DE102013201997A1

DE102013201997A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung insbesondere eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102013201997A1
Application number: DE102013201997.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Becker; Christian Alexander Muennich; Till Wokoeck; Johannes Zeidler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-08-07
Also published as: US9567937B2; CN104968923A; KR20150113002A; US20160003184A1; WO2014121980A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei der Kraftstoff unter Hochdruck in einen Hochdruckspeicher (1) gefördert wird, dessen Druck mittels einer Druckregelung gesteuert wird und aus dem Kraftstoff zur Einspritzung über wenigstens ein Kraftstoffeinspritzventil (14) gesteuert durch eine Steuereinrichtung (7) entnommen wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass eine Regeldruckabweichung des Drucks in dem Hochdruckspeicher (1) erfasst wird (245) und aus der Regeldruckabweichung auf das Vorliegen einer Balancestörung zwischen dem Hochdruckspeicher (1) zugeführter Kraftstoffmenge und von dem Hochdruckspeicher (1) abgeführter Kraftstoffmenge geschlossen wird. Bei Vorliegen einer Balancestörung wird eine der Balancestörung entgegenwirkende Betriebsbeeinflussung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erzeugt (255) und/oder eine entsprechende Meldung generiert (260).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung insbesondere eines Kraftfahrzeuges gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einer Steuereinrichtung abläuft. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einer Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Stand der Technik
Eine hier betroffene Kraftstoffeinspritzeinrichtung geht aus der DE 196 25 487 A1 hervor. Bei dieser Einrichtung wird Kraftstoff unter Hochdruck in einen Hochdruckspeicher (im Falle einer selbstzündenden Brennkraftmaschine das sogenannte „Common Rail“) gefördert, dessen Druck durch einen in einem Steuergerät angeordneten Druckregler bzw. ein entsprechendes Drucksteuerventil gesteuert wird und aus dem Kraftstoff zur Einspritzung über elektrisch gesteuerte Einspritzventile entnommen wird.
Im Betrieb einer solchen Einspritzeinrichtung kann es vorkommen, dass auf Grund einer Fehlfunktion die tatsächlich dem Hochdruckspeicher zugeführte Kraftstoffmenge (bzw. Kraftstoffmasse) nicht gleich der Menge ist, die für die Kraftstoffeinspritzung vorgesehen und für die Druckregelung erforderlich ist. Es ist daher bekannt, zumindest zeitweilig eine Prüfung der Kraftstoffmengenbilanz im Hochdruckspeicher durchzuführen.
Zur Verhinderung einer unzureichenden Kraftstoffmengenbilanz erfolgt eine Auslegung der Einspritzeinrichtung in Bezug auf die genannte Bilanz bzw. Balance von zu- und abfließenden Kraftstoffmengen(-massen) in dem genannten Hochdruckspeicher, und zwar in an sich bekannter Weise unter der Maßgabe abgeschätzter oder empirisch gewonnener Eigenschaften von den Kraftstofffluss bestimmenden Komponenten der Einspritzeinrichtung, und zwar im ungünstigsten Fall (worst case) bei einem Totalausfall einer oder mehrerer dieser Komponenten.
Alternativ oder zusätzlich erfolgt die genannte Auslegung der Einspritzeinrichtung unter der Annahme eines bestimmten Normkraftstoffes. Da die Kraftstoffgüte, vorliegend insbesondere die Viskosität des Kraftstoffs, in verschiedenen Märkten oder Regionen Schwankungen unterliegen kann, so dass beispielsweise nur ein Kraftstoff mit z.B. relativ niedriger Viskosität angeboten wird, muss die Auslegung auch diese möglichen Schwankungen berücksichtigen.
Im Fahrbetrieb eines eine solche Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs kann daher die Situation eintreten, dass für genannte Komponenten vorhergesagte Eigenschaften bzw. Verhaltensweisen nicht eingehalten werden und dadurch die genannte Balance von in den genannten Hochdruckspeicher zu- und abfließenden Kraftstoffmengen nicht mehr gewährleistet ist.
