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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine.
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An
Brennkraftmaschinen, insbesondere solchen in Kraftfahrzeugen, werden
hohe Anforderungen gestellt. Die Schadstoffemissionen unterliegen
gesetzlichen Bestimmungen und der Kunde verlangt nach einem geringen
Kraftstoffverbrauch, einem sicheren und zuverlässigen Betrieb und nach geringen
Wartungskosten. Für
das Erfüllen
der Anforderungen ist ein zuverlässiger
Betrieb der Brennkraftmaschine erforderlich, bei dem insbesondere
fehlerhafte Einspritzungen vermieden werden.
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Die
DE 10 2007 000 152
A1 offenbart eine Diagnosevorrichtung für einen Drucksensor, der in
einem Common-Rail Kraftstoffeinspritzsystem verwendet wird, wobei
das Common Rail Kraftstoffeinspritzsystem aufweist eine Common Rail,
die vorgesehen ist, um darin Kraftstoff zu akkumulieren, ein Einspritzelement,
das aufgebaut ist, um Kraftstoff von der Common Rail aufzunehmen
und den aufgenommenen Kraftstoff in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors
einzuspritzen, den Drucksensor, der arbeitet, um einen Druck des
Kraftstoffs in der Common Rail zu erfassen, und ein Steuerelement,
das arbeitet, um eine Zieleinspritzmenge als eine Funktion des Drucks
zu bestimmen, der durch den Drucksensor erfasst wird, und das Einspritzelement zu
steuern, um die Zieleinspritzmenge des Kraftstoffs in den Zylinder
einzuspritzen. Die Diagnosevorrichtung weist auf ein Differenzbestimmungselement,
das arbeitet, um eine Differenz zwischen einem Wert der Zieleinspritzmenge,
die durch das Steuerelement während
eines Betriebs des Verbrennungsmotors in einem bestimmten Zustand
bestimmt wird, und einem Referenzwert der Zieleinspritzmenge für den bestimmten
Zustand des Verbrennungsmotors zu bestimmen, und ein Diagnoseerstellungselement,
das arbeitet, um eine Diagnose bezüglich des Drucksensors zu erstellen.
Das Diagnoseerstellungselement ist aufgebaut, um zu diagnostizieren,
dass der Drucksensor in einem Störungszustand
ist, wenn die Differenz, die durch das Differenzbestimmungselement
bestimmt ist, außerhalb
eines vorbestimmten Bereichs ist.
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Die
DE 102 05 377 A1 offenbart
ein Verfahren zur Überprüfung der
Funktionstüchtigkeit
einer Kraftstoffdruck-Messeinrichtung eines Kraftstoffzuführsystems
in einer Brennkraftmaschine. Ein von der Kraftstoffzuführmenge
unabhängiger
Soll-Ist-Vergleich
einer kraftstoffzuführrelevanten
Ansteuerdauer erfolgt bei vorgebbaren Kraftstoffdruck-Betriebszuständen mit
gleich großer
Kraftstoffzuführmenge.
Zur Funktionstüchtigkeitsbeurteilung
wird eine ermittelte Soll-Ist-Ansteuerdauerdifferenz mit einer zulässigen und
vorgebbaren Ansteuerdauerdifferenz verglichen.
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Die
DE 10 2007 015 876
A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung einer Fehlfunktion
und insbesondere einer Drift eines Raildrucksensors bei einem Kraftstoffeinspritzsystem
mit zuschaltbarer Druckübersetzung.
Eine Differenz zwischen einem vorgegebenen Druck des Raildrucksensors
und einem zu bestimmenden Druck des Raildrucksensors entspricht
der Drift des Raildrucksensors. Beim Aktivieren und Deaktivieren
der Druckübersetzung
des Einspritzsystems wird der zu bestimmende Druck des Raildrucksensors
als Funktion einer Differenz der Ansteuerdauer eines Injektors des
Einspritzsystems zwischen druckübersetzter
und nicht druckübersetzter
Einspritzung bestimmt.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, durch das beziehungsweise
durch die ein Messwert eines Kraftstoffdrucksensors der Brennkraftmaschine
einfach auf Plausibilität überprüfbar ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einem
ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren
und eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
Die Brennkraftmaschine umfasst einen Kraftstoffdrucksensor, dessen
Messwert repräsentativ
ist für
einen Kraftstoffdruck in einem Kraftstoffspeicher der Brennkraftmaschine,
aus dem Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine zugemessen
wird. In einem vorgegebenen Leerlaufbetriebszustand der Brennkraftmaschine
wird eine Drehzahl der Brennkraftmaschine auf eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl
geregelt. Im Rahmen dieser Regelung wird ein für das Erreichen der vorgegebenen
Leerlaufdrehzahl erforderlicher Wert einer Stellgröße für das Zumessen
des Kraftstoffs ermittelt. Es wird auf einen Fehler des Messwerts
des Kraftstoffdrucksensors geschlossen, wenn der ermittelte erforderliche
Wert der Stellgröße um mindestens
einen vorgegebenen Betrag oder Faktor von einem für den vorgegebenen
Leerlaufbetriebszustand der Brennkraftmaschine vorgegebenen Referenzwert
abweicht. Abhängig
von einem Grad der Abweichung des ermittelten erforderlichen Werts
der Stellgröße von dem
vorgegebenen Referenzwert wird mittels eines vorgegebenen Kennfelds
ein Betrag oder Faktor ermittelt, um den der Messwert des Kraftstoffdrucksensors
von einem tatsächlichen
Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher abweicht. Der Vorteil
ist, dass der Messwert des Kraftstoffdrucksensors so sehr einfach
auf Plausibilität überprüfbar ist
und der Fehler des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors so sehr
einfach und zuverlässig erkennbar
ist. Insbesondere ist das Plausibilisieren des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors
einfach und zuverlässig
möglich.
