DE19757655A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberwachung eines Drucksensors - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberwachung eines DrucksensorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich
tung zur Funktionsüberwachung eines Drucksensors, der den
Druck in einem über ein Druckstellglied geregelten Druckspei
cher, insbesondere einem Hochdruckspeicher für ein Kraft
stoffversorgungssystem, einstellt.
Hochdruckspeicher werden in Kraftstoffversorgungssyste
men vor allem bei Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen
eingesetzt, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gear
beitet wird. Solche Einspritzsysteme, die bei Dieselmotoren
unter der Bezeichnung Common-Rail-Systeme bekannt sind, bie
ten in bezug auf Flexibilität und Kosten deutliche Vorteile
gegenüber konventionellen Einspritzsystemen. Bei diesen Ein
spritzsystemen wird mittels einer Hochdruckpumpe Kraftstoff
aus einem Kraftstoffvorratsbehälter in den Druckspeicher ge
fördert, über den der Kraftstoff dann an Einspritzventilen,
die in den Zylinderköpfen des Motors angeordnet sind, an
steht. Die Einspritzvorgänge in die Zylinder werden durch Be
stromen der Einspritzventile ausgelöst, wobei das Einspritz
volumen abhängig von dem an den Einspritzventilen anstehenden
Druck und der Dauer der Bestromung ist.
Die Druckregelung im Druckspeicher erfolgt dabei über
ein Druckstellglied, das über eine elektronische Motorsteuer
einheit eingestellt wird. Diese Motorsteuereinheit erfaßt
weiterhin über einen mit dem Druckspeicher verbundenen Sensor
die Druckhöhe, um das Druckstellglied richtig einregeln zu
können. Dem Drucksensor kommt deshalb auch eine wesentliche
Funktion beim Einstellen des Drucks im Druckspeicher zu. Ein
Funktionsfehler des Drucksensors kann aufgrund des sich dar
aus ergebenden Fehlers bei der Druckregelung im Druckspeicher
zu einer Beeinträchtigung des Einspitzverhaltens und damit
der Verbrennungscharakteristik führen, was wiederum eine er
höhte Schadstoffemission nach sich ziehen kann.
Im Stand der Technik sind zwar bereits Drucksensoren be
kannt, die mit einer Funktionsüberwachungseinrichtung und zu
sätzlichen Meßwertaufnehmern ausgestattet sind. Diese zusätz
lichen Meßwertaufnehmer führen jedoch zu einer wesentlichen
Kostensteigerung bei der Sensorfertigung. Weiterhin müssen
solche Funktionsüberwachungseinrichtungen auch an die jewei
ligen Gegebenheiten in der Brennkraftmaschine konstruktiv an
gepaßt werden, was zusätzliche Kosten verursacht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung eines
Drucksensors, der den Druck in einem über ein Druckstellglied
geregelten Druckspeicher aufnimmt, bereitzustellen, die ohne
zusätzliche Meßwertaufnehmer in einfacher und zuverlässiger
Weise die Funktionsfähigkeit des Drucksensors überprüfen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1
und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst. Gemäß der Er
findung wird der in einem Druckspeicher zu einem bestimmten
Zeitpunkt zu erwartende Druckwert auf der Grundlage eines von
einem Druckstellglied vorgegebenen Druckes und einer Ände
rungsrate in der Massenbilanz eines in dem Druckspeicher ent
haltenen Mediums zu einem bestimmten Zeitpunkt berechnet und
dieser berechnete Druckwert mit dem von einem Drucksensor
aufgenommenen Druckwert verglichen, um bei einer Abweichung
über eine vorbestimmte Differenz hinaus einen Funktionsfehler
im Drucksensor festzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht mit Hilfe eines einfachen Modells und somit eines
geringen Datenverarbeitungsaufwandes eine zuverlässige Funk
tionsanalyse des Drucksensors durchzuführen und auf diese
Weise sowohl langsame Fehlerprozesse wie einen Sensordrift
als auch ein plötzliches Sensorversagen zu erkennen. Zur
Funktionsdiagnose des Drucksensors werden weiterhin über die