In beiden genannten Fällen sich ändernder Komponenteneigenschaften und/oder sich ändernder Kraftstoffgüte bzw. -viskosität wäre in den genannten Situationen die Balance der Zu- und Abflüsse in den Hochdruckspeicher gestört und damit würde der Kraftstoffdruck im Hochdruckspeicher kontinuierlich oder sukzessive abfallen. Als Gegenmaßnahme würde der genannte Druckregler den Zufluss in den Hochdruckspeicher solange erhöhen, bis eine vorgegebene Stellgrenze des Reglers, d.h. die bei der o.g. Auslegung maximal mögliche Zuflussmenge, erreicht würde. Würde nun der Kraftstoffdruck noch weiter abfallen oder der Kraftstoffdruck sich nicht wieder von einem zu niedrigen Niveau erholen, müsste die Brennkraftmaschine unter der Annahme einer externen Leckage abgestellt werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine beschriebene Balancestörung zu erkennen und einer erkannten Störung durch geeigneten Eingriff in das Einspritzsystem bzw. die Brennkraftmaschine entgegenzuwirken. Dabei wird sich insbesondere zunutze gemacht, dass die im Betrieb der Brennkraftmaschine geforderte Einspritzmenge ein Abfließen von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher bewirkt, wobei sich der Wert der Einspritzmenge aus dem angeforderten Moment (= Sollmoment) und/oder dem Temperaturverhalten der Brennkraftmaschine berechnen lässt. Durch Beeinflussung der geforderten Einspritzmenge kann demnach eine genannte Balancestörung ausgeglichen bzw. dieser entgegengewirkt werden.
Die Erkennung einer genannten Balancestörung erfolgt erfindungsgemäß durch Erfassen einer Regeldruckabweichung des Drucks in dem Hochdruckspeicher, wobei aus der erfassten Regeldruckabweichung auf das Vorliegen einer Balancestörung zwischen dem Hochdruckspeicher zugeführter Kraftstoffmenge und von dem Hochdruckspeicher abgeführter Kraftstoffmenge geschlossen wird. Die Erkennung einer Balancestörung erfolgt demnach auf der Grundlage einfach zu generierender bzw. bereits existierender Daten und kann daher mit relativ geringem Kostenaufwand bzw. relativ geringem technischen Aufwand realisiert werden.
Mit der Erfindung kann ein Abstellen der Brennkraftmaschine bzw. eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs dadurch verhindert werden, dass die erforderliche Balance der zu- und abfließenden Kraftstoffmengen durch eine Reduzierung des Sollmomentes, d.h. durch eine entsprechende Sollmengenkorrektur des Einspritzsystems, wiederhergestellt wird.
Die genannte Reduzierung des Sollmomentes kann durch eine zumindest zeitweilige Vorgabe eines entsprechend reduzierten maximalen Sollmomentes erfolgen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die genannte Sollmengenkorrektur nur dann angewendet wird, wenn eine Störung der genannten Balance auch tatsächlich erfasst bzw. nachgewiesen ist. Dabei kann zusätzlich geprüft werden, ob eine nachgewiesene Balancestörung auch permanent oder nur vorübergehend ist, denn jeder Regelvorgang geht mit Ein-/Ausschwingungsvorgängen und damit kurzfristigen Balancestörungen einher, welche erfindungsgemäß keine Berücksichtigung bei der Erkennung einer Balancestörung finden sollen.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die genannte Sollmengenkorrektur nur in dem Maße durchgeführt wird, dass der bestimmungsgemäße Betrieb der Brennkraftmaschine bzw. der bestimmungsgemäße Fahrbetrieb eines mit einer Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs mit minimaler Beeinträchtigung weiterhin möglich ist. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass der genannte Maximalwert des Sollmomentes mindestens so groß vorgegeben wird, dass die Brennkraftmaschine mit Werten des Sollmomentes betrieben werden kann, welche einen ausreichenden Betriebskomfort der Brennkraftmaschine bzw. einen ausreichenden Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs gewährleisten.
Dabei kann gleichzeitig sichergestellt werden, dass die genannten Eingriffe in die Sollmengenkorrektur auch den strengen Vorgaben des sogenannten „EGAS-Arbeitskreises“ genügen. Diese Vorgaben betreffen ein bereits normiertes Sicherheitskonzept für Motorsteuerungen von Otto- und Dieselmotoren, welches insbesondere auch die sehr strengen sicherheitstechnischen Anforderungen der ASIL-Einstufung (ASIL = Automotive Safety Integrity Level, eine in der ISO 26262-Norm spezifizierte Sicherheitsanforderungsstufe für sicherheitsrelevante Systeme in Kraftfahrzeugen) erfüllt.
Zur Verbesserung der Erkennungsqualität bzw. Erkennungsgüte einer Balancestörung kann die erfasste Regeldruckabweichung mit einem Schwellwert verglichen werden, wobei nur bei Überschreiten des Schwellwerts auf das Vorliegen einer Balancestörung geschlossen wird. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Vergleich der Regeldruckabweichung mit dem Schwellwert innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters erfolgt. Die Erkennung auf der Grundlage des Schwellwerts in Kombination mit dem Zeitfenster hat den Vorteil, dass nur Regeldruckabweichungen berücksichtigt werden, welche dauerhaft bzw. permanent auftreten.
