DE102019210340B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von Überdruck in einem Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Überdruck in einem Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mittels eines Hochdrucksensors eine Messung des im Hochdruckspeicher herrschenden Kraftstoffdruckes vorgenommen wird und bei welchem das vom Hochdrucksensor bereitgestellte Druckmesssignal unter Verwendung von Druckersatzsignalen plausibilisiert wird, welche sich entsprechend dem Druck im Hochdruckspeicher verändern. Mit diesem Verfahren wird erreicht, dass man nach dem Erhalt eines einen zu niedrigen Hochdruckwert anzeigenden Druckmesssignals des Hochdrucksensors, was durch den Hochdruckregler zu einem Überdruck führen würde, zunächst normal weiterfahren kann, bis bestätigt wird, ob das vom Hochdrucksensor gelieferte Hochdruckmesssignal korrekt oder nicht korrekt ist. In letzterem Fall sorgt eine Steuereinheit dafür, dass in einen Limp-Home-Betrieb umgeschaltet wird, in welchem auf Basis eines Druckersatzwertes ein sicherer Fahrzustand mit reduziertem Drehmoment und reduzierter Drehzahl durchgeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung von Überdruck in einem Kraftstoff-Hochdruck-einspritzsystem eines Kraftfahrzeugs.
  • Es ist bekannt, den in einem Hochdruckspeicher eines Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystems herrschenden Kraftstoffdruck mittels eines Hochdrucksensors zu erfassen. Liefert dieser Hochdrucksensor ein fehlerhaftes Signal, dann kann dies erhebliche unerwünschte Auswirkungen auf den Verbrennungsmotor haben. Mögliche unerwünschte Auswirkungen sind beispielsweise erhöhte Abgaswerte, ungewollte Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs, eine aussetzende Verbrennung, ein Absterben des Motors und im schlimmsten Fall ein Bersten des Motors.
  • Um ein fehlerhaftes Arbeiten eines Hochdrucksensors zu erkennen, ist es bereits bekannt, ein vom Hochdrucksensor bereitgestelltes Hochdrucksignal unter Verwendung einer zweiten Druckinformation zu plausibilisieren. Diese zweite Druckinformation kann beispielsweise von einem zweiten Hochdrucksensor, einem Dualsensor, einem Piezo-Feedback-Signal eines Injektors, einem Strom-Feedback-Signal eines digitalen Pumpeneinlassventils oder einem Strom-Feedback-Signal eines Hochdruckreduzierventils bereitgestellt werden. Da eine Verwendung zusätzlicher Bauteile, beispielsweise eines zweiten Hochdrucksensors oder eines Dualsensors, mit erheblichen Zusatzkosten verbunden ist, ist man bestrebt, bereits vorhandene Bauteile, beispielsweise Injektoren, ein Pumpeneinlassventil oder ein Hochdruckreduzierventil, zur Plausibilisierung des vom Hochdrucksensor bereitgestellten Hochdrucksignals zu verwenden.
  • Die Zuverlässigkeit der von bereits ohnehin vorhandenen Bauteilen zur Plausibilisierung des Hochdrucksensorsignals bereitgestellten Signale ist jedoch oftmals gering, da diese Bauteile nur ungenaue Signale liefern oder oftmals nicht verfügbar sind. Beispielsweise sind diese Signale abhängig vom jeweils vorliegenden Lastzustand. Des Weiteren können sporadische Messaussetzer auftreten, die die gewünschte Plausibilisierung der vom Hochdrucksensor bereitgestellten Signale oftmals nicht ermöglichen oder zumindest erschweren.
  • Die genannte Unzuverlässigkeit der zur Plausibilisierung verwendeten Signale in Verbindung mit den genannten sporadischen Messaussetzern führt dazu, dass eine verzögerungsfreie Erkennung von fehlerhaften Hochdrucksensorsignalen nicht möglich ist.
  • Steigt beispielsweise in einem System der Hochdruck wegen eines fehlerhaften, zu niedrigen Hochdrucksensorsignals stetig an, und man wartet ab, bis anhand der durchgeführten Plausibilisierung sicher erkannt wird, dass der Hochdrucksensor zu niedrige Messergebnisse liefert, dann ist es oftmals zu spät, um ein Bersten des Systems zu verhindern.
