DE102013216255B3

DE102013216255B3 - Verfahren zur injektorindividuellen Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung und Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE102013216255B3
Application number: DE201310216255
Authority: DE
Inventors: Andreas Mehr; Frank Schwanz; Michael Walder; Alexander Bernhard; Christian Wolf
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-08-16
Also published as: HK1226117A1; US20160186709A1; JP2016532051A; EP3033513A1; US9903331B2; CN105705754A; WO2015022058A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur injektorindividuellen Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (3) einer Brennkraftmaschine (1), mit folgenden Schritten: Zeitaufgelöstes Erfassen eines Druckverlaufs (D) in einem Einzelspeicher (7) eines Injektors (5); Auswerten des erfassten Druckverlaufs (D); Feststellen, ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung (3) im Bereich des Injektors (5) vorliegt anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D), und Identifizieren des Fehlerzustands anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur injektorindividuellen Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 und eine Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 002 793 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, im Rahmen dessen ein Druck in einem Einzelspeicher eines Injektors erfasst wird. Dieser Druck wird der Steuerung der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Ablauf einer Haupteinspritzung mithilfe der Einzelspeicherdruckmessung gesteuert und/oder geregelt wird. Auch der Ablauf einer Voreinspritzung und/oder einer Nacheinspritzung sind entsprechend steuer- und/oder regelbar. Demgegenüber ist bisher keine Möglichkeit bekannt, auf einfache und zuverlässige Weise eine injektorindividuelle Diagnose im Sinne einer sogenannten On-Board-Diagnose für die einzelnen Injektoren einer Brennkraftmaschine zu implementieren.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 006 896 A1 geht ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-System einschließlich Einzelspeichern hervor, bei dem ein Ist-Spritzende aus dem Druckverlauf der Einzelspeicher detektiert wird und ein virtueller Ist-Spritzbeginn bestimmt wird. Dabei wird eine Spritzende-Abweichung aus einem Soll-Spritzende und dem Ist-Spritzende berechnet, es wird eine Spritzbeginn-Abweichung aus einem Soll-Spritzbeginn und dem virtuellen Ist-Spritzbeginn berechnet, ein Injektor wird anhand der Spritzende-Abweichung sowie der Spritzbeginn-Abweichung bewertet, und die weitere Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine erfolgt auf Grundlage der Injektor-Bewertung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches eine injektorindividuelle Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine auf einfache und zuverlässige Art ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Im Rahmen des Verfahrens wird ein Druckverlauf in einem Einzelspeicher eines Injektors zeitaufgelöst erfasst. Der erfasste Druckverlauf wird ausgewertet. Anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs wird festgestellt, ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung im Bereich des Injektors vorliegt. Der Fehlerzustand wird anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs identifiziert. Mithilfe des Verfahrens ist es insbesondere auch während eines Betriebs der Brennkraftmaschine ohne weiteres möglich, injektorindividuell Fehlerzustände bis hin zu Defekten der einzelnen Injektoren zu erkennen, zu identifizieren und den einzelnen Injektoren zuzuordnen. Mithilfe der Einzelspeicherdruckanalyse können Rückschlüsse auf das Injektorverhalten gezogen werden. Somit wird ein Fehlverhalten des Einspritzsystems sicher und zuverlässig erkannt, wobei einzelne Injektoren oder ihnen zugeordnete Einrichtungen als Fehlerquellen identifiziert werden können. Es ist dann möglich, die Fehler durch definierte Maßnahmen zu beheben. Dabei ist es nicht nötig, zunächst jeden einzelnen Injektor aufwendig zu untersuchen, sondern ein auftretender Fehlerzustand ist mittels On-Board-Diagnose identifizierbar und dem fehlerhaften Teil zuordenbar. Somit wird insbesondere auch eine zeitaufwändige und teure Fehlersuche seitens eines Kundendienstes vermieden. Der Druckverlauf in dem Einzelspeicher wird vorzugsweise durch einen im Bereich des Einzelspeichers angeordneten Drucksensor, insbesondere mithilfe eines Dehnungssensors, zeitaufgelöst gemessen. Das unmittelbar an dem jeweiligen Injektor gemessene Drucksignal ist eindeutig dem Injektor zuordenbar, insbesondere da auf dem Drucksignal des Einzelspeichers keine Störfrequenzen anderer Injektoren beziehungsweise anderer Zylinder der Brennkraftmaschine vorliegen oder nur in vernachlässigbarem Umfang vorhanden sind. Somit wird eine Filterung und/oder Kalibrierung des erfassten Druckverlaufs jedenfalls zur injektorindividuellen Separierung des Signals überflüssig. Gleichwohl ist es möglich, eine solche Filterung und/oder Kalibrierung durchzuführen.