Als die Balancestörung entgegenwirkende Betriebsbeeinflussung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann ein Begrenzungsmoment ermittelt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Zähler erhöht wird, dessen Wirkung auf ein Kennfeld des Einspritzsystems eine drehzahlabhängige Momentenbegrenzung erzeugt. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Begrenzungsmoment mittels einer Rampenfunktion von einem aktuellen Wert des Begrenzungsmomentes aus nachgeführt wird und dass die Steigung der Rampenfunktion an einen Ist-Wert des Hochdruckspeichers angepasst wird. Diese Maßnahmen haben einzeln oder in Kombination den Vorteil, dass bei kritisch schnell fallendem Istdruck das Begrenzungsmoment durch eine sehr schnelle Momentennachführung, dem aktuellen Istdruck folgend, stetig angepasst bzw. nachgeführt wird.
Die geeignete Größe des Begrenzungsmoments kann auch mittels eines Integral-Reglers ermittelt werden, an dessen Eingang eine von der genannten Druckregelung gelieferte Regelabweichung aufgeschaltet wird. Dabei kann die Regelabweichung vorher gefiltert und/oder entprellt und/oder auf Permanenz hin geprüft werden. Das Ausgangssignal des Integral-Reglers kann einem Aktuator des Einspritzsystems zugeführt werden, welcher das Begrenzungsmoment verringert. Der Integral-Regler integriert die anliegenden Werte der Regelabweichung auf und generiert ein mit der Zeit kontinuierlich ansteigendes Ausgangssignal, was den Vorteil hat, dass bei schnell fallendem Druck auch eine entsprechend schnelle Nachführung des Begrenzungsmomentes erfolgt.
Als alternativer oder zusätzlicher Eingriff in das von der Brennkraftmaschine maximal zur Verfügung gestellte Moment kann auch eine Abschaltung einzelner bzw. mehrerer für das seitens des Fahrers aktuell angeforderte Moment nicht benötigter Einspritzungen, insbesondere nicht benötigter Vor- und/oder Nacheinspritzungen, durchgeführt werden. Insbesondere bei Einspritzsystemen mit Servoinjektoren kann alternativ dazu eine Verringerung bzw. Einsparung von dem Hochdruckspeicher abgeführtem Kraftstoff dadurch erfolgen, dass einzelne oder mehrere Einspritzungen relativ zueinander umkonfiguriert werden.
Es ist anzumerken, dass die beschriebenen möglichen Eingriffe in das Moment prinzipiell nicht vom Injektortyp abhängig sind und daher bei Einspritzsystemen mit jeglicher Art von Injektor anwendbar sind. Insbesondere werden die genannten Einspritzsysteme mit Servoinjektoren nur als Ausführungsbeispiel verstanden und stellen insoweit keine Einschränkung dar.
Die Erkennungsqualität einer Balancestörung kann dadurch noch weiter verbessert werden, dass die erfindungsgemäße Sollmengenkorrektur einem Lernverfahren unterzogen wird. Das Lernverfahren kann den Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs hinsichtlich der Neigung, überhaupt eine Balancestörung zu zeigen, hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer solchen Störung im Bereich der Stellgrenze des Drucksreglers und/oder hinsichtlich der Permanenz der Störung einstufen. Diese Einstufung kann im Rahmen einer Vorprüfung erfolgen, wodurch Fehlmeldungen einer Balancestörung minimiert werden können. Auch der genannte Schwellwert und/oder das genannte Zeitfenster können im Rahmen eines Lernverfahrens schrittweise optimiert werden.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen somit die Heilung einer im Fahrbetrieb gegebenenfalls verletzten Mengenbilanz eines Kraftstoff-Hochdruckspeichers und somit den Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine bzw. eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeuges.
Die Erfindung kann sowohl in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen als auch in Industrieanlagen, beispielsweise bei in der industriellen Verfahrenstechnik eingesetzten Brennkraftmaschinen, mit den hierin beschriebenen Vorteilen zur Anwendung kommen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Ablaufdiagramms.
