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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausfallerkennung von Injektoren in einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, ein Motorsteuergerät für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 9, sowie ein System zur Durchführung eines Verfahrens zur Ausfallerkennung von Injektoren gemäß Anspruch 10.
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Verfahren der hier angesprochenen Art sind grundsätzlich bekannt. Aus dem
USamerikanischen Patent US 5,303,158 A geht ein Verfahren zur Erkennung anomaler Verbrennungsereignisse in Zylindern eines Verbrennungsmotors hervor, wobei ein ausgefallener Injektor unter ein anomales Verbrennungsereignis subsumiert werden kann. Im Rahmen des bekannten Verfahrens wird ein Drehzahlsignal des Verbrennungsmotors fouriertransformiert, und es werden Amplituden in vorherbestimmten Frequenzbereichen der so erhaltenen Spektren verglichen, um ein anomales Verbrennungsereignis festzustellen. Wird ein solches festgestellt, ist es in separaten Verfahrensschritten möglich, herauszufinden, in welchem Zylinder eine anomale Verbrennung stattfindet. Hierzu wird in den einzelnen Zylindern jeweils eine anomale Verbrennung erzwungen, und es werden wiederum Amplituden in vorherbestimmten Frequenzbereichen der so erhaltenen Spektren miteinander verglichen, wobei die Ergebnisse dieses Vergleichs mit entsprechenden Ergebnissen aus den zuvor ohne erzwungene anomale Verbrennung erhaltenen Spektren verglichen werden. Dabei zeigt sich, dass das Verfahren kompliziert und umständlich ist, insbesondere weil stets nach dem Erkennen einer anomalen Verbrennung sequentiell in jedem Zylinder eine solche erzwungen werden muss, um letztlich feststellen zu können, in welchem Zylinder das anomale Verbrennungsereignis stattfindet. Auch der Vergleich der Amplituden in vorherbestimmten Frequenzbereichen der verschiedenen Spektren ist aufwendig und umständlich.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 100 55 192 C2 geht ein Verfahren zur Rundlaufregelung der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine hervor, bei dem aufgrund errechneter oder gemessener Drehzahlverlaufskurven der Kurbelwelle für jeden Zylinder ein Impulsanwortspektrum eines Arbeitsspieles zumindest für die Harmonische der 0,5-ten Ordnung gebildet wird, wobei im Normalbetrieb jeweils der Drehzahlverlauf der Kurbelwelle über dem Winkel eines Arbeitsspieles aufgenommen wird und durch Fouriertransformation die Fourierkoeffizienten als Resultierende zumindest der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung bestimmt werden, wobei im weiteren Korrekturfaktoren für die Einspritzmengen der einzelnen Zylinder gewonnen werden, indem die in Richtung der Impulsantwortvektoren liegenden Komponenten der Resultierenden mit den Impulsantworten multipliziert und durch Addition zusammengefasst werden. Dabei wird keine Ausfallerkennung von Injektoren durchgeführt.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 42 43 178 B4 geht ein Verfahren zur Erkennung undichter Einspritzventile hervor, bei welchem gemessene Drehzahlen ausgewertet werden, ohne dass diese fouriertransformiert würden.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 196 26 690 A1 geht ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine hervor, das ebenfalls lediglich auf gemessene Drehzahlen zurückgreift, ohne dass eine Fouriertransformation durchgeführt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem ein Injektorausfall einfach und rasch während des normalen Betriebs des Motors erkannt und ein ausgefallener Injektor identifiziert werden kann. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Motorsteuergerät zu schaffen, welches zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein System zu schaffen, mit dessen Hilfe das Verfahren durchführbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren gemäß Anspruch 1 geschaffen wird.
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Das Verfahren zur Ausfallerkennung von Injektoren in einem Verbrennungsmotor umfasst folgende Schritte: Es wird ein Kurbelwinkelsignal gemessen, welches mittels diskreter Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformiert wird. Aus der diskreten Fouriertransformation des Kurbelwinkelsignals resultiert insbesondere ein Betrag und ein Winkel für eine Harmonische der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals im Frequenzbereich. Einmalig und sequentiell nacheinander werden die einzelnen Injektoren abgeschaltet. Dabei wird ebenfalls einmalig und sequentiell nacheinander ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals für jeden abgeschalteten Injektor ermittelt. Beispielsweise wird zunächst ein erster Injektor abgeschaltet, und es wird ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung für diesen Betriebszustand des Verbrennungsmotors mit dem alleine abgeschalteten ersten Injektor erfasst und vorzugsweise in einem ersten Speichermittel gespeichert. Anschließend wird der erste Injektor wieder angeschaltet, und es wird ein zweiter Injektor abgeschaltet, während die übrigen Injektoren angeschaltet bleiben. Auch für diesen Betriebszustand wird ein entsprechender Winkel erfasst und in dem ersten Speichermittel gespeichert. Dies wird entsprechend so fortgeführt, bis für jeden einzelnen, alleine abgeschalteten Injektor ein entsprechender Winkel erfasst und in dem ersten Speichermittel gespeichert wurde. Dabei werden die Winkel in dem ersten Speichermittel den jeweils abgeschalteten Injektoren zugeordnet.
