Verfahren und Vorrichtung zur Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors eines Kraftstoffein- spritzsystems eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs.

Bei Gasoline- sowie Diesel-Hochdruckeinspritzsystemen wird zur Regelung des Einspritzdrucks ein Hochdrucksensor verwendet, um den aktuellen Ist-Druckwert zu ermitteln und ein oder mehrere Stellglieder, beispielsweise Ventile, auf Basis dieses

Ist-Druckwertes auf einen derzeit vorliegenden Soll-Druckwert nachzuregeln .

Ist der mittels des Hochdrucksensors ermittelte Ist-Druckwert beispielsweise aufgrund eines Bauteilfehlers oder einer Bau- teildrift fehlerhaft, dann wird das Kraftstoffeinspritzsystem aufgrund dieses fehlerhaften Ist-Druckwertes auf einen feh ^¬ lerhaften Kraftstoffsystemdruck nachgeregelt. Dies hat zur Folge, dass der Druck im Kraftstoffeinspritzsystem dauerhaft von seiner eigentlichen betriebspunktabhängigen Solldruckvorgabe abweicht. Aufgrund dieser Abweichung werden fehlerhafte Pa ^¬ rameter für die Kraftstoffeinspritzung berechnet. Dies wiederum führt zu einer schlechteren Verbrennung und erhöhten Schadstoffemissionen sowie zu einem Kraftstoffmehrverbrauch und zu einer Verschlechterung der Fahrbarkeit.

Um die vorstehend angegebenen Nachteile zu vermeiden muss bei einem Vorliegen einer nicht tolerierbaren Abweichung des mittels des Hochdrucksensors gemessenen Ist-Druckwertes vom tatsächlich vorliegenden Druckwert die Fehlfunktion des Hochdrucksensors erkannt werden. Des Weiteren ist eine hinreichend genaue

Überwachung der Plausibilität der vom Hochdrucksensor gemessenen Ist-Druckwerte durch eine On-Board-Diagnose-Gesetzgebung (OBD) gefordert . Es ist bekannt, eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Hochdrucksensors in einem drucklosen Zustand durchzuführen. Dabei wird die Funktionsfähigkeit des Hochdrucksensors im Fahrzeug in der Start- bzw. Stopphase gegenüber dem Umge- bungsdruck verifiziert bzw. plausibilisiert . Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, dass etwaige Abweichungen der vom Hochdrucksensor bereitgestellten Messwerte von den tatsächlich vorliegenden Druckwerten nicht über den gesamten Arbeitsbereich des Kraftstoffdrucksystems ermittelt werden können, bei- spielsweise beim Auftreten eines Gradientenfehlers. Dies wirkt sich -wie bereits oben ausgeführt wurde- negativ auf den Betrieb des Kraftfahrzeugs aus.

Des Weiteren wurde bereits vorgeschlagen, zur Verifizierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors eines Kraftstoffe ^¬ inspritzsystems einen zweiten Hochdrucksensor zu verwenden. Dieses Vorgehen wurde jedoch in der Fahrzeugserienproduktion aus Kostengründen nicht in Betracht gezogen. Ferner wurde bereits vorgeschlagen, zur Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors den vom Hochdruck ^¬ sensor gemessenen Ist-Druckwert mit einem Erwartungswert ba ^¬ sierend auf der Ansteuerung eines Stellglieds, beispielsweise eines Volumenstromventils oder eines Druckregelventils, zu vergleichen. Dieses Vorgehen ist jedoch im Hinblick auf die

Fehlererkennungsgenauigkeit limitiert, da bei einem bestimmten Ansteuerwert der tatsächlich ausgeführte Wert, beispielsweise eine eingestellte Ventilposition, aufgrund von Komponententoleranzen von der eigentlich gewünschten Ventilposition ab- weicht. Handelt es sich bei dem angesteuerten Ventil bei ^¬ spielsweise um ein Druckregelventil, dann ist dies darauf zurückzuführen, dass die Ansteuerung des Ventils kraftbasiert erfolgt. Dabei wird durch die Aufprägung eines bestimmten Ansteuerstroms eine Bohrung im Ventil mit einer entsprechenden Kraft zugehalten. Diese Kraft ist jedoch aufgrund von Bau ^¬ teiltoleranzen im Kraft-Feder-System sehr unterschiedlich. Dies führt dazu, dass kein definierter Kraftstoffabfluss durch das Ventil einzustellen ist. Folglich ist dieses Verfahren für eine Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors nicht geeignet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors eines Kraftstoffeinspritzsystems eines

Kraftfahrzeugs anzugeben, bei denen die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht auftreten. 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 bis 12 angegeben. Der Anspruch 13 hat eine Vorrichtung zur Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs zum Gegenstand .