3 illustriert das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines im Falle einer Balancestörung sich ergebenden beispielhaften Raildruckverlaufs.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein Begrenzungsmoment anhand eines Kennfeldes ermittelt wird.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Ermittlung des Begrenzungsmoments anhand eines I-Reglers erfolgt.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In der 1 ist ein Kraftstoffhochdruckspeicher 1 gezeigt, der über eine Förderleitung 2 von einer Kraftstoffpumpe 3, die aus einem Kraftstoffbehälter 4 Kraftstoff ansaugt, mit Kraftstoff versorgt wird, der auf hohen Einspritzdruck gebracht ist. Es treten dabei Drücke auf, die im Wesentlichen über 1000 bar liegen. Der Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher wir durch einen Druckgeber 6 erfasst, dessen Signal einer Steuereinrichtung 7 zugeführt wird, durch die bei Überschreiten eines fest eingestellten oder eines gewünschten Druckes, der abhängig von einem jeweiligen Betriebszustand der zugehörigen Brennkraftmaschine sein kann, durch ein entsprechendes Signal ein Drucksteuerventil 9 angesteuert wird. Dieses befindet sich in einer Kraftstoffrücklaufleitung 10 vom Kraftstoffhochdruckspeicher 1 zu dem Kraftstoffbehälter 4.
Vom Kraftstoffhochdruckspeicher 1 führen ferner Druckleitungen 11 ab, die mit je einem Kraftstoffeinspritzventil 14 verbunden sind, über das zum geeigneten Zeitpunkt jeweils eine gewünschte Kraftstoffmenge an der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge nach Zeitpunkt und Menge erfolgt ebenfalls über die Steuereinrichtung 7, die zu dieser Steuerung Steuersignale entsprechend der Drehzahl und der Last, unter der die zugehörige Brennkraftmaschine betrieben werden soll, erhält. Die Steuerung dieser Kraftstoffeinspritzmenge erfolgt z.B. in bekannter Weise durch Magnetventile, die die Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicher und dem Kraftstoffeinspritzventil steuern. Dabei evtl. auftretende Kraftstoff-Steuermengen, die in den Tank zurückfließen, können ebenfalls über die Rücklaufleitung 10 in den Tank zurückgefördert werden.
Die Kraftstoffpumpe 3 wird dabei z.B. synchron zu der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung betriebenen Brennkraftmaschine angetrieben, also mit einer Drehzahl, die auch bereits zur Steuerung der Einspritzung erfasst wird. Die Kraftstoffpumpe 3 kann aber auch separat durch einen speziellen Antrieb betrieben werden, und dabei kann die diesbezügliche Antriebsdrehzahl der Kraftstoffpumpe 3 ebenfalls erfasst werden, z. B. durch einen Drehzahlgeber 15. Mit Hilfe dieser Antriebsdrehzahl und der Tatsache, dass die Kraftstoffpumpe 3 pro Umdrehung eine gleichbleibende Fördermenge fördert, lässt sich die im Kraftstoffhochdruckspeicher zugeführte Kraftstoffmenge mittelbar erfassen, so dass auf eine Durchflussmengenmesseinrichtung zur unmittelbaren Messung der geförderten Kraftstoffmenge verzichtet werden kann.
Das im Folgenden beschriebene und in der 2 gezeigte bevorzugt lernfähige Verfahren ermöglicht eine sehr genaue Erfassung einer gestörten Balance von zu- und abfließenden Kraftstoffmengen bzw. -massen in bzw. aus einem hier betroffenen Hochdruckspeicher. Das Verfahren umfasst in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Abschnitte 200–210. In dem ersten Abschnitt 200 erfolgt eine Vorprüfung. Erst bei Erfüllen einer oder mehrerer der dort geprüften Bedingungen erfolgt in Abschnitt 205 die eigentliche Erkennung einer tatsächlichen Balancestörung. In Abschnitt 210 erfolgen schließlich Maßnahmen zur möglichen Beseitigung einer erkannten Balancestörung.
Nach dem Start 215 der gezeigten Routine wird anhand der genannten Vorprüfung (bzw. Plausibilitätsprüfung) geprüft, ob eine genannte Balancestörung grundsätzlich überhaupt vorliegen könnte. Bei der Vorprüfung erfolgt zunächst ein relativ grober Vergleich 220 der genannten Kraftstoffzu- und -abflüsse. Ist das Ergebnis dieses Vergleichs negativ, wird wieder an den Anfang der Routine zurückgesprungen. Im Fall einer erkannten möglichen Balancestörung wird ein sogenannter Arbeitspunkt des Einspritzsystems bzw. der Brennkraftmaschine bezüglich der Mengenbilanz ermittelt 225, und zwar bevorzugt auf der Grundlage der folgenden Bedingungen a)–c):

a) Apparative bzw. systembedingte Neigung des konkret vorliegenden Einspritzsystems zu genannten Balancestörungen. Diese Neigung kann im Vorfeld anhand einer Serie von Einspritzsystemen ermittelt werden, wobei z.B. zu erwarten ist, dass die Neigung insbesondere auch losabhängig bzw. von der Seriennummer abhängig ist. Alternativ kann die Neigung anhand bestimmter verbauter Komponenten wie Einspritzventile, Pumpen oder dergleichen bestimmt werden.
b) Mögliche Störung liegt im Bereich der Stellgrenze des Reglers und ist daher von einer Heilung prinzipiell ausgeschlossen.
c) Mögliche Störung tritt dauerhaft oder nur vorübergehend auf. Nur im Falle einer permanenten Störung kann überhaupt vom Vorliegen einer Balancestörung ausgegangen werden.

