-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur
Diagnose eines Druckhalteventils eines Common-Rail-Systems gemäß dem Oberbegriff
der unabhängigen Ansprüche.
-
Aus
der
DE 10 2004 035 455 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Druckhalteventils
eines Common-Rail-Systems bekannt, bei dem der Spannungsbedarf mehrerer
Injektoren bestimmt und mit einem vorgebbaren Spannungswert verglichen
wird. Aufgrund dieser Vergleiche wird auf die Funktionsfähigkeit
der Druckhalteeinrichtung geschlossen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird
zur Diagnose eines Druckhalteventils eines Common-Rail-Systems,
in bestimmten Betriebszuständen überprüft,
ob Einspritzungen erfolgen, wobei auf ein Fehler des Druckhalteventils
erkannt wird, wenn Einspritzungen ausbleiben. Dadurch ergibt sich
der Vorteil, dass ein Defekt des Druckhalteventils sicher erkannt
werden kann, wobei lediglich bereits im Steuergerät zur
Steuerung der Brennkraftmaschine vorliegende Größen und
Signale verwendet werden.
-
Bei
einer ersten Ausführungsform wird eine ausbleibende Einspritzung
und damit ein Fehler des Druckhalteventils dadurch erkannt, dass überprüft wird,
ob bei Volllast die Ladedruckregelung den Sollwert für
den Ladedruck nicht erreicht.
-
Bei
einer zweiten Ausführungsform wird eine ausbleibende Einspritzungen
und damit ein Fehler des Druckhalteventils ausgehend von einer gestörten Kraftstoffmengenbilanz
erkannt.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung werden beide Ausführungsformen
kombiniert und nur dann ein defektes Druckhalteventil erkannt wird,
wenn gemäß beider Ausführunsformen eine
ausbleibende Einspritzung erkannt wird. Damit ist eine sichere Erkennung
ohne eine Verwechslung mit anderen Fehlern möglich.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Prüfung auf einen Fehler des
Druckhalteventils in bestimmten Betriebszuständen erfolgt,
in denen die Fehler mit erhöhter Wahrscheinlichkeit auftreten.
Solche Betriebszustände liegen insbesondere bei hohen Raildrücken,
bei großen Einspritzmengen, bei Mehrfacheinspritzungen
und/oder bei hohen Drehzahlen vor. Dadurch können auch
kleine Undichtigkeiten im Druckhalteventil frühzeitig erkannt
werden.
-
Vorteilhaft
ist es, wenn eine gestörte Kraftstoffmengenbilanz erkannt
wird, da beim Beschleunigen ein Anstieg des Raildrucks über
dem Sollwert erfolgt. Ein Anstieg des Raildrucks kann dabei besonders
leicht ausgehend von der Stellgröße für
die Druckregelung erkannt werden.
-
Bevorzugt
wird die gestörte Kraftstoffmengenbilanz erkannt wenn ein
Anstieg des Raildrucks über den Sollwert erfolgt. Insbesondere
dann, wenn der Anstieg des Raildrucks erkannt wird und gleichzeitig
die Zumesseinheit schließt.
-
Ferner
wird eine gestörte Mengenbilanz erkannt, wenn der Anstieg
des Raildrucks über den Sollwert erkannt wird und der I-Anteil
eines Druckreglers kleiner Null oder kleiner als ein Schwellenwert
ist, wobei gleichzeitig die Raildruckregelabweichung kleiner als
eine vorgegebener Wert ist.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein
Blockdiagramm der wesentlichen Elemente eines Common-Rail-Systems,
und die
-
2 und 3 jeweils
eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise.
-
Ausführungsformen
der Erfindung
-
In
1 sind
die wesentlichen Elemente eines Common-Rail-Systems dargestellt.
Mit
100 ist ein Injektor bezeichnet, der der Brennkraftmaschine abhängig
von einem Ansteuersignal AI Kraftstoff zumisst. Der Injektor beinhalten
zum Einen einen Aktor
102, der über einen hydraulischen
Koppler
106 eine Ventilnadel
104 ansteuert. Bei
dem Aktor
102 handelt es sich vorzugsweise um einen so
genannten Piezoaktor. Das Anlegen einer Spannung führt
zu einer Ausdehnung bzw. alternativ zu einem Zusammenziehen des
Aktors, d. h. das Anlegen einer Spannung führt zu einer
Längenänderung des Aktors. Diese Längenänderung
wird über den hydraulischen Koppler
106 auf die
Ventilnadel
104 übertragen. Aufgrund der Längenänderung
des Aktors gibt die Ventilnadel
104 die Einspritzung in
den entsprechenden Brennraum frei bzw. unterbricht diese die Einspritzung.
