DE10028353C2 - Verfahren zur Überprüfung eines kapazitiven Stellgliedes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines kapazitiven Stellgliedes, insbesondere eines Stellgliedes für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, auf ordnungsgemäße Funktion, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.

Die nicht vorveröffentlichte DE 199 10 388 A1 mit älterem Zeit­ rang beschreibt ein Verfahren zur Überprüfung eines piezo­ elektrischen Stellgliedes, insbesondere für ein Kraftstoff- Einspritzventil, bei dem die aus Lade- und Entladestrom am Stellglied durch Vergleich mit Schwellwerten ermittelte Öff­ nungsdauer des Stellgliedes mit der Dauer des Steuersignals verglichen wird und damit die ordnungsgemäße Funktion des Stellgliedes diagnostiziert wird. Dieses Verfahren ist dann anwendbar, wenn Ladedauer und Entladedauer gleich lang sind, da andernfalls die Öffnungsdauer des Stellgliedes ungleich der Dauer des Steuersignals ist.

Zum Öffnen beispielsweise eines Kraftstoff-Einspritzventils einer Brennkraftmaschine muß eine elektrische Ladung auf das Stellglied aufgebracht werden, die zum Schließen des Ein­ spritzventils wieder vom Stellglied entfernt werden muß. Die eingespritze Kraftstoffmenge ist bei konstantem Kraftstoff­ druck, beispielsweise in einem Common-Rail-Kraftstoff-Ein­ spritzsystem, hauptsächlich von der Einspritzdauer abhängig.

Beim Laden jedes kapazitiven Stellgliedes fließt ein Lade­ strom in das Stellglied; dieses ist geladen, wenn der Lade­ strom wieder zu null wird. Während des Ladevorgangs steigt die an ihm abfallende Stellgliedspannung auf einen bestimmten Wert an. Im geladenen Zustand fließt kein Strom, die Stell­ gliedspannung bleibt etwa konstant. Beim Entladen fließt ein Entladestrom aus dem Stellglied; dieses ist entladen, wenn der Entladestrom wieder zu null wird. Während des Entladevor­ gangs fällt die an ihm anliegende Stellgliedspannung wieder auf null Volt.

Aus DE 198 45 042 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose eines ka­ pazitiven Aktors bekannt, wobei dem Aktor ein vorgebbarer Energiebetrag zugeführt wird und durch Vergleich gemessener Werte von Aktorstrom, -spannung oder -ladung mit vorgegebenen Vergleichswerten auf fehlerhafte Funktionszustände des Aktors geschlossen wird.

Die nicht vorveröffentlichte DE 199 44 734 A1 mit älterem Zeit­ rang beschreibt ein Verfahren zum Ansteuern eines kapazitiven Stellgliedes mit unterschiedlichen Lade- und Entladedauern. Je kürzer Lade- und Entladevorgänge sind, umso geräuschinten­ siver werden sie.

Die Steuervorgänge können durch interne oder externe Einflüs­ se so gestört werden, daß die auf das Stellglied aufgebrachte Ladung länger, als durch die von einem Motorsteuersystem aus­ gegebenen Steuersignale vorgegeben, auf dem Stellglied ver­ bleibt und das Kraftstoffeinspritzventil für eine nicht defi­ nierte Dauer geöffnet bleibt, wodurch zu viel Kraftstoff ein­ gespritzt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ansteuern ei­ nes kapazitiven Stellgliedes anzugeben, welches auf einfache Weise eine Überwachung der Stellgliedbetätigung auch für solche Ansteuervorgänge ermöglicht, bei denen Ladedauer und Ent­ ladedauer ungleich lang sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 oder Anspruch 2 genannten Merkmale gelöst.

Der dem Stellglied zugeführte Ladestrom +Ip und der von ihm abgeführte Entladestrom -Ip oder die am Stellglied abfallen­ de Stellgliedspannung Up werden gemessen und mit Schwellwer­ ten verglichen. Erfindungsgemäß werden vorgegebene oder er­ mittelte Zeiten (Dauern) für Steuersignal, Laden, Entladen und Stellglied-Betätigung zueinander in Beziehung gesetzt und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen. Aus dem Ver­ gleichsergebnis wird auf ordnungsgemäße oder gestörte Funkti­ on des Stellgliedes geschlossen.