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors eines Kraftstoffeinspritzsystems unter Verwendung eines sys ^¬ temspezifischen Verhaltens des Druckwertes erfolgt. Dabei wird ein Druckabbaugradient durch die vollständige Öffnung eines im Kraftstoffeinspritzsystem vorhandenen Ventils mit einer de ^¬ finierten Drossel zu einer Druckregulierung eingestellt. Bei diesem Ventil handelt es sich vorzugsweise um ein Druckab ^¬ bauventil, welches lediglich einen geschlossenen und einen geöffneten Zustand aufweist. Der Druckabbau ist bei dieser Vorgehensweise nicht von Ansteuergrößen bzw. einer Federkennlinie oder einer Magnetkraftkennlinie abhängig, sondern ausschließlich vom physikalischen Verhalten des durch die definierte Drossel fließenden Kraftstoffs. Ist das Ventil vollständig geöffnet, dann strömt ein definierter Volumenstrom über die genannte definierte Drossel durch das Ventil zurück zum Kraftstofftank. Die das Ventil durchfließende Kraftstoffmenge ist druck- und viskositätsabhängig und aufgrund der bekannten Daten des Kraftstoffes bekannt. Nach alledem zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dadurch aus, dass es unabhängig von Ansteuerto ^¬ leranzen bzw. Bauteiltoleranzen arbeitet und aus diesem Grund eine präzise Erkennung von Abweichungen der vom Hochdrucksensor gemessenen Ist-Druckwerte von den tatsächlich vorliegenden Druckwerten ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt:

Figur 1 eine Skizze einer Vorrichtung zur Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors eines KraftStoffeinspritzsystems ,

Figur 2 eine Schnittdarstellung des in der Figur 1 gezeigten

Druckabbauventils im geschlossenen Zustand,

Figur 3 eine Schnittdarstellung des in der Figur 1 gezeigten

Druckabbauventils im geöffneten Zustand und

Figur 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors eines Kraftstoffeinspritzsystems .

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors eines Kraftstoffeinspritzsystems eines

Kraftfahrzeugs, wobei die Funktionsfähigkeit des Hochdruck- sensors unter Verwendung einer Auswertung des systemspezifischen Verhaltens des Kraftstoffdruckes im Kraftstoffeinspritzsystem plausibilisiert wird.

Die Figur 1 zeigt eine Skizze einer Vorrichtung zur Plausi ^¬ bilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors eines Kraftstoffeinspritzsystems . _n

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Die gezeigte Vorrichtung weist einen Kraftstofftank 1, eine Kraftstoffniederdruckleitung 2, eine Kraftstoffhochdruckpumpe 3, eine Kraftstoffhochdruckleitung 4, ein Volumenstromregelventil 5, einen Hochdruckspeicher 6, einen Hochdrucksensor 7, Kraftstoffinj ektoren 8, eine Drossel 9, ein Druckabbauventil 10, eine Kraftstoffrückführleitung 11 und eine Steuereinheit 12 auf.