bereits herkömmlicherweise in Einspritzsystemen erfaßten Meß
daten hinaus keine zusätzlichen Daten benötigt. Die erfin
dungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich deshalb durch einen ge
ringen Schaltungsaufwand unter Verzicht auf zusätzliche kost
spielige Meßwertaufnehmer aus und läßt sich auch auf einfache
Weise in die Steuerung einer Brennkraftmaschine integrieren.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffe
inspritzsystems;
Fig. 2 einen Grundaufbau eines erfindungsgemäßen Funk
tionsüberwachungssystems für einen Drucksensor in einem
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Ausführungsform des Funktionsüberwachungs
systems gemäß Fig. 2;
Fig. 4 Kennlinien eines Druckregelventils für unter
schiedliche Drehzahlen der Brennkraftmaschine; und
Fig. 5 Kennlinien eines Druckregelventils für unter
schiedliche Temperaturen in der Brennkraftmaschine.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Kraftstoffe
inspritzsystems, wie es unter der Bezeichnung Common-Rail-
System vor allem bei Dieselmotoren eingesetzt wird. Bei die
sem Einspritzsystem wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvor
ratsbehälter 10 über eine Kraftstoffleitung 11 durch eine
Vorförderpumpe 12 angesaugt. Die Vorförderpumpe 12 fördert
den Kraftstoff über ein Kraftstoffilter 13 zu einer Hoch
druckpumpe 15, die den Kraftstoff verdichtet und unter hohem
Druck in einen Druckspeicher 17 einspeist. Der Druckspeicher
17 steht mit Einspritzventilen 18 in Verbindung, über die der
Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine (nicht ge
zeigt) eingespritzt wird. Der Einspritzvorgang wird durch ei
ne elektronische Steuereinheit 19 ausgelöst, die über Signal
leitungen 20 mit den Einspritzventilen 18 verbunden ist. Der
in den Einspritzventilen 18 auftretende Leckage-
Kraftstoffstrom wird über Kraftstoffleitungen 21 in den
Kraftstoffvorratsbehälter 10 zurückgeführt.
Um den Volumenstrom der Hochdruckpumpe 15 entsprechend
den jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine be
darfsabhängig einstellen zu können, ist in der Kraftstofflei
tung 11 zwischen der Vorförderpumpe 12 und der Hochdruckpumpe
15 ein zusätzliches Saugdrosselventil 14 angeordnet, mit des
sen Hilfe der Förderstrom der Hochdruckpumpe geregelt werden
kann. Dieses Saugdrosselventil 14 wird von der Steuereinheit
19 über eine Steuerleitung 22 angesprochen. Alternativ kann
der Förderstrom der Hochdruckpumpe 15 jedoch auch über ein
variables Übersetzungsgetriebe für den Antrieb der Hochdruck
pumpe oder durch eine druck- oder/und drehzahlgeregelte Aus
legung der Vorförderpumpe 12 beeinflußt werden.
Um den Druck in dem Druckspeicher 17 entsprechend den
gewünschten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ein
stellen zu können, ist weiterhin zwischen die Hochdruckpumpe
15 und den Druckspeicher 17 ein Druckregelventil 16 in die
Kraftstoffleitung 11 geschaltet. Dieses Druckregelventil 15
steuert über eine Kraftstoffleitung 25 überschüssigen Kraft
stoff, der nicht zur Aufrechterhaltung eines im Druckspeicher
17 gewünschten Drucks benötigt wird, in den Kraftstoffvor
ratsbehälter 10 ab. Das Druckregelventil 16 weist ein Stell
glied auf, das eine Einlaßöffnung im Druckregelventil mit ei
nem vorgegebenen Haltedruck verschließt, wobei der Haltedruck
von der Steuereinheit 19 über eine Steuerleitung 24 entspre
chend dem im Druckspeicher 17 gewünschten Druck eingestellt
wird. Die Steuereinheit 19 gibt hierfür über die Steuerlei
tung 24 ein pulsweiten-moduliertes Ansteuersignal an das
Druckregelventil 16 ab, wobei ein Tastverhältnis dieses puls
weiten-modulierten Ansteuersignals den Haltedruck des Stell
glieds vorgibt.
Zur Druckregelung im Druckspeicher 17 weist das in Fig.
1 gezeigte Kraftstoffeinspritzsystem weiter einen Drucksensor
23 auf, der vorzugsweise in einer Stirnfläche des im allge
meinen zylinderförmigen Druckspeichers 17 angeordnet ist.
