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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Diagnose
eines Lastabfalls für einen Piezosteller einer Einspitzanordnung
sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
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Stand der Technik
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Eine
Einspritzanordnung bzw. ein Einspritzsystem, das auch als Common-Rail-System
bezeichnet wird, für Verbrennungsmotoren ist dazu ausgebildet,
Kraftstoff in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors einzuführen.
Hierzu kann die Einspritzanordnung als Aktor zur Beaufschlagung
eines Einspritzventils bspw. einen Piezosteller, bspw. Common-Rail-Piezosteller
aufweisen. Ein Lastabfall der z. B. durch Unterbrechung der Leitung
in einem Kabelbaum entsteht, führt in der Einspritzanordnung
mit dem Piezosteller dazu, dass der Piezosteller nicht geladen wird
und daher Einspritzungen ausfallen. In der Steuergerätegeneration
EDC17 der Robert Bosch GmbH ist eine Diagnose des Lastabfalls über den
Endstufenbaustein CY372 vorgesehen, diese Diagnose funktioniert
allerdings nur in bestimmten Steuergerätekonfigurationen.
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Die
Druckschrift
EP 1 138
905 B1 beschreibt ein Verfahren zum Erkennen einer Lastabnahme beim
Ansteuern von piezoelektrischen Elementen, um einen Abfall der elektrischen
Last eines oder mehrerer der piezoelektrischen Elemente zuverlässig
zu erkennen. Dabei wird ein Lastabfall eines piezoelektrischen Elements
dadurch erkannt, dass überwacht wird, ob eine gewünschte
Spannung an dem piezoelektrischen Element in weniger als einer vorbestimmten
Minimalzeit erreicht wird. Wenn eine solche Spannung in weniger
als der Minimalzeit erreicht wird, wird ein Signal erzeugt, um anzuzeigen, dass
ein Lastabfall für dieses piezoelektrische Element aufgetreten
ist. Mit einem solchen Signal können Gegenmaßnahmen
eingeleitet werden, die zur Fehlerbehebung notwendig sein können.
Die Fehlerbehebung kann zum Beispiel in der Werkstatt durchgeführt
werden. Das Signal kann auch zum Speichern einer Fehlernachricht
in einem elektronischen Speicher verwendet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Lastabfalls
an einem Piezosteller in einer Einspritzanordnung bzw. einem Einspritzsystem
in einem Verbrennungsmotor. Zur Durchführung der Diagnose
wird eine Spannung, die an dem Piezosteller anliegt, gemessen und
mit einer Schwellenspannung verglichen. Der zu diagnostizierende
Lastabfall liegt dann vor, falls die gemessene Spannung größer
als die Schwellenspannung ist.
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Das
Verfahren eignet sich bspw. für Einspritzanordnungen, die
als sog. Common-Rail-Einspritzanordnungen ausgebildet sind. Derartige
Einspritzanordnungen weisen auch Piezosteller auf, die entsprechend
als CR-Piezosteller ausgebildet sind. Die Piezosteller sind dazu
vorgesehen, zur Umsetzung eines Einspritzvorgangs ein Ventilmodul
eines Einspritzventils der Einspritzanordnung zu beaufschlagen und
dabei zu betätigen, so dass dadurch das Einspritzventil
geöffnet und Kraftstoff in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors
gefüllt wird. Bei Common-Rail-Einspritzanordnungen ist
vorgesehen, dass eine Druckerzeugung und eine Einspritzung des Kraftstoffs
zeitlich und örtlich entkoppelt sind. Dabei wird der Einspritzdruck
von einer separaten Hochdruckpumpe erzeugt, die nicht zwingend synchron
zu den Einspritzvorgängen angetrieben werden muss.