Der Fehler des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors ist insbesondere
auch dann einfach und zuverlässig
erkennbar, wenn ein tatsächlicher
Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher von Null verschieden ist.
Dadurch kann nicht nur auf den Fehler des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors
geschlossen werden, sondern die Abweichung des gemessenen Kraftstoffdrucks
von dem tatsächlichen
Kraftstoffdruck sehr einfach quantitativ ermittelt werden kann.
Beispielsweise kann so eine Schwere des Fehlers des Messwerts des
Kraftstoffdrucksensors ermittelt werden und können abhängig davon Gegenmaßnahmen
durchgeführt werden
oder kann eine Fehlermeldung erfolgen, die beispielsweise zum Austausch
des Kraftstoffdrucksensors auffordert. In dem vorgegebenen Kennfeld
ist beispielsweise eine Zuordnung gespeichert zwischen dem Grad der
Abweichung des ermittelten erforderlichen Werts der Stellgröße von dem
vorgegebenen Referenzwert und dem Betrag oder Faktor, um den der
Messwert des Kraftstoffdrucks von einem tatsächlichen Kraftstoffdruck in dem
Kraftstoffspeicher abweicht.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einem fehlerhaften
Messwert des Kraftstoffdrucksensors, zum Beispiel aufgrund eines
Defekts des Kraftstoffdrucksensors, der für das Erreichen der vorgegebenen
Leerlaufdrehzahl erforderliche Wert der Stellgröße abweicht von einem entsprechenden
Wert, der bei einem bestimmungsgemäß funktionierenden Kraftstoffdrucksensor
ermittelt würde.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn abhängig von dem ermittelten Betrag
oder Faktor, um den der Messwert des Kraftstoffdrucksensors von
dem tatsächlichen
Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher abweicht, und abhängig von
dem Messwert des Kraftstoffdrucksensors der tatsächliche Kraftstoffdruck in dem
Kraftstoffspeicher ermittelt wird. Der Vorteil ist, dass die Brennkraftmaschine
dadurch trotz fehlerhaftem Messwert des Kraftstoffdrucksensors mit
einem dem tatsächlichen
Kraftstoffdruck zumindest nahe kommenden Wert des Kraftstoffdrucks
weiter betrieben werden kann. Auf diese Weise kann ein zuverlässiger Betrieb der
Brennkraftmaschine auch im Fehlerfall ermöglicht werden. Ferner ist dies
sehr einfach.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren
und eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
Die Brennkraftmaschine umfasst einen Kraftstoffdrucksensor, dessen
Messwert repräsentativ
ist für
einen Kraftstoffdruck in einem Kraftstoffspeicher der Brennkraftmaschine,
aus dem Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine zugemessen
wird. In einem vorgegebenen Leerlaufbetriebszustand der Brennkraftmaschine
wird der Messwert des Kraftstoffdrucksensors erfasst. Eine Drehzahl
der Brennkraftmaschine wird auf eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl
geregelt. Im Rahmen dieser Regelung wird ein für das Erreichen der vorgegebenen
Leerlaufdrehzahl erforderlicher erster Wert einer Stellgröße für das Zumessen
des Kraftstoffs ermittelt unter der Annahme, dass der Kraftstoffdrucksensor
bestimmungsgemäß funktioniert.
Ein Kraftstoffdruckprüfwert
wird ermittelt abhängig
von dem erfassten Messwert des Kraftstoffdrucksensors und abhängig von
einem vorgegebenen Trimmwert. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine
wird auf die vorgegebene Leerlaufdrehzahl geregelt unter der Annahme,
der ermittelte Kraftstoffdruckprüfwert
sei der Messwert des Kraftstoffdrucksensors. Im Rahmen dieser Regelung
wird ein für
das Erreichen der vorgegebenen Leerlaufdrehzahl erforderlicher zweiter
Wert der Stellgröße für das Zumessen
des Kraftstoffs ermittelt. Der vorgegebene Trimmwert wird einem
Grad der Abweichung des ermittelten zweiten Werts von dem ermittelten
ersten Wert zugeordnet in einem Kennfeld gespeichert.