Dieser Drucksensor 23 dient zum Erfassen des augenblicklich
im Druckspeicher 17 herrschenden Druckes, auf dessen Grundla
ge die Steuereinheit 19 dann entsprechend den gewünschten Be
triebsbedingungen der Brennkraftmaschine die Druckregelung
über das Druckregelventil 16 vornimmt. Der Drucksensor 23
stellt deshalb auch einen wesentlichen Bestandteil des Druck
regelkreises im Kraftstoffeinspritzsystem dar und muß in sei
ner Funktion genau überwacht werden, um von einem Defekt des
Drucksensors ausgelöste Fehler bei der Druckeinstellung im
Druckspeicher 17, die das Verbrennungsverhalten in der Brenn
kraftmaschine beeinflussen, zu verhindern. Eine direkte Funk
tionsüberwachung des Drucksensors 23 mittels einer im Druck
sensor integrierten Funktionsüberwachungseinheit, die mit
Aufnehmern zur Datenerfassung im Drucksensor bestückt ist,
ist zwar möglich, hat jedoch hohe Herstellungskosten des
Drucksensors zur Folge. Weiterhin muß eine solche im Druck
sensor integrierte Funktionsüberwachungseinheit auch an die
speziellen Gegebenheiten der Brennkraftmaschine angepaßt wer
den. Gemäß der Erfindung kann jedoch auf eine solche direkte
Funktionsüberwachungseinheit mit zusätzlichen Meßwertaufneh
mern verzichtet werden.
Eine erfindungsgemäße Funktionsüberwachungseinheit für
einen Drucksensor, die in einem Kraftstoffeinspritzsystem ge
mäß Fig. 1 eingesetzt wird, ist in Fig. 2 in seinem Grund
aufbau gezeigt. Diese Funktionsüberwachungseinheit weist eine
Druckstellglied-Bewertungseinheit 100 auf, die anhand des
Tastverhältnisses HPPV des pulsweiten-modulierten Ansteuersi
gnals für das Druckregelventil 16 den gegenwärtigen Halte
druck FUPVentil des Druckregelventils in seinem Absolutwert
und seinem Zeitverhalten berechnet. Gemäß einer vorteilhaften
Ausführungsform kann diese Druckstellglied-Bewertungseinheit
100 weiterhin bei der Berechnung des Haltedrucks FUPVentil ein
Temperaturverhalten des Druckregelventils sowie die Abhängig
keit der Ventilcharakteristik von einer Drehzahl der Brenn
kraftmaschine berücksichtigen.
Die Druckstellglied-Bewertungseinheit 100 legt den be
rechneten Haltedruck FUPVentil an einer Speicherdruck-
Bewertungseinheit 200 an, die daraus den gegenwärtig im
Druckspeicher 17 herrschenden Druck berechnet. Bei dieser
Druckberechnung berücksichtigt die Speicherdruck-
Bewertungseinheit 200 die aktuelle Massenbilanz des Kraft
stoffs im Druckspeicher 17, die sich aus den von der Steuer
einheit 19 erfaßten Meßdaten ermitteln läßt. Bei der Berech
nung der Massenbilanz des Kraftstoffs im Druckspeicher 17
wird folgendes einfaches Modell zugrundegelegt:
Eine positive Massenbilanz im Druckspeicher zeigt an, daß der Kraftstoff komprimiert wird und der Druck im Druck speicher steigt. Bei einer negativen Massenbilanz dagegen verringert sich der im Druckspeicher vorhandene Kraftstoff, wobei der Druck im Druckspeicher sinkt. Die zeitliche Ände rung der im Druckspeicher gespeicherten Kraftstoffmenge s und damit die zeitliche Änderung des Drucks im Druckspeicher wird durch die in den Druckspeicher eingespeisten und aus ihm abgelassenen Kraftstoffströme bestimmt. Der aus dem Druck speicher 17 abgegebene Kraftstoffmassenstrom out setzt sich dabei aus dem über die Einspritzventile 18 in die Brennkraft maschine eingespritzten Einspritz-Massenstrom i, aus dem über die Einspritzventile 18 abgegebenen Leckage-Massenstrom l und aus dem über das Druckregelventil 16 abgeführten Ven til-Massenstrom v zusammen. Der in den Druckspeicher 17 eingespeiste Kraftstoffmassenstrom in wird durch den Förder- Massenstrom p der Hochdruckpumpe 15 bestimmt. Es gelten so mit folgende Gleichungen:
Eine positive Massenbilanz im Druckspeicher zeigt an, daß der Kraftstoff komprimiert wird und der Druck im Druck speicher steigt. Bei einer negativen Massenbilanz dagegen verringert sich der im Druckspeicher vorhandene Kraftstoff, wobei der Druck im Druckspeicher sinkt. Die zeitliche Ände rung der im Druckspeicher gespeicherten Kraftstoffmenge s und damit die zeitliche Änderung des Drucks im Druckspeicher wird durch die in den Druckspeicher eingespeisten und aus ihm abgelassenen Kraftstoffströme bestimmt. Der aus dem Druck speicher 17 abgegebene Kraftstoffmassenstrom out setzt sich dabei aus dem über die Einspritzventile 18 in die Brennkraft maschine eingespritzten Einspritz-Massenstrom i, aus dem über die Einspritzventile 18 abgegebenen Leckage-Massenstrom l und aus dem über das Druckregelventil 16 abgeführten Ven til-Massenstrom v zusammen. Der in den Druckspeicher 17 eingespeiste Kraftstoffmassenstrom in wird durch den Förder- Massenstrom p der Hochdruckpumpe 15 bestimmt. Es gelten so mit folgende Gleichungen:
s = in - out (1)
mit
in = p (2)
outs = i + l + v (3).
Der Förder-Massenstrom p wird dabei durch das Ansteuer
signal der Steuereinheit 19 für die Hochdruckpumpe 15 bzw.
das Saugdrosselventil 14 festgelegt. Für den Einspritz-
Massenstrom i gilt weiter
i = N × i (4),
wobei N der Drehzahl der Brennkraftmaschine und i der Ein
spritzmasse pro Zylinder der Brennkraftmaschine entspricht.
Der Leckage-Massenstrom l ist spezifisch für die verwende
ten Einspritzventile 18.
Der vom Druckregelventil 16 abgeführte Ventil-
Massenstrom v wird vom jeweiligen Betriebszustand der
Brennkraftmaschine bestimmt. Während einer Druckabbauphase im
Druckspeicher, z. B. wenn die Brennkraftmaschine abgestellt
wird, ist das Druckregelventil 16 vollständig geöffnet, so
daß der Ventil-Massenstrom v den aus dem Druckspeicher 17
abgelassenen Kraftstoffmassenstrom out bestimmt. In diesem
Fall sind der Einspritz-Massenstrom i und der Leckage-
Massenstrom l vernachlässigbar und der aus dem Druckspei
cher 17 abgelassene Kraftstoffmassenstrom out wird aus
schließlich durch den vom Strömungsquerschnitt des Druckre
gelventils vorgegebenen Ventil-Massenstrom v festgelegt.
Im Falle einer Druckaufbauphase im Druckspeicher 17, wie
sie vorliegt, wenn die Brennkraftmaschine angelassen oder ei
ne schnelle Drehzahlerhöhung durchgeführt wird, ist das
Druckregelventil 16 vollständig verschlossen und der Ventil-
Massenstrom v kann null gesetzt werden.
Wenn sich das Einspritzsystem dagegen in einem stabilen
Betriebszustand befindet, also nicht in der Druckaufbau- bzw.
Abbauphase, entspricht der in den Druckspeicher 17 eingespei
ste Kraftstoffmassenstrom in dem aus dem Druckspeicher ab
gegebenen Kraftstoffmassenstrom out, so daß die Gesamtbi
lanz null ist.
Für den Druck im Druckspeicher ps ergibt sich unter An
nahme eines konstanten Volumens Vs für den Druckspeicher fol
gender Zusammenhang
wobei K dem Kompressionsmodul, p0 dem Normaldruck, ρ0 der
Kraftstoffdichte im Normalzustand und ρs der Kraftstoffdichte
für den augenblicklich herrschenden Speicherdruck ps ent
spricht. Für die Kraftstoffdichte ρs gilt weiter folgender
Zusammenhang:
ρs = ∫s/vs dt (6).
