DE10030935A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Drucksensors in einem Kraftstoffzumesssystem - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Drucksensors in einem Kraftstoffzumesssystem

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Abstract

Drucksensoren im Allgemeinen, wie auch die Drucksensoren in Kraftstoffzumesssystemen, weisen einen statischen Offsetfehler auf, d. h. der Nullpunkt wird nicht zuverlässig angezeigt. DOLLAR A Es werden hier ein Verfahren zum Kalibrieren eines Drucksensors in einem Kraftstoffzumesssystem und eine entsprechende Vorrichtung (100) vorgeschlagen, die einen möglichst genauen Abgleich des Drucksensors ermöglichen. Dazu wird die aktuelle Kühlwassertemperatur (Ta) der Brennkraftmaschine erfasst und daraus der Kühlwassertemperaturabfall (dT) abgeleitet als Maß für die Stillstandszeit der Brennkraftmaschine, wobei der Drucksensor erst dann abgeglichen wird, wenn die Stillstandszeit ein vorgebbares Mindestmaß (dTu) überschreitet. DOLLAR A Damit kann auf die an sich im Fahrzeug vorhandenen Mittel zur Überwachung der Kühlwassertemperatur zurückgegriffen werden, um einen sicheren und genauen Drucksensorabgleich durchzuführen. Die Erfindung kann demnach sehr schnell und fast ohne Mehraufwand realisiert werden, insbesondere ohne den Einsatz von einer zusätzlichen Zeitüberwachung zur Erfassung der Stillstandszeit. Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung sind bestens geeignet sowohl zur Kalibrierung von Drucksensoren im Hochdruckbereich (Rail-Drucksensoren) als auch zur Kalibrierung von Sensoren im Niederdruckbereich (Vorförderdruck-Fühler).

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Drucksensors in einem Kraftstoffzumesssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, eine damit ausgestattete Steuereinrichtung und ein Kraftstoffzumesssystem nach dem Oberbegriff eines der nebengeordneten Ansprüche.
Verfahren und Vorrichtungen zum Kalibrieren eines Drucksensors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine sind an sich bekannt. Üblicherweise ist ein Kraftstoffzumesssystem mit einer Hochdruckpumpe zum Fördern von Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich ausgestattet, mit betriebsgrößenabhängig steuerbare Injektoren zum Zumessen und Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine sowie mit mindestens einen Drucksensor zum Messen des Druckes in dem Hochdruckbereich und/oder Niederdruckbereich. Kraftstoffzumesssysteme sind beispielsweise als sogenannte Common-Rail-Kraftstoff-Direkteinspritzungssysteme bekannt.
Diese Systeme sind mit einer Vorförderpumpe und mit einer bedarfsgesteuerten Hochdruckpumpe ausgestattet. Als Vorförderpumpe wird etwa eine Elektrokraftstoffpumpe verwendet, die den Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter in den Niederdruckbereich des Systems fördert. Im Niederdruckbereich herrscht ein Vordruck von etwa 4 bar. Die Hochdruckpumpe fördert den Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich in einen Hochdruckspeicher des Systems. Dort herrscht ein weitaus höherer Druck, nämlich bei Benzinkraftstoff ein Druck von etwa 150 bis 200 bar und bei Dieselkraftstoff ein Druck von etwa 1500 bis 2000 bar. Von dem Hochdruckspeicher zweigen mehrere Injektoren ab, die bei entsprechender Ansteuerung den Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher mit dem dort anliegenden Einspritzdruck in die Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen. Die Injektoren sind in Abhängigkeit von bestimmten Betriebskenngrößen ansteuerbar. In dem Hochdruckspeicher ist ein Drucksensor, ein sogenannter Raildrucksensor, angeordnet, durch den der in dem Hochdruckspeicher herrschende Einspritzdruck ermittelt wird und dann ein entsprechendes elektrisches Signal an ein Steuergerät der Brennkraftmaschine geleitet wird. Aus dem Hochdruckbereich zweigt eine Drucksteuerleitung ab und führt über ein Drucksteuerventil in den Niederdruckbereich. Auch dort kann ein Drucksensor, ein sogenannter Vorförderdruckfühler, vorgesehen werden. Aus dem Niederdruckbereich zweigt eine Niederdruckleitung ab und führt über einen Niederdruckregler zurück in den Kraftstoffvorratsbehälter.