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Während des Betriebs des Verbrennungsmotors und/oder während der Durchführung des Verfahrens wird fortlaufend sowohl ein Winkel als auch ein Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals erfasst und – vorzugsweise in einem zweiten Speichermittel – gespeichert. Der so fortlaufend erfasste Betrag wird fortlaufend mit einem vorherbestimmten Schwellenwert verglichen. Ein Injektorausfall wird festgestellt, wenn der fortlaufend erfasste Betrag den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet. Hierzu ist Wesentlich, dass der Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung in dem Fall, dass alle Injektoren des Verbrennungsmotors funktionstüchtig sind, verschwinden oder zumindest klein sein sollte. Hingegen führt der Ausfall eines Injektors zu einer Überhöhung des Betrags der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung. Es ist daher möglich, einen Schwellenwert festzulegen, bei dessen Überschreitung mit großer Wahrscheinlichkeit auf einen Injektorausfall geschlossen werden kann. Dabei ist der überhöhte Betrag lediglich charakteristisch dafür, dass überhaupt ein Injektor ausgefallen ist. Der Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung ist dagegen charakteristisch für den tatsächlich ausgefallenen, individuellen Injektor. In dem hier angesprochenen Verfahrensschritt wird demnach zunächst festgestellt, ob überhaupt ein Injektor ausgefallen ist.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird der fortlaufend erfasste Winkel mit den für jeden abgeschalteten Injektor in dem ersten Speichermittel gespeicherten Winkeln einzeln verglichen, wenn zuvor aufgrund des überhöhten Betrags ein Injektorausfall festgestellt wurde. Der ausgefallene Injektor wird dann mit dem Injektor identifiziert, für den bei dem Vergleich ein übereinstimmender, in dem ersten Speichermittel gespeicherter Winkel gefunden wird. Auf diese Weise ist es ohne Weiteres möglich festzustellen, welcher Injektor ausgefallen ist, wenn ein Injektorausfall festgestellt wurde.
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Dabei zeigt sich, dass es im Rahmen des Verfahrens nicht nötig ist, mühsam Amplituden in verschiedenen Spektralbereichen gemessener Spektren zu vergleichen. Außerdem ist es nicht nötig, nach Feststellen eines Injektorausfalls die einzelnen Injektoren der Zylinder nacheinander abzuschalten. Es ist vielmehr ausreichend, einmalig die Injektoren sequentiell nacheinander abzuschalten und die zugeordneten Winkel zu speichern. Im laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors kann dann ohne Weiteres durch einen Vergleich des aktuell bei einem festgestellten Injektorausfall erfassten Winkels mit den gespeicherten Werten auf den konkret ausgefallenen Injektor geschlossen werden.
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Es ist möglich, dass das zweite Speichermittel nur einen Speicherbereich für einen gerade erfassten Winkel aufweist, sodass der nächste erfasste Winkel den zuletzt erfassten Winkel überschreibt. In diesem Fall wird der Winkel in dem Speicherbereich gehalten, wenn ein Injektorausfall festgestellt wird, wobei dies zumindest solange geschieht, bis der ausgefallene Injektor identifiziert wurde. Es ist auch möglich, dass das zweite Speichermittel mehrere Speicherbereiche aufweist, die fortlaufend gefüllt werden, wobei der älteste Messwert jeweils aus seinem Speicherbereich entfernt wird, wenn ein neuer Messwert gespeichert wird. Es ist dann möglich, bereits während eines Vergleichs zur Identifizierung eines ausgefallenen Injektors weitere Winkel und Beträge fortlaufend zu erfassen. Selbstverständlich ist es dann nötig, genau über den aktuellen Speicherbereich des gerade in den Vergleich einbezogenen Winkels Buch zu führen, weil dieser sich bevorzugt mit jedem neu hinzukommenden Wert ändert, bis der Winkel schließlich aus dem zuletzt belegten Speicherbereich herausfällt.
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Für den Vergleich der Winkel ist es möglich, einen Toleranz- oder Fehlerbereich anzugeben, innerhalb dessen die miteinander verglichenen Winkel übereinstimmen müssen, damit ein ausgefallener Injektor identifiziert werden kann. Es ist also nicht unbedingt nötig, dass die verglichenen Werte exakt übereinstimmen. Vorzugsweise werden bei der Bestimmung des Toleranz- beziehungsweise Fehlerbreichs zu erwartende Messfehler, statistische Schwankungen, sowie Artefakte der diskreten Fouriertransformation berücksichtigt.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die einmalig sequentiell erfassten Winkel in einer sogenannten Lookup-Tabelle gespeichert werden.