Im Rahmen der Auswertung des erfassten Druckverlaufs wird allerdings bevorzugt eine Filterung durchgeführt, um mit einem geglätteten Signal arbeiten zu können. Dies erleichtert insbesondere die im Folgenden noch erläuterte Ermittlung von Spritzzeitpunkten aus dem Drucksignal.
Im Rahmen der Feststellung, ob ein Fehlerzustand vorliegt, wird anhand vorherbestimmter Kriterien ermittelt, ob der einzelne, betrachtete Injektor fehlerfrei arbeitet, oder ob eine Störung vorliegt. Wird ein Fehlerzustand festgestellt, ist es ohne weiteres möglich, diesen zu identifizieren, sodass auch festgestellt wird, welcher Fehler vorliegt. Die Zuordnung des Fehlers zu dem individuellen Injektor ist ohne weiteres über die Zuordnung des gemessenen Drucksignals zu dem entsprechenden Einzelspeicher möglich.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Druckverlauf in dem Einzelspeicher synchronisiert mit einer Bestromung des Injektors zeitaufgelöst erfasst wird. Dabei wird der Druckverlauf vorzugsweise gleichzeitig oder überlappend mit der Bestromung des Injektors erfasst. Die Synchronisierung der Druckerfassung mit der Injektorbestromung stellt sicher, dass der erfasste Druckverlauf eindeutig einem Einspritzereignis, beispielsweise einer Voreinspritzung, einer Haupteinspritzung oder einer Nacheinspritzung zugeordnet werden kann. Zudem gewährleistet die Synchronisierung, dass der Druckverlauf dann erfasst wird, wenn tatsächlich ein Einspritzereignis stattfinden soll, sodass es insbesondere nicht nötig ist, den Druckverlauf dauerhaft zu erfassen. Hierdurch kann die zu erfassende Datenmenge reduziert und das Verfahren vereinfacht werden.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass der erfasste Druckverlauf einem Einspritzereignis, beispielsweise einer Voreinspritzung, einer Haupteinspritzung oder einer Nacheinspritzung zugeordnet wird. Eine entsprechende Zuordnung ist beispielsweise möglich, indem ein Steuergerät, welches sowohl die Bestromung der Injektoren als auch die Erfassung der Druckverläufe steuert, ein Zeitsignal erzeugt, wobei sowohl den erfassten Druckverläufen als auch den Einspritzereignissen Zeitwerte durch das Steuergerät zugeordnet werden. Anhand dieser Zeitwerte ist es dann ohne weiteres möglich, erfasste Druckverläufe einzelnen Einspritzereignissen zuzuordnen. Dabei werden vorzugsweise bestimmte Kriterien beachtet, um eine fehlerfreie Zuordnung zu gewährleisten. Beispielsweise muss ein aus dem erfassten Druckverlauf ermittelter Spritzbeginn zeitlich nach einem durch das Steuergerät vorgegebenen Bestromungsbeginn liegen. Ein aus dem Druckverlauf ermitteltes Spritzende muss zeitlich nach dem durch das Steuergerät vorgegebenen Bestromungsende liegen. Als weiterer Parameter kann hinzukommen, dass der zeitliche Abstand zwischen dem aus dem Druckverlauf ermittelten Spritzbeginn und einem in dem Steuergerät hinterlegten Sollspritzbeginn nicht größer sein darf als ein vorherbestimmbares, mithin parametrierbares Maximum. Als weiteres Kriterium kann hinzutreten, dass der zeitliche Abstand zwischen dem aus dem Druckverlauf erfassten Spritzende und einem in dem Steuergerät hinterlegten Sollspritzende nicht größer sein darf als ein vorherbestimmbares Maximum.
