestellte Hochdrucksensor 9 mit einem Eingangskreis 12a der in der 1 gezeigten Steuereinheit 12 mittels eines Kabelbaumes 13 verbunden ist.
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Es ist ersichtlich, dass der Hochdrucksensor 9 als Ausgangssignal eine Signalspannung Vout bereitstellt, die über eine Verbindungsstelle 14 des Hochdrucksensors 9 an eine Verbindungsstelle 15 des Eingangskreises 12a der Steuereinheit 12 übertragen wird. Des Weiteren ist ersichtlich, dass der Hochdrucksensor 9 über den Eingangskreis 12a der Steuereinheit 12 energieversorgt wird, wobei dem Hochdrucksensor 9 an seiner Verbindungsstelle 14 eine Versorgungsspannung Vs und ein Massesignal GND bereitgestellt werden. Die Übermittlung der Signalspannung Vout , der Versorgungsspannung Vs und des Massesignals GND zwischen den Verbindungsstellen 14 und 15 erfolgt über einen Kabelbaum 13. An einem Ausgang des Eingangskreises 12a wird eine Signalspannung Vsig bereitgestellt, die an einen nicht gezeichneten Analog-Digital-Wandler der Steuereinheit 12 weitergeleitet wird.
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Wie aus der 2 des Weiteren ersichtlich ist, weist der Eingangskreis 12a der Steuereinheit 12 einen Eingang für die Versorgungsspannung Vs , Strompfade Iload und Isupply , Widerstände R1 und R2 sowie Kondensatoren C1 und C2 auf.
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Das Ausgangssignal des Hochdrucksensors 9, bei der es sich um die Signalspannung Vout handelt, wird anhand einer Übertragungsfunktion, die in einem Speicher der Steuereinheit 12 hinterlegt ist, ausgewertet. Dies ist in der 3 veranschaulicht. Diese zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung von Übertragungsfunktionen eines Hochdrucksensors, die auf unterschiedlichen Kalibrierungen beruhen. Dabei ist nach oben die Signalspannung Vout in Prozent der Versorgungsspannung Vs und nach rechts der Druck in bar aufgetragen. Die in der 3 gezeigte Kurve K1 veranschaulicht eine Übertragungsfunktion, die einer Kalibrierung von einem Messwertbereich bis 1800 bar entspricht. Die in der 3 gezeigte Kurve K2 veranschaulicht eine Übertragungsfunktion, die einer Kalibrierung von einem Messwertbereich bis 2000 bar entspricht. Die in der 3 gezeigte Kurve K3 veranschaulicht eine Übertragungsfunktion, die einer Kalibrierung von einem Messwertbereich bis 2400 bar entspricht. Die Steuereinheit 12 berechnet den Kraftstoffdruck durch eine Auswertung der empfangenen Signalspannung Vout und der hinterlegten Kalibrierung.
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Der von der Steuereinheit berechnete Kraftstoffdruck kann einem Drift unterliegen. Dies bedeutet, dass der berechnete Kraftstoffdruck vom tatsächlich vorliegenden Kraftstoffdruck abweichen kann. Beim oben beschriebenen Hochdrucksystem kann dies dazu führen, dass dann, wenn der berechnete Kraftstoffdruck kleiner ist als der tatsächlich vorliegende Kraftstoffdruck, Überdruck entsteht, der im ungünstigsten Fall zu einem Bersten des Hochdrucksystems führen kann.
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Die 4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung von konstanten Drifts der gemessenen Signalspannung. Dabei ist nach oben die Signalspannung V und nach rechts der Druck P aufgetragen. Die Kurve K4 zeigt die vom Hochdrucksensor 9 ausgegebene nominale Signalspannung, welche als Kalibration im Mikrocontroller der Steuereinheit hinterlegt ist. Die Kurve K5 zeigt die von der Steuereinheit erfasste Spannung beim Vorliegen von positivem Drift, bei welchem der berechnete Kraftstoffdruck größer ist als der tatsächlich vorliegende Kraftstoffdruck. In diesem Fall besteht das Risiko, dass der angeforderte Druck zu niedrig ist. Die Kurve K6 zeigt die von der Steuereinheit erfasste Spannung beim Vorliegen von negativem Drift, bei welchem der berechnete Kraftstoffdruck niedriger ist als der tatsächlich vorliegende Kraftstoffdruck. In diesem Fall besteht das Risiko eines Entstehens von Überdruck.
