DE102010029064A1

DE102010029064A1 - Method for monitoring fuel injection valve of injection device of internal combustion engine, involves carrying out opening and closing events by periodic pressurization when periodic change of pressure is detected in line

Info

Publication number: DE102010029064A1
Application number: DE201010029064
Authority: DE
Inventors: Buelent BARCIN; Tanja Marcelot; Claus Linsenmaier; Dean Sarcevic; Cem Karaca
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-11-24
Also published as: FR2960262A1; CN102251898A; CN102251898B

Abstract

The method involves carrying out (10) opening and closing events by a periodic pressurization when a periodic change of a pressure is detected in a line to an injection valve. The pressure changes are compared (30) with reference to the pressure changes of an error-free injection valve. A faulty injection valve is closed (40) during a deviation of the detected pressure changes from the reference-pressure changes. Independent claims are also included for the following: (1) a computer program for execution in a computing device or control unit; and (2) a computer program product with a program code.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Einspritzventils einer Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, wobei das Einspritzventil druckgesteuert betrieben wird und bei einer Druckbeaufschlagung periodische Öffnungs- und Schließereignisse am Einspritzventil hervorgerufen werden.The present invention relates to a method for monitoring an injection valve of an injection device for internal combustion engines, wherein the injection valve is operated under pressure control and when a pressurization periodic opening and closing events are caused at the injection valve.

Stand der TechnikState of the art

Zur Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine oder zur Einspritzung von anderen flüssigen Medien sind angesteuerte Einspritzventile bekannt. Einspritzventile oder Einspritzdüsen umfassen oftmals einen Düsenkörper und eine Düsennadel. Die Düsennadel wird von Druckfedern in den sogenannten Düsensitz gedrückt und verschließt damit den oder die Spritzöffnung(en). Durch den Kraftstoffdruck entsteht eine senkrecht wirkende Druckkraft. Ist diese größer als die Federkraft, wird die Nadel entgegen der Federkraft nach oben gedrückt, sodass die Spritzöffnung freigegeben und Kraftstoff eingespritzt wird. Sobald der Druck wieder abfällt, schließt sich die Düse.For the injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine or for the injection of other liquid media controlled injection valves are known. Injectors or injectors often include a nozzle body and a nozzle needle. The nozzle needle is pressed by compression springs in the so-called nozzle seat and thus closes the or the spray opening (s). The fuel pressure creates a vertically acting pressure force. If this is greater than the spring force, the needle is pressed against the spring force upwards, so that the injection opening is released and fuel is injected. As soon as the pressure drops again, the nozzle closes.