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Im
Rahmen des Verfahrens kann in Abhängigkeit eines Betriebspunkts
der Einspritzanordnung die zum Vergleich vorgesehene Schwellenspannung automatisch
und/oder dynamisch bereitgestellt werden. Hierbei wird die Schwellenspannung
aus einer Summe einer Soll-Spannung USoll zuzüglich
einer Offsetspannung ΔU gebildet. Die Sollspannung USoll als ein erster Summand für
die Schwellenspannung ist typischerweise von einem Betriebsparameter
der Einspritzanordnung, bspw. von einem Druck eines Kraftstoffs
bzw. Brennstoffs in der Einspritzanordnung, abhängig. Zur
Umsetzung des Verfahrens kann demnach durch ein Steuergerät
dieser Druck bestimmt und somit überwacht werden, so dass
es möglich ist, die Sollspannung USoll betriebsbegleitend anzupassen
und somit zur Durchführung einer Ausgestaltung des Verfahrens
bereitzustellen. Die Offsetspannung ΔU als zweiter Summand
für die Schwellenspannung kann ebenfalls anwendungsbezogen
und/oder betriebsbegleitend gewählt werden. Ein Wert für
die Offsetspannung ΔU kann hierzu ebenfalls von dem Steuergerät
betriebsbegleitend auf Grundlage von Betriebsparametern bereitgestellt werden.
Demnach ist die Schwellenspannung von mindestens einem Betriebsparameter
der Einspritzanordnung, bspw. dem Druck des Kraftstoffs, abhängig.
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Die
im Rahmen des Verfahrens zu messende Spannung wird frühestens
ab einer Beendigung eines Ladevorgangs zum Beladen des Piezostellers während
eines Einspritzvorgangs gemessen. Üblicherweise erfolgt
eine Messung dieser Spannung nach dem Ladevorgang, typischerweise
direkt nach Beendigung des Ladevorgangs.
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Der
in einer Variante des Verfahrens zu diagnostizierende Lastabfall
des Piezostellers kann unterschiedliche Ursachen haben. Durch die
Diagnose des Lastabfalls ist es bspw. möglich, eine Unterbrechung
in einem Kabelbaum, über den der Piezosteller ausgehend
von dem Steuergerät mit elektrischer Energie versorgt wird,
innerhalb der Einspritzanordnung nachzuweisen. Somit ist es möglich,
eine Unterbrechung, die in der Regel länger als ein sog.
Wackelkontakt ist, innerhalb mindestens einer Leitung, mit der der
Piezosteller mit dem Steuergerät verbunden ist, nachzuweisen.
Mit dem Verfahren können jedoch auch Lastabfälle,
die andere Ursachen haben, nachgewiesen werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zur Diagnose eines Lastabfalls
an einem Piezosteller in einer Einspritzanordnung. Diese Anordnung
ist dazu ausgebildet, eine Spannung zu messen und weiterhin diese
gemessene Spannung mit einer Schwellenspannung zu vergleichen. Mit
der Anordnung ist ein Vorliegen eines Lastabfalls zu diagnostizieren,
falls die gemessene Spannung größer als die Schwellenspannung
ist.
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In
Ausgestaltung kann diese Anordnung ein Steuergerät oder
ein Motorsteuergerät für eine Einspritzanordnung
aufweisen. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die An ordnung
eine Bankspannungsmessbrücke, die zum Messen der Spannung ausgebildet
ist, aufweist. Diesbezüglich kann vorgesehen sein, dass
die genannte Bankspannungsmessbrücke als eine Komponente
des Steuergeräts ausgebildet ist. Die Anordnung, typischerweise
das Steuergerät als eine Komponente der Anordnung, ist dazu
ausgebildet, mit der Einspritzanordnung zusammenzuwirken und dabei
Einspritzvorgänge, die von der Einspritzanordnung durchzuführen
sind, unabhängig davon, ob ein Lastabfall vorliegt oder
nicht, zu kontrollieren und somit zu steuern und/oder zu regeln.
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Mit
dieser Erfindung ist in Ausgestaltung eine Diagnose möglich,
die unabhängig von bestimmten Konfigurationen der Steuergerätehardware
ist. Des weiteren erfolgt die im Rahmen der Erfindung vorgesehene
Diagnose mit relativen Schwellen zu einem Sollwert und nicht, wie
es bei bisherigen Vorgehensweisen der Fall ist, mit Absolutwerten,
die typischerweise vorab festgelegt werden.