Anhand des Erfülltseins oder Nichterfülltseins dieser Bedingungen kann der Wirkungsbereich des vorgeschlagenen Verfahrens so eingegrenzt werden, dass mögliche Fehlmeldungen von Störungen minimiert oder verhindert werden.
Die in Abschnitt 205 durchgeführte eigentliche Erkennung einer tatsächlich vorliegenden Balancestörung erfolgt, wie in der 2 zu ersehen, auf der Grundlage der Druckregelung eines Kraftstoff-Hochdruckspeichers einer Brennkraftmaschine, z.B. einer Raildruckregelung im Falle einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Dabei werden von einem Drucksensor gelieferte Raildruckwerte in bevorzugt regelmäßigen Zeitabständen von z.B. 1/10 s-Intervallen erfasst 230 und mittels eines Druckreglers jeweils die Regelabweichung von einem vorgegebenen Sollwert ermittelt 235. Die erfassten Werte der Regelabweichung werden in dem Ausführungsbeispiel zusätzlich entprellt 240, um zu verhindern, dass z.B. durch Einschwingvorgänge im Hochdruckspeicher verursachte kurzzeitige Druckschwankungen fälschlich als Balancestörung erkannt werden.
Innerhalb eines empirisch festgelegten Zeitfensters ∆t_E erfasste und entprellte Werte der Regeldruckabweichung werden mit einem vorgegebenen Schwellwert ∆p_thres verglichen 245. Die Verwendung des Zeitfensters ∆t_E dient im Wesentlichen dazu, die genannte Permanenz der erfassten Ereignisse zu berücksichtigen. Wird der Schwellwert nicht überschritten, dann wird in nachfolgendem Schritt 250 geprüft, ob das Zeitfenster ∆t_E noch nicht überschritten wurde, d.h. ob die Bedingung t ≤ ∆t_E erfüllt ist oder nicht. Ist die Bedingung erfüllt, wird ein weiterer Wert der Regelabweichung erfasst und wie oben beschrieben ausgewertet. Ist das Zeitfenster bereits überschritten, wird an den Anfang der Routine zurückgesprungen. Wird der Schwellwert innerhalb des Zeitfensters ∆t_E überschritten, wird das Vorliegen einer tatsächlichen Balancestörung angenommen und in Abschnitt 210 weiterverfahren.
Im Rahmen des erwähnten Lernprozesses werden die oben genannten Schritte bspw. an einem Teststand des Einspritzsystems rekursiv durchgeführt und die genannten vorgegebenen Werte des Schwellwerts, der Entprellzeit sowie des Zeitfensters ∆t_E von Messzyklus zu Messzyklus schrittweise kalibriert bzw. optimiert. Die dabei gewonnenen Daten können ggf. in einem Kennfeld, insbesondere als Funktion der Drehzahl der Brennkraftmaschine, abgelegt werden, um darauf bei der eigentlichen Erkennung zugreifen zu können. Es ist dabei erwähnenswert, dass der Schwellwert sowie die Entprellzeit Funktionen der Drehzahl der Brennkraftmaschine sind, da der durch die Pumpenleistung maßgeblich bestimmte Zufluss und die die Sollmenge (d.h. der Abfluss) Funktionen der Drehzahl sind.
Im Falle einer erkannten tatsächlichen Balancestörung werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schritte 255 usw. durchgeführt. Dabei wird z.B. von einem Steuergerät des Einspritzsystems bzw. der Brennkraftmaschine ein der Balancestörung entgegenwirkender Eingriff in Betriebsparameter der Einspritzeinrichtung bzw. der Brennkraftmaschine vorgenommen 255. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der Eingriff aus einer Begrenzung des für den Betrieb einer Brennkraftmaschine bzw. für den Fahrbetrieb eines eine solche Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeugs zur Verfügung stehenden Momentes (sog. „Begrenzungsmoment“). Zusätzlich wird der Fahrzeugführer in dem Ausführungsbeispiel über eine Anzeige des Armaturenbretts entsprechend informiert 260, z.B. durch eine Meldung wie z.B. „Fahrzeugmotor im Notlaufmodus – Nächste Werkstatt aufsuchen!“.