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Der
Vorteil ist, dass auf diese Weise sehr einfach das Kennfeld ermittelbar
und vorgebbar ist, das in einer Ausgestaltung des ersten Aspekts
als vorgegebenes Kennfeld nutzbar ist. So trägt das Verfahren und die entsprechende
Vorrichtung gemäß dem zweiten
Aspekt dazu bei, den Fehler des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors
quantitativ zu ermitteln. Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekts wird
bevorzugt ausgeführt, wenn
der Kraftstoffdrucksensor zuverlässig
arbeitet, also bestimmungsgemäß funktioniert,
und entsprechend der Messwert des Kraftstoffdrucksensors im Wesentlichen
den tatsächlichen
Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher repräsentiert, also kein Fehler
des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors vorliegt. Beispielsweise kann
das Verfahren gemäß dem ersten
Aspekt vor dem Ausführen
des Verfahrens gemäß dem zweiten
Aspekt durchgeführt
werden, um sicherzustellen, dass der Fehler des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors
nicht vorliegt. Es kann jedoch beispielsweise auch vorgesehen sein,
das Verfahren gemäß dem zweiten
Aspekt unter Bedingungen auszuführen,
unter denen anderweitig sichergestellt ist, dass der Fehler des
Messwerts des Kraftstoffdrucksensors nicht vorliegt, zum Beispiel
unter Laborbedingungen.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch künstliches
Verfälschen
des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors der gleiche Effekt erzielt
werden kann, wie wenn der Fehler des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors
tatsächlich
vorliegt. Das Verfälschen
kann dabei sehr einfach durch den Trimmwert erfolgen, der beispielsweise
den Betrag oder Faktor repräsentiert,
um den im Fehlerfalle der Messwert des Kraftstoffdrucks von dem
tatsächlichen
Kraftstoffdruck abweicht. Der vorgegebene Referenzwert des ersten
Aspekts entspricht vorzugsweise dem ersten Wert, der unter der Annahme
des bestimmungsgemäß funktionierenden
Kraftstoffdrucksensors und somit des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors
als fehlerfrei ermittelt wird. Der zweite Wert entspricht entsprechend
dem bei vorliegendem Fehler des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors
ermittelten Wert der Stellgröße für das Zumessen
des Kraftstoffs gemäß dem ersten
Aspekt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und des zweiten Aspekts
ist die Stellgröße repräsentativ
für eine
Kraftstoffeinspritzmenge oder eine Einspritzventilöffnungsdauer.
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Der
Vorteil ist, dass dann der Fehler des Messwerts des Kraftstoffdrucksensors
beziehungsweise das Kennfeld besonders einfach und zuverlässig ermittelbar
ist. Die Stellgröße kann
jedoch beispielsweise auch ein Drehmoment der Brennkraftmaschine
sein.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die erforderliche Einspritzventilöffnungsdauer
für das
Zumessen des Kraftstoffs abhängig
von dem Messwert des Kraftstoffdrucksensors und der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge
ermittelt wird. Der Vorteil ist, dass dies sehr einfach ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Brennkraftmaschine,
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2 ein
Blockdiagramm,
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3 ein
erstes Ablaufdiagramm und
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4 ein
zweites Ablaufdiagramm.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Eine
Brennkraftmaschine BKM umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen
Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4.
Der Motorblock 2 umfasst bevorzugt mehrere Zylinder, welche
Kolben und Pleuelstangen haben, über
die sie mit einer Kurbelwelle 21 gekoppelt sind.
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Der
Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil,
einem Gasauslassventil und Ventilantrieben. Der Zylinderkopf 3 umfasst
ferner ein Einspritzventil 34.
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Ferner
ist eine Kraftstoffzuführeinrichtung 5 vorgesehen.
Die Kraftstoffzuführeinrichtung 5 umfasst
einen Kraftstofftank 50, der über eine erste Kraftstoffleitung
mit einer Niederdruckpumpe 51 verbunden ist. Ausgangsseitig
ist die Niederdruckpumpe 51 mit einem Zulauf 53 einer
Hochdruckpumpe 54 wirkverbunden. Ferner kann ausgangsseitig
der Niederdruckpumpe 51 ein mechanischer Regulator 52 vorgesehen
sein, welcher ausgangsseitig über
eine weitere Kraftstoffleitung mit dem Kraftstofftank 50 verbunden
ist. Die Niederdruckpumpe 51, der mechanische Regulator 52,
die Kraftstoffleitung, die weitere Kraftstoffleitung und der Zulauf 53 bilden
einen Niederdruckkreis.
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Die
Niederdruckpumpe 51 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass
sie während
des Betriebs der Brennkraftmaschine immer eine ausreichend hohe
Kraftstoffmenge liefert, die gewährleistet,
dass ein vorgegebener Niederdruck nicht unterschritten wird. Der
Zulauf 53 ist hin zu der Hochdruckpumpe 54 geführt, welche
ausgangsseitig den Kraftstoff hin zu einem Kraftstoffspeicher 55 fördert. Die
Hochdruckpumpe 54 wird beispielsweise von der Nockenwelle
angetrieben und fördert
somit bei konstanter Drehzahl der Kurbelwelle 21 ein konstantes
Kraftstoffvolumen in den Kraftstoffspeicher 55. Die Einspritzventile 34 sind
mit dem Kraftstoffspeicher 55 wirkverbunden. Der Kraftstoff
wird somit den Einspritzventilen 34 über den Kraftstoffspeicher 55 zugeführt.
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In
dem Vorlauf der Hochdruckpumpe 54, das heißt stromaufwärts der
Hochdruckpumpe 54, kann ein Volumenstromsteuerventil 56 vorgesehen
sein, mittels dessen ein Volumenstrom einstellbar ist, der der Hochdruckpumpe 54 zugeführt wird.
Durch eine entsprechende Ansteuerung des Volumenstromsteuerventils 56 kann
ein vorgegebener Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher 55 eingestellt
werden.
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Die
Kraftstoffzuführeinrichtung 5 kann
auch mit einem elektromechanischen Druckregulator 57 ausgangsseitig
des Kraftstoffspeichers 55 und mit einer Rückführleitung
in den Niederdruckkreis versehen sein. Abhängig von einem Stellsignal
des elektromechanischen Druckregulators 57 ist der elektromechanische Druckregulator 57 geschlossen,
wenn der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher 55 einen
durch das Stellsignal vorgegebenen Kraftstoffdruck unterschreitet,
und geöffnet,
wenn der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher 55 den
vorgegebene Kraftstoffdruck überschreitet.