  • Zeigt ein fehlerhafter Hochdrucksensor hingegen einen zu hohen Druck an und man schaltet zur Vermeidung von unzulässigem Überdruck sicherheitshalber die Hochdruckpumpe des Systems ab, dann sinkt der reale Druck durch die weiterhin ausgeführten Einspritzungen, bis selbige unter einem bestimmten Druckniveau nicht mehr stattfinden können und der Motor deshalb ausgeht. In diesem Fall reicht die Zeit nicht aus den Hochdrucksensor als fehlerhaft zu erkennen.
  • Aus der DE 10 2006 043 828 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System, bekannt, bei denen ein Istwert, der den Kraftstoffdruck angibt, erfasst und mit einem Sollwert verglichen wird. Ausgehend von diesem Vergleich wird eine Steuergröße für wenigstens einen Steller vorgegeben. Eine Raildruckgröße wird ausgehend von einer Größe ermittelt, die eine elektrische Größe des Stellers charakterisiert.
  • Aus der DE 10 2011 076 258 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem ein Übergang von einem geregelten zu einem gesteuerten Modus erfolgt, wenn ein Defekt des Raildrucksensors erkannt wurde.
  • Aus der DE 10 2014 206 442 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Druckspeichers bekannt, bei welchen der Fluiddruck im Druckspeicher mittels einer Druckbestimmung im Pumpraum ermittelt wird.
  • Aus der DE 10 2016 219 536 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Drucksensors in einem hydraulischen System eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei welchen ein Ventil auch als eine Art redundanter Druckmesser verwendet wird, um den eigentlichen Drucksensor zu überwachen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die einen Schutz eines Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystems vor zu hohem Überdruck gewährleisten können, ohne dass die Fähigkeit des Systems für eine zuverlässige Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit des Hochdrucksensors eingeschränkt ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass das beanspruchte Verfahren und die beanspruchte Vorrichtung den Schutz eines Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystems vor zu hohem Überdruck gewährleisten, ohne dass die Fähigkeit des Systems für eine zuverlässige Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit des Hochdrucksensors eingeschränkt ist.
  • Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der 1. Diese zeigt ein Diagramm, in welchem verschiedene Signalverläufe dargestellt sind.
  • Zu einer Plausibilisierung eines Hochdrucksensormessssignals können prinzipiell alle Signale verwendet werden, die sich mit dem Druck im Hochdruckspeicher stetig verändern. Zu diesen Signalen gehören beispielsweise die Ansteuersignale für die Injektoren, die Ansteuersignale eines digitalen Einlassventils der Hochdruckpumpe und die Ansteuersignale eines Hochdruckreduzierventils. In vorteilhafter Weise werden beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Ansteuersignale der Injektoren verwendet, da diese gegenüber anderen Signalen eine höhere Zuverlässigkeit und Genauigkeit haben. Dennoch weisen diese Ansteuersignale ein Toleranzband auf, das wesentlich größer ist als das eines Hochdrucksensors. Dies bedeutet, dass eine Verifizierung eines fehlerhaften Hochdrucksensorsignals erst bei einem Überschreiten dieses Toleranzbandes beginnen kann. Dabei steigt der Druck unter Umständen sehr schnell an, was die Messfähigkeit der Injektoren beeinträchtigt und dabei im Wesentlichen die Messaussetzer verstärkt. Gleichzeitig ist erforderlich, dass eine genügende Anzahl von Messwerten der Injektoren vorliegt, um bestätigen zu können, dass der tatsächliche Druck im Hochdruckspeicher vom bereitgestellten Hochdrucksensorwert abweicht und der Hochdrucksensor fehlerhafte Messergebnisse liefert.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es anhand der 1 erläutert wird, tritt zu einem Zeitpunkt t1 ein Fehler im vom Hochdrucksensor gelieferten Hochdruckmesssignal s1 auf. Dieses zeigt beim gezeigten Ausführungsbeispiel ab dem Zeitpunkt t1 einen zu geringen Druckwert an. Dies hat zur Folge, dass der Hochdruckregler des Kraftstoff-Hochdruckeinspritz-systems die vermeintliche Druckdifferenz ausgleichen möchte und zu diesem Zweck die Hochdruckpumpe anweist, zunehmend Kraftstoff in den Hochdruckspeicher zu liefern. Dadurch steigt der Druck im Hochdruckspeicher schnell an. Dies wiederum hat zur Folge, dass der reale Hochdruck p1 und das Druckersatzsignal p2 ebenfalls schnell ansteigen. Bei dem Druckersatzsignal handelt es sich beim gezeigten Ausführungsbeispiel um ein Signal, das aus dem Ansteuersignal der Injektoren abgeleitet wird.