Im normalen Betrieb der in der Figur 1 gezeigten Vorrichtung wird Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 1 über die Kraftstoffnie- derdruckleitung 2 der Kraftstoffhochdruckpumpe 3 zugeführt und dort auf einen hohen Druck gebracht. Der am Ausgang der

Kraftstoffhochdruckpumpe 3 bereitgestellte Kraftstoff hohen Druckes wird über die Kraftstoffhochdruckleitung 4, innerhalb derer das Volumenstromregelventil 5 angeordnet ist, dem

Hochdruckspeicher 6 zugeführt. Von diesem aus wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff Kraftstoffinj ektoren 8 zugeleitet und mittels dieser in nicht gezeichnete Brennräume der Brennkraftmaschine des jeweiligen Kraftfahrzeugs eingespritzt. An einen Ausgang des Hochdruckspeichers 6 ist über eine Drossel 9 ein Druckabbauventil 10 angeschlossen, durch welches über ^¬ schüssiger Kraftstoff an eine Kraftstoffrückführleitung 11 ausgegeben und über diese in den Kraftstofftank 1 zurückgeführt wird . Die Kraftstoffhochdruckpumpe 3, das Volumenstromregelventil 5, die Kraftstoffinj ektoren 8 und das Druckabbauventil 10 werden von einer Steuereinheit 12 mit Steuersignalen st versorgt, die einen ordnungsgemäßen Betrieb der genannten Bauteile gewährleisten. Die Steuereinheit 12 generiert die genannten Steuersignale st unter Berücksichtigung von ihr zugeführten Sensorsignalen se, eines abgespeicherten Arbeitsprogrammes und abgespeicherter Daten. Zu den genannten Sensorsignalen gehören unter anderem die Ausgangssignale des Hochdrucksensors 7, mittels dessen der im Hochdruckspeicher 6 herrschende Kraftstoffdruck gemessen wird. Zu den abgespeicherten Daten gehört unter anderem Kennfelder und Daten, die einem Druckabbaugradienten entsprechen, der dann entsteht, wenn ausgehend von einem vorgegebenen Anfangsdruck des Kraftstoffs im Hochdruckspeicher für ein vorgegebenes Zeit- intervall eine vollständige Öffnung des Druckabbauventils 10 vorgenommen wird, so dass aus dem Innenraum 6a des Hochdruckspeichers 6 durch die Drossel 9 und das Druckabbauventil 10 Kraftstoff in die Kraftstoffrückführleitung 11 ausgegeben und durch diese in den Kraftstofftank 1 zurückgeführt wird.

Diese Daten, die dem Druckabbaugradienten entsprechen, sind im Voraus bekannt, da die Abmessungen der Drossel, der Anfangsdruck, die Kraftstoffeigenschaften und die Kraftstoffmenge, die durch das Druckabbauventil fließt, und auch die Zeitdauer der Öffnung des Druckabbauventils bekannt sind. Dies ermöglicht es, im Voraus dem Druckabbaugradienten entsprechende Daten zu ermitteln und in einem Speicher der Steuereinheit 12 zu hinterlegen. Bei diesen Daten handelt es sich um Daten, die ein systemspezifisches Verhalten des Kraftstoffdruckes im Hochdruckspeicher reprä ^¬ sentieren. Diese Daten werden bei der vorliegenden Erfindung verwendet, um eine Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit des Hochdrucksensors 7 durchzuführen, wie es nachfolgend anhand der weiteren Figuren erläutert wird.

Die Figuren 2 und 3 zeigen Schnittdarstellungen des in der Figur 1 dargestellten Druckabbauventils 10, welches über die Drossel 9 an den Innenraum 6a des Hochdruckspeichers 6 angeschlossen ist. Bei diesem Druckabbauventil 10 handelt es sich um ein digitales Druckabbauventil, welches aus einer Öffnungsstellung in eine Schließstellung und umgekehrt schaltbar ist. Bei diesem

Druckabbauventil kann der Schließkörper 10c, der über einen Kolben 10a mit einer Feder 10b in Verbindung steht, nur zwei Positionen einnehmen, nämlich die in der Figur 2 gezeigte Schließstellung und die in der Figur 3 gezeigte Öffnungsstellung. In der in der Figur 2 gezeigten Schließstellung ist die Drossel 9 verschlossen, so dass kein Kraftstoff aus dem Innenraum 6a des Hochdruckspeichers 6 in die Kraftstoffrückführleitung 11 gelangen kann. In der in der Figur 3 gezeigten Öffnungsstellung gibt der Schließkörper den Ausgang der Drossel 9 frei, so dass -wie es durch die Pfeile 13 veranschaulicht ist- Kraftstoff aus dem Innenraum 6a des Hochdruckspeichers 6 über die Drossel 9 und das Druckabbauventil 10 in die Kraftstoffrückführleitung 11 ab- gelassen und über diese in den Kraftstofftank 1 zurückgeführt werden kann. Die abgelassene Kraftstoffmenge ist dabei durch die Öffnungszeit des Druckabbauventils 10 festgelegt. Die Figur 4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines

Verfahrens zur Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors eines Kraftstoffeinspritzsystems , wie es unter Verwendung der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Bauteile durchgeführt werden kann. Dieses Verfahren wird in einem lastfreien Zustand des Kraftstoffeinspritzsystems durchgeführt, vorzugsweise in einer Schubphase des Kraftfahrzeugs.

Bei diesem Verfahren wird zunächst unter Verwendung der

Hochdruckpumpe 3 der Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher 6 auf einen vorgegebenen Startwert pO gebracht. Weist der Kraft ^¬ stoffdruck im Hochdruckspeicher 6 den vorgegebenen Startwert auf, dann wird die Hochdruckpumpe 3 deaktiviert bzw. das Vo ^¬ lumenstromventil 5, welches auch integrierter Bestandteil der Hochdruckpumpe 3 sein kann, geschlossen.

Ist dies geschehen, dann wird im nächsten Schritt das Druckabbauventil 10 vollständig geöffnet, so dass über die Drossel 9 ein bekannter Kraftstoffvolumenstrom durch das Druckabbauventil 10 und die Kraftstoffrückführleitung 11 zurück in den Kraft- stofftank 1 fließt. Der Zeitpunkt tl, an dem die Öffnung des Druckabbauventils 10 beginnt, und der Zeitpunkt t2, an dem das Druckabbauventil 10 vollständig geöffnet ist, sind in der Figur 4 veranschaulicht Nach der vollständigen Öffnung des Druckabbauventils 10 erfolgt während des Abbaus des Kraftstoffdrucks im Hochdruckspeicher 6 über die Drossel 9 eine Messung des im Hochdruckspeicher 6 herrschenden Kraftstoffdrucks mittels des Hochdrucksensors 7. Unter Verwendung der mittels des Hochdrucksensors 7 gemessenen Druckwerte, die -wie es in der Figur 4 veranschaulicht ist- in dem Zeitintervall τ, innerhalb dessen der Druckabbau über die Drossel erfolgt, in einem Zeitintervall At erfasst werden, erfolgt eine Differenzbildung der gemessenen Druckwerte (pl - p2), um ein gemessenes Verhalten des Kraftstoffdruckes zu ermitteln, welches einem aus gemessenen Druckwerten ermittelten Druckabbaugradienten entspricht. Dieser aus gemessenen

Druckwerten ermittelte Druckabbaugradient wird mit dem im Voraus abgespeicherten systemspezifischen Druckabbaugradienten in Beziehung gesetzt bzw. verglichen.

Ergibt dieser Vergleich, dass die Abweichung des unter Verwendung der gemessenen Druckwerte ermittelten Druckabbaugradienten vom systemspezifischen Druckabbaugradienten kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert, dann wird die Funktionsfähigkeit des Hochdrucksensors 7 als gegeben angesehen.

Ergibt der Vergleich hingegen, dass die Abweichung des unter Verwendung der gemessenen Druckwerte ermittelten Druckabbaugradienten vom systemspezifischen Druckabbaugradienten größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, dann wird die Funk ^¬ tionsfähigkeit des Hochdrucksensors 7 als nicht gegeben an ^¬ gesehen .

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, das beschriebene Verfahren nicht nur zur Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit eines Hochdrucksensors zu verwenden, sondern des Weiteren zusätzlich zu verwenden, um eine gegebenenfalls vorliegende Trägheit des Hochdrucksensors zu erkennen. Zu diesem Zweck wird auch diejenige Zeitdauer gemessen, die vergeht, bis der vom Hochdrucksensor 7 ausgegebene Messwert auf einen durch den systemspezifischen Druckabbaugradienten vorgegebenen niedrigen Messwert abgefallen ist. Erreicht der vom Hochdrucksensor ausgegebene Messwert den vorgegebenen niedrigen Messwert nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer, dann wird das Vorliegen eines trägen Hochdrucksensors erkannt.