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Das erste Speichermittel umfasst also bevorzugt einen tabellarischen Speicherbereich, in dem die dort gespeicherten Winkel den jeweils abgeschalteten Injektoren zugeordnet sind.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das einmalige sequentielle Erfassen und Speichern der Winkel für jeden abgeschalteten Injektor nach einem Start des Verbrennungsmotors oder nach einem Start des Verfahrens durchgeführt wird. Insbesondere wird dies unmittelbar nach einem Start des Verbrennungsmotors oder unmittelbar nach einem Start des Verfahrens durchgeführt, sodass das erste Speichermittel, vorzugsweise die Lookup-Tabelle, mit Werten gefüllt wird, sobald der Verbrennungsmotor in Betrieb gesetzt oder das Verfahren gestartet wird. Insofern wird hier das erste Speichermittel beziehungsweise das Verfahren initialisiert, und eine folgende Überwachung des Verbrennungsmotors auf ausgefallene Injektoren während des normalen Betriebs kann erfolgen, ohne dass es im weiteren Verlauf des Betriebs nochmals nötig wird, einzelne Injektoren gezielt abzuschalten. Die Initialisierung des ersten Speichermittels erfolgt also vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, in dem der Verbrennungsmotor noch nicht im Rahmen einer üblichen Belastung gefordert ist, sodass das gezielte Abschalten einzelner Injektoren den späteren, normalen Betrieb nicht stört. In diesem Zusammenhang wird auch bevorzugt, dass das Verfahren unmittelbar beim Start des Verbrennungsmotors gestartet wird. Weiter wird das Verfahren bevorzugt während des gesamten Betriebs des Verbrennungsmotors durchgeführt, wobei einmalig initial nach dem Start des Verbrennungsmotors der erste Speicherbereich initialisiert wird, und wobei das Verfahren anschließend ohne weiteren Eingriff in den Betrieb des Verbrennungsmotors quasi im Hintergrund abläuft, um den Verbrennungsmotor auf den Ausfall eines Injektors zu überwachen. Dabei erfolgt durch das Verfahren kein Steuereingriff in den Betrieb des Verbrennungsmotors, solange kein Injektorausfall festgestellt wird. Wird ein Injektorausfall festgestellt, bedarf es – wie bereits ausgeführt, keines Eingriffs in den Betrieb des Verbrennungsmotors, um den ausgefallenen Injektor zu identifizieren.
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Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass dieses unabhängig von einem Start des Verbrennungsmotors zu einem beliebigen Zeitpunkt gestartet wird, beispielsweise indem ein Betreiber oder Fahrer es bewusst startet. Ebenso ist es möglich, dass das Verfahren – vorzugsweise durch den Fahrer oder Betreiber des Verbrennungsmotors – beendet wird. In diesem Fall ergeben sich allerdings Betriebszeiten des Verbrennungsmotors, zu denen ein ausgefallener Injektor nicht festgestellt und identifiziert werden kann, nämlich wenn das Verfahren nicht durchgeführt wird.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass mindestens eine Maßnahme ergriffen wird, wenn ein Injektorausfall festgestellt und ein ausgefallener Injektor identifiziert wird.
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Es ist dabei möglich, dass als Maßnahme ein Warnhinweis an einen Fahrer oder Betreiber des Verbrennungsmotors ausgegeben wird.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine Bestromung des ausgefallenen Injektors ausgesetzt wird. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Injektor nicht aufgrund einer fehlerhaften Bestromung ausfällt, sondern weil beispielsweise ein mechanisches Problem vorliegt. Es wird dann verhindert, dass durch die Bestromung des defekten Injektors Schäden auftreten. Selbstverständlich sind auch Ereignisse denkbar, in welchen eine fehlerhafte Bestromung, beispielsweise ein Kurzschluss, einen Injektorausfall bewirkt, wobei es sinnvoll ist, die Bestromung des defekten Injektors auszusetzen.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, eine Leistung des Verbrennungsmotors zu reduzieren. Hierdurch sind insbesondere Beschädigungen oder sogar Zerstörungen des Verbrennungsmotors und/oder einer Kupplung verhinderbar, die möglicherweise auftreten würden, wenn der Verbrennungsmotor trotz des ausgefallenen Injektors mit voller Leistung weiter betrieben würde.
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Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, den Verbrennungsmotor abzuschalten. Dies wird insbesondere dann bevorzugt, wenn andernfalls eine Beschädigung des Verbrennungsmotors und/oder der Kupplung zu befürchten ist.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich durch die Folgenden, zusätzlichen Schritte auszeichnet: Der fortlaufend erfasste Winkel und Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals wird initial gespeichert, wenn ein initialer Injektorausfall erkannt wird, bevor die Winkel für jeden abgeschalteten Injektor einmalig sequentiell erfasst und gespeichert wurden. Insbesondere unmittelbar nach einem Start des Verbrennungsmotors oder des Verfahrens wird demnach geprüft, ob bereits ein Injektorausfall festgestellt wird, ob also ein erfasster Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet. Ist dies der Fall, wird sowohl der erfasste Winkel als auch der Betrag – vorzugsweise in einem dritten Speichermittel – gespeichert. In diesem Fall stehen in dem ersten Speichermittel noch keine Winkel für einen Vergleich zur Verfügung, weil der Injektorausfall noch vor der Initialisierung des ersten Speichermittels festgestellt wurde.