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Die 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung von über den Druckbereich zunehmenden Drifts der gemessenen Signal-spannung. Dabei ist nach oben die Signalspannung V und nach rechts der Druck P aufgetragen. Die Kurve K4 zeigt die vom Hochdrucksensor 9 ausgegebene nominale Signalspannung, welche als Kalibration im Mikrocontroller der Steuereinheit hinterlegt ist. Die Kurve K7 zeigt die vor der Steuereinheit erfasste Spannung beim Vorliegen von positivem Drift, bei welchem der berechnete Kraftstoffdruck mit zunehmendem Kraftstoffdruck zunehmend größer wird als der tatsächlich vorliegende Kraftstoffdruck. In diesem Fall besteht das Risiko, dass der angeforderte Druck zu niedrig ist. Die Kurve K8 zeigt die von der Steuereinheit erfasste Spannung beim Vorliegen von negativem Drift, bei welchem der berechnete Kraftstoffdruck mit zunehmendem Kraftstoffdruck zunehmend niedriger wird als der tatsächlich vorliegende Kraftstoffdruck. In diesem Fall besteht das Risiko eines Entstehens von Überdruck.
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Die 6 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines unerwünschten Einfrierens der gemessenen Signalspannung. Dabei ist nach rechts die Zeit t aufgetragen. Die Kurve K9 beschreibt den Verlauf des Sollwertes für die Signalspannung. Die Kurve K10 zeigt die gemessene Signalspannung, die ab einem bestimmten Zeitpunkt auf einem unterhalb des Sollwertes liegenden niedrigeren Spannungswert eingefroren ist. Die Kurve K12 veranschaulicht ein von der Steuereinheit nach dem Erkennen einer zu niedrigen gemessenen Signalspannung bereitgestelltes Steuersignal für die Hochdruckpumpeneinheit, aufgrund dessen der Kraftstoffdruck derart erhöht werden soll, dass er mit dem Sollwert wieder übereinstimmt. Die Kurve K11 zeigt den Verlauf des tatsächlich entstehenden Kraftstoffdrucks im Rail 8, der aufgrund des vorgenannten Steuersignals entsteht. Da dieser erhöhte Druck von der Steuereinheit aufgrund des eingefrorenen Messsignals nicht erkannt wird, kann die Erhöhung des tatsächlichen Kraftstoffdrucks im Rail 8 zu einem Bersten des gesamten Hochdrucksystems führen.
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Die 7 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung von unerwünschten Sprüngen und unerwünschtem Rauschen in der gemessenen Signalspannung. Dabei ist nach rechts wiederum die Zeit t aufgetragen. Die Kurve K9 beschreibt den Verlauf des Sollwertes für die Signalspannung. Die Kurve K13 beschreibt die gemessene Signalspannung, die in den Bereichen K13a einen abnormalen Signalverlauf hat, was auf ein Vorliegen von unerwünschten Signalsprüngen und/oder unerwünschtem Rauschen hindeutet. Die Kurve K11 zeigt den Verlauf des tatsächlich entstehenden Kraftstoffdrucks im Rail 8, der aufgrund des gezeigten Verlaufs der Kurve K13 entsteht. Auch dieser Anstieg des tatsächlich entstehenden Kraftstoffdrucks im Rail 8 kann zu einem Bersten des Hochdrucksystems führen.
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Die 8 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer ersten Detektionsstrategie, die bei der Erfindung zur Anwendung kommt. Diese erste Detektionsstrategie hat zum Ziel, nichtplausible Signalsprünge, nichtplausibles Rauschen und nichtplausible Spitzen des gemessenen Drucksignals zu erkennen.