Die Kraftstoffeinspritzungen müssen sehr präzise und genau erfolgen, da hiervon der Verbrennungsvorgang maßgeblich gesteuert wird. Es ist daher wünschenswert, das Einspritzverhalten der Einspritzventile und allgemein deren Funktion zu überwachen, um Fehler in dem Einspritzsystem rechtzeitig erkennen und gegebenenfalls weitere Folgeschäden verhindern zu können.The fuel injections must be very precise and accurate, since this significantly controls the combustion process. It is therefore desirable to monitor the injection behavior of the injectors and their function in general in order to detect errors in the injection system in good time and to prevent further consequential damage if necessary.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung von druckgesteuerten Einspritzventilen einer Einspritzeinrichtung, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, anzugeben, mit dem die Einspritzventile in einfacher und robuster Weise diagnostiziert werden können.The invention is therefore based on the object of specifying a method for monitoring pressure-controlled injection valves of an injection device, in particular a fuel injection device, with which the injection valves can be diagnosed in a simple and robust manner.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, wie es Gegenstand des Anspruchs 1 ist. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a method as claimed in claim 1. Preferred embodiments of the method emerge from the dependent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Einspritzventils einer Einspritzeinrichtung geht von einem druckgesteuerten Betrieb des Einspritzventils aus, wobei durch die Druckbeaufschlagung periodische Öffnungs- und Schließereignisse am Einspritzventil hervorgerufen werden. Im geschlossenen Zustand verschließt die Düsennadel durch eine Federvorspannung das Spritzloch oder die Spritzlöcher. Bei Beaufschlagung mit einem ausreichend hohen Druck hebt sich die Düsennadel von dem Sitz ab, sodass die Öffnung(en) frei werden (bzw. wird) und beispielsweise Kraftstoff in einen Brennraum eingespritzt wird. Durch die Öffnung des Ventils wird in der Leitung zum Einspritzventil ein Druckeinbruch verursacht, der dazu führt, dass der Öffnungsdruck unterschritten wird und das Ventil wieder schließt. Anschließend baut sich der Druck erneut auf und öffnet das Ventil. Während der Druckbeaufschlagung wiederholen sich diese Öffnungs- und Schließereignisse am Einspritzventil mit einer bestimmten Frequenz, die auch als „Schnarrfrequenz” bezeichnet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt diese Schnarrfrequenz, um die Funktion des Einspritzventils zu. überwachen. Erfindungsgemäß werden die periodischen Öffnungs- und Schließereignisse während der Druckbeaufschlagung als periodische Druckänderungen in der Leitung zum Einspritzventil erfasst. Diese Druckänderungen werden mit den Druckänderungen eines fehlerfreien Einspritzventils als Referenzdruckänderungen verglichen und bei einem Abweichen der erfassten Druckänderungen von den Referenzdruckänderungen außerhalb vorgebbarer Toleranzbereiche auf ein fehlerhaftes Einspritzventil geschlossen. Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Druckänderungen in der Leitung zum Einspritzventil erfasst werden. Hierfür ist ein Drucksensor dem Einspritzventil vorgeschaltet. Da Drucksensoren in dieser Position üblicherweise ohnehin verbaut sind, bedarf es für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keiner weiteren Komponenten, sodass das erfindungsgemäße Verfahren ohne Weiteres bei bestehenden Systemen eingesetzt werden kann. Das Verfahren erlaubt auf sehr einfache Weise eine Überwachung der Funktion des Einspritzventils. Sobald die zu erwartende Schnarrfrequenz für das jeweilige Einspritzventil nicht oder in abweichender Weise feststellbar ist, ist davon auszugehen, dass ein Fehler vorliegt. Eine mögliche Fehlerursache kann beispielsweise ein blockiertes Ventil sein, das offen oder geschlossen klemmt. Weitere Fehlermöglichkeiten sind eine gebrochene Ventilfeder, Leckagen oder Luft im Einspritzventil.The inventive method for monitoring an injection valve of an injector is based on a pressure-controlled operation of the injection valve, wherein the pressurization periodic opening and closing events are caused at the injection valve. When closed, the nozzle needle closes the spray hole or the injection holes by a spring preload. Upon application of a sufficiently high pressure, the nozzle needle lifts off the seat so that the opening (s) become (or become) free and, for example, fuel is injected into a combustion chamber. Through the opening of the valve, a pressure drop is caused in the line to the injection valve, which leads to the fact that the opening pressure is exceeded and the valve closes again. Then the pressure builds up again and opens the valve. During pressurization, these injector opening and closing events are repeated at a certain frequency, also referred to as the "snare frequency". The inventive method uses this pacing frequency to the function of the injector. monitor. According to the invention, the periodic opening and closing events during the pressurization are detected as periodic pressure changes in the line to the injection valve. These pressure changes are compared with the pressure changes of a defect-free injection valve as reference pressure changes and closed at a deviation of the detected pressure changes from the reference pressure changes outside specifiable tolerance ranges to a faulty injection valve. A prerequisite for carrying out the method according to the invention is that the pressure changes in the line to the injection valve are detected. For this purpose, a pressure sensor is connected upstream of the injection valve. Since pressure sensors are usually installed anyway in this position, it requires no further components for carrying out the method according to the invention, so that the inventive method can be readily used in existing systems. The method allows a very simple way to monitor the function of the injector. As soon as the expected snare frequency for the respective injection valve is not detectable or deviating, it can be assumed that an error has occurred. A possible cause of the error may be, for example, a blocked valve, which jams open or closed. Other possible errors include a broken valve spring, leaks or air in the injector.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vor allem für die Überwachung von Einspritzventilen für Kraftstoffeinspritzeinrichtungen geeignet. Das Verfahren kann jedoch auch für andere druckgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden, beispielsweise für eine Reduktionsmitteldosiereinrichtung stromaufwärts des SCR-Katalysators.The inventive method is particularly suitable for the monitoring of injectors for fuel injectors. However, the method can also be used for other pressure-controlled injection systems, for example for a reducing agent metering device upstream of the SCR catalytic converter.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus den erfassten Druckänderungen während der Druckbeaufschlagung des Einspritzventils eine die Druckänderungen repräsentierende Größe ermittelt. Diese Größe wird mit einer entsprechenden Größe der Referenzdruckänderungen verglichen und bei einem Abweichen der Größen auf ein fehlerhaftes Einspritzventil geschlossen. Bei der repräsentierenden Größe kann es sich beispielsweise um die Frequenz der Druckänderungen handeln. In einer anderen Ausführungsform kann als repräsentierende Größe die Amplitude der Druckänderungen herangezogen werden. Wenn also eine veränderte Frequenz des Schnarrens oder ein verändertes Frequenzspektrum des Schnarrens im Drucksignal feststellbar ist, ist davon auszugehen, dass ein Fehler am Ventil vorliegt. Bei einem fehlenden Schnarren, also bei einer Frequenz gleich 0 und/oder einer Amplitude gleich 0, ist ebenfalls von einem fehlerhaften Einspritzventil auszugehen. In diesem Fall liegt in der Regel eine Blockierung des Ventils vor.In a preferred embodiment of the method according to the invention, a variable representing the pressure changes is determined from the detected pressure changes during the pressurization of the injection valve. This size will compared with a corresponding size of the reference pressure changes and closed at a deviation of the sizes of a faulty injection valve. The representative variable may be, for example, the frequency of the pressure changes. In another embodiment, the amplitude of the pressure changes can be used as the representative variable. If, therefore, a changed frequency of the snare or a changed frequency spectrum of the snare can be detected in the pressure signal, it can be assumed that there is a fault in the valve. In the case of a lack of buzz, that is to say with a frequency equal to 0 and / or an amplitude equal to 0, a faulty injection valve is likewise to be assumed. In this case, there is usually a blockage of the valve.