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Das
Volumenstromsteuerventil 56 kann auch in die Hochdruckpumpe 54 integriert
sein. Ebenso können
der elektromechanische Druckregulator 57 und das Volumenstromsteuerventil 56 so
ausgebildet sein, dass sie über
einen gemeinsamen Stellantrieb eingestellt werden.
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Der
Brennkraftmaschine ist ferner eine Steuereinrichtung 6 zugeordnet,
die eine Vorrichtung zum Steuern der Kraftstoffzuführeinrichtung 5 bildet.
Der Steuereinrichtung 6 sind wiederum Sensoren zugeordnet, die
verschiedene Messgrößen erfassen
und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt
abhängig
von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die
dann in entsprechende Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern
mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
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Die
Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber, welcher die
Stellung eines Fahrpedals erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor,
welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst und welchem dann eine Motordrehzahl
zugeordnet wird, ein Luftmassenmesser oder ein Kraftstoffdrucksensor 58,
welcher einen Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher 55 erfasst,
der im Folgenden als Messwert Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 bezeichnet
ist. Je nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der Sensoren oder können auch
zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
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Die
Stellglieder sind beispielsweise als Gaseinlass- oder Gasauslassventile,
Einspritzventile 34, Zündkerze,
Drosselklappe, Niederdruckpumpe 51, Volumenstromsteuerventil 56 oder
elektromechanischer Druckregulator 57 ausgebildet.
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Bevorzugt
hat die Brennkraftmaschine BKM auch weitere Zylinder, denen dann
entsprechende Stellglieder zugeordnet sind. Die Brennkraftmaschine
BKM und insbesondere die Kraftstoffzuführeinrichtung 5 kann
jedoch auch anders ausgebildet sein.
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Die
Brennkraftmaschine BKM, die auch als ein Common-Rail System bezeichnet
werden kann, umfasst vorzugsweise folgende Komponenten:
- – den
Kraftstoffspeicher 55, der auch als ”Common-Rail” bezeichnet
werden kann und der Kraftstoff unter einem vorgebbaren Kraftstoffdruck
bevorratet,
- – die
Hochdruckpumpe 54, die dem Kraftstoffspeicher 55 Kraftstoff
zuführt,
- – Ventile,
zum Beispiel das Volumenstromsteuerventil 56 und/oder der
elektromechanische Druckregulator 57, die durch die Steuereinrichtung 6 angesteuert
werden können
und die über
eine Manipulation des Kraftstoffzuflusses in den Kraftstoffspeicher 55 oder
des Kraftstoffabflusses aus dem Kraftstoffspeicher 55 eine Regelung
des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffspeicher 55 ermöglichen,
- – den
Kraftstoffdrucksensor 58, der jeweils den aktuellen Messwert
Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 erfasst, der repräsentativ
ist für
den Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeicher 55,
- – ein
oder mehr als ein Einspritzventil 34, das auch als Injektor
bezeichnet werden kann und das den Kraftstoffspeicher 55 mit
jeweils einem Zylinder der Brennkraftmaschine BKM verbindet und
das durch die Steuereinrichtung 6 geöffnet und geschlossen werden
kann, wobei im geöffneten
Zustand eine Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdruck in dem
Kraftstoffspeicher 55 und einem Druck, der in einem Brennraum 22 des
jeweiligen Zylinders herrscht, ein Zumessen, das heißt Einspritzen,
einer vorgegebenen Kraftstoffmenge in den jeweiligen Zylinder bewirkt,
wobei diese Kraftstoffmenge von einer Einspritzventilöffnungsdauer T
des jeweiligen Einspritzventils 34 und dem Kraftstoffdruck
in dem Kraftstoffspeicher 55 abhängt, und
- – die
Steuereinrichtung 6.
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Die
Steuereinrichtung 6 ist vorzugsweise dazu ausgebildet,
für einen
jeweiligen aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine BKM
einen Sollwert für
den Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher 55 vorzugeben,
diesen Sollwert mit dem Messwert Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 zu
vergleichen und mittels eines vorgegebenen Regelalgorithmus die
oben genannten Ventile anzusteuern zum Regeln des Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 auf
den Sollwert des Kraftstoffdrucks, für den aktuellen Betriebszustand
der Brennkraftmaschine BKM eine einzuspritzende Kraftstoffeinspritzmenge
M zu ermitteln, abhängig
von dem Messwert Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 einen
tatsächlichen
Kraftstoffdruck P zu ermitteln und mindestens abhängig von
der Kraftstoffeinspritzmenge M und dem Messwert Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 oder
dem ermittelten tatsächlichen
Kraftstoffdruck P in dem Kraftstoffspeicher 55 die Einspritzventilöffnungsdauer
T der Einspritzventile 34 zu ermitteln, die geeignet ist,
die gewünschte
Kraftstoffeinspritzmenge M auch tatsächlich einzuspritzen.
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Die
Steuereinrichtung 6 ist ausgebildet, mittels eines Regelalgorithmus
eine Drehzahl Ni der Brennkraftmaschine BKM, die auch als Istwert
der Drehzahl der Brennkraftmaschine BKM bezeichnet werden kann, auf
eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl Ns zu regeln, die auch als Sollwert
der Drehzahl der Brennkraftmaschine BKM im Leerlauf bezeichnet werden
kann. Dieser Regelalgorithmus fordert vorzugsweise mittelbar oder
unmittelbar die einzuspritzende Kraftstoffeinspritzmenge M an, die
geeignet ist, die vorgegebene Leerlaufdrehzahl Ns zu erreichen und
zu stabilisieren.