Der Koppler
106 dient dazu, um Längenänderungen,
die nicht auf Spannungsänderungen beruhen, zu kompensieren.
Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 035 455 bekannt und
beschrieben.
-
Der
Injektor 100 wird über eine Hochdruckleitung 110 von
einem Hochdruckspeicher 120 mit unter hohem Druck stehendem
Kraftstoff versorgt. Am Hochdruckspeicher 120 ist ein Drucksensor 125 angeordnet,
der ein Drucksignal P bereitstellt. Dieses Drucksignal P gibt den
tatsächlichen Druck im Hochdruckspeicher wieder. Eine Hochdruckpumpe 130 fördert
Kraftstoff von einem Niederdruckspeicher 140 unter Druck
in den Hochdruckspeicher. Der Druck im Hochdruckspeicher 120 kann
mittels einer Zumesseinheit 135, die im Bereich der Hochdruckpumpe
angeordnet ist, gesteuert werden. Dies bedeutet abhängig
von dem An steuersignal AP, mit dem die Zumesseinheit 135 beaufschlagt
wird, fördert die Hochdruckpumpe 130 unterschiedliche
Kraftstoffmengen in den Hochdruckspeicher 120.
-
Ein
Steuergerät 150 beaufschlagt die Zumesseinheit 135 mit
dem Ansteuersignal AP und die den Injektor 100 mit dem
Ansteuersignal AI. Des weiteren verarbeitet das Steuergerät
das Ausgangssignal des Drucksensors 125 sowie das Signal
N weiterer Sensoren 155.
-
Ein
solches Druckhalteventil wird insbesondere bei Common-Rails-Systemen
mit Piezoaktoren eingesetzt, da diese üblicherweise einen
Koppler beinhalten. Das Druckhalteventil 160 ist notwendig,
damit in der Rücklaufleitung zwischen Injektor und Niederdruckbereich 140 ein
bestimmter Druck aufrecht gehalten wird, um die Funktion des Kopplers
aufrecht zu erhalten. Dadurch wird verhindert, dass sich der Koppler 106 völlig
entleert und dieser nicht mehr funktionsfähig ist. Bei
einem leergelaufenem oder nicht mehr vollständig gefülltem
hydraulischen Koppler 106 finden die Einspritzungen nicht
mehr statt und der Motor stellt schlagartig ab. Der Druck in der
Rücklaufleitung wird durch das Druckhalteventil aufrecht erhalten.
Dieses Druckhalteventil besteht im wesentlichen aus einer Ventilkugel,
die auf einem Kegelsitz und einer vorgespannten Feder aufliegt.
Das Druckhalteventil 160 gewährleistet, dass der
Druck im Koppler nicht unter einen bestimmten Druckwert abfällt.
Dieser bestimmte Druck hängt dabei im wesentlichen von
der Bauform des Druckhalteventils ab. So ist dieses vorzugsweise
derart ausgebildet, dass dieses bei einem bestimmten Druck öffnet.
-
Wird
aus irgendeinem Grund die Dichtigkeit des Ventils beeinträchtigt,
ist somit der Gegendruck nicht mehr gewährleistet, so ist
die Befüllung des hydraulischen Kopplers 106 nicht
mehr vollständig und die Einspritzung setzt aus. Tritt
dieser Fall auf, so kann im Steuergerätespeicher ein Fehler
hinterlegt werden. Tritt ein solcher Fehler auf, so kann dieser von
anderen Fehlern, die ebenfalls zu einem Ausfall der Einspritzung
führen, nicht sicher unterschieden werden. Ein der unvollständigen
Befüllung des Kopplers entsprechender Fehler wurde bisher
nicht erkannt bzw. führt so zu Fehlereinträgen
bei anderen Bauteilen, die nicht ursächlich auf den Fehler
hindeuten.
-
Infolge
der ausbleibenden Einspritzungen treten Folgefehler auf. Beispielsweise
kann eine positive Ladedruckregelabweichung auftreten, denn finden
keine Einspritzungen statt, so kann durch die fehlende Energie auf
der Turbine auch kein Ladedruck erzeugt werden. Dies führt
zu einer Fehleranzeige in dem Ladedruckregelkreis. Ein Defekt in
der Funktionsweise des Druckhalteventils wird oft in der Werkstatt
falsch interpretiert und führt dazu, dass irrtümlich
falsche Komponenten wie beispielsweise die Injektoren oder der Turbolader
ausgewechselt bzw. repariert werden.