Setzt man Gleichung (6) in Gleichung (5) ein, so erhält
man für den Speicherdruck
Die Speicherdruck-Bewertungseinheit 200 kann also mit
tels Gleichung (7) unter Berücksichtigung von Gleichung (1)
in einfacher Weise den augenblicklich herrschenden Druck im
Druckspeicher 17 bestimmen. Besonders geeignete Betriebszu
stände der Brennkraftmaschine sind hierbei einerseits der
stabile Betriebspunkt, bei dem die Massenbilanz null ist so
wie die Druckaufbauphase, in der kein Kraftstoff über das
Druckregelventil 16 abgesteuert wird und somit der Ventil-
Massenstrom v null gesetzt werden kann.
Der von der Speicherdruck-Bewertungseinheit 200 berech
nete augenblickliche Druck im Druckspeicher 17, der in Fig.
2 mit FUPModell gekennzeichnet ist, wird einer Vergleichsein
heit 300 zugeführt, an der gleichzeitig der vom Drucksensor
23 erfaßte Druck FUP anliegt. Die Vergleichseinheit 300 weist
eine Modelldruck-Berechnungseinheit 301 und eine Sensordruck-
Berechnungseinheit 302 auf, die jeweils den Gradienten aus
dem anliegenden Modelldruck FUPModell und dem gemessenen Sen
sordruck FUP bestimmen. Diese berechneten Gradienten werden
einer Gradientendifferenzeinheit 304 zugeführt, die eine Dif
ferenz zwischen diesen Gradienten berechnet. Weiterhin weist
die Vergleichseinheit 300 eine Absolutwertdifferenzeinheit
303 auf, die die Differenz zwischen dem gemessenen Druck FUP
und dem berechneten Modelldruck FUPModell ermittelt. Die von
der Gradientendifferenzeinheit 304 ermittelte Gradientendif
ferenz und die von der Absolutwertdifferenzeinheit 303 be
stimmte Absolutwertdifferenz werden mit vorgegebenen Wertebe
reichen korreliert. Wird festgestellt, daß eine der beiden
Kenngrößen oder beide Kenngrößen außerhalb der jeweils vorge
gebenen Wertebereiche liegen, so erzeugt die Vergleichsein
heit 300 ein Fehlersignal, das der Steuereinheit 19 anzeigt,
daß ein Schaden im Drucksensor 23 des Druckspeichers 17 auf
getreten ist. Die Steuereinheit 19 kann daraufhin zum Bei
spiel dem Bediener der Brennkraftmaschine anzeigen, daß umge
hend ein Auswechseln des Drucksensors vorgenommen werden muß.
Gemäß der Erfindung läßt sich also auf einfache Weise
die Funktionsfähigkeit des Drucksensors 23 aufgrund der be
reits standardmäßig im Einspritzsystem erfaßten Meßdaten mit
Hilfe einer einfachen Modellberechnung überprüfen. Es sind
also keine zusätzlichen Meßwertaufnehmer. Weiterhin läßt sich
das erfindungsgemäße Funktionsüberwachungssystem auch einfach
an die jeweiligen Gegebenheiten in der Brennkraftmaschine an
passen.
Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform des in Fig.
2 gezeigten Grundaufbaus des erfindungsgemäßen Funktionsüber
wachungssystems. Die Funktionsüberwachung wird hierbei wäh
rend der Druckaufbauphase im Einspritzsystem, wenn das Druck
regelventil 16 vollständig geschlossen ist, ausgeführt. Der
Ventilmassenstrom v kann somit null gesetzt werden.
Gemäß Fig. 2 weist die Druckstellglied-
Bewertungseinheit 100 eine Haltedruck-Abbildungseinheit 101
auf, an der das Tastverhältnis HPPV des Ansteuersignals für
das Druckregelventil 16 und die aktuelle Drehzahl N der
Brennkraftmaschine anliegen. Aus diesen beiden Werten ermit
telt die Haltedruck-Abbildungseinheit 101 mit Hilfe eines ge
speicherten Kennfeldes den aktuellen Haltedruck FUPVentil des
Druckregelventils. Fig. 4 zeigt Kennlinien des Haltedrucks
eines Druckregelventils, aufgetragen gegen ein Tastverhältnis
des pulsweiten-modulierten Ansteuersignals des Druckregelven
tils für zwei unterschiedliche Drehzahlen N1 und N2 der
Brennkraftmaschine. Diese Kennlinien liegen dem in der Halte
druck-Abbildungseinheit 101 verwendeten Kennlinienfeld zu
grunde.