Die geeignete Größe des Begrenzungsmoments wird gemäß einem in der 4 schematisch dargestellten ersten Ausführungsbeispiel dadurch ermittelt, dass ein Zähler 400 erhöht wird, dessen Wirkung auf ein an sich bekanntes Kennfeld 405 des Einspritzsystems eine drehzahlabhängige 415 Momentenbegrenzung 410 erzeugt. Mittels einer Rampenfunktion 420 wird das Begrenzungsmoment von einem aktuellen Wert des Begrenzungsmomentes aus nachgeführt.
In dem vorliegenden in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Steigung der Rampenfunktion 420 an den entprellten Ist-Wert des Raildrucks 425 bzw. des entsprechend abfallenden Druckgradienten angepasst. Dies hat den Vorteil, dass bei kritisch schnell fallendem Istdruck das Begrenzungsmoment durch eine sehr schnelle Momentennachführung, dem aktuellen Istdruck folgend, stetig angepasst bzw. nachgeführt wird.
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Ermittlung des Begrenzungsmoments mittels eines Integral-Reglers („I-Reglers“) 510. Eine von einem Raildruck-Regler 500 gelieferte (positive) Regelabweichung wird in einer Recheneinheit 505, die in einem Steuergerät des Einspritzsystems oder als zusätzliches Berechnungsmodul implementiert sein kann, gefiltert, entprellt und auf die genannte Permanenz hin geprüft. Die sich dabei ergebende permanente Regeldruckabweichung wird an den Istwert-Eingang des I-Reglers 510 für die Regelgröße aufgeschaltet. Der I-Regler 510 integriert die in der Regelabweichung manifestierte Mengenbilanzverletzung auf und generiert ein mit der Zeit des Anliegens der Regelabweichung stetig ansteigendes Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal wird einem Aktuator 515 des Einspritzsystems zugeführt, welcher das Begrenzungsmoment mittels eines entsprechenden Einspritzsignals verringert. Diese Verringerung des Begrenzungsmoments erfolgt solange, bis die permanente Regelabweichung verschwindet und die nachfolgend beschriebene Heilung beginnt.
Es ist anzumerken, dass bei der Voreinstellung bzw. Parametrierung der Regelparameter des Integral-Anteils diese bevorzugt an die Größe des im Störungsfall negativen Ist-Railsdruckgradienten zu koppeln sind. Dadurch ist gewährleistet, dass bei schnell fallendem Ist-Druck auch eine entsprechend schnelle Nachführung des Begrenzungsmoments erfolgt.
Alternativ oder zusätzlich zu den beiden anhand der 4 und 5 beschriebenen Maßnahmen, d.h. einen jeweiligen Eingriff in das von der Brennkraftmaschine maximal zur Verfügung gestellte Moment, kann auch eine Abschaltung einzelner bzw. mehrerer nicht benötigter Einspritzungen, insbesondere nicht benötigter Vor- und/oder Nacheinspritzungen, durchgeführt werden. Insbesondere bei Einspritzsystemen mit Servoinjektoren kann alternativ dazu eine Verringerung bzw. Einsparung von dem Hochdruckspeicher abgeführtem Kraftstoff dadurch erfolgen, dass einzelne oder mehrere Einspritzungen – bevorzugt bei gleicher Gesamtmenge an verbrauchtem Kraftstoff – relativ zueinander umkonfiguriert werden.
Im Anschluss an die Durchführung einer beschriebenen abflussmindernden Maßnahme wird geprüft 265, ob diese Maßnahme erfolgreich war und eine Momentenerhöhung bewirkt hat oder nicht.
War die Maßnahme erfolgreich, wird die beschriebene Momentenbegrenzung zumindest vorübergehend eingefroren 270 bzw. die beschriebene Abschaltung einzelner oder mehrerer Einspritzungen wieder aufgehoben und die Routine beendet 275. Der aktuell vorliegende Zählerstand bleibt allerdings auf dem höchsten erreichten Wert stehen. Die Momentenbegrenzung ist damit zumindest zeitweilig eingefroren. Erst durch den hierin beschriebenen Prozess der Heilung einer hier betroffenen Einspritzeinrichtung von einer permanenten Störung wird der Zähler 400 bevorzugt schrittweise wieder auf den Wert 0 zurückgeführt. Im Falle der beschriebenen Verwendung eines I-Reglers (5) wird der genannte Reglereingang auf eine negative und damit heilende Vorgabe umgeschaltet, z.B. im Wege einer Invertierung des Eingangssignals.