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Daher werden in diesem Fall nach dem Erfassen und initialen Speichern des Winkels und des Betrags die einzelnen Injektoren sequenziell nacheinander abgeschaltet, wobei für jeden einzelnen abgeschalteten Injektor ein Betrag und ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals erfasst und mit den initial gespeicherten Werten, die vorzugsweise in dem dritten Speichermittel vorliegen, verglichen. Dabei wird ein initial ausgefallener Injektor, also ein Injektor der noch vor der Initialisierung des ersten Speichermittels ausgefallen ist, identifiziert, wenn die für einen einzeln abgeschalteten Injektor erfassten Werte von Betrag und Winkel mit den initial gespeicherten Werten übereinstimmen.
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Dieser Vorgehensweise liegt die Überlegung zugrunde, dass sich weder der Winkel noch der Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung ändern, wenn der ohnehin ausgefallene Injektor abgeschaltet wird. Daher sollten in diesem Fall die aktuell erfassten Werte mit den initial gespeicherten Werten identisch sein. Wird dagegen ein funktionstüchtiger Injektor abgeschaltet, ergeben sich abweichende Werte sowohl für den Winkel als auch für den Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung. Insgesamt ist es auf diese Weise also möglich, den initial ausgefallenen Injektor noch vor der Initialisierung des ersten Speichermittels zu identifizieren.
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In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine der zuvor beschriebenen Maßnahmen ergriffen wird, wenn ein initial ausgefallener Injektor identifiziert wird. Auch in diesem Fall wird also vorzugsweise ein Warnhinweis an einen Fahrer oder Betreiber ausgegeben, eine Bestromung des ausgefallenen Injektors ausgesetzt, eine Leistung des Verbrennungsmotors reduziert und/oder der Verbrennungsmotor abgeschaltet. Hierdurch ist es insbesondere möglich, Beschädigungen und/oder Zerstörungen an dem Verbrennungsmotor oder der Kupplung zu vermeiden.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es durch ein Motorsteuergerät durch geführt wird, welches auch im Übrigen die Steuerung des Verbrennungsmotors übernimmt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Motorsteuergerät um eine sogenannte elektronische Motorsteuerungseinheit (Engine Control Unit, ECU).
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Das Kurbelwinkelsignal wird vorzugsweise durch einen Kurbelwellensensor erfasst, der ohnehin zur Motorsteuerung vorgesehen ist. Das Motorsteuergerät wird bevorzugt zu Beginn des Verfahrens oder bei einem Start des Verbrennungsmotors mittels eines Nockenwellensignals, das bevorzugt durch einen Nockenwellensensor erfasst wird, auf Arbeitstakte von Zylindern des Verbrennungsmotors synchronisiert. Diese Synchronisation erfolgt vorzugsweise ohnehin, damit das Motorsteuergerät auch andere Funktionen zur Steuerung des Verbrennungsmotors synchronisiert wahrnehmen kann. Damit zeigt sich, dass das Verfahren keine weiteren Einrichtungen benötigt, die nicht ohnehin in oder an dem Verbrennungsmotor vorgesehen sind. Insbesondere benötigt das Verfahren lediglich Signale der Kurbelwelle und der Nockenwelle. Da diese Signale an jedem modernen Verbrennungsmotor erfasst werden, entstehen keine zusätzlichen Sensor-, Geräte- und/oder Verkabelungskosten. Da der Algorithmus für das Verfahren vorzugsweise in das Motorsteuergerät implementiert ist, entstehen auch hier keine weiteren Kosten beziehungsweise es müssen keine weiteren Vorrichtungen in den Verbrennungsmotor eingebunden werden.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Verfahren in einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors unter Last oder im Leerlauf durchgeführt wird. Grundsätzlich ist es möglich, dass das Verfahren sowohl unter Last als auch im Leerlauf des Verbrennungsmotors, insbesondere während dessen gesamten Betriebs durchgeführt wird.