Drucksensoren im Allgemeinen, wie auch die Drucksensoren in den oben genannten Kraftstoffzumesssystemen, weisen einen statischen Offsetfehler auf, d. h. der Nullpunkt wird nicht zuverlässig angezeigt. Ein Offsetfehler führt jedoch dazu, dass der Messwert von den Drucksenoren, insbesondere der von den Drucksensoren im Niederdruckbereich erfasste Messwert, große Abweichungen zu dem tatsächlichen Druckwert aufweisen kann.
In der Starterphase von direkt einspritzenden Rail- Brennkraftmaschinen liegt in der Regel ein niedriger Druck vor. Die Brennkraftmaschine wird zumeist mit einem von der Vorförderpumpe erzeugten niedrigen Vordruck gestartet und erst später wird auf den Hochdruck umgeschaltet. Da die über die Injektoren in die Brennräume eingespritzte Kraftstoffmasse stark von dem in dem Hochdruckspeicher herrschenden Einspritzdruck abhängig ist, müsste dieser in der Startphase der Brennkraftmaschine mit in die Berechnung der Einspritzzeit einbezogen werden. Jedoch ist dies zumeist nicht möglich auf Grund der oben beschriebenen Ungenauigkeiten der Drucksensoren. Diesem Problem begegnet das in DE 195 47 647 vorgeschlagene Verfahren zur Kalibrierung eines Drucksensors, indem dort der Drucksensor vor dem Start der Brennkraftmaschine mittels eines Referenzdruckes abgeglichen wird. Vorzugsweise wird dort der Atmosphärendruck genommen, d. h. der Umgebungsdruck, welcher beim Stillstand und vor dem Start der Brennkraftmachine im System vorherrscht. Aus der DE 195 47 647 ist also ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren mindestens eines Drucksenors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem der Kraftstoff mittels einer Pumpe von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich gefördert wird und von dort mittels betriebskenngrößenabhängig steuerbarer Injektoren den Brennräumen der Brennkraftmaschine zugemessen wird, wobei im Betrieb der Brennkraftmaschine von dem mindestens einen Drucksensor der Druck im Hochdruckbereich und/oder im Niederdruckbereich erfasst wird, und wobei vor dem Start der Brennkraftmaschine von dem Drucksensor der Atmosphärendruck erfasst wird, um den Drucksensor abzugleichen.
Das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung funktionieren jedoch nur dann einwandfrei, wenn beim Abgleich der Drucksensoren sich tatsächlich schon der Atmosphärendruck im System eingestellt hat. Dazu muss aber sichergestellt sein, dass die Brennkraftmachine während einer gewissen Stillstandzeit vor dem Abgleich nicht betrieben wurde, so dass sich der Druck im System abbauen und sich auf das Niveau des Umgebungsdruckes einstellen konnte.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung vorzuschlagen, die einen möglichst genauen Abgleich des Drucksensors ermöglichen.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine erfasst und daraus der Kühlwassertemperaturabfall abgeleitet wird als Maß für die Stillstandszeit der Brennkraftmaschine, und dass der Drucksensor erst dann abgeglichen wird, wenn die Stillstandszeit ein vorgebbaren Mindestmaß überschreitet.
Damit kann auf die an sich im Fahrzeug vorhandenen Mittel zur Überwachung der Kühlwassertemperatur zurückgegriffen werden, um einen sicheren und genauen Drucksensorabgleich durchzuführen. Die Erfindung kann demnach sehr schnell und fast ohne Mehraufwand realisiert werden, insbesondere ohne den Einsatz von einer zusätzlichen Zeitüberwachung zur Erfassung der Stillstandszeit. Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung sind bestens geeignet sowohl zur Kalibrierung von Drucksensoren im Hochdruckbereich (Rail-Drucksensoren) als auch zur Kalibrierung von Sensoren im Niederdruckbereich (Vorförderdruck-Fühler).
Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach ist es besonders vorteilhaft, wenn eine den Kühlwassertemperaturabfall angebende Temperaturdifferenz ermittelt wird, indem die aktuelle Kühlwassertemperatur verglichen wird mit einer gespeicherten Kühlwassertemperatur, die zuvor beim Abstellen der Brennkraftmaschine erfasst worden ist, und der Drucksensor erst dann abgeglichen wird, wenn die Temperaturdifferenz eine dem vorgebbaren Mindestmaß entsprechende Mindesttemperaturdifferenz überschreitet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Drucksensor unmittelbar nach der Initialisierung des Steuergerätes des Kraftstoffzumesssystems abgeglichen wird. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass lediglich zwei Temperaturmessungen des Kühlwassers durchgeführt werden müssen, wobei nur die beim Abstellen des Motors gemessene Kühlwassertemperatur zwischengespeichert werden muss bis zum Vergleich mit der kurz vor dem Start des Motors vorliegenden Temperatur.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich auch, wenn der Drucksensor abgeglichen wird, in dem ein im Stillstand der Brennkraftmaschine von dem Drucksensor gemessener Atmosphärendruck mit dem absoluten Wert für den Atmosphärendruck verglichen wird, wobei die Differenz zwischen dem gemessenen Atmosphärendruck und dem absoluten Wert einen Abgleichwert angibt, mit dem später die im Betrieb der Brennkraftmaschine gemessenen Druckwerte beaufschlagt werden. Der Drucksensor in einem Diesel- Railsystem hat eine Auflösung der Messung von etwa 2 bar. Da die Drift bis zu 20 bar betragen kann, ist ein Abgleich mit 1 bar als ausreichend. Dies ist jedoch bei Sensoren mit einer Auflösung von 1 bar bis etwa 6 bar nicht der Fall. Dort ist ein Abgleich mit dem exakten Atmosphärendruck notwendig, da hier bereits Werte von 0,01 bar wesentlich sind.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhafte wenn der Abgleichwert als Speicherwert solange in einem Speicher der Steuereinrichtung des Kraftstoffzumesssystems abgelegt wird, bis ein neuer Abgleichwert bestimmt wird. Es steht also immer ein Kompensationswert für den Abgleich des Drucksensors zur Verfügung.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
Im Weiteren wird nun die Erfindung näher beschrieben anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf folgende Zeichnungen:
Fig. 1, die schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, und
Fig. 2, die ein Funktionsdiagramm für die Erfassung des Druckwertes angibt.
Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Kalibrieren eines Drucksensors, der im Hochdruckbereich eines Kraftstoffzumesssystems angeordnet ist und der einen Messwert Dm' liefert. Der Drucksensor und das Kraftstoffzumesssystem sind hier nicht dargestellt, da sie an sich bekannt sind. Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 100 gleicht nun den Drucksensor nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ab, um einen Abgleichwert OD, auch Kompensationswert oder Offset genannt, zu ermittelt, mit dem später der gemessene Druckwert beaufschlagt wird. Der Abgleich des Drucksensors erfolgt nun dadurch, dass der im Stillstand der Brennkraftmaschine vor dem Start gemessene Druckwert Dm' in einem Vergleicher 107 mit einem Sollwert Dabs für den absoluten Atmosphärendruck verglichen wird und dass die sich daraus ergebene Differenz als neuer Abgleichwert OD verwendet wird.
Erfindungsgemäß wird nun mittels der Überwachung der Kühlwassertemperatur festgestellt, ob die Brennkraftmaschine eine ausreichend große Stillstandszeit lang nicht betrieben worden ist. Ist dies der Fall, so wird ein Schalter 108 umgelegt und der Abgleich durchgeführt. Ist dies jedoch nicht der Fall, so wird der Schalter 108 nicht umgelegt und es wird ein früherer, gespeicherter Abgleichwert ODs zur Kompensation des Messwertes herangezogen. Die Entscheidung, welche Position der Schalter 108 einnimmt, wird durch eine im Folgenden näher beschriebene Auswerteschaltung gesteuert.
