DE19634982C2

DE19634982C2 - Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffdruckes

Info

Publication number: DE19634982C2
Application number: DE19634982A
Authority: DE
Inventors: Arno Friedrich; Andreas Hartke; Klaus Wenzlawski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2016-08-30
Also published as: FR2752881A1; FR2752881B1; DE19634982A1; US6055961A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffdruckes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Erkennen eines Kraftstoffabfalls gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Bei Einspritzsystemen mit einem hohen Kraftstoffdruck ist es vorteilhaft, den Kraftstoffdruck zu überprüfen und bei einem Leitungsbruch den Kraftstoffdruck zu senken oder ein Signal abzugeben.

Aus der Beschreibungseinleitung der DE 44 40 700 A1 ist ein Verfahren zum Schutz gegen Ausfließen von Kraftstoff aus ei ner Hochdruckleitung eines Kraftstoffsystems bekannt, bei dem eine Beschädigung im Kraftstoffsystem anhand eines Leitungs druckabfalles detektiert wird und der Kraftstoffdruck durch Öffnen eines Druckventils sofort erniedrigt wird, wenn der Leitungsdruck rapide abfällt.

Das beschriebene Verfahren hat den Nachteil, daß der Druckab fall genau und schnell detektiert werden muß, bevor ein Leck im Kraftstoffsystem erkannt wird. Der Nachweis eines entspre chenden Druckabfalls ist relativ schwierig, da das Kraft stoffsystem versucht, den Kraftstoffdruck - auch bei einem Leck - konstant zu halten, so daß das bekannte Verfahren re lativ unzuverlässig ist.

Aus DE 43 35 171 C1 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage für eine Dieselbrennkraftmaschine bekannt, bei der der Kraftstoff über zwei Zweigleitungen zu jeweils einer Versorgungsleitung geführt ist, die als Druckspeicher für eine Gruppe von Zylin dern dient. In jeder Versorgungsleitung ist ein Drucksensor vorgesehen. Zudem ist in jeder Zweigleitung eine Vorrichtung zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr vorgesehen. Erkennt ein Drucksensor einen Druckabfall in der Versorgungsleitung, so wird die Kraftstoffzufuhr durch die entsprechende Zweig leitung unterbrochen.

Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffdruckes bereitzustellen, das schnell und sicher einen Druckabfall in einer Kraftstofflei tung erkennt.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An spruchs 1 und durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darin, nicht den Kraftstoffdruck selbst, sondern den Ansteuerwert oder Anteile des Ansteuer wertes, mit denen der Kraftstoffdruck geregelt wird, zum Nachweis eines Druckabfalls zu verwenden.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: Eine schematische Anordnung einer Kraftstoffein spritzanlage,

Fig. 2: Eine schematische Darstellung des Regelverfahrens und

Fig. 3: Einen schematischen Programmablauf.

Fig. 1 zeigt eine Einspritzanlage mit einem Kraftstofftank 10, der über eine Vorförderpumpe 3 und einem Kraftstoffilter 4 mit einer Hochdruckpumpe 5 in Verbindung steht, die Kraft stoff in eine Hochdruckleitung 8 mit hohem Druck befördert. Die Hochdruckleitung 8 ist an eine Einspritzleiste 2 ange schlossen, die Injektoren 7 aufweist, die Kraftstoff in Brennkammern einer Brennkraftmaschine 16 einspritzen. Die Einspritzleiste 2 ist vorzugsweise als Hochdruckspeicher (Common Rail) ausgebildet.

Die Hochdruckleitung 8 weist ein ansteuerbares Druckstell glied 6 auf, das beispielsweise eine regelbare Pumpe oder ein Druckregelventil darstellt, das über eine Leckageleitung 14 mit dem Kraftstofftank 10 in Verbindung steht. Die Injektoren 7 sind an eine zweite Leckageleitung 9 angeschlossen, die ebenfalls zum Kraftstofftank 10 geführt ist. Das Druckstell glied 6 ist über eine Ansteuerleitung 11 mit einem Steuerge rät 1 verbunden. Das Steuergerät 1 steht zudem mit einem Drucksensor 12 in Verbindung, der an der Einspritzleiste 2 angeordnet ist und den Kraftstoffdruck in der Einspritzleiste 2 und damit im Hochdruckbereich mißt. Das Steuergerät 1 hat zudem Zugriff auf einen Speicher 15 und weist weitere Eingänge 13 auf, über die Daten der Brennkraftmaschine, wie z. B. Last- oder Drehzahl dem Steuergerät 1 zugeführt werden.