  • Ohne eine entsprechende Erkennungsfunktion würde es deshalb nach wenigen Motorsegmenten zu einem Bersten des Systems kommen.
  • Um dies zu verhindern, wird ein Toleranzband verwendet, welches auf dem Druckersatzsignal p2 basiert. Dieses Toleranzband erstreckt sich im Bereich zwischen den Linien L1 und L2, wobei L1 eine untere Grenze und L2 eine obere Grenze des Toleranzbandes bildet.
  • Aus der 1 ist ersichtlich, dass das vom Hochdrucksensor bereitgestellte fehlerhafte Hochdruckmesssignal s1 das sich zwischen den Linien L1 und L2 erstreckende Toleranzband zu einem Zeitpunkt t2 verlässt.
  • Um zu verifizieren, dass eindeutig ein fehlerhaftes Hochdruckmesssignal vorliegt, wird deshalb bei der vorliegenden Erfindung Sorge dafür getragen, dass genügend Werte des Druckersatzsignals vorliegen, die bestätigen, dass das vom Hochdrucksensor bereitgestellte Druckmesssignal fehlerhaft ist.
  • Um sicher zu stellen, dass genügend Werte des Druckersatzsignals vorliegen, wird abgewartet, bis sich das Toleranzband in einem ausreichenden Abstand vom fehlerhaften Druckmesssignal befindet. Dies ist zum Zeitpunkt t3 der Fall.
  • An diesem Zeitpunkt t3 wird das System von einer Steuereinheit in einen Open-Loop-Betrieb umgeschaltet. In diesem Open-Loop-Betrieb ist der eigentliche Hochdruckregelungsvorgang deaktiviert, während hingegen ein Vorsteuerbetrieb aktiv gehalten wird. In diesem Vorsteuerbetrieb wird die Hochdruckpumpe des Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystems derart angesteuert, dass sie genau diejenige Menge an Kraftstoff fördert, die vom System gemäß einem vorliegenden Hochdruck-Sollwert p3 verlangt wird. Dies hat zur Folge, dass der reale Hochdruck p1 im Wesentlichen parallel zu seinem Sollwert p3 verläuft.
  • Im realen Betrieb führen Toleranzen der Systemkomponenten sowie die fehlerbehaftete Druckinformation an die Injektoren zu einem allmählichen Annähern oder Entfernen des realen Hochdruckes p1 an den bzw. vom Sollwert p3.
  • Um dies zu verhindern, wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein zusätzlicher rudimentärer Regler verwendet, der auf Basis des Druckersatzsignals den zu verifizierenden Hochdruckwert in einem bestimmten Abstand zum Sollwert hält. Bei diesem rudimentären Regler handelt es sich um eine optionale Komfortfunktion.
  • Alternativ zur vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist gemäß einer weiteren Ausführungsform kein derartiger zusätzlicher rudimentärer Regler vorgesehen.
  • Die beiden vorstehend genannten Ausführungsformen unterscheiden sich dadurch, dass die Schwelle eines zur Fehlererkennung verwendeten Zählers unterschiedlich gewählt werden muss. Insbesondere muss die genannte Schwelle im Falle der weiteren Ausführungsform etwas herabgesetzt werden. Bei beiden vorstehend genannten Ausführungsformen findet ein Annähern oder Entfernen des Hochdruckes an den bzw. vom Sollwert allmählich statt, die im Falle des rudimentären Reglers kompensiert wird.
  • Durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen wird erreicht, dass unabhängig davon, ob das vom Hochdrucksensor bereitgestellte Hochdruckmesssignal fehlerhaft ist oder nicht, der reale Hochdruck p1 nicht weiter ansteigt und des Weiteren derart weit vom Hochdruckmesssignal entfernt ist, dass dieser mögliche Fehler auch verifiziert werden kann.
  • Obgleich bis dato nicht zwingend ein Fehler vorliegen muss, ist die Wahrscheinlichkeit eines fehlerhaften Hochdruckmesssignals zum Zeitpunkt t3 dennoch sehr hoch.