Die Druckstellglied-Bewertungseinheit 100 weist weiter
hin eine Temperatur-Abbildungseinheit 102 auf, an der die in
der Brennkraftmaschine ermittelte Kühlmitteltemperatur an
liegt. Die Temperatur-Abbildungseinheit 102 berechnet anhand
einer eingespeicherten Kennlinie aus der Kühlmitteltemperatur
einen Korrekturfaktor T-COR, um den Temperaturgang des Druck
regelventils, wie er in Fig. 5 für zwei unterschiedliche
Temperaturen T1 und T2 gezeigt ist, zu kompensieren. Eine
Kompensiereinheit 103 multipliziert diesen Korrekturfaktor
T-COR mit dem von der Haltedruck-Abbildungseinheit 101 ermit
telten Haltedruck FUPVentil, um einen temperaturkompensierten
Wert zu ermitteln.
Dieser kompensierte Haltedruck wird einem diskreten Ver
zögerungsglied erster Ordnung 104 zugeführt, der das Zeitver
halten des Stellgliedes im Druckregelventil 16 moduliert. Die
Berechnungsvorschrift für dieses Verzögerungsglied läßt sich
durch folgende Gleichung ausdrücken:
Die Zeitkonstante T1, Ventil des Verzögerungsgliedes ist
spezifisch für das verwendete Druckregelventil und liegt in
der Größenordnung von 10 ms. Die Abtastzeit wird durch die
Zeit zwischen zwei Verbrennungsvorgängen im Zylinder der
Brennkraftmaschine bestimmt und beträgt beispielsweise 5 ms.
Der von dem Verzögerungsglied erster Ordnung 104 der
Druckstellglied-Bewertungseinheit 100 bestimmte aktuelle ver
zögerte Ventilhaltedruck wird einem in der Speicherdruck-
Bewertungseinheit 200 enthaltenen weiteren Verzögerungsglied
erster Ordnung 206 zugeführt, dessen Berechnungsvorschrift
lautet.
Die Zeitkonstante T1,Speicher wird dabei durch die Funk
tionseinheiten 201 bis 205 der Speicherdruck-
Bewertungseinheit 200 vorgegeben. An der Pumpenförderstrom-Ab
bildungseinheit 201 liegt hierbei die aktuelle Drehzahl N
der Brennkraftmaschine sowie das Ansteuersignal VCPV der
Hochdruckpumpe 15 bzw. des Saugdrosselventils 14 an. Die Pum
penförderstrom-Abbildungseinheit 201 berechnet daraus mit
Hilfe eines gespeicherten Kennlinienfelds den Förder-
Massenstrom p der Hochdruckpumpe 15. Gleichzeitig bestimmt
die Leckage-Abbildungseinheit 202 aus dem aktuell im Druck
speicher 17 herrschenden Druck FUP sowie der Kühlmitteltempe
ratur TCO mit Hilfe eines eingespeicherten Kennlinienfeldes
den Leckage-Massenstrom l. Die Förderstrom-Ab
bildungseinheit 201 und die Leckage-Abbildungseinheit 202
führen die berechneten Werte einer Berechnungseinheit 203 zu,
an der gleichzeitig der Wert der aktuellen Einspritzmenge MF
anliegt. Die Berechnungseinheit 203 berechnet aus diesen Wer
ten für den Betriebszustand Druckaufbau, in dem der Ventil-
Massenstrom v null gesetzt werden kann, die Massenbilanz
s. Diese berechnete Massenbilanz s wird in einer Zeitkon
stanten-Berechnungseinheit 205 mit einem Differenzmodelldruck
FUPdif,Modell, der in der Differenzeinheit 205 aus dem Mo
delldruck FUP und einem Solldruck FUPPSp berechnet wird, in
einem Kennfeld korreliert, um die Zeitkonstante T1,Speicher zu
bestimmen. Diese Zeitkonstante T1,Speicher beträgt im Be
triebszustand-Druckaufbau ca. 100 ms, im Betriebszustand-
Druckabbau dagegen ca. 20 ms. Die Kennfelddaten, die in den
Funktionseinheiten 101, 102, 201, 202 und 204 verwendet wer
den, können über Simulationsrechnung unter Zugrundelegung der
oben angegebenen Gleichungen bestimmt oder auch auf dem Ver
suchsweg ermittelt werden.