Die Anordnung nach Fig. 1 funktioniert folgendermaßen: In einem einfachen Ausführungsbeispiel ist die Hochdruckpumpe 5 in der Leistung nicht regelbar, sondern bringt mit einer konstanten Drehzahl eine konstante Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit auf einen vorgegebenen, hohen Druck und befördert den verdichteten Kraftstoff in die Hochdruckleitung 8. Der Druck, der in der Hochdruckleitung 8 und damit in der Ein spritzleiste 2 für die Einspritzung durch die Injektoren 7 zur Verfügung steht, wird durch die Regelung des Druckstell glieds 6 von dem Steuergerät 1 vorgegeben.

Das Steuergerät 1 regelt den Druck in der Hochdruckleitung 8 entsprechend den Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, insbesondere der Drehzahl und/oder der Last der Brennkraft maschine, die dem Steuergerät 1 über die weiteren Eingänge 13 zugeführt werden. Der Zusammenhang zwischen den Betriebsbe dingungen und dem Kraftstoffdruck ist im Speicher 15 als ein ein- oder mehrdimensionales Datenfeld abgelegt. Überschreitet der Kraftstoffdruck in der Hochdruckleitung 8 einen im Daten feld vorgegebenen Kraftstoffdruck, so öffnet das Steuergerät 1 das Druckstellglied 6 und Kraftstoff fließt über die Lecka geleitung 14 in den Kraftstofftank 10 zurück.

Eine weitere Reduzierung des Kraftstoffdruckes erfolgt über die Einspritzung durch die Injektoren 7 und den Leckagestrom von Kraftstoff über die Injektoren 7 und die Leckageleitung 9 zurück zum Kraftstofftank 10.

Fig. 2 zeigt schematisch den Regelungsvorgang, mit dem das Steuergerät 1 den Kraftstoffdruck in der Hochdruckleitung 8 und der Einspritzleiste 2 regelt. Das Steuergerät 1 entnimmt dem Speicher 15 entsprechend den Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, insbesondere der Last oder Drehzahl, einen Drucksollwert und ermittelt aus dem Drucksollwert in Block 20 einen Vorsteuerwert für das Druckstellglied 6.

Der Drucksollwert wird in Block 24 mit dem tatsäch lichen Kraftstoffdruck, der in der Einspritzleiste 2 vom Drucksensor 12 bestimmt wird, durch eine Subtraktion vergli chen und die Differenz zwischen dem Drucksollwert und dem tatsächlichen Kraftstoffdruck als Differenzdruckwert einem Regler 21, vorzugsweise einem PI-Regler mit einem proportio nalen und integralen Übertragungsglied, zugeführt, der aus dem Differenzdruckwert einen Reglerwert TV nach folgender Formel ermittelt:

mit p_dif = Differenzdruckwert,
K_p = ein vorgebbarer Verstärkungssfaktor und
T_n = eine vorgebbare Nachstellzeit.

In diesem Ausführungsbeispiel stellt der Reglerwert TV ein Tastverhältnis dar, mit dem das Steuergerät 1 das Druckstell glied 6 ansteuert. Der Verstärkungsfaktor und die Nachstell zeit werden entsprechend dem Regelverhalten des Gesamtsystems gewählt.

Der I-Anteil des Reglerwertes wird durch folgenden Anteil:

und der P-Anteil des Reglerwertes durch folgenden Anteil:
K_p(p_dif) beschreiben.

In Block 23 werden der Vorsteuerwert und der Reg lerwert zu einem Ansteuerwert addiert, der ein Ansteuersignal darstellt, mit dem auf das Hochdrucksystem 22 eingewirkt wird, d. h. das Druckstellglied 6 entsprechend angesteuert wird.

Für eine genaue und schnelle Ermittlung eines Druckabfalls im Hochdrucksystem 22, d. h. in der Hochdruckleitung 8 und der Einspritzleiste 2 ist es von Vorteil, den Ansteuerwert selbst oder zumindestens Anteile des Ansteuerwertes, wie z. B. den Reglerwert oder Anteile des Reglerwertes, wie z. B. den I- Anteil oder den P-Anteil für das Erkennen eines Druckabfalles in der Hochdruckleitung 8 zu verwenden.