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Es zeigt sich Folgendes: Das Verfahren wird bevorzugt in Großmotoren durchgeführt, die beispielsweise als Antriebsaggregate für Lokomotiven, Schiffe, andere große Fahrzeuge oder auch stationär, beispielsweise für Kleinkraftwerke eingesetzt werden. Bei solchen Großmotoren tritt im Allgemeinen keine Schubphase auf, wie sie bei kleineren Motoren im Kraftfahrzeug-Bereich für den Straßenverkehr üblich ist, beispielsweise wenn ein Kraftfahrzeug mit eingerückter Kupplung ohne Betätigung des Gaspedals rollt und den Verbrennungsmotor mitschleppt. Zahlreiche Verfahren machen sich gerade die Eigenschaften dieser Schubphase zu nutze, um einen Injektorausfall feststellen beziehungsweise einen ausgefallenen Injektor identifizieren zu können. Solche Verfahren sind bei Großmotoren nicht einsetzbar, weil diese generell keine Schubphase aufweisen. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist dagegen insbesondere zur Durchführung bei Großmotoren geeignet, weil es unabhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors, insbesondere auch unter Last oder im Leerlauf durchführbar ist.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Motorsteuergerät für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Dieses ist eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Insbesondere ist ein entsprechender Algorithmus zur Durchführung des Verfahrens in das Motorsteuergerät implementiert. Damit ergeben sich in Zusammenhang mit dem Motorsteuergerät die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein System zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen mit den Merkmalen des Anspruchs 10 geschaffen wird.
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Das System weist ein Erfassungsmittel, vorzugsweise einen Kurbelwellensensor auf, der so ausgebildet ist, dass er ein Kurbelwinkelsignal messen beziehungsweise erfassen kann. Es weist ein Transformationsmittel auf, das mit dem Erfassungsmittel zur Weiterleitung des Kurbelwinkelsignals wirkverbunden und so ausgebildet ist, dass das Kurbelwinkelsignal mithilfe des Transformationsmittels mittels diskreter Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformierbar ist. Weiterhin weist das System ein Schaltmittel auf, das so ausgebildet ist, dass mit seiner Hilfe Injektoren des Verbrennungsmotors sequentiell und insbesondere einzeln abgeschaltet und auch wieder angeschaltet werden können. Das System weist außerdem ein erstes Speichermittel auf, das so ausgebildet ist, das mit seiner Hilfe ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals für jeden insbesondere einzeln abgeschalteten Injektor erfassbar und speicherbar ist. Es ist ein zweites Speichermittel vorgesehen, das so ausgebildet ist, dass es fortlaufend einen Winkel und einen Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des Kurbelwinkelsignals erfassen und speichern kann. Weiterhin ist ein erstes Vergleichsmittel vorgesehen, das so ausgebildet ist, dass es den in dem zweiten Speichermittel gespeicherten Betrag mit einem vorherbestimmten Schwellenwert fortlaufend vergleichen kann, wobei das Vergleichsmittel außerdem so ausgebildet ist, dass es einen Injektorausfall feststellt, wenn der Betrag den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet. Es ist ein zweites Vergleichsmittel vorgesehen, das so ausgebildet ist, dass es den in dem zweiten Speichermittel gespeicherten Winkel mit jedem der in dem ersten Speichermittel gespeicherten Winkel einzeln vergleichen kann, wenn ein Injektorausfall vorliegt. Das zweite Vergleichsmittel ist außerdem so ausgebildet, dass es einen ausgefallenen Injektor mit dem Injektor identifiziert, für den ein – gegebenenfalls im Rahmen eines vorherbestimmten Toleranz- und/oder Fehlerbereichs – übereinstimmender, in dem ersten Speichermittel gespeicherte Winkel gefunden wird.
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Im Übrigen werden die im Rahmen des Verfahrens beschriebenen Verfahrensmerkmale auch als entsprechende Vorrichtungsmerkmale des Systems bevorzugt. Bezüglich bevorzugter Ausführungsbeispiele des Systems wird daher auf die Ausführungen zu dem Verfahren verwiesen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.
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In einem ersten Schritt 1 wird das Verfahren zur Ausfallerkennung von Injektoren gestartet. Dies erfolgt bevorzugt gemeinsam mit oder unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors. In einem zweiten Schritt 3 werden ein Betrag und ein Winkel einer Harmonischen der 0,5-ten Ordnung eines mittels diskreter Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformierten Kurbelwinkelsignals erfasst und vorzugsweise in einem dritten Speichermittel gespeichert.
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Es folgt eine Abfrage 5, in der überprüft wird, ob der in Schritt 3 initial gespeicherte Betrag größer ist als ein vorherbestimmter Schwellenwert.
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Ist dies nicht der Fall, liegt offenbar kein intitial ausgefallener Injektor vor, und das Verfahren schreitet weiter fort zu einer Abfrage 7. In dieser wird geprüft, ob ein erstes Speichermittel bereits initialisiert wurde. Vorzugsweise wird nach jedem Neustart des Verbrennungsmotors das erste Speichermittel frisch initialisiert. Es ist allerdings nicht unbedingt nötig, das erste Speichermittel auch neu zu initialisieren, wenn das Verfahren während des laufenden Betriebs des Verbrennungsmotors gestoppt und – nach einer gewissen Wartezeit – neu gestartet wird. Auch in einem solchen Fall ist es allerdings möglich, das erste Speichermittel frisch zu initialisieren, wobei es auch zum Ende des Verfahrens gelöscht werden kann, sodass es bei einem Neustart frisch initialisiert werden muss. Bei einer alternativen Ausführungsform ist es selbstverständlich auch möglich, dass das Speichermittel nicht bei jedem Neustart des Verbrennungsmotors frisch initialisiert wird, sondern dass vielmehr die insbesondere in der Lookup-Tabelle hinterlegten Werte für eine vorherbestimmte Anzahl separater Betriebsphasen des Verbrennungsmotors verwendet werden.