Nachstehend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der einzigen Figur einer schematischen Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1a den zeitlichen Verlauf eines Steuersignals st,

Fig. 1b den Verlauf des Lade- und des Entladestroms während einer Stellgliedansteuerung,

Fig. 1c den Verlauf der Stellgliedspannung während einer Stellgliedansteuerung,

Fig. 1d die Dauern von Steuersignal, Ladezeit, Entladezeit und Öffnungszeit während einer Stellgliedansteuerung bei einem ersten und dritten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 1e die Dauern von Steuersignal, Ladezeit, Entladezeit und Öffnungszeit während einer Stellgliedansteuerung bei einem zweiten und vierten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1a zeigt den Verlauf eines Steuersignals st für ein nicht dargestelltes, kapazitives Stellglied eines Kraftstoff- Einspritzventils einer Brennkraftmaschine für einen Kraft­ stoffeinspritzvorgang. Diese Steuersignale st werden von ei­ nem nicht dargestellten Motorsteuergerät als Ergebnis mehre­ rer Eingangsparameter wie Motordrehzahl, Last, Temperatur etc. ermittelt.

Das Steuersignal st beginnt zu einem Zeitpunkt t1 und endet zu einem Zeitpunkt t4. Die Differenz t4 - t1 entspricht der Dauer T1 dieses Steuersignals st. In der Zeichnung sind Zei­ ten bzw. Zeitpunkte angegeben; üblicherweise werden derartige Zeitpunkte für Beginn oder Ende von Signalen vom Motorsteuer­ gerät jedoch in Kurbelwellenwinkeln (°KW) ausgegeben.

Gemäß Fig. 1b wird das Stellglied ab dem Zeitpunkt t1 mit einem Ladestrom +Ip geladen. Dieser Ladestrom +Ip übersteigt zum Zeitpunkt t2 einen vorgegebenen, ersten Stromschwellwert S1, unterschreitet diesen zum Zeitpunkt t3 und wird anschlie­ ßend zu Null. Ab dem Ende des Steuersignals st zum Zeitpunkt t4 wird das Stellglied mit einem Entladestrom Ip- entladen. Der Entladestrom -Ip unterschreitet zum Zeitpunkt t5 einen vorgegebenen, zweiten Stromschwellwert S2, überschreitet die­ sen wieder zum Zeitpunkt t6 und wird anschließend zu Null.

Fig. 1c zeigt die am Stellglied anliegende Stellgliedspan­ nung Up während eines Ansteuervorgangs. Diese steigt ab dem Beginn des Steuersignals st zum Zeitpunkt t1 an, überschrei­ tet im Zeitpunkt t2 einen vorgegebenen, unteren Spannungs­ schwellwert S3 und im Zeitpunkt t3 einen vorgegebenen, oberen Spannungsschwellwert S4. Anschließend erreicht sie ihr Maxi­ mum, welches bis zum Ende des Steuersignals st im Zeitpunkt t4 beibehalten wird. Mit dem Ende des Steuersignals st fällt die Stellgliedspannung Up wieder, unterschreitet im Zeitpunkt t5 den oberen Spannungsschwellwert S4 und im Zeitpunkt t6 den unteren Spannungsschwellwert S3, bevor sie wieder zu Null wird.

In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1b und 1d wird ein Verfahren zur Überwachung eines kapazitiven Stell­ gliedes mittels vom Lade- bzw. Entladestrom Ip abgeleiteter, "gesteuerter" Größen von Ladedauer T2 und Entladedauer T3 be­ schrieben. Als gesteuerte Größen sind im folgenden solche Größen bezeichnet, die vom Beginn oder vom Ende des Steuer­ signals st an gemessen werden. Dies ist in jedem Fall die Größe T1 selbst, sowie in diesem Ausführungsbeispiel noch La­ dedauer T2 und Entladedauer T3. Alle anderen Größen, die so­ wohl ab dem Über- oder Unterschreiten eines Schwellwertes ge­ messen werden, sind als "gemessene" Größen bezeichnet und mit einem Stern versehen. Dies ist in diesem Ausführungsbeispiel nur die Größe T4* (die Öffnungsdauer des von dem Stellglied betätigten Ventils), da sie beginnt, wenn der Ladestrom +Ip den ersten Stromschwellwert S1 unterschreitet. Sie endet im Zeitpunkt t6, in welchem der Entladestrom -Ip den zweiten Stromschwellwert S2 übersteigt.

Die Ladedauer T2 reicht vom Beginn des Steuersignals st im Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t3, in welchem der Ladestrom +Ip den ersten Stromschwellwert S1 unterschreitet. Entspre­ chend reicht die Entladedauer T3 vom Ende des Steuersignals st im Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t6, in welchem der Ent­ ladestrom -Ip den zweiten Stromschwellwert S2 übersteigt.