Die Auswerteschaltung prüft im Wesentlichen den Temperaturabfall im Kühlwasser, um festzustellen, ob eine hinreichend lange Stillstandszeit vorliegt oder nicht. Dazu enthält die Auswerteschaltung ein Differenzglied 101, dass die Differenz bildet zwischen der aktuell gemessenen Kühlwassertemperatur Ta und einer gespeicherten Kühlwassertemperatur Ts, die zuvor beim letzten Abstellen der Brennkraftmaschine erfasst worden ist. Die sich aus Ts-Ta ergebende Temperaturdifferenz dT wird auf einen ersten Komparator 102 gegeben, der diese Temperaturdifferenz mit einer Mindest-Temperaturdifferenz dTu vergleicht, die beispielsweise 40 Kelvin beträgt. Dadurch soll festgestellt werden, ob der Temperaturabfall im Kühlwasser mindestens 40 K beträgt. Die Schaltung enthält auch einen zweiten Komparator 103, der die aktuell gemessene Kühlwassertemperatur Ta mit einem ersten unteren Temperaturgrenzwert T1 vergleicht, der beispielsweise bei T1 = 10°C liegt. Außerdem enhält die Schaltung einen dritten Komparator 104, der die aktuelle Kühlwassertemperatur Ta mit einem zweiten oberen Temperaturgrenzwert T2 vergleicht, der beispielsweise bei T2 = 30°C liegt. Durch diese Vergleiche wird geprüft, ob die aktuell gemessenen Kühlwassertemperatur Ta zwischen dem unteren Grenzwert T1 und dem oberen Genzwert T2 liegt. Die Grenzwerte T1 und T2 sind so vorgegeben, dass sie den optimalen Betriebstemperaturbereich angeben. Der Abgleich des Drucksensors soll nämlich nur dann erfolgen, wenn die aktuelle Temperatur Ta innerhalb des Zulässigkeitsbereichs liegt und nicht zu sehr von der normalen Raumtemperatur von 20°C abweicht. Für diese Betriebstemperatur sind die meisten Drucksensoren optimiert.
Die Ausgänge der Komparatoren 103 und 104 werden auf ein logisches Und-Glied 106 geführt, dass dann ein positives logisches Signal abgibt, wenn die aktuelle Kühlwassertemperatur Ta zwischen 10°C und 30°C liegt. Dieses logische Ausgangssignal wird auf ein nächstes Und- Glied 105 geführt zusammen mit dem Ausgangssignal des ersten Komparators 102. Damit wird geprüft, ob nicht nur die aktuelle Kühlwassertemperatur Ta in dem vorgegebenen Temperaturbereich zwischen 10 und 30°C liegt sondern auch, ob der ermittelte Temperaturabfall dT größer als die vorgegebene Mindestdifferenz dTu ist. Sind alle diese Bedingungen erfüllt, so gibt das Und-Glied 105 ein positives Signal ab, dass den Schalter 108 steuert, so dass dann der zuvor beschriebene Abgleich des Drucksensor durchführt wird.
Nach der Fig. 2 wird entsprechend dem dort dargestellten Funktionsdiagramm der neue ermittelte Abgleichwert OD mit den vom Drucksensor gemessenen Werten Dm in einer Differenzstufe zusammengeführt. Dabei wird von dem jeweils gemessenen Messwert Dm der Abgleichwert OD abgezogen, woduch sich ein korrigierter aktueller Drucksensorwert Da ergibt. Dieser Wert gibt dann den tatsächlich im Betrieb der Brennkkraftmaschine gemessenen Wert wieder.
Das hier vorgestellte Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren sowie für eine danach arbeitende Vorrichtung wurden für den Fall beschrieben, dass ein im Hochdruckbereich des Kraftstoffzumesssystems befindlicher Rail-Drucksensor angeordnet und abgeglichen wird. Die Erfindung ist aber auch für andere Drucksenoren, insbesondere für Vorförderdruckfühler, bestens geeignet, die sich im Niederdruckbereich eines Kraftstoffzumesssystem befinden. Somit kann die Erfindung sowohl für den Hochdruck als auch für den Niederdruckbereich gleichermaßen angewendet werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Kalibrieren mindestens eines Drucksensors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine, bei dem der Kraftstoff mittels einer Pumpe von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich gefördert wird und von dort mittels betriebskenngrößenabhängig steuerbarer Injektoren den Brennräumen der Brennkraftmaschine zugemessen wird, wobei im Betrieb der Brennkraftmaschine von dem mindestens einen Drucksensor der Druck (Dm) im Hochdruckbereich und/oder im Niederdruckbereich erfasst wird, und wobei vor dem Start der Brennkraftmaschine von dem Drucksensor der Atmosphärendruck (Dm') erfasst wird, um den Drucksensor abzugleichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlwassertemperatur (Ta) der Brennkraftmaschine erfasst und daraus der Kühlwassertemperaturabfall abgeleitet wird als Maß für die Stillstandszeit der Brennkraftmaschine, und dass der Drucksensor erst dann abgeglichen wird, wenn die Stillstandszeit ein vorgebbares Mindestmaß überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Kühlwassertemperaturabfall angebende Temperaturdifferenz (dT) ermittelt wird, indem die aktuelle Kühlwassertemperatur (Ta) verglichen wird mit einer gespeicherten Kühlwassertemperatur (Ts), die zuvor beim Abstellen der Brennkraftmaschine erfasst worden ist, und dass der Drucksensor erst dann abgeglichen wird, wenn die Temperaturdifferenz (dT) eine dem vorgebbaren Mindestmaß entsprechende Mindesttemperaturdifferenz (dTm) überschreitet.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor unmittelbar nach der Initialisierung des Steuergerätes des Kraftstoffzumesssystems abgeglichen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor abgeglichen wird, in dem der im Stillstand der Brennkraftmaschine von dem Drucksensor gemessene Atmosphärendruck (Dm') mit einem Sollwert (Dabs) für den absoluten Atmosphärendruck verglichen wird, wobei die Differenz zwischen dem gemessenen Atmosphärendruck (Dm') und dem Sollwert (Dabs) einen Abgleichwert (OD) angibt, mit dem später die im Betrieb der Brennkraftmaschine gemessenen Druckwerte (Dm) beaufschlagt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleichwert als Speicherwert (ODs) solange in einem Speicher der Steuereinrichtung des Kraftstoffzumesssystems abgelegt wird, bis ein neuer Abgleichwert (OD) bestimmt wird.