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Ein
fehlerhafter Messwert Pi des Kraftstoffdrucksensors 58,
zum Beispiel durch Drift, und somit ein fehlerhafter Kraftstoffdrucksensor 58 kann
sich in fehlerhaften Einspritzungen auswirken. Um das Risiko fehlerhafter
Einspritzungen zu reduzieren, wird eine Plausibilisierung des Messwerts
Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 durchgeführt.
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Der
tatsächliche
Kraftstoffdruck P ist eine Größe, die
bei der Realisierung von Einspritzungen mit der jeweils vorgegebenen
Kraftstoffeinspritzmenge M eine Rolle spielt. Die Kraftstoffeinspritzmenge
M wird hierbei vorzugsweise als ein vorgegebener Sollwert gesehen.
Die jeweilige Kraftstoffeinspritzmenge M wird dadurch realisiert,
dass das jeweilige Einspritzventil 34 für die jeweils vorgegebene Einspritzventilöffnungsdauer
T geöffnet
wird. Während
dieser Einspritzventilöffnungsdauer
T bewirkt die Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffspeicher 55 und
dem Brennraum des jeweiligen Zylinders das Fließen des Kraftstoffs von dem
Kraftstoffspeicher 55 in den Brennraum des jeweiligen Zylinders.
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Die
Kraftstoffeinspritzmenge M wird im Wesentlichen als Funktion f der
Einspritzventilöffnungsdauer
T und des Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 oder
des tatsächlichen
Kraftstoffdrucks P ermittelt: M = f(T, Pi) oder M = f(T, P). Die
Funktion f ist dabei insbesondere abhängig von einer Konstruktion
des jeweiligen Einspritzventils 34 vorgegeben. Die Steuereinrichtung 6 ist
ausgebildet, für
die vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge M bei dem aktuell in dem
Kraftstoffspeicher 55 vorherrschenden tatsächlichen
Kraftstoffdruck P die zugehörige
Einspritzventilöffnungsdauer
T zu ermitteln. Dazu ist vorzugsweise die Funktion f invertiert
als eine Funktion g in der Steuereinrichtung 6 vorgesehen.
Die Funktion g ist vorzugsweise in Form eines Kennfelds in der Steuereinrichtung 6 hinterlegt.
Die Funktion g kann auch als TI-Kennfeld
bezeichnet werden.
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Für den Fall,
dass der Messwert Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 nicht
im Wesentlichen dem tatsächlichen
Kraftstoffdruck P entspricht, sondern einem davon abweichenden Kraftstoffdruck
P + dP, das heißt
Pi = P + dP, wird dies im Allgemeinen zu einer abweichenden Einspritzventilöffnungsdauer
T + dT und in der Folge zu einer abweichenden und fehlerhaften Vorgabe
der Kraftstoffeinspritzmenge M + dM führen: T + dT = g(M, P + dP),
M + dM = f(T + dT, P) = f(g(M, P + dP), P). Solange dP keine extremen
Werte annimmt, führt
diese Abweichung in den meisten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine
BKM zu keiner wesentlichen Beeinträchtigung des Betriebs. Ein
Fahrer kann die Abweichung durch Anpassen der Fahrpedalstellung
kompensieren.
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Ein
vorgegebener Leerlaufbetriebszustand LBZ der Brennkraftmaschine
BKM stellt jedoch eine Besonderheit dar. In dem vorgegebenen Leerlaufbetriebszustand
LBZ der Brennkraftmaschine BKM wird die Kraftstoffeinspritzmenge
M nicht vom Fahrerwunsch, das heißt von der Fahrpedalstellung,
sondern von einem Drehzahlregler vorgegeben (2), der
den oben genannten Regelalgorithmus zur Regelung der Drehzahl Ni der
Brennkraftmaschine repräsentiert.
Dieser Drehzahlregler fordert in einem eingeschwungenen Zustand
diejenige Kraftstoffeinspritzmenge M an, die geeignet ist, die vorgegebene
Leerlaufdrehzahl Ns zu stabilisieren. Im Allgemeinen ist diese Kraftstoffeinspritzmenge
M abhängig
von einer aktuellen Last L der Brennkraftmaschine BKM, also beispielsweise
abhängig
von zusätzlichen
Verbrauchern, wie zum Beispiel einer Klimaanlage, die während des
Leerlaufbetriebszustands LBZ jeweils in Betrieb sind. Abgesehen
von solchen zusätzlichen
Verbrauchern herrscht in dem vorgegebenen Leerlaufbetriebszustand
LBZ jedoch im Allgemeinen immer derselbe Lastzustand, so dass der
Drehzahlregler bei fehlerfrei arbeitendem Kraftstoffdrucksensor 58 für einen jeweils
vorgegebenen Lastzustand immer dieselbe Kraftstoffeinspritzmenge
M anfordert. Liefert der Kraftstoffdrucksensor 58 jedoch
den fehlerhaften abweichenden Kraftstoffdruck P + dP, muss der Drehzahlregler
die angeforderte Kraftstoffeinspritzmenge M anpassen, damit eine
tatsächlich
eingespritzte Kraftstoffeinspritzmenge der vorgegebenen Kraftstoffeinspritzmenge
M entspricht. Der Drehzahlregler fordert also beispielsweise eine angepasste
Kraftstoffeinspritzmenge M + m an, so dass gilt: g(M + m, P + dP)
= g(M, P) = T. Dann gilt für
die tatsächlich
eingespritzte Kraftstoffeinspritzmenge: f(g(M + m, P + dP), P) =
f(g(M, P), P) = f(T, P) = M. Ein Mengenänderungswert m der angeforderten
Kraftstoffeinspritzmenge M, der auch allgemein als ein Änderungswert A
bezeichnet werden kann, kann als ein Maß für eine Druckdifferenz dP zwischen
dem Messwert Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 und dem tatsächlichen
Kraftstoffdruck P genutzt werden.