Beispielsweise kann für die die Druckänderungen repräsentierende Größe ein Schwellenwert vorgegeben werden und bei einem Unter- oder Überschreiten des Schwellenwerts, je nach Ausgestaltung der Größe, kann auf einen Fehler geschlossen werden. Geeignete Schwellenwerte können empirisch für verschiedene Betriebszustände bestimmt und in einem Kennfeld hinterlegt werden. Die applizierbaren Schwellenwerte können regelmäßig oder bei Bedarf aktualisiert werden.For example, a threshold can be specified for the variable representing the pressure changes, and an error can be deduced if the threshold is undershot or exceeded, depending on the design of the variable. Suitable threshold values can be empirically determined for different operating states and stored in a map. The applicable thresholds can be updated regularly or as needed.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Schließlich umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Mit einem solchen Computerprogramm lässt bzw. lassen sich in sehr vorteilhafter Weise das oder die Einspritzventil(e) einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen überwachen. Der besondere Vorteile des Computerprogramms ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren ohne Weiteres bei bestehenden Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, ohne dass weitere Komponenten in die Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingebaut werden müssten. Es ist lediglich die Erfassung von Drucksensorsignalen in der Zuleitung zum Einspritzventil erforderlich. Da entsprechende Drucksensoren in der Regel vorhanden sind, kann das erfindungsgemäße Verfahren mit den bestehenden Komponenten durchgeführt werden. Es ist lediglich eine Anpassung der Auswertesoftware durch Aufspielen des auf dem Computerprogrammprodukt gespeicherten Computerprogramms beispielsweise im Steuergerät der Brennkraftmaschine erforderlich.The invention further comprises a computer program that performs all the steps of the method according to the invention when the program runs on a computing device or a control unit. Finally, the invention comprises a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method according to the invention when the program is executed on a computing device or a control device. With such a computer program can be or can be monitored in a very advantageous manner, the or the injection valve (s) of a fuel injector for internal combustion engines. The particular advantages of the computer program is that the method according to the invention can be used without problems in existing motor vehicles without having to install further components in the fuel injection device. It is only the detection of pressure sensor signals in the supply line to the injection valve required. Since corresponding pressure sensors are generally present, the method according to the invention can be carried out with the existing components. It is merely an adaptation of the evaluation software by Aufspielen the stored on the computer program product computer program, for example, in the control unit of the internal combustion engine required.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of embodiments in conjunction with the drawings. In this case, the individual features can be implemented individually or in combination with each other.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 der zeitliche Verlauf des Drucks in der Zuleitung eines Einspritzventils als sogenannte Schnarrfrequenz und 1 the time course of the pressure in the supply line of an injection valve as a so-called snare frequency and