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Bei dieser ersten Detektionsstrategie wird das hochaufgelöste Spannungssignal verwendet, das vom Hochdrucksensor 9 bereitgestellt wird. Es wird überprüft, ob die Differenz zweier aufeinanderfolgender Werte dieses hochaufgelösten Spannungssignals größer oder kleiner als ein berechneter maximal zulässiger Differenzwert ist oder nicht. Die Berechnung dieses maximal zulässigen Differenzwertes erfolgt durch eine Auswertung von physikalischen Ereignissen, die im Hochdrucksystem auftreten. Dazu gehören durchgeführte Einspritzvorgänge, Aktivitäten der Hochdruckpumpe, Öffnungen des Druckbegrenzungsventils, etc. So sind Einspritzvorgänge und auch Öffnungen des Druckreduzierungsventils stets mit einer Reduzierung des Kraftstoffdrucks im Rail verbunden, während Aktivitäten der Hochdruckpumpe stets mit einer Erhöhung des Kraftstoffdrucks im Rail verbunden sind.
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Nichtplausible Signalsprünge, nichtplausibles Rauschen und nicht plausible Spitzen des gemessenen Drucksignals werden dann erkannt, wenn die Differenz aufeinanderfolgender Werte des hoch aufgelösten Spannungssignals größer ist als der berechnete maximal zulässige Differenzwert.
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Dies wird nachfolgend anhand der 8 näher erläutert. Diese zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der vorstehend beschriebenen ersten Detektionsstrategie. In diesem Diagramm ist nach rechts die Zeit t aufgetragen. Die Kurve K17 beschreibt einen Druckmittelwert, der dem niedrig aufgelösten Druckmesssignal entspricht. Die Kurve K16 beschreibt einen berechneten unteren Grenzwert für ein zulässiges Intervall, in welchem ein jeweils nachfolgender Wert des hochaufgelösten Spannungssignals liegen darf, um als frei von nichtplausiblen Signalsprüngen, nichtplausiblem Rauschen und nichtplausiblen Spitzen des gemessenen Drucksignals erkannt zu werden. Die Kurve K15 beschreibt einen berechneten oberen Grenzwert für ein zulässiges Intervall, in welchem ein jeweils nachfolgender Wert des hochaufgelösten Spannungssignals liegen darf, um als frei von nichtplausiblen Signalsprüngen, nichtplausiblem Rauschen und nichtplausiblen Spitzen des gemessenen Drucksignals erkannt zu werden. Bei den mit K14 bezeichneten einzelnen Werten handelt es sich um die aufeinanderfolgenden Werte des hochaufgelösten Spannungssignals.
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Einer dieser Werte des hochaufgelösten Spannungssignals ist in der 8 mit X1 bezeichnet, der darauffolgende Wert mit X2. Bezüglich des Wertes X2 erfolgt eine Überprüfung, ob dieser Wert innerhalb des für X2 berechneten zulässigen Intervalls liegt, welches durch den dem Wert X2 zugehörigen unteren Grenzwert und durch den dem Wert X2 zugehörigen oberen Grenzwert liegt oder nicht. Das durch diese beiden Grenzwerte gegebene Intervall ist in der 8 mit einer als B1 bezeichneten vertikalen Linie angedeutet. Es ist ersichtlich, dass der Wert X2 innerhalb dieses Intervalls B1 liegt, so dass das hochaufgelöste Spannungssignal an dieser Stelle als frei von nichtplausiblen Signalsprüngen, nichtplausiblem Rauschen und nichtplausiblen Spitzen des gemessenen Drucksignals erkannt wird.
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Ein weiterer dieser Werte des hochaufgelösten Spannungssignals ist in der 8 mit X3 bezeichnet, der darauffolgende Wert mit X4. Bezüglich des Wertes X4 erfolgt eine Überprüfung, ob dieser Wert innerhalb des für X4 berechneten zulässigen Intervalls liegt, welches durch den dem Wert X4 zugehörigen unteren Grenzwert und durch den dem Wert X4 zugehörigen oberen Grenzwert liegt oder nicht. Das durch diese beiden Grenzwerte gegebene Intervall ist in der 8 mit einer als B2 bezeichneten vertikalen Linie angedeutet. Es ist ersichtlich, dass der Wert X4 außerhalb dieses Intervalls B2 liegt, so dass das hochaufgelöste Spannungssignal an dieser Stelle als nicht frei von nichtplausiblen Signalsprüngen, nichtplausiblem Rauschen und nichtplausiblen Spitzen des gemessenen Drucksignals erkannt wird.
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Die 9 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer zweiten Detektionsstrategie, die bei der Erfindung zur Anwendung kommt. Diese zweite Detektionsstrategie hat zum Ziel, ein nicht plausibles Einfrieren des hochaufgelösten Spannungssignals zu erkennen.