-
Grundgedanke
der Erfindung ist die Interpretation der Mengenbilanz. Die Mengenbilanz
des Systems besagt, dass die von der Hochdruckpumpe in das Rail
geforderte Menge der benötigten Einspritzmenge samt Leckage
des Systems entsprechen muss.
-
Üblicherweise
erfolgt eine Vorsteuerung der Zumesseinheit. D. h. ausgehend vom
Betriebszustand und/oder der einzuspritzenden Kraftstoffmenge wird
ein Vorsteuerwert vorgegeben, mit dem die Zumesseinheit angesteuert
wird. Dieser Vorsteuerwert ist derart bemessen, dass sich üblicherweise
der gewünschte Raildruck einstellt. Kleinere Abweichung werden
durch einen Regler, der wenigstens einen Integral-Anteil beinhaltet
ausgeglichen.
-
Durch
eine motorbetriebspunktabhängige Vorsteuerung der Zumesseinheit
der Pumpe wird eine bestimmte Fördermenge festgelegt. Setzt
die Einspritzung ungewollt schlagartig aus, da das Druckhalteventil
defekt ist, so fördert die Hochdruckpumpe mehr Kraftstoff
als benötigt ist. Dies hat zur Folge, dass die Mengenbilanz
nicht mehr im Gleichgewicht ist, die Vorsteuerung zu hoch und der
Integrator der Hochdruckregelung negativ wird. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass ausgehend von der Mengenbilanz ein Fehler des Druckhalteventils erkannt
wird.
-
Eine
detaillierte Darstellung der Vorgehensweise ist in 2 dargestellt.
Bereits in 1 beschriebene Elemente sind
in 2 mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.
-
Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass insbesondere bei den folgenden Betriebszuständen eine
vollständige Befüllung des hydraulischen Kopplers
besonders erschwert ist und damit ein Fehler sehr frühzeitig
erkannt werden kann, da in diesen Betriebszuständen bereits
ein kleiner Fehler eine große Auswirkung auf das Gesamtsystem
besitzt. Solche Betriebszuständen liegen insbesondere bei
großen Einspritzmengen und großen Raildrücken
OP vor. Ein weiterer Betriebszustand liegt vor, wenn zahlreiche
Teileinspritzungen angefordert werden, bei denen wenig Zeit verbleibt
den Koppler zu befüllen. Dies ist insbesondere dann der
Fall, wenn ein Abgasnachbehandlungssystem zu regenerieren ist und
dabei eine oder mehrere Nacheinspritzungen erfolgen müssen.
Des weiteren liegt ein Betriebszustand bei hohen Drehzahlen vor,
da hier ebenfalls wenig Zeit zwischen den Einspritzungen verbleibt,
um den Koppler zu befüllen.
-
Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass ein schlagartiges Aussetzen der Einspritzung, die
auf einen nicht befüllten Koppler beruht, vorzugsweise während
einer Beschleunigung des Fahrzeugs auftritt, bei der die Drehzahl
und die Last zunimmt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn
bei diesen Zuständen gleichzeitig eine hohe Kraftstoffmenge
einzuspritzen ist. Üblicher Weise wird in diesen Betriebszuständen
die Hochdruckregelung durch die Zumesseinheit ZME geleistet. Setzt
die Einspritzung schlagartig aus, so ist damit auch ein Anstieg
des Raildrucks P gegenüber dem Sollwert zu verzeichnen,
da die von der Hochdruckpumpe 130 zur Verfügung
gestellte Menge nicht mehr verbraucht wird. In dem Augenblick des
Aussetzen der Einspritzung ist daher die Mengenbilanz gestört.
Um den Raildrucksollwert dennoch zu folgen, veranlasst die Raildruckregelung
ein Schließen der Zumesseinheit und damit eine Fördermengenrücknahme.
-
In 2 ist
eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise dargestellt. Einem Druckregler 200 wird
das Ausgangssignal eines Verknüpfungspunktes 210,
das der Regelabweichung des Druckregelkreises entspricht, zugeführt. An
den beiden Eingängen des Verknüpfungspunktes 210 liegt
das Ausgangssignal P des Drucksensors und das Ausgangssignal einer
Sollwertvorgabe 220 für den Raildruck an. Mit
dem Ausgangssignal des Druckreglers wird ein Verknüpfungspunkt 205 beaufschlagt,
an dessen zweiten Eingang des Ausgangssignals einer Vorsteuerung 230 anliegt.