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Mit
dieser Ausgestaltung kann die Erkennungswahrscheinlichkeit eines
Fehlers bei einem Lastabfall deutlich erhöht und gleichzeitig
die Robustheit gegenüber Fehldiagnosen gesteigert werden.
Außerdem kann die neue Diagnosefunktion anwendungsbezogen
bzw. applikativ eingestellt werden, wohingegen bisherige Vorgehensweisen
keine Möglichkeit zu einer derartigen Anpassung bieten.
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Mit
der Erfindung ist es u. a. möglich, auch für Konfigurationen
von Steuergeräten, die hohe Parasitärkapazitäten
aufweisen, eines Diagnose-Lastabfalls umzusetzen.
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Die
beschriebene Anordnung ist dazu ausgebildet, sämtliche
Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei
können einzelne Schritte des Verfahrens auch von einzelnen
Komponenten der Anordnung durchgeführt werden. Weiterhin
können Funktionen der Anordnung oder Funktionen von einzelnen
Komponenten der Anordnung als Schritte des Verfahrens umgesetzt
werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln,
um alle Schritte eines beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn
das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden
Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen
Anordnung, ausgeführt wird.
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Das
erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln,
die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind,
ist zum Durchführen aller Schritte eines beschriebenen
Verfahrens ausgebildet, wenn das Computerprogramm auf einem Computer
oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen
Anordnung, ausgeführt wird.
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Bei
der Funktion zur Diagnose des Lastabfalls wird davon ausgegangen,
dass keine Erkennung über den anwendungsspezifischen integrierten Schaltungskreis
(application specific integrated circuit, ASIC) erfolgt und in Folge
dessen auch keine Notenladung stattfindet. Im Rahmen der Erfindung kann
entweder vorgesehen sein, dass eine Erkennung durch den ASIC deaktiviert
ist oder wird, oder dass dieses nicht funktioniert.
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Bei
Ausführung des Verfahrens ist eine derartige Erkennung
des Lastabfalls durch den ASIC nicht erforderlich. Die Spannung
erhöht sich bei einem Lastabfall in Folge des zeitgesteuerten
Ladevorgangs und der stark erniedrigten Kapazität weiter nach
oben. An der Bankspannungsmessbrücke des Steuergeräts
stellt sich der zu überprüfende Spannungsverlauf
ein. Da im Fall eines Lastabfalls die zu ladende Kapazität
auf die Parasitärkapazität der Endstufe reduziert
ist, ergibt sich ein wesentlich steilerer Spannungsgradient als
in einem fehlerfreien System. In der CY372-Endstufe erfolgt das
Laden bis zum Erreichen einer konstanten Ladezeit typischerweise
innerhalb von 100 μs.
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Da
bei Anwendung des Verfahrens der Lastabfall durch das Steuergerät
diagnostiziert und somit erkannt werden kann, ist es möglich,
dass ausgehend von dem Steuergerät Maßnahmen zur
Behebung des Lastabfalls vorgenommen werden kann.
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Im
Fehlerfall, d. h. bei Vorliegen des Lastabfalls, wächst
die Spannung bis auf den Maximalwert der Pufferspannung UBuffer und bleibt auf diesem Niveau, bis
die Endstufe den Ladevorgang zu einem zweiten Zeitpunkt beendet.
Danach fällt die Spannung wieder ab. Zu einem Zeitpunkt
direkt nach Beendigung des Ladevorgangs oder ab Beendigung des Ladevorgangs
wird in Ausgestaltung des Verfahrens nun eine Spannungsmessung durchgeführt.
Ein dabei ermittelter Spannungsmesswert bzw. gemessener Wert für
die Spannung wird mit der Schwellspannung verglichen, die um den
Spannungsoffset U über der Sollspannung USoll liegt.
Liegt der Spannungsmesswert über der Spannungsschwelle
USoll + U, so wird der Lastabfall erkannt.