2 ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 a schematic flow diagram of the method according to the invention.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

1 illustriert zunächst die an sich bekannte Schnarrfrequenz eines Einspritzventils einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, wenn das Einspritzventil mit Druck beaufschlagt wird. Gezeigt ist der zeitliche Verlauf des Drucksignals, das in der Leitung zum Einspritzventil erfassbar ist. Der zeitliche Bereich, in dem das Einspritzventil mit Druck beaufschlagt wird, ist mit „A” bezeichnet, der zeitliche Bereich ohne Druckbeaufschlagung mit „B”. Das Einspritzventil ist so ausgelegt, dass das Ventil bei einem ausreichend hohen Druck, dem sogenannten Öffnungsdruck, öffnet. Dieser Öffnungsdruck wird in der Zeitspanne A angelegt. Das Öffnen des Ventils durch den Öffnungsdruck verursacht in der Leitung zum Einspritzventil einen Druckeinbruch. Hierdurch wird der Öffnungsdruck unterschritten, sodass das Ventil schließt. Durch das Schließen des Ventils kann sich der Druck erneut aufbauen, bis der Öffnungsdruck wieder erreicht ist. Die durch die Öffnungs- und Schließmomente bewirkten Druckänderungen sind durch einen in der dem Einspritzventil zugeordneten Leitung angeordneten Drucksensor erfassbar. Diese periodischen Druckänderungen, die aus den Öffnungs- und Schließereignissen am Einspritzventil resultieren, sind in der 1 als Druckfrequenz im Zeitabschnitt A sichtbar. Die für ein Einspritzventil typische Frequenz wird dabei als Schnarrfrequenz bezeichnet. Nach Beendigung der Druckbeaufschlagung (Zeitperiode B) bleibt das Einspritzventil geschlossen und der Druck in der dem Einspritzventil zugeordneten Leitung fällt schlagartig ab. 1 first illustrates the known per se perturbation frequency of an injection valve of a fuel injection device when the injection valve is pressurized. Shown is the time course of the pressure signal which can be detected in the line to the injection valve. The time range in which the injection valve is pressurized is denoted by "A", the time range without pressurization to "B". The injection valve is designed so that the valve opens at a sufficiently high pressure, the so-called opening pressure. This opening pressure is applied in the period A. The opening of the valve by the opening pressure causes a pressure drop in the line to the injection valve. As a result, the opening pressure falls below, so that the valve closes. By closing the valve, the pressure can build up again until the opening pressure is reached again. The pressure changes caused by the opening and closing moments can be detected by a pressure sensor arranged in the line assigned to the injection valve. These periodic pressure changes resulting from the opening and closing events at the injection valve are in the 1 visible as a print frequency in the time interval A. The frequency typical for an injection valve is referred to as the snare frequency. After completion of the pressurization (time period B), the injection valve remains closed and the pressure in the line associated with the injection valve drops abruptly.

Als Schnarrfrequenz im engeren Sinne wird die Öffnungs- und Schließfrequenz am Dosierventil bezeichnet. Erfindungsgemäß wird diese Schnarrfrequenz als periodische Druckschwankung in der Leitung erfasst. Dieses Drucksignal wird herangezogen, um zu überprüfen, ob die zu erwartende Schnarrfrequenz vorliegt oder nicht. Sobald eine Abweichung von der zu erwartenden Schnarrfrequenz feststellbar ist, ist darauf zu schließen, dass ein Fehler vorliegt. Hierfür werden die erfassten Drucksignale mit Referenzdrucksignalen, die ein fehlerfreies Einspritzventil repräsentieren, verglichen und bei einem Abweichen auf einen Fehler geschlossen. Die Referenzwerte, beispielsweise bezogen auf die Frequenz oder die Amplitude des Drucksignals, die ein fehlerfreies System repräsentieren, können beispielsweise als Kennlinien in einem Steuergerät hinterlegt sein. Vorzugsweise können die hinterlegten Werte regelmäßig oder bei Bedarf aktualisiert werden.As Schnarrfrequenz in the narrower sense, the opening and closing frequency is referred to the metering valve. According to the invention, this snare frequency is detected as a periodic pressure fluctuation in the line. This pressure signal is used to check whether the expected snare frequency is present or not. As soon as a deviation from the expected pacing frequency can be determined, it can be concluded that there is an error. For this purpose, the detected pressure signals are compared with reference pressure signals, which represent a fault-free injection valve, and closed in case of a deviation to an error. The reference values, for example based on the frequency or the amplitude of the pressure signal, which represent a fault-free system, can be stored for example as characteristic curves in a control unit. Preferably, the stored values can be updated regularly or as needed.