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Das
Plausibilisieren des Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 kann
beispielsweise folgendermaßen
erfolgen: Die bei fehlerfrei arbeitendem und somit bestimmungsgemäß funktionierendem
Kraftstoffdrucksensor 58 vom Drehzahlregler anzufordernde
Kraftstoffeinspritzmenge M ist in der Steuereinrichtung 6 als
ein vorgegebener Referenzwert REF abgespeichert. Diese Kraftstoffeinspritzmenge
M kann entweder kalibrativ hinterlegt sein oder in einem Adaptionsverfahren
am Neufahrzeug gelernt werden. In vorgegebenen Abständen wird
die aktuell vom Drehzahlregler angeforderte Kraftstoffeinspritzmenge
M mit dem vorgegebenen Referenzwert REF verglichen. Abhängig von
dem ermittelten Mengenänderungswert
m = M – REF
kann auf einen Fehler ERR des Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 und/oder
des Kraftstoffdrucksensors 58 geschlossen werden. Ein Zusammenhang
zwischen dem jeweiligen Mengenänderungswert
m und der jeweils zugehörigen
Druckdifferenz dP kann zum Beispiel durch gezieltes Vertrimmen des
Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 leicht ermittelt
werden und kann in der Steuereinrichtung 6 hinterlegt werden,
wie weiter unten beschrieben ist. Dadurch kann aus dem bekannten
Mengenänderungswert
m die Druckdifferenz dP als Größe des Fehlers
des Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 ermittelt
werden.
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2 zeigt
den Drehzahlregler. Abhängig
von der aktuellen Drehzahl Ni der Brennkraftmaschine BKM und der
vorgegebenen Leerlaufdrehzahl Ns wird eine Drehzahldifferenz ND
ermittelt, die einem Regler 7 zugeführt wird. Der Regler 7 ermittelt
einen Korrekturwert KOR und stellt diesen ausgangsseitig bereit.
Bevorzugt ist eine Vorsteuerung VS vorgesehen, die abhängig von
der vorgegebenen Leerlaufdrehzahl Ns und der aktuellen Last L einen
Vorsteuerwert X ermittelt. Abhängig
von dem Korrekturwert KOR des Reglers 7 und dem Vorsteuerwert
X der Vorsteuerung VS wird ein korrigierter Vorsteuerwert XKOR ermittelt.
Der Korrekturwert KOR und der Vorsteuerwert X können beispielsweise die Kraftstoffeinspritzmenge
M oder die Einspritzventilöffnungsdauer
T oder ein Drehmoment der Brennkraftmaschine BKM oder eine andere
Größe repräsentieren. Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, dass insbesondere die Kraftstoffeinspritzmenge
M und/oder die Einspritzventilöffnungsdauer
T abhängig
von dem Korrekturwert KOR oder dem korrigierten Vorsteuerwert XKOR ermittelt
werden. Die Einspritzventilöffnungsdauer
T wird beispielsweise abhängig
von der ermittelten Kraftstoffeinspritzmenge M und dem Messwert
Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 ermittelt. Das jeweilige
Einspritzventil 34 der Brennkraftmaschine wird abhängig von
der ermittelten Einspritzventilöffnungsdauer
T angesteuert. Die aktuelle Drehzahl Ni der Brennkraftmaschine BKM
wird erfasst oder ermittelt.
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Abhängig von
dem vorgegebenen Referenzwert REF und einem Wert einer Stellgröße für das Zumessen
des Kraftstoffs, die beispielsweise durch den Korrekturwert KOR,
den korrigierten Vorsteuerwert XKOR, die Kraftstoffeinspritzmenge
M oder die Einspritzventilöffnungsdauer
T gebildet ist, wird der Änderungswert
A ermittelt, beispielsweise als eine Differenz zwischen dem Wert
der Stellgröße und dem
vorgegebenen Referenzwert REF oder als Quotient von diesen. Der Änderungswert
A repräsentiert
einen Grad der Abweichung des Werts der Stellgröße von dem vorgegebenen Referenzwert
REF. Abhängig
von dem ermittelten Änderungswert
A und vorzugsweise abhängig
von einem vorgegebenen Schwellenwert SW wird auf den Fehler ERR
des Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 geschlossen.
In anderen Worten wird auf den Fehler ERR geschlossen, wenn der
Wert der Stellgröße um mindestens
einen vorgegebenen Betrag oder Faktor von dem vorgegebenen Referenzwert
REF abweicht.
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Ferner
kann vorgesehen sein, abhängig
von dem Änderungswert
A die zugehörige
Druckdifferenz dP zu ermitteln, vorzugsweise mittels eines Kennfelds
KF. Alternativ oder zusätzlich
kann auch vorgesehen sein, abhängig
von dem Änderungswert
A und dem Messwert Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 den
tatsächlichen Kraftstoffdruck
P zu ermitteln, vorzugsweise ebenfalls mittels des Kennfelds KF.