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Ist das erste Speichermittel noch nicht initialisiert, schreitet das Verfahren fort zu einem Schritt 101. Andernfalls, wenn also bereits ein initialisiertes erstes Speichermittel beziehungsweise eine bedatete, also mit Daten gefüllte Lookup-Tabelle vorliegt, schreitet das Verfahren fort zu einem Schritt 9.
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Es wird nun im Folgenden zunächst die Initialisierung des ersten Speichermittels beziehungsweise die Bedatung der Lookup-Tabelle beschrieben. Dazu wird in dem Schritt 101 eine Anzahl der von dem Verbrennungsmotor umfassten Zylinder und damit auch die Anzahl der von dem Verbrennungsmotor umfassten Injektoren ermittelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Verbrennungsmotor genau einen Injektor pro Zylinder. Es ist jedoch auch möglich, dass mehr als ein Injektor pro Zylinder vorgesehen sein kann. Es ist ohne Weiteres ersichtlich, wie das im Folgenden beschriebene Verfahren dann zu modifizieren ist, weshalb hier der Einfachheit wegen lediglich der bevorzugte Fall beschrieben wird, in welchem der Verbrennungsmotor lediglich einen Injektor pro Zylinder umfasst. Die ermittelte Anzahl der Zylinder wird gespeichert, und es wird eine Laufvariable auf den Wert 0 gesetzt.
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Anschließend wird in einer Abfrage 103 überprüft, ob der aktuelle Wert der Laufvariable kleiner ist als die gespeicherte Anzahl der Zylinder. Ist dies der Fall, schreitet das Verfahren weiter fort zu einem Schritt 105, in welchem ein erster Injektor abgeschaltet wird, wenn die Laufvariable den Wert 0 aufweist, wobei ein zweiter Injektor abgeschaltet wird, wenn die Laufvariable den Wert 1 aufweist, und so fort. Es wird also stets ein und nur ein Injektor abgeschaltet, der dem aktuellen Wert der Laufvariable eindeutig zugeordnet ist.
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In einem folgenden Schritt 107 wird ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung erfasst und in dem ersten Speichermittel beziehungsweise der Lookup-Tabelle hinterlegt, der dem Betrieb des Verbrennungsmotors mit dem allein abgeschalteten Injektor zugeordnet ist, welcher dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordnet ist.
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In einem folgenden Schritt 109 wird der entsprechende Injektor, der dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordnet ist, wieder eingeschaltet.
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In einem folgenden Schritt 111 wird der Wert der Laufvariable um den Betrag 1 erhöht. Das Verfahren kehrt nun zurück zu der Abfrage 103, in der wiederum geprüft wird, ob der neue Wert der Laufvariable noch kleiner ist als die gespeicherte Anzahl der Zylinder. Ist dies weiter der Fall, folgt wiederum die Abfolge der Schritte 105 bis 111. Es wird also eine Schleife um die Abfrage 103 und die Schritte 105 bis 111 solange durchlaufen, bis für jeden einzeln abgeschalteten Injektor ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung erfasst und gespeichert wurde. Weist die Laufvariable erstmals einen Wert auf, welcher der Anzahl der Zylinder entspricht, wurde die entsprechende Schleife für alle Injektoren durchlaufen, weil für den ersten Injektor mit dem Wert 0 der Laufvariable begonnen wurde. Die Schleife wird also für den letzten Injektor durchlaufen, wenn die Laufvariable einen Wert aufweist, welcher der Anzahl der Zylinder reduziert um den Betrag 1 entspricht.
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Weist demnach in der Abfrage 103 die Laufvariable erstmals einen Wert auf, welcher identisch ist mit der Anzahl der Zylinder, schreitet das Verfahren zu dem Schritt 9 fort. Wie bereits ausgeführt wurde, gelangt das Verfahren auch direkt von der Abfrage 7 zu dem Schritt 9, wenn auf die Initialisierung des ersten Speichermittels beziehungsweise die Bedatung der Lookup-Tabelle verzichtet werden kann.
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In dem Schritt 9 wird sowohl ein Betrag als auch ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals erfasst und vorzugsweise in einem zweiten Speichermittel gespeichert.
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In einer Abfrage 11 wird geprüft, ob der in dem Schritt 9 erfasste und gespeicherte Betrag größer ist als ein vorherbestimmter Schwellenwert. Ist dies nicht der Fall, liegt offenbar kein Injektorausfall vor, und das Verfahren kehrt zurück zu dem Schritt 9, indem wiederum ein Betrag und ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung erfasst und gespeichert wird. Dabei wird klar, dass hier eine Schleife verwirklicht wird, in der fortlaufend ein Betrag und ein Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung erfasst und gespeichert wird.