War die Maßnahme jedoch nicht erfolgreich, d.h. sie hatte keine Momentenerhöhung zur Folge, wird bei Erreichen eines vorgegebenen Höchstwerts des Zählerstandes und/oder bei Erreichen der maximal möglichen Anzahl wegfallender Einspritzungen wieder zu Schritt 225 zurückgesprungen und erneut geprüft, ob (weiterhin) eine permanente Regelabweichung vorliegt oder nicht.
Liegt weiterhin eine permanente Regelabweichung vor, wird die Routine in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel damit beendet, dass die Brennkraftmaschine ganz abgestellt wird. Alternativ kann die Brennkraftmaschine auch in einen besonderen Notlaufmodus versetzt werden, in dem nur ein vorgegebenes relativ geringes Moment mit deutlichen Einbußen im Betriebskomfort der Brennkraftmaschine abrufbar ist, welches zumindest sicherstellt, dass sich die Regelabweichung verringert. Alternativ oder zusätzlich kann eine Meldung an den Fahrzeugführer bzw. Betreiber der Brennkraftmaschine erfolgen, wonach die Brennkraftmaschine zur Zeit in dem genannten Notlaufmodus betrieben wird.
Es ist anzumerken, dass die genannte Meldung an den Fahrzeugführer auch den Hinweis enthalten kann, das Gaspedal des Kraftfahrzeugs zurückzunehmen bzw. loszulassen. Denn diese Maßnahme würde ebenfalls die Abflussmenge an Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher entlasten und damit träte die permanente Regelabweichung nicht mehr auf. Würde die Momentenbegrenzung einer solchen Entlastung bzw. Verringerung der Abflussmenge allerdings unmittelbar folgen, hätte das Zurücknehmen des Gaspedals keine sofortige abnehmende Wirkung des Momentes zur Folge. Vielmehr kann es sogar zu einer Beschleunigung des Fahrzeugs kommen.
Die zuletzt genannte Verhaltensweise des Kraftfahrzeugs widerspricht den oben genannten EGAS-Richtlinien und kann dadurch verhindert werden, dass entweder das Umfeld der Momentenbegrenzung genauer beobachtet wird, um sicherzustellen, dass die Begrenzung erst dann abgeschaltet wird, wenn sie sicher keinen Einfluss mehr hat, oder aber die Momentenbegrenzung durch einen Übergang von einem Fahrzyklus zum nächsten wie vorbeschrieben z.B. wieder aufgehoben und dadurch „geheilt“ wird.
Im Falle der beschriebenen Verwendung eines I-Reglers (5) kann bei Nicht-Vorliegen einer verletzten Mengenbilanz das Heilen durch Vorgabe einer zusätzlichen künstlichen negativen Regeldifferenz erfolgen. Durch Vorgabe einer geringen Abweichung sowie durch entsprechend applizierte Regelparameter lässt sich eine sprunghafte Freigabe des Moments nach Verlassen eines die Mengenbilanz verletzenden Arbeitspunkts der Einspritzeinrichtung bzw. der Brennkraftmaschine verhindern.
Zusätzlich kann das während der Heilungsphase eventuell störende Eingreifen des Reglers (über sein Ausgangssignal) durch eine drehzahlabhängige Kennlinie verhindert werden. Dadurch lassen sich insbesondere auch Konflikte mit anderen in das Moment eingreifenden Funktionen verhindern.
In 3 ist der Druck p_Rail im Common-Rail einer selbstzündenden Brennkraftmaschine über der Zeit t aufgetragen. Mit Pfeilen ist der Beginn der einzelnen Einspritzungen bezeichnet. Mit jeder Einspritzung sinkt der Druck p_Rail im Rail ab und steigt in dem vorliegenden Beispiel aufgrund einer genannten Mengenbilanzabweichung bzw. Balancestörung nicht mehr auf seinen ursprünglichen Wert an. Es ist anzumerken, dass nur im stationären Zustand und bei nicht vorliegender Balancestörung der Druck zwischen zwei Einspritzungen bei gleicher Lage der Kurbelwelle immer den gleichen Wert erreicht.
Der genannte Schwellwert ∆p_thres entspricht in dem vorliegenden Beispiel der Differenz (p_MAX,thres – p_MIN,thres). Die aktuelle Regelabweichung pro Periode entspricht der Abweichung bzw. Differenz zwischen dem in der jeweiligen Periode erreichten Höchstwert der Druckkurve p_Rail(t) und dem oberen Wert p_MAX,thres.