Der Nachweis, daß ein Druckabfall in der Hochdruckleitung 8 und in der Einspritzleitung 2 auftritt, wird im folgenden an hand der Fig. 3 näher erläutert:
Bei Programmpunkt 10 berechnet die Steuereinheit 1 entspre chend Fig. 2 aus einem in Abhängigkeit von Betriebsbedingun gen des Kraftfahrzeuges, insbesondere von der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine abhängigen Drucksollwert ei nen Ansteuerwert, mit dem das Druckstellglied 6 von dem Steu ergerät 1 zur Regelung des Kraftstoffdruckes in der Hoch druckleitung 8 angesteuert wird.

Bei Programmpunkt 11 vergleicht die Steuereinheit 1 den An steuerwert, vorzugsweise mindestens Anteile des Reglerwertes wie den I-Anteil oder den P-Anteil, mit vorgegebenen Ver gleichswerten oder Vergleichsbereichen, die typisch sind für den derzeitigen Druck-Sollwert und/oder die Betriebsbedingun gen der Brennkraftmaschine. Dazu sind in Abhängigkeit vom Druck-Sollwert und/oder den Betriebsbedingungen entsprechende Werte und Wertebereiche für den Ansteuerwert und Anteile des Ansteuerwertes im Speicher 15 abgelegt.

Eine weitere, vorteilhafte Überprüfung des Ansteuerwertes oder Anteile des Ansteuerwertes beruht darin, den zeitlichen Verlauf des Ansteuerwertes und/oder zumindestens von Anteilen des Ansteuerwertes, insbesondere Anteile des Reglerwertes, mit vorgegebenen Vergleichsschwellen zu vergleichen, die vor zugsweise von Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges und/oder vom Druck-Sollwert abhängen, und die vorzugsweise im Speicher 15 abgelegt sind.

Die Werte, Wertebereiche und Vergleichsschwellen geben Ver gleichswerte vor, die typisch sind für den entsprechenden Be triebsbereich. Ein Druckabfall in der Einspritzleiste 2 und der Hochdruckleitung 8 wird vom Steuergerät 1 erkannt, wenn der Ansteuerwert und/oder Anteile des Ansteuerwertes, insbe sondere Anteile des Reglerwertes, von den Werten, Werteberei chen und Vergleichsschwellen um mehr als eine vorgebbaren Schwellwert abweichen.

Die Werte, Wertebereiche und Vergleichsschwellen werden über Versuche ermittelt oder über Simulationsrechnungen berechnet und vorzugsweise laufend aktualisiert.

Bei Programmpunkt 12 erfolgt die Abfrage, ob der berechnete Ansteuerwert und/oder Anteile des Ansteuerwertes von den Wer ten, Wertebereichen und Vergleichsschwellen um mehr als den vorgebbaren Schwellwert abweichen. Ist dies der Fall, so wird nach Programmpunkt 13 verzweigt.

Bei Programmpunkt 13 erkennt das Steuergerät 1 einen unge wöhnlichen Druckabfall in der Hochdruckleitung 8 bzw. der Einspritzleiste 2 und öffnet daraufhin entweder das Druck stellglied 6, so daß der hohe Kraftstoffdruck in der Hoch druckleitung 8 über die Leckageleitung 14 abgebaut wird und/ oder gibt ein Alarmsignal ab und/oder trägt eine Fehlerken nung im Speicher 15 ein.

Ergibt der Vergleich bei Programmpunkt 12, daß der Ansteuer wert und/oder Anteile des Ansteuerwertes von den Werten, Wer tebereichen und Vergleichsschwellen nicht um mehr als den Schwellwert abweichen, so wird nach Programmpunkt 10 zurück verzweigt und das Steuergerät 1 stellt fest, daß kein unge wöhnlicher Druckabfall vorliegt.

Für den Nachweis eines Druckabfalls in der Hochdruckleitung 8, wie in Programmpunkt 12 beschrieben, wird vorzugsweise das zeitliche Verhalten des berechneten Ansteuerwertes oder von Anteilen des Ansteuerwertes, insbesondere der I-Anteil oder der P-Anteil des Reglerwertes, überprüft und ein Druck abfall erkannt, wenn sich der Ansteuerwert oder Anteile davon sprunghaft innerhalb einer vorgegebenen Zeit um einen vorge gebenen Wert ändert, oder wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeit der Ansteuerwert oder Anteile davon im Mittel einen Wert aufweisen, der über einem vorgegebenen Vergleichswert liegt.