Der vom Verzögerungsglied erster Ordnung 206 bestimmte Mo
delldruck FUPModell wird in der Vergleichseinheit 300 analog
dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem vom
Drucksensor 17 gemessenen Druckwert korreliert, wobei die er
mittelten Kenngrößen Gradientendifferenz und Absolutwertdif
ferenz zur Diagnose der Funktionsfähigkeit des Drucksensors
23 ausgewertet werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Drucksensors,
der den Druck in einem über ein Druckstellglied geregelten
Druckspeicher aufnimmt, mit den Verfahrensschritten:
Berechnen des zu erwartenden Druckwertes in dem Druck speicher zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Grundlage des von dem Druckstellglied vorgegebenen Druckes und der Ände rungsrate in der Massenbilanz eines in dem Druckspeicher ent haltenen Mediums zu dem bestimmten Zeitpunkt; und
Vergleichen des berechneten Druckwertes mit dem vom Drucksensor aufgenommenen Druckwert, um bei einer Abweichung über eine vorbestimmte Differenz hinaus einen Funktionsfehler im Drucksensor festzustellen.
Berechnen des zu erwartenden Druckwertes in dem Druck speicher zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Grundlage des von dem Druckstellglied vorgegebenen Druckes und der Ände rungsrate in der Massenbilanz eines in dem Druckspeicher ent haltenen Mediums zu dem bestimmten Zeitpunkt; und
Vergleichen des berechneten Druckwertes mit dem vom Drucksensor aufgenommenen Druckwert, um bei einer Abweichung über eine vorbestimmte Differenz hinaus einen Funktionsfehler im Drucksensor festzustellen.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 mit den weiteren Verfahrens
schritten:
Berechnen eines Gradienten des zu dem bestimmten Zeit punkt zu erwartenden Druckwertes;
Berechnen eines Gradienten des von den Drucksensor auf genommenen Druckwertes; und
Vergleichen der berechneten Gradienten, um bei einer Ab weichung über eine vorbestimmte Differenz hinaus einen Funk tionsfehler im Drucksensor festzustellen.
Berechnen eines Gradienten des zu dem bestimmten Zeit punkt zu erwartenden Druckwertes;
Berechnen eines Gradienten des von den Drucksensor auf genommenen Druckwertes; und
Vergleichen der berechneten Gradienten, um bei einer Ab weichung über eine vorbestimmte Differenz hinaus einen Funk tionsfehler im Drucksensor festzustellen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der von dem
Druckstellglied im Druckspeicher zu dem bestimmten Zeitpunkt
vorgegebene Druck aus einem Haltedruck des Druckstellgliedes,
verzögert um eine vorgegebene Zeitkonstante, berechnet wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3 zum Einsatz in einer Brenn
kraftmaschine, wobei der Haltedruck des Druckstellgliedes aus
einem Ansteuerwert des Druckstellgliedes in Abhängigkeit von
einer Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder einer Kühltem
peratur der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Einsatz
in einer Brennkraftmaschine, wobei die Funktionsüberwachung
des Drucksensors in einem Druckaufbau-Betriebszustand der
Brennkraftmaschine bei geschlossenem Druckstellglied durchge
führt wird und die Änderungsrate in der Massenbilanz des in
dem Druckspeicher enthaltenen Mediums zu dem bestimmten Zeit
punkt aus einem Einspritz-Massenstrom in die Brennkraftma
schine, einem Leckage-Massenstrom von Einspritzventilen der
Brennkraftmaschine und einem dem Druckspeicher zugeführten
Förder-Massenstrom berechnet wird.