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Dies wird solange fortgesetzt, bis in der Abfrage 11 festgestellt wird, dass der aktuell erfasste und gespeicherte Betrag größer ist als der vorherbestimmte Schwellenwert. In diesem Fall liegt ein Injektorausfall vor, und das Verfahren schreitet fort zu einem Schritt 13, in dem der in Schritt 9 erfasste Winkel einzeln mit den in dem ersten Speichermittel beziehungsweise in der Lookup-Tabelle gespeicherten Winkeln, die jeweils einzeln abgeschalteten Injektoren zugeordnet sind, verglichen wird.
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In einer Abfrage 15 wird schließlich geprüft, ob ein – gegebenenfalls im Rahmen eines vorherbestimmten Toleranz- beziehungsweise Fehlerbereichs – übereinstimmender Winkel gefunden wurde.
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Ist dies nicht der Fall, wird in einem Schritt 17 festgestellt, dass das offenbar ein Fehler vorliegt, wobei der ausgefallene Injektor nicht erkannt wurde. In diesem Fall kehrt das Verfahren zurück zu dem Schritt 9, und es beginnt erneut die fortlaufende Erfassung und Speicherung des Betrags und des Winkels der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals.
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Wurde dagegen erfolgreich eine übereinstimmender Winkel festgestellt, kann zugleich der ausgefallene Injektor anhand der in dem ersten Speichemittel hinterlegten Werte beziehungsweise der Daten der Lookup-Tabelle identifiziert werden. Es wird dann in einem Schritt 19 der ausgefallene Injektor ausgegeben, und/oder es werden Maßnahmen ergriffen, wobei beispielsweise ein Warnhinweis an einen Fahrer oder Betreiber des Verbrennungsmotors ausgegeben wird, ein Aussetzen einer Bestromung des ausgefallenen Injektors durchgeführt wird, eine Leistung des Verbrennungsmotors reduziert wird und/oder der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird.
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Hiernach endet vorzugsweise das Verfahren in einem Schritt 21.
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Wird in Schritt 5 ein initial ausgefallener Injektor erkannt, weil der initial erfasste Wert für den Betrag der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung größer als der vorherbestimmte Schwellenwert ist, schreitet das Verfahren nicht zu der Abfrage 7, sondern zu einem Schritt 201 fort. In diesem Schritt wird, insoweit völlig analog zu der Vorgehensweise in Schritt 101, die Anzahl der Zylinder ermittelt, und einer Laufvariable wird der Wert 0 zugewiesen. Insoweit wird auf die Ausführungen zu Schritt 101 verwiesen. Selbstverständlich sind in beiden Schritten 201, 101 abweichende Startwerte für die Laufvariable möglich. Es ist offensichtlich, wie das Verfahren dann zu modifizieren ist.
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In einer Abfrage 203 wird analog zu der Abfrage 103 geprüft, ob die Laufvariable kleiner ist als die Anzahl der Zylinder. Dies ist typischerweise bei einem ersten Erreichen der Abfrage 203 der Fall, weil die Laufvariable zuvor in dem Schritt 201 auf den Wert 0 gesetzt wurde.
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In einem Schritt 205 wird nun ein Injektor abgeschaltet, welcher dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordnet ist. Auch bezüglich der Zuordnung der Injektoren zu den Werten der Laufvariable wird auf die bereits in Zusammenhang mit der Abfrage 103 und den Schritten 105 bis 111 dargelegten Ausführungen verwiesen. Wesentlich ist, dass in dem Schritt 205 ausschließlich ein einziger Injektor gezielt abgeschaltet wird, welcher eindeutig dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordnet ist.
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In einem Schritt 207 werden ein Betrag und eine Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung erfasst, die in dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors mit dem aktuell abgeschalteten, dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordneten Injektor vorliegen.
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In einer Abfrage 209 werden die so ermittelten, dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordneten Werte für den Betrag und den Winkel mit den initial in Schritt 3 ermittelten und gespeicherten Werten verglichen.
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Stimmen diese Werte – gegebenenfalls innerhalb eines vorherbestimmten Toleranz- beziehungsweise Fehlerbereichs – überein, wurde offenbar versucht, den ohnehin ausgefallenen Injektor abzuschalten, denn es hat sich keine Änderung bezüglich der Werte ergeben, die der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung zugeordnet sind.
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In diesem Fall springt das Verfahren zu dem Schritt 19, weil der initial ausgefallene Injektor erkannt wurde. Es werden dann vorzugsweise die bereits beschriebenen Maßnahmen eingeleitet, und das Verfahren endet in Schritt 21.
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Stimmen dagegen in der Abfrage 209 die Werte, welche dem aktuellen Wert der Laufvariable zugeordnet sind, nicht mit den in Schritt 3 initial gemessenen Werten überein, wurde offenbar ein anderer, nicht ausgefallener Injektor abgeschaltet.