Die Vorsteuerung 230 ist vorzugsweise als Vorsteuerkennfeld ausgebildet,
in dem die Stellgröße VW für den Drucksteller
vorzugsweise abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine
abgelegt ist. Vorzugsweise ist dieser Wert in dem Vorsteuerkennfeld
abhängig von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine abgelegt.
Als Lastgröße wird insbesondere die eingespritzte
Kraftstoffmenge oder die Ansteuerdauer der Injektoren verwendet.
-
Ausgehend
von der Summe des Vorsteuerwerts und dem Ausgangssignal des Druckreglers wird
dann der Drucksteller insbesondere die Zumesseinheit 135 angesteuert.
-
Das
Ausgangssignal des Verknüpfungspunktes, d. h. die Regelabweichung
sowie der I-Anteil des Druckreglers wird einer Auswertung 250 zugeführt.
Der Druckregler beinhaltet zumindest einen P-Anteil und einen I-Anteil.
Der Auswertung 250 werden weitere Größen,
wie beispielsweise verschiedene Sensorsignale der Sensoren 155,
wie beispielsweise die Drehzahl N, sowie weitere interne Größen des
Steuergeräts 150 zugeführt. Als solche
interne Größen werden insbesondere die Einspritzmenge QK
oder die Ansteuerdauer der Injektoren verwendet. Des weiteren werden
verschiedene Signale der Auswertung 250 zugeführt,
die den Zustand des Einspritzsystems charakterisieren. Ein solches
Signal gibt beispielsweise an, ob eine Einspritzerlaubnis vorhanden
ist. Diese Einspritzerlaubnis ist vorhanden, wenn die Synchronisation
des Drehzahlsignals vorhanden ist und ein Mindestdruck im Rail gewährleistet
ist. Als weiteres Signal wird ausgewertet, ob eine Mengenanforderung
des Fahrers vorliegt.
-
Die
Regelung der Zumesseinheit ZME setzt sich aus einem für
den Betriebspunkt festgelegten Vorsteuerwert VW und den P-Anteilen
und I-Anteilen des Reglers zusammen. Für den Fall des Konstantbetriebs
bei einem Betriebspunkt wird der Hauptanteil aus dem Vorsteuerkennfeld
geliefert. Der Vorsteuerwert VW wird ausgehend von der Drehzahl und/oder
der Motorlast, die der Kraftstoffmenge entspricht, von einem Vorsteuerkennfeld 230 vorgegeben.
Im konstanten Betrieb nimmt der P-Anteil des Reglers 200 den
Wert Null an, da keine Regelabweichung vorliegt. Der I-Anteil ist
größer Null, da das Vorsteuerkennfeld für
ein System mit der höchsten Förderung ausgelegt
ist und damit das Nominalsystem zu niedrig ist.
-
Tritt
nun ein Fehler im Druckhalteventil auf, so wird der Koppler nicht
mehr befüllt und eine Einspritzung fällt aus.
In diesem Fall ist im Augenblick des Fehlereintritt die Kraftstoffmengenanforderung des
Motors noch hoch. Dies hat zur Folge, dass der Vorsteuerwert aus
dem Vorsteuerkennfeld 230 ebenfalls eine große
Menge vorgibt. Aufgrund der nicht mehr erfüllten Mengenbilanz
und der dadurch resultierenden Regelabweichung nimmt der I-Anteil
ab und wird negativ oder unterschreitet einen festgelegten Grenzwert.
Tritt dieser Fall ein und sind gleichzeitig noch weitere Bedingungen
erfüllt, so erkennt die Auswertung 250 auf Fehler
des Druckhalteventils.
-
Eine
gestörte Kraftstoffmengenbilanz wird erkannt wenn ein Anstieg
des Raildrucks über den Sollwert erfolgt. Insbesondere
dann, wenn der Anstieg des Raildrucks erkannt wird und gleichzeitig
die Zumesseinheit schließt.
-
Ferner
wird eine gestörte Mengenbilanz erkannt, wenn der Anstieg
des Raildrucks über den Sollwert erkannt wird und der I-Anteil
eines Druckreglers kleiner Null oder kleiner als ein Schwellenwert
ist.