6. Vorrichtung zur Funktionsüberwachung eines Drucksensors
(23), der den Druck in einem über ein Druckstellglied (16)
geregelten Druckspeicher (17) aufnimmt, mit
einer Speicherdruck-Bewertungseinheit (200) zum Berech nen des zu erwartenden Druckwertes in dem Druckspeicher zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Grundlage des von dem Druckstellglied vorgegebenen Druckes und der Änderungsrate in der Massenbilanz eines in dem Druckspeicher enthaltenen Medi ums zu dem bestimmten Zeitpunkt; und
einer Vergleichseinheit (300) zum Vergleichen des be rechneten Druckwertes mit dem vom Drucksensor aufgenommenen Druckwert, um bei einer Abweichung über eine vorbestimmte Differenz hinaus einen Funktionsfehler im Drucksensor festzu stellen.
einer Speicherdruck-Bewertungseinheit (200) zum Berech nen des zu erwartenden Druckwertes in dem Druckspeicher zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Grundlage des von dem Druckstellglied vorgegebenen Druckes und der Änderungsrate in der Massenbilanz eines in dem Druckspeicher enthaltenen Medi ums zu dem bestimmten Zeitpunkt; und
einer Vergleichseinheit (300) zum Vergleichen des be rechneten Druckwertes mit dem vom Drucksensor aufgenommenen Druckwert, um bei einer Abweichung über eine vorbestimmte Differenz hinaus einen Funktionsfehler im Drucksensor festzu stellen.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Vergleichsein
heit (300)
eine Modelldruck-Berechnungseinheit (301) zum Berechnen eines Gradienten des zu dem bestimmten Zeitpunkt zu erwarten den Druckwertes;
eine Sensordruck-Berechnungseinheit (302) zum Berechnen eines Gradienten des von dem Drucksensor (23) aufgenommenen Druckwertes; und
eine Gradientendifferenzeinheit (304) zum Berechnen ei ner Differenz zwischen den berechneten Gradienten, um bei ei ner Abweichung über eine vorbestimmte Differenz hinaus einen Funktionsfehler im Drucksensor festzustellen aufweist.
eine Modelldruck-Berechnungseinheit (301) zum Berechnen eines Gradienten des zu dem bestimmten Zeitpunkt zu erwarten den Druckwertes;
eine Sensordruck-Berechnungseinheit (302) zum Berechnen eines Gradienten des von dem Drucksensor (23) aufgenommenen Druckwertes; und
eine Gradientendifferenzeinheit (304) zum Berechnen ei ner Differenz zwischen den berechneten Gradienten, um bei ei ner Abweichung über eine vorbestimmte Differenz hinaus einen Funktionsfehler im Drucksensor festzustellen aufweist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, mit einer Druck
stellglied-Bewertungseinheit (100), die ein Verzögerungsglied
erster Ordnung (104) zum Berechnen eines Haltedrucks des
Druckstellgliedes (16) aus einem Ansteuerwert des Druckstell
gliedes, verzögert um eine vorgegebene Zeitkonstante, auf
weist.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8 zum Einsatz in einer Brenn
kraftmaschine, wobei die Druckstellglied-Bewertungseinheit
(100)
eine Haltedruck-Abbildungseinheit (101) zum Berechnen des Haltedrucks des Druckstellgliedes (16) aus einem Ansteu erwert des Druckstellgliedes in Abhängigkeit von einer Dreh zahl der Brennkraftmaschine; und
eine Temperatur-Abbildungseinheit (102) zum Bestimmen eines Korrekturwertes des Haltedrucks entsprechend der Tempe ratur der Brennkraftmaschine aufweist.
eine Haltedruck-Abbildungseinheit (101) zum Berechnen des Haltedrucks des Druckstellgliedes (16) aus einem Ansteu erwert des Druckstellgliedes in Abhängigkeit von einer Dreh zahl der Brennkraftmaschine; und
eine Temperatur-Abbildungseinheit (102) zum Bestimmen eines Korrekturwertes des Haltedrucks entsprechend der Tempe ratur der Brennkraftmaschine aufweist.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 zum Ein
satz in einer Brennkraftmaschine, wobei die Speicherdruck-
Bewertungseinheit (200) ein Verzögerungsglied erster Ordnung
(206) aufweist, das den zu erwartenden Druckwert in dem
Druckspeicher (17) zu dem bestimmten Zeitpunkt auf der Grund
lage des von dem Druckstellglied (16) vorgegebenen Druckes,
verzögert um eine Zeitkonstante, berechnet, wobei die Zeit
konstante in Abhängigkeit der Änderungsrate in der Massenbi
lanz des in dem Druckspeicher enthaltenden Mediums zu dem be
stimmten Zeitpunkt berechnet wird.
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