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Bei dieser zweiten Detektionsstrategie wird ebenfalls das hochaufgelöste Spannungssignal verwendet, das vom Hochdrucksensor 9 bereitgestellt wird. Es wird überprüft, ob die Differenz zwischen einem innerhalb eines Zeitsegments vorliegenden Minimalwert des hochaufgelösten Spannungssignals und dem innerhalb desselben Zeitsegments vorliegenden Maximalwert des hochaufgelösten Spannungssignals kleiner ist als eine erwartete minimale Druckänderung, die auf physikalischen Ereignissen beruht, beispielsweise einem Kraftstoffeinspritzvorgang oder einer Aktivität der Hochdruckpumpe. Bei dem genannten Zeitsegment handelt es sich beispielsweise um die Zeitdauer eines Verbrennungsereignisses, beispielsweise 180° CRK für ein Kraftfahrzeug mit 4 Zylindern und 4 Strokes. Dabei wird die erwartete minimale Druckänderung innerhalb eines Zeitsegments auf Basis der jeweils einzuspritzenden Kraftstoffmenge und/oder auf Basis der Kraftstofffördermenge der Hochdruckpumpe ermittelt.
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Diese zweite Detektionsstrategie wird nachfolgend anhand der 9 näher erläutert.
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In der 9 handelt es sich wiederum bei den mit K14 bezeichneten einzelnen Werten um aufeinanderfolgende Werte des hochaufgelösten Spannungssignals. Aus dem mit K18 bezeichneten Verlauf ist die Dauer aufeinanderfolgender Zeitsegmente ersichtlich, wobei eines dieser Zeitsegmente mit S1 und ein zweites dieser Zeitsegmente mit S2 bezeichnet ist. Die Kurve K19 beschreibt den Verlauf der erwarteten Druckänderung für ein jeweiliges Zeitsegment unter Berücksichtigung eines Sicherheitsabstands. Die Kurve K19 beschreibt den Verlauf der Differenzen zwischen dem in einem Zeitsegment vorliegenden minimalem Wert und dem im selben Zeitsegment vorliegenden maximalen Wert. Die Kurve K21 beschreibt den Verlauf der ermittelten Minimalwerte innerhalb aufeinanderfolgender Zeitsegmente, wobei der jeweilige Minimalwert am Ende jedes Zeitsegments ermittelt wird. Die Kurve K22 beschreibt den Verlauf der ermittelten Maximalwerte innerhalb aufeinanderfolgender Zeitsegmente, wobei der jeweilige Maximalwert am Ende jedes Zeitsegments ermittelt wird.
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Einer dieser Werte des hochaufgelösten Spannungssignals ist in der 9 mit X5 bezeichnet, ein weiterer Wert mit X6. Bei X5 handelt es sich um den Minimalwert des hochaufgelösten Spannungssignals im Zeitsegment S1. Bei X6 handelt es sich um den Maximalwert des hochaufgelösten Spannungssignals im Zeitsegment S1. Am Ende des Zeitsegments S1 wird die Differenz zwischen X6 und X5 gebildet. Diese Differenz ist in der 9 mit B3 bezeichnet. Anhand eines Vergleichs der Kurven K19 und K20 am Ende des Segments S1 ist erkennbar, dass die am Ende dieses Segments S1 berechnete Differenz zwischen dem Maximalwert X6 und dem Minimalwert X5 größer ist als die für das Segment S1 erwartete minimale Differenz. An dieser Stelle wird folglich erkannt, dass das hochaufgelöste Spannungssignal frei von einem nicht plausiblen Einfrieren des hochaufgelösten Spannungssignals ist.
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Ein anderer der Werte des hochaufgelösten Spannungssignals ist in der 9 mit X7 bezeichnet. Bei X7 handelt es sich um einen Wert, der sowohl der Minimalwert des hochaufgelösten Spannungssignals im Zeitsegment S2 als auch der Maximalwert des hochaufgelösten Spannungssignals in diesem Zeitsegment S2 ist.