Da die Sollspannung typischerweise raildruckabhängig ist,
verschiebt sich die Schwelle passend zu einem Betriebspunkt der
Einspritzanordnung automatisch. Das kann bei hohen Raildrücken
und demnach hohe Drücken des Kraftstoffs in der Einspritzanordnung
und damit verbundenen hohen Sollspannungen auch dazu führen,
dass die Schwellspannung über der Bufferspannung UBuffer liegt und in diesen Fällen
eine automatische Deaktivierung der Diagnose erfolgt, die die Robustheit
gegenüber einer Fehldiagnose deutlich erhöht.
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Bei
einer Umsetzung der Erfindung wird bei einer Messung des Spannungsverlaufs
bei einem Lastabfall im Steuergerät und bei einer entsprechenden
Diagnosereaktion die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Funktion
realisiert.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
in schematischer Darstellung ein erstes Diagramm zu Spannungsverläufen.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung ein zweites Diagramm zu Spannungsverläufen.
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3 zeigt
in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Anordnung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen
schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Die
Figuren werden zusammenhängend und übergreifend
beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
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Das
in 1 dargestellte Diagramm umfasst eine vertikal
orientierte Achse 2 für eine Spannung, die über
einer horizontal orientierten Achse 4 für die Zeit
aufgetragen ist. Innerhalb dieses Diagramms sind ein erster Spannungsverlauf 6 (durchgezogenen Linie)
und ein zweiter Spannungsverlauf 8 (gestrichelte Linie)
dargestellt. Entlang der horizontal orientierten Achse 4 für
die Zeit sind ein erster Zeitpunkt 10, ein zweiter Zeitpunkt 12,
ein dritter Zeitpunkt 14 sowie ein vierter Zeitpunkt 16 angezeigt.
Entlang der vertikal orientierten Achse 2 für
die Spannung ist ein Wert für eine Sollspannung 18 USoll sowie ein Wert für eine Pufferspannung 20 UBuffer angegeben.
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In
dem Diagramm ist mit dem ersten Spannungsverlauf 6 eine
typische Ladekurve in einer fehlerfreien Einspritzanordnung dargestellt.
Mit dem ersten Zeitpunkt 10 beginnt der Ladevorgang für
einen Piezosteller der Einspritzanordnung. Dieser Ladevorgang dauert
bis zu dem zweiten Zeitpunkt 12. Die Spannung fällt
danach leicht bis zu einem dritten Zeitpunkt 14, ab dem
der Entladevorgang beginnt, ab. In dieser Zeit sollte im eingeregelten
Zustand die Sollspannung 18 USoll erreicht
werden. Der Entladevorgang ist zu einem vierten Zeitpunkt 16 beim
Erreichen einer Spannung von 0 V abgeschlossen.
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Der
zweite Spannungsverlauf 8 in dem Diagramm aus 1 ergibt
sich, wenn an dem Piezosteller ein Lastabfall eintritt, der durch
eine Unterbrechung einer Zufuhr elektrischer Energie zu dem Piezosteller
hervorgerufen wird. Hierbei ergibt sich, dass die Spannung steiler
als im fehlerfreien Fall ansteigt und zudem ein viel höheren
Wert als im fehlerfreien Fall erreicht.
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Da
ein Vorliegen eines Lastabfalls nicht vorhersehbar ist, wird bei
Ausführung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zu einem fünften Zeitpunkt nach dem zweiten
Zeitpunkt 12 eine Spannungsmessung 22 durchgeführt.
Ein zu diesem fünften Zeitpunkt gemessener Wert wird mit
dem Wert für eine Schwellenspannung 24 verglichen.
Der Wert für die Schwellenspannung 24 ergibt sich
aus einer Summe aus der Sollspannung 18 USoll und
einer Offsetspannung 26 ΔU. Es ist u. a. vorgesehen,
dass die Sollspannung 18 USoll von
einem Druck eines Kraftstoffs innerhalb der Einspritzanordnung abhängt.
Demnach hängt auch der Wert für die Schwellenspannung 24 von
diesem Druck ab. In Ausgestaltung des Verfahrens wird daher die
Schwellenspannung 24 an einem laufenden Betrieb der Einspritzanordnung
angepasst.