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3 zeigt
ein erstes Ablaufdiagramm eines Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine BKM.
Das Programm dient dem Plausibilisieren des Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58.
Die Steuereinrichtung 6 ist ausgebildet zum Ausführen des
Programms. Die Steuereinrichtung 6 kann daher auch als
Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine BKM bezeichnet
werden. Das Programm beginnt in einem Schritt S1. In einem Schritt
S2 wird überprüft, ob die
Brennkraftmaschine BKM aktuell in ihrem vorgegebenen Leerlaufbetriebszustand
LBZ betrieben wird. Vorzugsweise wird dabei ferner überprüft, ob diesbezüglich ein stabiler,
also eingeschwungener oder stationärer Zustand vorliegt. Ist dies
der Fall, dann ist die Drehzahl Ni auf die Leerlaufdrehzahl Ns eingeregelt
und in einem Schritt S3 wird der für das Erreichen der vorgegebenen Leerlaufdrehzahl
Ns erforderliche Wert der Stellgröße für das Zumessen des Kraftstoffs
ermittelt, also beispielsweise der Korrekturwert KOR oder der korrigierte
Vorsteuerwert XKOR oder die Kraftstoffeinspritzmenge M oder die
Einspritzventilöffnungsdauer
T. In einem Schritt S4 wird überprüft, ob der
ermittelte erforderliche Wert der Stellgröße um mindestens den vorgegebenen
Betrag oder Faktor von dem für
den vorgegebenen Leerlaufbetriebszustand LBZ der Brennkraftmaschine
LBZ vorgegebenen Referenzwert REF abweicht, zum Beispiel indem ein
Betrag einer Differenz zwischen dem Wert der Stellgröße und dem
vorgegebenen Referenzwert REF mit dem vorgegebenen Schwellenwert
SW verglichen wird. Ist die Bedingung in Schritt S4 erfüllt, überschreitet
also beispielsweise der Betrag den vorgegebenen Schwellenwert SW,
dann wird in einem Schritt S5 auf den Fehler ERR des Messwerts Pi
des Kraftstoffdrucksensors 58 geschlossen.
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Ferner
kann vorgesehen sein, die Druckdifferenz dP und/oder den tatsächlichen
Kraftstoffdruck P zu ermitteln, beispielsweise mittels des Kennfelds
KF, wie oben erläutert.
Der so ermittelte tatsächliche
Kraftstoffdruck P kann dem weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine
zugrunde gelegt werden. Das Programm endet in einem Schritt S6 und
wird vorzugsweise erneut in Schritt S2 ausgeführt. Ist die Bedingung in dem
Schritt S4 jedoch nicht erfüllt,
ist der ermittelte Änderungswert
A also zu gering, dann wird das Programm in einem Schritt S7 fortgesetzt,
in dem darauf geschlossen wird, dass der Kraftstoffdrucksensor 58 ordnungsgemäß funktioniert und
dessen Messwert Pi im Wesentlichen fehlerfrei ist. Das Programm
wird in dem Schritt S6 beendet oder vorzugsweise in dem Schritt
S2 fortgesetzt.
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4 zeigt
ein zweites Ablaufdiagramm eines Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine BKM.
Das Programm dient dem Ermitteln des Kennfelds KF, das in dem Programm
gemäß dem ersten
Ablaufdiagramm nutzbar ist, und dient damit auch dem Plausibilisieren
des Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58. Vorzugsweise
ist die Steuereinrichtung 6 auch ausgebildet zum Ausführen dieses
Programms. Das Programm beginnt in einem Schritt S10. Der Schritt
S10 wird vorzugsweise ausgeführt
im Rahmen von Fahrversuchen oder Versuchen auf einem Motorprüfstand oder
zum Beispiel im Rahmen einer Kalibrierung oder ähnlichem bei einem Neufahrzeug.
Der Schritt S10 wird vorzugsweise ausgeführt, nachdem sichergestellt
ist, dass der Kraftstoffdrucksensor 58 ordnungsgemäß funktioniert,
also der Fehler ERR des Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 nicht
vorliegt. Beispielsweise wird dazu das Programm gemäß dem ersten
Ablaufdiagramm ausgeführt.
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In
einem Schritt S11 wird überprüft, ob die
Brennkraftmaschine BKM aktuell in ihrem vorgegebenen Leerlaufbetriebszustand
LBZ betrieben wird. Ist dies der Fall, dann wird in einem Schritt
S12 der Messwert Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 erfasst.
Die Drehzahl Ni der Brennkraftmaschine BKM wird in einem Schritt
S13 auf die Leerlaufdrehzahl Ns geregelt, so dass ein stabiler,
also eingeschwungener oder stationärer Zustand vorliegt. Dann
wird ein erster Wert W1 der Stellgröße für das Zumessen des Kraftstoffs
ermittelt, also beispielsweise der Korrekturwert KOR oder der korrigierte
Vorsteuerwert XKOR oder die Kraftstoffeinspritzmenge M oder die
Einspritzventilöffnungsdauer
T. In einem Schritt S14 wird ein Kraftstoffdruckprüfwert PW
ermittelt abhängig
von dem erfassten Messwert Pi und einem vorgegebenen Trimmwert PT,
zum Beispiel als Summe oder Quotient von diesen. Der Kraftstoffdruckprüfwert PW
wird dann als der Messwert Pi der Drehzahlregelung zugrunde gelegt.