6. Vorrichtung (100) zum Kalibrieren mindestens eines Drucksensors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine, das eine Pumpe aufweist, die den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich fördert, und das betriebskenngrößenabhängig steuerbare Injektoren aufweist, die den Kraftstoff den Brennräumen der Brennkraftmaschine zumessen, wobei im Betrieb der Brennkraftmaschine der mindestens eine Drucksensor den Druck (Dm) im Hochdruckbereich und/oder im Niederdruckbereich erfasst, und wobei die Vorrichtung vor dem Start der Brennkraftmaschine mittels des von dem Drucksensor erfassten Atmosphärendrucks (Dm') den Drucksensor abgleicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Kühlwassertemperatur (Ta) der Brennkraftmaschine erfasst und daraus den Kühlwassertemperaturabfall ableitet als Maß für die Stillstandszeit der Brennkraftmaschine abzuleiten, und dass die Vorrichtung den Drucksensor erst dann abgleicht, wenn die Stillstandszeit ein vorgebbares Mindestmaß überschreitet.
7. Steuereinrichtung für ein Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung (100) zum Kalibrieren mindestens eines Drucksensors des Kraftstoffzumesssystems, das eine Pumpe aufweist, die den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich fördert, und das betriebskenngrößenabhängig steuerbare Injektoren aufweist, die den Kraftstoff den Brennräumen der Brennkraftmaschine zumessen, wobei im Betrieb der Brennkraftmaschine der mindestens eine Drucksensor den Druck (Dm) im Hochdruckbereich und/oder im Niederdruckbereich erfasst und wobei die Vorrichtung vor dem Start der Brennkraftmaschine mittels des von dem Drucksensor erfassten Atmosphärendrucks (Dm') den Drucksensor abgleicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Kühlwassertemperatur (Ta) der Brennkraftmaschine erfasst und daraus den Kühlwassertemperaturabfall ableitet als Maß für die Stillstandszeit der Brennkraftmaschine abzuleiten, und dass die Vorrichtung den Drucksensor erst dann abgleicht, wenn die Stillstandszeit ein vorgebbares Mindestmaß überschreitet.
8. Kraftstoffzumesssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung (100) zum Kalibrieren mindestens eines Drucksensors des Kraftstoffzumesssystems, das eine Pumpe aufweist, die den Kraftstoff von einem Niederdruckbereich in einen Hochdruckbereich fördert, und das betriebskenngrößenabhängig steuerbare Injektoren aufweist, die den Kraftstoff den Brennräumen der Brennkraftmaschine zumessen, wobei im Betrieb der Brennkraftmaschine der mindestens eine Drucksensor den Druck (Dm) im Hochdruckbereich und/oder im Niederdruckbereich erfasst und wobei die Vorrichtung vor dem Start der Brennkraftmaschine mittels des von dem Drucksensor erfassten Atmosphärendrucks (Dm') den Drucksensor abgleicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die Kühlwassertemperatur (Ta) der Brennkraftmaschine erfasst und daraus den Kühlwassertemperaturabfall ableitet als Maß für die Stillstandszeit der Brennkraftmaschine abzuleiten, und dass die Vorrichtung den Drucksensor erst dann abgleicht, wenn die Stillstandszeit ein vorgebbares Mindestmaß überschreitet.
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