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Eine
Bedingung, die für das Vorliegen des Lastabfalls an dem
Piezosteller spricht, ist dass die zum fünften Zeitpunkt
gemessene Spannung größer als die Schwellenspannung 24 ist.
Falls die zum fünften Zeitpunkt gemessene Spannung geringer
als die Schwellenspannung 24 ist, wird im Rahmen des Verfahrens
kein Lastabfall diagnostiziert. Der im Diagramm aus 1 gezeigte
zweite Spannungsverlauf 8, der im Defektfall auftritt,
wird an einer Bankspannungsmessbrücke im Steuergerät
gemessen.
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Das
Diagramm aus 2 zeigt ein in dem Diagramm
aus 1 eingekreistes Detail des Diagramms aus 1,
wobei ergänzend ein dritter Spannungsverlauf 28 (gepunktete
Linie) dargestellt ist. Dieser dritte Spannungsverlauf 28 wird
von einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC)
des Steuergeräts bei Vorliegen eines Lastabfalls gemessen.
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In
dem Diagramm aus 2 ist daher durch den dritten
Spannungsverlauf 28 (gepunktete Linie) der Erkennungsmechanismus
durch den ASIC im Falle des Lastabfalls dargestellt. Da der Piezosteller aufgrund
der Unterbrechung nicht mehr angekoppelt ist, werden nur die Parasitätkapazitäten
der Endstufe des Steuergeräts aufgeladen. Da diese sehr
klein sind, steigt die Spannung beim voreingestellten Strom sehr
stark an. Wird innerhalb eines Zeitintervalls T_uTOMin 30 eine
zweite Spannungsschwelle uTOMin 32 überschritten,
erkennt der ASIC den Lastabfall. Daraufhin erfolgt eine sofortige
Entladung und eine entsprechende Meldung an die CPU bzw. einen Hauptprozessor über
eine SPI bzw. serielle periphere Schnittstelle. Durch Maßnahmen
zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) können
jedoch in bestimmten Steuergeräte-Konfigurationen die Parasitärkapazitäten
so groß sein, dass der Spannungsanstieg nicht schnell genug
erfolgen. In diesem Fall versagt die Erkennung durch den ASIC.
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Die
Spannung steigt bis zum Erreichen der maximal verfügbaren
Pufferspannung 20 UBuffer an und
bleibt auf diesem Niveau bis der Ladeschalter zum zweiten Zeitpunkt 12 geöffnet
wird. Durch die Transferinduktivität fällt die
Spannung dann zunächst etwas stärker ab und verharrt
dann auf einem hohen Niveau bis zum Entladevorgang. In diesem Fall
erfolgt die Diagnose des Lastabfalls mit dem durch 1 beschriebenen
Verfahren.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Anordnung 40 für
eine sog. Common-Rail-Einspritzanordnung bzw. ein Common-Rail-Einspritzsystem
für einen Verbrennungsmotor.
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Diese
Anordnung 2 umfasst einen Piezosteller 42, der
zur Beaufschlagung einer Ventilnadel der Einspritzanordnung ausgebildet
ist. Dieser Piezosteller 42 ist mit einem Kabelbaum-Widerstand 44 in
Reihe geschaltet. Der Piezosteller 42 und der Kabelbaum-Widerstand 44 sind über
zwei elektrische Leitungen 46, 48 mit einem Pluspol 50 und
einem Minuspol 52 einer ersten Steuergerätkomponente 54 eines
Steuergeräts 56 als weitere Komponente der Anordnung 40 verbunden.
Es ist vorgesehen, dass das Steuergerät 56 dazu
ausgebildet ist, den Piezosteller 42 über die
elektrischen Leitungen 46, 48 mit elektrischer
Energie zu versorgen, so dass an dem Piezosteller 42 bei
idealem Betrieb eine Spannung anliegt, die es ermöglicht,
ein Einspritzventil zur Durchführung eines Einspritzvorgangs
zu beaufschlagen.
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Das
schematisch dargestellte Steuergerät 56 weist
als weitere Steurgerätkomponente 58 eine Bankspannungsmessbrücke
auf, die zum Messen der Spannung, die an dem Piezosteller 42 anliegt, ausgebildet
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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