Durch den Trimmwert PT wird also der Messwert Pi vertrimmt, so dass
dieser abweicht von dem tatsächlichen
Kraftstoffdruck P. In einem Schritt S15, der im Wesentlichen dem
Schritt S13 entspricht, der jedoch unter Zugrundelegung des Kraftstoffprüfwerts PW
durchgeführt
wird, wird entsprechend dem ersten Wert W1 ein zweiter Wert W2 ermittelt.
In einem Schritt S16 wird abhängig
von dem Trimmwert PT, der der Druckdifferenz dP entspricht, und
abhängig
von dem ersten und zweiten Wert W1, W2 der Stellgröße, deren
Differenz dem Änderungswert
A entspricht, ein Eintrag in dem Kennfeld KF erstellt, indem diese
Zuordnung von dem Trimmwert PT zu dem erstem und zweitem Wert W1,
W2 oder der Differenz von diesen gespeichert wird. Das Programm
endet in einem Schritt S17 und wird vorzugsweise für unterschiedliche
Trimmwerte PT und/oder Kraftstoffdrücke in dem Kraftstoffspeicher 55 wiederholt
ausgeführt.
Die Reihenfolge der Schritte kann auch anders sein.
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Beispielsweise
kann erst der zweite Wert W2 und dann der erste Wert W1 ermittelt
werden.
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Im
Folgenden ist ein Zahlenbeispiel dargestellt. Die eingespritzten
Kraftstoffeinspritzmengen M seien bei einem vorgegebenen Einspritzventil
34 wie
in der folgenden Tabelle aufgeführt:
| T | P | M
= f(T, P) |
| 0,4
ms | 250
bar | 4
mg |
| 0,5
ms | 250
bar | 5
mg |
| 0,4
ms | 200
bar | 3
mg |
| 0,5
ms | 200
bar | 4
mg |
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Der
Sollwert des Kraftstoffdrucks im Kraftstoffspeicher 55 in
dem vorgegebenen Leerlaufbetriebszustand LBZ sei 250 bar. Solange
der Kraftstoffdrucksensor 58 fehlerfrei arbeitet, stellt
die Druckregelung den tatsächlichen
Kraftstoffdruck P auf diesen Wert ein. Die vorgegebene Leerlaufdrehzahl
Ns sei 800 U/min. Um diese zu realisieren sei die drehmomentwirksame
Kraftstoffeinspritzmenge M von 4 mg/Hub nötig. Der Drehzahlregler fordert
diese Menge an. Bei dem Kraftstoffdruck von 250 bar wird somit eine
Einspritzventilöffnungsdauer
T der Einspritzventile 34 von 0,4 ms eingestellt.
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Im
Folgenden wird nun angenommen, dass der Drucksensor einen fehlerhaften
Wert anzeigt und zwar derart, dass bei einem tatsächlich vorherrschenden
Kraftstoffdruck von 200 bar der Messwert Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 250
bar beträgt.
In dem vorgegebenen Leerlaufbetriebszustand LBZ stabilisiert die
Druckregelung den Messwert Pi entsprechend dem Sollwert auf 250
bar, das heißt
der tatsächliche
Kraftstoffdruck P wird auf 200 bar stabilisiert. Solange der Drehzahlregler
weiterhin die Kraftstoffeinspritzmenge M von 4 mg/Hub anfordert,
wird auch für
die Einspritzventilöffnungsdauer
T der Einspritzventile 34 weiterhin der Wert von 0,4 ms
vorgegeben. Weil der tatsächliche
Kraftstoffdruck P aber nur noch 200 bar beträgt, sinkt die effektiv in den
Brennraum 22 des jeweiligen Zylinders eingespritzte Menge
auf 3 mg/Hub (siehe Tabelle). Da 3 mg/Hub nicht ausreichen, um die
vorgegebene Leerlaufdrehzahl von 800 U/min aufrecht zu erhalten,
erhöht
der Drehzahlregler die angeforderte Kraftstoffeinspritzmenge M von
4 mg/Hub auf 5 mg/Hub. Hierdurch wird die Einspritzventilöffnungsdauer
T der Einspritzventile 34 auf 0,5 ms vergrößert. Gegenüber dem
fehlerfreien Fall hat sich also die vom Drehzahlregler angeforderte
Kraftstoffeinspritzmenge M von 4 mg/Hub auf 5 mg/Hub erhöht. Entsprechend
hat sich die Einspritzventilöffnungsdauer
T von 0,4 ms auf 0,5 ms verlängert.
Diese Information wird in der Steuereinrichtung 6, wie
oben erläutert,
ausgewertet, um den Fehler ERR des Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 zu
detektieren. Dadurch besteht die Möglichkeit der Plausibilisierung
des Messwerts Pi des Kraftstoffdrucksensors 58 bei von
Null verschiedenen Kraftstoffdrücken
im Kraftstoffspeicher 55. Auf diese Weise ist es möglich, auch
solche Fehler zu detektieren, die sich zwar nicht auf den Nullpunkt,
jedoch auf von Null verschiedene Kraftstoffdrücke auswirken. Ein mögliches
Beispiel hierfür
ist eine Aufsteilung oder Abflachung einer Sensorkennlinie des Kraftstoffdrucksenors 58.
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Der
vorgegebene Referenzwert REF wird beispielsweise experimentell ermittelt
und in der Steuereinrichtung 6 gespeichert und dadurch
vorgegeben. Der vorgegebene Referenzwert REF kann beispielsweise
im Rahmen von Fahrversuchen oder auf einem Motorprüfstand ermittelt
werden oder adaptiv bei einem Neufahrzeug gelernt werden.