Wie Fig. 1d zu entnehmen ist, gilt im funktionstüchtigen Zu­ stand des Stellgliedes für die Größen T1 bis T4* folgende Be­ ziehung: T2 + T4* = T1 + T3.

Weicht die Summe der Dauern T2 + T4 nicht um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert X von der Summe der Dauern T1 + T3 ab:

|T2 + T4* - T1 - T3| ≦ X,

so wird davon ausgegangen, daß das Stellglied und damit das Kraftstoffeinspritzventil ordnungsgemäß funktioniert.

Bei einem auftretenden Fehler - beispielsweise, wenn die Ent­ ladung verzögert einsetzt oder ausbleibt - würden sich die Dauern T3 und T4* um den gleichen Betrag ändern; das Gleich­ gewicht T2 + T4* = T1 + T3 bliebe erhalten und der Fehler würde nicht erkannt werden.

Die Ladedauer T2 und die Entladedauer T3 werden aber auch von der Motorsteuerung, abhängig von verschiedenen Parametern, berechnet und vorgegeben; diese Größen werden berechnet, ge­ speichert und sind deshalb bekannt. Darum werden bei diesem Ausführungsbeispiel diese berechneten Werte für Ladedauer T2 und Entladedauer T3 verwendet, um Funktionsfehler des Stell­ gliedes festzustellen.

Bei dem oben beschriebenen Fehler ändert sich dann nur die Dauer T4*, während die anderen Dauern T1, T2 und T3 vorgege­ ben sind; es wird:

|T2 + T4*| < |T1 + T3| → |T2 + T4* - T1 - T3| < X.

Auf diese Weise kann der Fehler nun erkannt werden.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1b und 1e wird ein Verfahren zur Überwachung eines kapazitiven Stell­ gliedes ebenfalls mittels vom Lade- bzw. Entladestrom Ip ab­ geleiteter, aber "gemessener" Größen (Ladedauer T2*, Entlade­ dauer T3* und Ventilöffnungsdauer T4*) beschrieben.

Die Ladedauer T2* beginnt, wenn der Ladestrom +Ip den ersten Schwellwert S1 übersteigt, also im Zeitpunkt t2; sie endet im Zeitpunkt t3, wenn der Ladestrom +Ip den ersten Schwellwert S1 wieder unterschreitet.

Die Entladedauer T3* beginnt, wenn der Entladestrom -Ip den zweiten Schwellwert S2 unterschreitet, also im Zeitpunkt t5; sie endet im Zeitpunkt t6, wenn der Entladestrom -Ip den zweiten Schwellwert S2 wieder übersteigt.

Bei diesem und dem weiter unten beschriebenen vierten Ausfüh­ rungsbeispiel kann davon ausgegangen werden, daß in erster Näherung t2 - t1 = t5 - t4.

Bei dem oben beschriebenen Fehler ändert sich auch hier nur die Dauer T4*, und der Fehler kann erkannt werden:

T2* + T4* < T1 + T3* → T2* + T4* - T1 - T3* < X.

In einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1c und 1d wird ein Verfahren zur Überwachung eines kapazitiven Stell­ gliedes mittels von der Stellgliedspannung Up abgeleiteter, "gesteuerter" Größen von Ladedauer T2 und Entladedauer T3 be­ schrieben.

Die Ladedauer T2 reicht vom Beginn des Steuersignals st im Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t3, in welchem die Stellglied­ spannung Up den oberen Spannungsschwellwert S3 übersteigt. Entsprechend reicht die Entladedauer T3 vom Ende des Steuer­ signals st im Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt t6, in welchem der Entladestrom -Ip den unteren Spannungsschwellwert S3 wie­ der unterschreitet.

Die Öffnungsdauer T4* des von dem Stellglied betätigten Ven­ tils beginnt, wenn die Stellgliedspannung Up den oberen Span­ nungsschwellwert S4 übersteigt. Sie endet im Zeitpunkt t6, in welchem die Stellgliedspannung Up den unteren Spannungs­ schwellwert S3 wieder unterschreitet.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden für Lade- und Ent­ ladedauer wieder die vorgegebenen, gespeicherten Werte ver­ wendet. Bei dem im ersten Ausführungsbeispiel erwähnten Feh­ ler verhält sich das Verfahren nach diesem dritten Ausfüh­ rungsbeispiel genauso wie das Verfahren nach dem ersten Aus­ führungsbeispiel.

In einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1c und 1e schließlich wird das Verfahren mittels von der Stellglied­ spannung Up abgeleiteter, aber "gemessener" Größen (Ladedauer T2*, Entladedauer T3* und Ventilöffnungsdauer T4*) beschrie­ ben.

Die Ladedauer T2* reicht vom Zeitpunkt t2, in welchem die Stellgliedspannung Up den unteren Spannungsschwellwert S3 übersteigt, bis zum Zeitpunkt t3, in welchem die Stellglied­ spannung Up den oberen Spannungsschwellwert S4 übersteigt. Entsprechend reicht die Entladedauer T3* vom Zeitpunkt t5, in welchem die Stellgliedspannung Up den oberen Spannungs­ schwellwert S4 unterschreitet, bis zum Zeitpunkt t6, in wel­ chem die Stellgliedspannung Up den unteren Spannungsschwell­ wert S3 wieder unterschreitet.

Die Öffnungsdauer T4* des von dem Stellglied betätigten Ven­ tils beginnt auch bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Stellgliedspannung Up den oberen Spannungsschwellwert S4 übersteigt, und endet im Zeitpunkt t6, in welchem die Stell­ gliedspannung Up den unteren Spannungsschwellwert S3 wieder unterschreitet.

Auch bei diesem vierten Ausführungsbeispiel ändert sich, wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem oben beschriebe­ nen Fehler nur die Dauer T4*, und der Fehler kann erkannt werden:

|T2* + T4*| < |T1 + T3*| → |T2* + T4* - T1 - T3*| < X.

Die Fehler, welche mittels des beschriebenen Verfahrens er­ kannt werden können, sind folgende:
mit der ersten Methode, entsprechend dem ersten oder dritten Ausführungsbeispiel, bei der T1, T2 und T3 "gesteuerte" (be­ rechnete und gespeicherte) Größen sind und T4 gemessen wird, lassen sich folgende Fehler feststellen:

• - der Ladestrom +Ip oder der Entladestrom -Ip beginnt zu früh oder zu spät zu fließen;
• - die Ladedauer T2 oder die Entladedauer T3 wird länger oder kürzer als der vorgegebene Wert.

In diesen vier Fällen bleiben die vorgegebenen Werte der Grö­ ßen T1, T2 und T3 unverändert, aber T4 wird länger oder kür­ zer): |T2 + T4*| < |T1 + T3| → |T2 + T4* - T1 - T3| < X.

Mit der zweiten Methode, entsprechend dem zweiten oder vier­ ten Ausführungsbeispiel, bei der T1 eine "gesteuerte" Größe ist und T2*, T3* und T4* gemessen werden, lassen sich folgen­ de Fehler feststellen:

• a) mit einer Genauigkeit wie bei der ersten Methode:
  alle Fehler, die nach der ersten Methode erfaßbar sind, wenn die gemessenen Werte T2* und T3* zusätzlich mit den gesteuer­ ten Größen T2 und T3 verglichen werden; besteht keine Über­ einstimmung, so wird dies als Fehler gewertet;
• b) mit besserer Genauigkeit als bei der ersten Methode:
  der Ladestrom +Ip oder der Entladestrom -Ip beginnt zu früh oder zu spät zu fließen; dabei bleibt die Ladedauer T2* oder die Entladedauer T3* gleich lang, sie verschiebt sich nur nach vorne oder nach hinten, lediglich die Größe T4* ändert sich dabei:
  |T2* + T4*| < |T1 + T3*| → |T2* + T4* - T1 - T3*| < X.

Es lassen sich auch mehrere, gleichzeitig auftretende Fehler feststellen, deren Aufzählung allerdings infolge der Vielzahl ihrer Kombinationen zu lang wäre.