Nach alledem werden bei einem Verfahren gemäß der Erfindung systemspezifische Parameter als verifizierende Größen für eine Systemdruckmessung verwendet. Das Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet unabhängig von Ansteuertoleranzen von Stellgliedern, beispielsweise kraftbasiert arbeitenden Druckkontrollventilen. Die Verifizierung kann durch eine Berechnung des Druckabfalls unter Berücksichtigung der physikalischen Parameter, beispielsweise des hydraulischen Hochdruckvolumens, des Elasti ^¬ zitätsmoduls des Kraftstoffes, der Dichte des Kraftstoffs, der Abflussmenge über die Drossel, und einem Vergleich mit ent ^¬ sprechenden, vom Hochdrucksensor gelieferten Signalwerten erfolgen .

Eine alternative Möglichkeit besteht in einem Vergleich eines gemessenen Druckabfalls mit vorab für ein entsprechendes System gemessenen Druckabfallkennlinien. Liegt die gemessene Kennlinie innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches, dann kann ein Sensorfehler, beispielsweise eine Sensordrift, ausgeschlossen werden .

Ein Verfahren gemäß der Erfindung kann auch verwendet werden, um während des normalen Fahrzeugbetriebes im Arbeitsdruckbereich eine Sensorabweichung sowie eine gegebenenfalls vorliegende Sensorträgheit zu erkennen und bei Bedarf einen Fehlerspei- chereintrag bzw. notwendige Gegenmaßnahmen in die Wege zu leiten, beispielsweise einen Notlaufmodus . Diese Funktionalität leistet einen erheblichen Beitrag zur Robustheit des Kraftstoffein- spritzsystems , ohne dass ein zusätzliches Bauteil, bei ^¬ spielsweise ein zweiter Hochdrucksensor, benötigt wird.

Ein Verfahren gemäß der Erfindung kann auch verwendet werden, um während des normalen Fahrzeugbetriebes im Arbeitsdruckbereich den Druckverlauf nach dem Ansteuerbefehl zur Öffnung des Druckabbauventils in zwei Schritten zu bewerten:

- In einem ersten Evaluierungs-Schritt wird unmittelbar nach dem Öffnungsbefehl bzw. bei Bedarf nach einer geeignet gewählten Ventil-Ansprechverzögerung bewertet, inwiefern der gemessene Druck in merklichem Maße zu fallen beginnt . Bleibt der Druck quasi konstant oder sinkt er nur weniger als eine definierte Min- destgrenze, so kann auf ein geschlossen hängendes Druckab ^¬ bau-Ventil geschlossen werden.

- In einem zweiten Evaluierungs-Schritt (nach fehlerfreiem Ergebnis des ersten Schrittes) wird im weiteren Verlauf anhand der vorangehend beschriebenen Bewertung des Druckabbaugradi ^¬ enten eine Sensorabweichung sowie eine gegebenenfalls vor ^¬ liegende Sensorträgheit erkannt.

Daraufhin können bei Bedarf ein Fehlerspeichereintrag bzw. notwendige Gegenmaßnahmen in die Wege geleitet werden, bei ^¬ spielsweise ein Notlaufmodus .

Darüber hinaus erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, zunehmen schärfere OBD-Anforderungen hinsichtlich einer Plausibilisierung der Funktionsfähigkeit des Hochdrucksensors eines Kraftstoffeinspritzsystems zu erfüllen.

Bezugs zeichenliste

1 Kraftstofftank

2 Kraftstoffniederdruckleitung 3 Kraftstoffhochdruckpumpe

4 Kraftstoffhochdruckleitung

5 Volumenstromregelventil

6 Hochdruckspeicher

6a Innenraum des Hochdruckspeichers 7 Hochdrucksensor

8 Kraftstoffinj ektor

9 Drossel

10 Druckabbauventil

10a Kolben

10b Feder

10c Schließkörper

11 Kraftstoffrückführleitung

12 Steuereinheit

13 Pfeil p Druck

pO Druckwert

pl Druckwert

p2 Druckwert

t Zeit

τ Zeitintervall

At Zeitintervall

tl Zeitpunkt

t2 Zeitpunkt