-
Bevorzugt
wird zusätzlich überprüft, ob gleichzeitig
die Raildruckregelabweichung kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
-
Erfolgt
ein Anstieg des Raildrucks und ist der I-Anteil kleiner als ein
Schwellenwert und ist gleichzeitig die Raildruckregelabweichung
kleiner als ein vorgegebener Wert so wird auf Fehler erkannt.
-
Als
weitere Bedingungen werden überprüft, ob die Synchronisation
des Drehzahlsignals vorhanden ist und ein Mindestdruck im Rail gewährleistet
ist. Diese Bedingung gibt an, ob bei dem vorliegenden Betriebszustand überhaupt
Einspritzungen vorliegen können, d. h. ob Einspritzungen
erlaubt sind.
-
Eine
zweite Bedingung überprüft, ob eine Mengenanforderung
durch den Fahrer vorliegt bzw. größer als eine
Schwelle ist. Hierzu wird beispielsweise überprüft,
ob die Einspritzmenge QK größer als ein bestimmter
Schwellenwert bzw. ob die Ansteuerdauer des Injektors größer
als ein Schwellenwert ist.
-
Hierzu
werden insbesondere interne Größen, die im Motorsteuergerät 250 vorliegen,
ausgewertet. Als weitere Bedingung wird überprüft,
ob die Regelabweichung der Raildruckregelung kleiner als ein vorgegebener
Schwellenwert ist. Diese Bedingung ist besonders wichtig, um zu
gewährleisten, dass die Zumesseinheit ZME 135 nicht
klemmt oder blockiert ist, d. h. ein Fehler der Zumesseinheit vorliegt.
-
Des
weiteren wird eine Fehlererkennung nur ausgeführt, wenn
ein Betrieb oberhalb einer Drehzahlschwelle und eine aktive Raildruckregelung
vorliegt.
-
In 3 ist
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise dargestellt. Bereits in 1 oder 2 beschriebene
Elemente sind mit entsprechendem Bezugszeichen bezeichnet. Eine
Ladedruckregelung 300 verarbeitet das Ausgangssignal eines
Verknüpfungspunktes 330, an dessen Eingang das
Ausgangssignal einer Istwerterfassung 310 und an dessen
anderen Eingang das Ausgangssignal einer Sollwertvorgabe 320 anliegt. Ausgehend
von dem Vergleich zwischen dem Ist- und Sollwert gibt der Verknüpfungspunkt 330 ein
Signal, dass die Regelabweichung des Ladedruckregelkreises angibt
an den Ladedruckregler 300, der ausgehend von diesem Vergleich
ein Ansteuersignal für ein Ladedrucksteller 340 vorgibt.
Des weiteren ist eine Auswertung 350 vorgesehen, die ausgehend von
der Regelabweichung und den Ausgangssignalen weiterer Sensoren 155 ein
Defekt im Bereich des Druckhalteventils erkennt.
-
Diese
Diagnose beruht auf der Erkenntnis, dass ein fehlerhaftes Druckhalteventil
dazu führt, dass Einspritzungen ausbleiben. Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass solche ausbleibenden Einspritzungen, insbesondere
im Volllastbetrieb thermodynamische Auswirkungen besitzen. Beispielsweise kann
der Fall eintreten, dass der Ladedruckregler aufgrund zu niedriger
Abgastemperatur seinen Sollwert nicht erreicht. Dies bedeutet, die
Regelabweichung, insbesondere der Betrag der Regelabweichung ist
ständig größer als ein vorgegebener Wert.
-
Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass bei dieser Bedingung auf Fehler erkannt wird, wenn
sicher ausgeschlossen werden kann, dass diese nicht mit einem Fehler
im Luftsystem in Zusammenhang steht. Dies wird dadurch überprüft,
dass Signale der weiteren Sensoren 155 ausgewertet werden.
Alternativ oder ergän zen können anstelle der Sensoren 155 auch
Signale oder Größen, die im Steuergerät vorliegen
ausgewertet werden.
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
lediglich dann auf Fehler des Druckhalteventils erkannt wird, wenn
beide Bedingungen vorliegen, d. h. es wird ein Fehler des Druckhalteventils
erkannt, wenn sowohl die Regelabweichung des Ladedruckreglers eine
bleibende Regelabweichung zeigt und gleichzeitig der I-Anteil der Hochdruckregelung
negativ oder kleiner als ein Schwellenwert wird und die Regelabweichung
der Hochdruckregelung kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert
ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004035455 [0002, 0014]