Wenn einer der aufgezählten Fehler auftritt, so wird bei­ spielsweise bei einmaligem Auftreten keine Reaktion ausge­ löst. Tritt er mehrmals auf, so muß dieses Stellglied (und bei einer Brennkraftmaschine wenigstens der zugehörige Zylin­ der) abgeschaltet werden. Es erfolgt dann bei vorhandenem OBD-System (On-Board-Diagnosis) beispielsweise bei jedem auf­ tretenden Fehler ein Eintrag in ein Fehlerprotokoll, und es kann zusätzlich eine Warnlampe angeschaltet werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Überprüfung eines kapazitiven Stellgliedes, insbesondere für die Betätigung eines Kraftstoffeinspritzven­ tils einer Brennkraftmaschine, welches mittels eines Steuer­ signals (st) einer Motorsteuerung gesteuert wird, auf ord­ nungsgemäße Funktion, dadurch gekennzeichnet,
daß die gesteuerten Größen
Dauer (T1) des Steuersignals (st), von dessen Beginn (Zeit­ punkt t1) bis zu dessen Ende (Zeitpunkt t4),
Ladedauer (T2) des Stellgliedes, die vom Beginn (t1) des Steuersignals (st) bis zu einem Zeitpunkt (t3) reicht, in welchem der Ladestrom (+Ip) des Stellgliedes einen ersten Stromschwellwert (S1) unterschreitet oder die Ladespan­ nung (Up) einen oberen Spannungsschwellwert (S4) über­ schreitet, und
Entladedauer (T3) des Stellgliedes, die vom Ende (Zeitpunkt t4) des Steuersignals (st) bis zu einem Zeitpunkt (t6) reicht, in welchem der Entladestrom (-Ip) des Stellglie­ des einen zweiten Stromschwellwert (S2) überschreitet oder die Stellgliedspannung (Up) einen unteren Spannungs­ schwellwert (S3) unterschreitet,
sowie die gemessene Größe
Öffnungsdauer (T4* = t6 - t3) eines von dem Stellglied be­ tätigten Ventils
nach der Formel |T1 + T3 - T2 - T4*| ≦ X zueinander in Bezie­ hung gesetzt werden, wobei X ein vorgegebener Grenzwert ist, und ein Fehler der Funktion des Stellgliedes diagnostiziert wird, wenn diese Formel nicht erfüllt wird, und
wobei als Ladedauer (T2) und Entladedauer (T3) von der Motor­ steuerung vorgegebene und gespeicherte Werte herangezogen werden.

2. Verfahren zur Überprüfung eines kapazitiven Stellgliedes, insbesondere für die Betätigung eines Kraftstoffeinspritzven­ tils einer Brennkraftmaschine, welches mittels eines Steuer­ signals (st) einer Motorsteuerung gesteuert wird, auf ord­ nungsgemäße Funktion, dadurch gekennzeichnet,
daß die gesteuerte Größe
Dauer (T1) des Steuersignals (st), von dessen Beginn (Zeit­ punkt t1) bis zu dessen Ende (Zeitpunkt t4),
sowie die gemessenen Größen
Ladedauer (T2*) des Stellgliedes, die zu einem Zeitpunkt (t2) beginnt, wenn der Ladestrom (+Ip) des Stellgliedes einen ersten Stromschwellwert (S1) überschreitet oder die Stellgliedspannung (Up) einen unteren Spannungsschwell­ wert (S3) überschreitet, und zu einem Zeitpunkt (t3) en­ det, in welchem der Ladestrom (+Ip) des Stellgliedes den ersten Stromschwellwert (S1) wieder unterschreitet oder die Ladespannung (Up) einen oberen Spannungsschwellwert (S4) überschreitet,
Entladedauer (T3*) des Stellgliedes, die zu einem Zeitpunkt (t5) beginnt, wenn der Entladestrom (-Ip) des Stellglie­ des den zweiten Stromschwellwert (S2) unterschreitet oder die Stellgliedspannung (Up) den oberen Spannungsschwell­ wert (S4) unterschreitet, und zu einem Zeitpunkt (t6) en­ det, in welchem der Entladestrom (-Ip) des Stellgliedes den zweiten Stromschwellwert (S2) wieder überschreitet oder die Stellgliedspannung (Up) den unteren Spannungs­ schwellwert (S3) wieder unterschreitet, und
Öffnungsdauer (T4* = t6 - t3) eines von dem Stellglied be­ tätigten Ventils,
nach der Formel |T1 + T3* - T2* - T4*| ≦ X zueinander in Be­ ziehung gesetzt werden, wobei X ein vorgegebener Grenzwert ist, und ein Fehler der Funktion des Stellgliedes diagnosti­ ziert wird, wenn diese Formel nicht erfüllt wird, und daß die gemessenen Werte von Ladedauer (T2*) und Entladedauer (T3*) mit den entsprechenden, gesteuerten Größen (T2, T3) der Mo­ torsteuerung verglichen werden, und
daß ein Fehler der Funktion des Stellgliedes auch diagnosti­ ziert wird, wenn die gemessenen Größen um mehr als einen vor­ gegebenen Betrag von den gesteuerten Größen abweichen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem an einem Stellglied mehrmals auftretenden Feh­ ler dieses Stellglied abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem an einem Stellglied auftreten­ den Fehler ein Eintrag in ein Fehlerprotokoll erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschalten eines Stellgliedes eine Warnlampe eingeschal­ tet wird.