  • Aus diesem Grund blendet die Steuereinheit zu diesem Zeitpunkt t3 von einer Auswertung des Hochdruckmesssignals zu einer Auswertung des Druckersatzsignals um. Durch diesen Wechsel der Druckinformation erhöht sich die Zuverlässigkeit des Druckersatzsignals, da die Injektoren nun auf Basis einer korrekten Druckinformation angesteuert werden. Ein Überblenden im Unterschied zu einem Sprung ist deshalb notwendig, damit aus den Injektoransteuersignalen weiterhin gültige Drucksignale abgeleitet werden können. Mit Beginn des ersten Verlassens des Hochdruckmesssignals s1 aus dem Toleranzband zum Zeitpunkt t2 wird der bereits genannte, bei der Fehlererkennung verwendete Zähler gestartet, wie es durch die Linie L3 in der 1 veranschaulicht ist. Erreicht der Wert dieses Zählers eine kalibrierbare Schwelle, dann stehen ausreichend viele Werte des Druckersatzsignals zur Verfügung, die das Vorliegen eines fehlerhaften Hochdruckmesssignals bestätigen, so dass zu diesem Zeitpunkt, der in der Figur mit t4 bezeichnet ist, ein Fehler sicher detektiert werden kann.
  • Sollte das Druckersatzsignal p2 im Normalzustand bzw. im Nicht-Fehlerfall keine Messwerte liefern, dann wird dieses Signal entsprechend der Mengenbilanz, die sich im genannten Open-Loop-Betrieb ergibt, fortgeführt bzw. überbrückt. Somit läuft auch das Toleranzband zur Fehlererkennung ansatzlos weiter.
  • Im Hintergrund berechnet die Steuereinheit allerdings nach wie vor die Druckinformation mit Regelanteil, auch wenn diese bekanntlich die bleibende Regelabweichung des Systems beinhaltet und in der Bilanz fälschlicherweise zu einem Wegdriften des modellierten Druckes führt.
  • Diese Berechnung hat folgenden Zweck: In dem Falle, dass in der genannten Überbrückungsphase die Regelgröße einen Wert übersteigt, der sich über der normalen Regelabweichung befindet, dann liegt ebenfalls ein Fehler vor und es muss auch hier zum Schutz des Systems vor einem Bersten in den Open-Loop-Betrieb geschaltet werden. Zu diesem Zeitpunkt ist jedoch noch nicht bekannt, was die Ursache dieses Fehlers ist. Diese Ursache kann vielfältig sein. Die Fehler können im Niederdrucksystem vorliegen oder auf eine defekte Hochdruckpumpe zurückzuführen sein oder auf einer externen Leckage beruhen oder auf einen fehlerhaften Hochdrucksensor zurückzuführen sein. Im Open-Loop-Betrieb liegt nun wieder hinreichend Zeit vor, bis die Druckersatzsignale wieder vorliegen und entweder die Korrektheit des vom Hochdrucksensor gelieferten Signals bestätigen oder dieses als fehlerhaft erkennen lassen.
  • Nach alledem wird bei der vorliegenden Erfindung der tatsächliche Hochdruck in einem ausreichenden Abstand parallel zum Sollwert geführt, sobald der Verdacht eines fehlerhaften Hochdrucksensorsignals vorliegt. Durch ein derartiges Vorgehen wird das Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem vor einem Bersten geschützt und des Weiteren dafür gesorgt, dass genügend Zeit vorliegt, einen mutmaßlichen Hochdrucksensorfehler sicher zu verifizieren.
  • Sollte beispielsweise die Quelle des verwendeten Druckersatzsignals kurzzeitig gestört sein bzw. sporadische Messaussetzer aufweisen, dann wird nicht sofort auf das Vorliegen eines Fehlers geschlossen und ein Fehlereintrag vorgenommen. Dies hat den Vorteil, dass nicht sofort die Kraftstoffzufuhr gestoppt werden muss, um das System vor einem Bersten zu schützen. Im letzteren Falle würde darüber hinaus der Motor des Kraftfahrzeugs absterben.