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In diesem Fall wird in Schritt 211 der bei dem aktuellen Wert der Laufvariable abgeschaltete Injektor wieder eingeschaltet, und die Laufvariable wird in einem Schritt 213 um 1 hochgezählt, das heißt ihr Betrag wird um den Betrag 1 vergrößert. Das Verfahren springt dann zurück zu der Abfrage 203, in der wiederum geprüft wird, ob der aktuelle Wert der Laufvariable kleiner ist als die Anzahl der Zylinder. Es wird hier also eine Schleife verwirklicht, die so lange durchlaufen wird, bis entweder der initial ausgefallene Injektor identifiziert ist, oder bis alle Injektoren einzeln abgeschaltet wurden, ohne dass der ausgefallene Injektor identifziert wurde. Nur in diesem letzten Fall wird in der Abfrage 203 überhaupt jemals festgestellt, dass die Laufvariable einen Wert annimmt, welcher der Anzahl der Zylinder entspricht. In allen anderen Fällen endet die Schleife vorher in der Abfrage 209, weil der ausgefallene Injektor identifiziert wurde, und das Verfahren daher in den Schritt 19 springt. Da in dem letzten Fall offenbar die Schleife fehlerhaft durchlaufen wurde, weil in der Abfrage 5 ein Injektorausfall festgestellt, aber daraufhin kein ausgefallener Injektor identifiziert wurde, springt das Verfahren dann in den Schritt 201 zurück, wo erneut die Anzahl der Zylinder ermittelt wird. Es folgt dann ein erneuter Durchlauf der Abfrage 203 beziehungsweise der Schritte 205 bis 209 oder auch 211, 213 so lange, bis der ausgefallene Injektor erfolgreich identifiziert wurde.
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In Tabelle 1 sind beispielhaft Werte dargestellt, die zur Identifizierung von einzelnen Zylindern zugeordneten Injektoren in dem ersten Speichermittel gespeichert sein können. Insoweit ist Tabelle 1 ein Beispiel für eine Lookup-Tabelle. Die dargestellten Werte wurden für einen 12-Zylinder V-Motor gemessen und stellen insoweit Beispielwerte für die Bedatung einer Lookup-Tabelle dar. Anhand von Tabelle 1 soll lediglich verdeutlicht werden, dass es tatsächlich möglich ist, über den Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung eindeutig festzustellen, welcher Injektor ausgefallen ist. Es wird also deutlich, dass dieser Winkel tatsächlich eindeutig einen einzeln abgeschalteten beziehungsweise ausgefallenen Injektor charakterisiert.
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Hierzu ist in der linken Spalte von Tabelle 1 der jeweilige Injektor über den ihm eindeutig zugeordneten Zylinder gekennzeichnet. Bei einem V-Motor unterscheidet man zwischen den beiden sich in einem geometrischen Winkel V-förmig gegenüberstehenden Zylinderbänken, die durch die Buchstaben A und B bezeichnet werden. Die zwölf Zylinder sind demnach durchnummeriert mit den Bezeichnungen A1 bis A6 für die Zylinder der A-Bank und den Bezeichnungen B1 bis B6 für die Zylinder der B-Bank. Jedem Zylinder ist dabei genau ein Injektor zugeordnet. In der rechten Spalte sind die charakteristischen Winkel der Harmonischen der 0,5-ten Ordnung des fouriertransformierten Kurbelwinkelsignals für die in der linken Spalte bezeichneten, einzeln abgeschalteten Injektoren eingetragen.
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Dabei zeigt sich, dass die einzelnen Werte der Winkel für die einzelnen Injektoren charakteristisch sind, sodass diese über die Winkelwerte eindeutig bestimmbar sind. Tabelle 1
| Injektor | Winkel [°] |
| A1 | 261.6 |
| A2 | 141.7 |
| A3 | 20 |
| A4 | 200.6 |
| A5 | 319.4 |
| A6 | 81.5 |
| B1 | 216.5 |
| B2 | 96.9 |
| B3 | 334.7 |
| B4 | 156.1 |
| B5 | 275.6 |
| B6 | 36.1 |
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Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens, des Motorsteuergeräts und des Systems eine einfache und rasche Injektorausfallerkennung möglich ist, wobei insbesondere eine Erkennung von defekten Injektoren während eines laufenden Betriebs des Verbrennungsmotors ohne Zylinderabschaltung, die den Betrieb stören könnte, möglich ist. Vielmehr müssen nur einmalig die einzelnen Injektoren sequentiell nacheinander abgeschaltet werden, um das erste Speichermittel mit Werten zu füllen beziehungsweise die Lookup-Tabelle zu bedaten. Es ist ohne Weiteres möglich, einen defekten Injektor zu individualisieren und damit auch gezielt auszutauschen. Weiterhin ist es nicht nötig, außerhalb eines normalen Betriebs des Verbrennungsmotors Testsequenzen zu fahren, da das Verfahren quasi eine Online-Überwachung im laufenden Motorbetrieb ermöglicht.