2 zeigt in schematischer Weise ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start des Verfahrens wird in einem Schritt 10 das Drucksignal erfasst, das während der Druckbeaufschlagung zur Ansteuerung des Einspritzventils in der dem Einspritzventil zugeordneten Leitung messbar ist. In einem Schritt 20 werden die erfassten Druckänderungen, also die Druckfrequenz analysiert, indem insbesondere eine die erfasste Druckfrequenz repräsentierende Größe ermittelt wird, beispielsweise die Frequenz oder die Amplitude der Druckänderungen. In einem Schritt 30 wird die ermittelte Größe mit einem Sollwert oder Referenzwert verglichen. Der Sollwert kennzeichnet insbesondere die zu erwartende Schnarrfrequenz eines fehlerfreien Einspritzsystems. Aus dem Vergleich des Istwerts mit dem Sollwert wird darauf geschlossen, ob ein Fehler vorliegt oder nicht, sodass eine entsprechende Fehlermeldung 40 gegebenenfalls ausgegeben werden kann. 2 shows a schematic diagram of a flowchart of the method according to the invention. After the start of the procedure will be in one step 10 detects the pressure signal which is measurable during the pressurization for driving the injection valve in the line associated with the injection valve. In one step 20 the detected pressure changes, ie the pressure frequency, are analyzed by, in particular, determining a variable representing the detected pressure frequency, for example the frequency or the amplitude of the pressure changes. In one step 30 the determined quantity is compared with a set value or reference value. In particular, the setpoint characterizes the expected pacing frequency of a faultless injection system. From the comparison of the actual value with the target value, it is concluded whether there is an error or not, so that a corresponding error message 40 if necessary, can be issued.

Auf einen Fehler ist beispielsweise zu schließen, wenn die Frequenz der Druck änderungen gegenüber dem Sollwert verändert ist, wenn das Frequenzspektrum, insbesondere die Amplitude der Druckänderungen, verändert ist oder wenn das Frequenzsignal fehlt. Mögliche Fehlerursachen können beispielsweise ein offen oder geschlossen klemmendes Ventil sein, eine gebrochene Ventilfeder, Leckagen, Luft im Einspritzventil oder ein Fehler in der Ansteuerung des Einspritzventils.For example, an error is to be concluded when the frequency of the pressure changes from the setpoint is changed when the frequency spectrum, in particular the amplitude of the pressure changes, is changed or when the frequency signal is missing. Possible causes of faults may be, for example, an open or closed clamping valve, a broken valve spring, leaks, air in the injection valve or an error in the control of the injection valve.

Claims

Method for monitoring an injection valve of an injection device for internal combustion engines, wherein the injection valve is operated under pressure and when periodically opening and closing events are caused at the injection valve, characterized in that - the periodic opening and closing events during a pressurization as periodic pressure changes in the line to the injection valve. to be recorded ( 10 ), - the pressure changes are compared with reference pressure changes of a defect-free injection valve ( 30 ), and - is closed in a deviation of the detected pressure changes from the reference pressure changes to a faulty injection valve ( 40 ).

A method according to claim 1, characterized in that from the detected pressure changes a variable representing the pressure changes is determined ( 20 ) which is compared with a variable representing the reference pressure changes ( 30 ).

A method according to claim 2, characterized in that the representative quantity is the frequency of the pressure changes.

A method according to claim 2, characterized in that the representative quantity is the amplitude of the pressure changes.

Computer program that performs all the steps of a method according to one of claims 1 to 4, when the program runs on a computing device or a controller.

Computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out a method according to one of claims 1 to 4, when the program is executed on a computing device or a control device.