Weiterhin ist ein Anzeichen für einen Druckabfall in der Hochdruckleitung 8 dann gegeben, wenn sich der Ansteuerwert oder mindestens Anteile des Ansteuerwertes ändern, ohne daß sich der Druck-Sollwert und/oder die Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, von denen der Kraftstoffdruck abhängt, ins besondere die Fahrgeschwindigkeit, die Motordrehzahl, oder der Kraftstoffdruck in der Hochdruckleitung 8 ändern.

Ein Druckabfall wird unter der Voraussetzung, daß sich keine anderen Betriebsbedingungen z. B. der Kraftstoff- Drucksollwert, die Motordrehzahl, die Motorlast oder die Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer ändert, erkannt,
wenn sich der Ansteuerwert während der vorgegebenen Zeitdauer von vorzugsweise 20 ms mehr als 10% in positiver Richtung än dert, d. h. das Druckstellglied 6 wird weiter geschlossen, so daß weniger Kraftstoff die Hochdruckleitung 8 verlassen kann, und/oder,
wenn sich der Reglerwert um mehr als 5% in positiver Richtung pro Zeitdauer, die 100 ms beträgt, ändert, und/oder,
wenn sich der P-Anteil des Reglerwertes um mehr als 5% in po sitiver Richtung pro Zeitdauer ändert, und/oder,
wenn sich der I-Anteil des Reglers um mehr als 10% in positi ver Richtung pro Zeitdauer ändert.

Ändern sich die Betriebsparameter innerhalb der vorgebbaren Zeitdauer von vorzugsweise 20 ms, so wird ein Druckabfall er kannt,
wenn sich der Reglerwert innerhalb der Zeitdauer um mehr als 15% in positiver Richtung ändert, und/oder, wenn sich der P- Anteil des Reglerwertes innerhalb der Zeitdauer um mehr als 15% ändert, und/oder, wenn sich der I-Anteil des Reglerwertes in positiver Richtung innerhalb von 100 ms um mehr als 20% ändert.

Vorzugsweise wird ein Druckabfall in der Kraftstoffleitung 8 vom Steuergerät 1 erkannt wird, wenn der Ansteuerwert über eine vorgegebene Zeitdauer über einen vorgebbaren Maximalwert oder unter einem vorgebbaren Minimalwert liegt, wobei der Ma ximalwert, der Minimalwert und die Zeitdauer im Speicher 15 abgelegt sind.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffdruckes in einer Kraftstoffleitung (8, 2), die über eine Pumpe (5) mit Kraft stoff versorgt wird, wobei der Kraftstoffdruck in der Kraft stoffleitung über ein Druckstellglied (6) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffdruck anhand mindestens eines Anteils des Ansteuerwertes, mit dem das Druckstellglied (6) angesteuert wird, überwacht wird.

2. Verfahren zum Erkennen eines Kraftstoffdruckabfalls in ei ner Kraftstoffleitung (8, 2), die über eine Pumpe (5) mit Kraftstoff versorgt wird, wobei der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung über ein Druckstellglied (6) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Anteil des Ansteuerwertes, mit dem das Druckstellglied (6) angesteuert wird, mit einem Vergleichs wert verglichen wird, und
daß ein Druckabfall, insbesondere ein Leck, in der Kraft stoffleitung (8, 2) erkannt wird, wenn der mindestens eine Anteil des Ansteuerwertes um mehr als einen vorgebbaren Schwellwert von dem Vergleichswert abweicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Anteil des Ansteuerwertes ein Reglerwert oder Anteile des Reglerwertes verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zeitlicher Verlauf des mindestens einen Anteils des Ansteuerwertes mit einem entsprechenden Vergleichswert vergli chen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckabfall in der Kraftstoffleitung (8, 2) erkannt wird, wenn sich der mindestens eine Anteil des Ansteuerwertes ändert, ohne daß sich Betriebsbedingungen, von denen der Kraftstoffdruck abhängt, ändern.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckabfall in der Kraftstoffleitung (8, 2) erkannt wird, wenn sich der Anteil des Ansteuerwertes innerhalb einer vorgegebe nen Zeit um mehr als einen vorgegebenen Wert ändert.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckabfall in der Kraftstoffleitung (8, 2) erkannt wird, wenn der Ansteuerwert über eine vorgegebene Zeitdauer über einem vorgebbaren Maximalwert oder unter einem vorgebba ren Minimalwert liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erkennen eines Kraftstoffdruckabfalls das Druckstellglied (6) geöffnet wird, so daß der Kraftstoffdruck in der Kraft stoffleitung (8, 2) erniedrigt wird.