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Ein Vergleich der Kurven K19 und K20 an dieser Stelle, d.h. am Ende des Zeitsegments S2, zeigt, dass zu diesem Zeitpunkt die Differenz zwischen dem innerhalb dieses Zeitsegments vorliegenden Minimalwert des hochaufgelösten Spannungssignals und dem innerhalb desselben Zeitsegments vorliegenden Maximalwert des hochaufgelösten Spannungssignals kleiner ist als die erwartete minimale Druckänderung, die auf physikalischen Ereignissen beruht. Folglich wird an dieser Stelle erkannt, dass ein nichtplausibles Einfrieren des hochaufgelösten Spannungssignals vorliegt, so dass geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen.
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Die 10 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer dritten Detektionsstrategie, die bei der Erfindung zur Anwendung kommt. Diese dritte Detektionsstrategie hat zum Ziel, ein Vorliegen implausibler Druckgradienten zu erkennen. Bei dieser dritten Detektionsstrategie werden der in einem Zeitsegment gemessene Mittelwert des Druckes und die Raildruck-Regler-Ausgangsinformation ausgewertet. Das Prinzip dieser Diagnose beruht auf einer Mengenbilanz. Jede zusätzliche Erhöhung der in das Rail geleiteten Kraftstoffmenge, die den zugehörigen Systemverbrauch übersteigt, muss durch einen zugehörigen Druckanstieg begleitet sein. Dieser zusätzliche Anstieg der Kraftstoffmenge spiegelt sich im Raildruckregler wieder und kann somit überwacht werden. Ein erwarteter Druckgradient kann basierend auf dem Regelwert berechnet werden. Der gemessene Druckgradient kann aus dem von Zeitsegment zu Zeitsegment gemessenen Raildruck berechnet werden.
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Zeigt sich, dass der Regelwert größer ist als ein kalibrierter Schwellenwert, dann wird der Druckgradient überprüft, indem der gemessene Druckgradient mit dem erwarteten Druckgradient basierend auf dem Regelwert verglichen wird. Ist der gemessene Druckgradient kleiner als der erwartete Druckgradient, dann wird erkannt, dass basierend auf der Mengenbilanz ein implausibler Druckgradient vorliegt.
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So beschreibt die Kurve K23 in der 10 den Verlauf des Sollwerts des Raildrucks über der Zeit. Mit X8 ist ein Zeitpunkt bezeichnet, ab welchem der Mittelwert des gemessenen Raildrucks unter den Raildruck-Sollwert abfällt. Dieser Mittelwert des gemessenen Raildrucks wird durch die Kurve K24 beschrieben. Die Kurve K25 beschreibt den Verlauf des tatsächlichen Raildrucks. Diese Kurve K25 steigt nach dem Zeitpunkt X8 an. Die Kurve K26 veranschaulicht den kalibrierten Regler-Schwellenwert. Die Kurve K27 zeigt den Verlauf des Raildruck-Regler-Ausgangssignals, welches Proportional- und Integralanteile aufweist, aber auch einen Differentialanteil besitzen kann. Ab dem Zeitpunkt X8 versucht der Raildruck-Regler, die ab diesem Zeitpunkt X8 vorliegende Abweichung des gemessenen Drucks vom Solldruck durch eine Erhöhung der von der Hochdruckpumpe gelieferten Kraftstoffmenge auszugleichen. Zu einem späteren, aus der 10 ersichtlichen Zeitpunkt schneidet bzw. überspringt das Raildruck-Regler-Ausgangssignal den kalibrierten Regler-Schwellenwert. Zu diesem Zeitpunkt wird die auf einer Mengenbilanz beruhende Überprüfung der Druckgradienten freigegeben.
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Die Kurve K28 bezeichnet den von Zeitsegment zu Zeitsegment erwarteten Druckgradienten, der auf dem Regelwert beruht. Die Kurve K29 beschreibt den von Zeitsegment zu Zeitsegment gemessenen Druckgradienten. Zu dem Zeitpunkt, an welchem das Raildruck-Regler-Ausgangssignal K27 den kalibrierten Regler-Schwellenwert K26 schneidet bzw. überspringt, ist der gemessene Druckgradient, der durch die Kurve K29 beschrieben wird, als kleiner zu dem erwarteten Druckgradienten detektiert worden, der durch die Kurve K28 beschrieben wird. Dadurch wird das Vorliegen eines auf der Mengenbilanz basierenden implausiblen Druckgradienten bestätigt.