In dem genannten Zeitfenster ∆t_E fällt in dem vorliegenden Beispiel der in jeder Einspritzperiode nach dem Einspritzvorgang erreichte Höchstwert schrittweise ab und erreicht nicht mehr den oberen Startwert p_MAX,thres. Innerhalb des Zeitfensters ∆t_E überschreitet die aus den vorliegend (und nur beispielhaft) vier Perioden sich ergebende Gesamt-Regeldruckabweichung den Schwellwert ∆p_thres. Somit ist vorliegend die oben genannte Bedingung für eine tatsächliche Balancestörung erfüllt und es wird auf das Vorliegen einer solchen Störung geschlossen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19625487 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 26262-Norm [0014]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung insbesondere eines Kraftfahrzeuges, bei der Kraftstoff unter Hochdruck in einen Hochdruckspeicher (1) gefördert wird, dessen Druck mittels einer Druckregelung gesteuert wird und aus dem Kraftstoff zur Einspritzung über wenigstens ein Kraftstoffeinspritzventil (14) gesteuert durch eine Steuereinrichtung (7) entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeldruckabweichung des Drucks in dem Hochdruckspeicher (1) erfasst wird (245) und aus der Regeldruckabweichung auf das Vorliegen einer Balancestörung zwischen dem Hochdruckspeicher (1) zugeführter Kraftstoffmenge und von dem Hochdruckspeicher (1) abgeführter Kraftstoffmenge geschlossen wird, und dass bei Vorliegen einer Balancestörung eine der Balancestörung entgegenwirkende Betriebsbeeinflussung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erzeugt wird (255) und/oder eine entsprechende Meldung generiert wird (260).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbeeinflussung mittels einer Sollmengenkorrektur des Einspritzsystems erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als genannte Sollmengenkorrektur eine Reduzierung des Sollmomentes durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Sollmengenkorrektur nur dann durchgeführt wird, wenn eine mögliche Balancestörung als permanente Störung erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Betriebsbeeinflussung (255) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in dem Maße durchgeführt wird, dass ein bestimmungsgemäßer Betrieb insbesondere des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Regeldruckabweichung mit einem Schwellwert verglichen wird, und nur bei Überschreiten des Schwellwerts auf das Vorliegen einer Balancestörung geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich der Regeldruckabweichung mit dem Schwellwert innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Schwellwert und/oder das genannte Zeitfenster anhand eines Lernverfahrens optimiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als die Balancestörung entgegenwirkende Betriebsbeeinflussung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ein Begrenzungsmoment ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungsmoment dadurch ermittelt wird, dass ein Zähler (400) erhöht wird, dessen Wirkung auf ein Kennfeld (405) des Einspritzsystems eine drehzahlabhängige (415) Momentenbegrenzung (410) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungsmoment mittels einer Rampenfunktion (420) von einem aktuellen Wert des Begrenzungsmomentes aus nachgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Rampenfunktion (420) an einen Ist-Wert (425) des Hochdruckspeichers (1) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungsmoment mittels eines Integral-Reglers (510) ermittelt wird, an dessen Eingang eine von der genannten Druckregelung gelieferte Regelabweichung aufgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelabweichung gefiltert und/oder entprellt und/oder auf Permanenz hin geprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Integral-Reglers (510) einem Aktuator (515) des Einspritzsystems zugeführt wird, welcher das Begrenzungsmoment verringert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als die Balancestörung entgegenwirkende Betriebsbeeinflussung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine Abschaltung wenigstens einer für das seitens eines aktuell angeforderten Momentes nicht erforderlichen Einspritzung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschaltung von für das seitens eines aktuell angeforderten Momentes nicht erforderlicher Vor- und/oder Nacheinspritzungen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Einspritzungen relativ zueinander umkonfiguriert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Vorprüfung durchgeführt wird, um die Neigung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine genannte Balancestörung zu ermitteln.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder einer Steuereinrichtung (7) abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Steuereinrichtung (7) ausgeführt wird.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch Rechenmittel zur Erfassung (245) einer Regeldruckabweichung des Drucks in dem Hochdruckspeicher (1) und zur Erkennung einer Balancestörung zwischen dem Hochdruckspeicher (1) zugeführter Kraftstoffmenge und von dem Hochdruckspeicher (1) abgeführter Kraftstoffmenge sowie durch Steuermittel zur Erzeugung einer der Balancestörung entgegenwirkenden Betriebsbeeinflussung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (255) und/oder zur Generierung einer entsprechenden Meldung (260).