  • Ein Vorteil der Erfindung besteht folglich auch darin, dass man nach dem Erhalt eines einen zu hohen Hochdruckwert anzeigenden Druckmesswertes vom Hochdrucksensor zunächst normal weiterfahren kann, bis entweder erkannt wurde, dass das vom Hochdrucksensor gelieferte Hochdruckmesssignal als korrekt anzusehen ist oder dass eben doch ein Fehler vorliegt. In letzterem Fall sorgt die Steuereinheit dafür, dass in einen Limp-Home-Betrieb umgeschaltet wird, in welchem auf Basis eines Druckersatzwertes ein sicherer Fahrzustand mit reduziertem Drehmoment und reduzierter Drehzahl durchgeführt wird.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Vermeidung von Überdruck in einem Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mittels eines Hochdrucksensors eine Messung des im Hochdruckspeicher herrschenden Kraftstoffdruckes vorgenommen wird und bei welchem das vom Hochdrucksensor bereitgestellte Druckmesssignal unter Verwendung eines Druckersatzsignals plausibilisiert wird, welches sich entsprechend dem Druck im Hochdruckspeicher verändert, mit folgenden Verfahrensschritten: - Überprüfung, ob das vom Hochdrucksensor bereitgestellte Druckmesssignal innerhalb eines Toleranzbandes liegt, welches für das Druckersatzsignal vorgegeben ist, - wenn erkannt wird, dass das vom Hochdrucksensor bereitgestellte Druckmesssignal innerhalb des Toleranzbandes liegt, Erkennen des vom Hochdrucksensor bereitgestellten Druckmesssignals als fehlerfrei, - wenn erkannt wird, dass das vom Hochdrucksensor bereitgestellte Druckmesssignal außerhalb des Toleranzbandes liegt, Starten eines Zählers und Umschalten des Systems von einem herkömmlichen Regelbetrieb, in welchem eine Vorsteuerung und eine Hochdruckregelung erfolgt, in einen Open-Loop-Betrieb, in welchem die Hochdruckregelung deaktiviert ist und die Vorsteuerung, bei welcher die Hochdruckpumpe dem Hochdruckspeicher diejenige Kraftstoffmenge, die bei fehlerfreiem Hochdrucksensor vom System verlangt wird, bereitstellt, aktiv gehalten wird, - Erfassen weiterer Werte des Druckersatzsignals solange, bis der Zähler einen vorgegebenen Schwellwert erreicht hat, und - Erkennen anhand der weiteren Werte des Druckersatzsignals, ob das vom Hochdrucksensor bereitgestellte Druckmesssignal fehlerfrei oder fehlerhaft ist, - wobei ein rudimentärer Regler verwendet wird, um zu verhindern, dass aufgrund von Systemtoleranzen sowie fehlerbehafteten Druckinformationen für die Injektoren ein allmähliches Annähern oder Entfernen des Hochdruckes zu seinem Sollwert stattfindet und - wobei der rudimentäre Regler auf Basis des Druckersatzsignals den realen Hochdruck (p1) in einem vorgegebenen Abstand zu seinem Sollwert hält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckersatzsignale im Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem ohnehin vorhandene Signale verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem ohnehin vorhandene Ansteuersignale für Kraftstoffinjektoren als Druckersatzsignale verwendet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem ohnehin vorhandene Ansteuersignale für eine Hochdruckpumpe des Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystems als Druckersatzsignale verwendet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem ohnehin vorhandene Ansteuersignale für ein Hochdruckreduzierventil als Druckersatzsignale verwendet werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erkennen, dass das vom Hochdrucksensor bereitgestellte Druckmesssignal außerhalb des Toleranzbandes liegt, mit dem Starten des Zählers und/oder dem Umschalten des Systems in einen Open-Loop Betrieb eine vorgegebene Zeitspanne (t3-t2) abgewartet wird, bis sich das Toleranzband in einem vorgegebenen Abstand zum Hochdrucksensorsignal befindet.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von der Aktivierung des Open-Loop-Betriebes im Hintergrund ein Druckwert ermittelt und abgespeichert wird, der auf einem Vorsteuerwert und den Regelwerten basiert.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Falle, dass in einer Überbrückungsphase, während derer keine Druckersatzsignale vorliegen, eine Regelabweichung einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, eine Umschaltung des Systems in den Open-Loop- Betrieb vorgenommen wird, um ein Bersten des Systems zu verhindern, wobei auf den im Hintergrund ermittelten Druckwert übergeblendet wird.
  9. Vorrichtung zur Vermeidung von Überdruck in einem Kraftstoff-Hochdruckeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mittels eines Hochdrucksensors eine Messung des im Hochdruckspeicher herrschenden Kraftstoffdruckes vorgenommen wird und bei welchem das vom Hochdrucksensor bereitgestellte Druckmesssignal unter Verwendung von Druckersatzsignalen plausibilisiert wird, welche sich entsprechend dem Druck im Hochdruckspeicher verändern, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit aufweist, die zur Steuerung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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