Insgesamt ist es also möglich, mithilfe des Verfahrens eine Diagnose der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung für beliebige Einspritzereignisse, insbesondere für eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung oder eine Nacheinspritzung zu verwenden. Dabei ist stets eine genaue Zuordnung der erfassten Druckverläufe zu den einzelnen Einspritzereignissen möglich.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, das geprüft wird, ob der Injektor bestromt wird. Es ist möglich, dass das Steuergerät zwar eine Bestromung des Injektors veranlasst, an diesem jedoch keine Spannung oder kein Strom ankommt. Beispielsweise können Kabel beschädigt oder gelöst sein. Auch ist es möglich, dass das Steuergerät selbst einen Defekt aufweist, wodurch es den Injektor nicht richtig ansteuert, mithin die Bestromung des Injektors nicht korrekt veranlasst. Bevorzugt wird mindestens ein Bestromungswert der Bestromung des Injektors erfasst und für das Feststellen eines Fehlerzustands und/oder für das Identifizieren des Fehlerzustands herangezogen. Als Bestromungswert kann beispielsweise eine Spannung oder ein Strom erfasst werden, wobei sich diese Werte bei einer korrekten Bestromung des Injektors in charakteristischer Weise ändern, sodass die Injektorbestromung festgestellt werden kann.
Dabei wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens eine korrekte Bestromung des Injektors festgestellt, wenn der erfasste Bestromungswert einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet oder unterschreitet. Dabei hängt das Über- oder Unterschreiten des vorherbestimmten Schwellenwerts insbesondere davon ab, welches Vorzeichen der Bestromungswert aufweist beziehungsweise welches Vorzeichen die Änderung des Bestromungswerts bei der Bestromung des Injektors aufweist. Es ist auch möglich, dass der Betrag des Bestromungswerts zum Zeitpunkt der Injektorbestromung mit einem Schwellenwert verglichen wird, wobei bevorzugt eine korrekte Bestromung festgestellt wird, wenn der Betrag des Bestromungswerts einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist es auch möglich, das geprüft wird, ob der erfasste Bestromungswert in einem vorherbestimmten Intervall liegt. Dabei wird eine korrekte Bestromung festgestellt, wenn der erfasste Bestromungswert in dem vorherbestimmten Intervall liegt, während eine fehlerhafte Bestromung oder eine ausbleibende Bestromung festgestellt wird, wenn der Bestromungswert außerhalb des Intervalls liegt.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Fehlerzustand festgestellt und als fehlende Einspritzung identifiziert wird, wenn der Injektor bestromt wird, wobei kein Druckeinbruch in dem Druckverlauf festgestellt wird. Die Auswertung des erfassten Druckverlaufs schließt in diesem Fall also ein, dass geprüft wird, ob ein Druckeinbruch feststellbar ist. Erfolgt nämlich eine korrekte Einspritzung, wenn der Injektor bestromt wird, bricht der Druck in dem Einzelspeicher während der Einspritzung ein. Kommt es bei korrekter Bestromung des Injektors nicht zu einem solchen Druckeinbruch, wird im Rahmen des Verfahrens davon ausgegangen, dass trotz korrekter Bestromung des Injektors keine Einspritzung stattgefunden hat. Dies kann beispielsweise daran liegen, dass eine als Ventilglied dienende Injektornadel klemmt und sich daher nicht aus ihrem Sitz löst, wenn der Injektor bestromt wird.
Vorzugsweise wird ein Fehlerzustand nur dann als fehlende Einspritzung identifiziert, wenn zusätzlich ein von dem Steuergerät betriebspunktabhängig vorgegebenes, einzuspritzendes Sollvolumen an Kraftstoff größer ist als ein vorherbestimmter Minimalwert. Dieser Vorgehensweise liegt der Gedanke zugrunde, dass unterhalb eines bestimmten, einzuspritzenden Sollvolumens keine sichere Erkennung des Druckeinbruchs durch Auswertung des Druckverlaufs in dem Einzelspeicher möglich ist. Es kann daher in diesem Fall bei Unterschreitung des vorherbestimmten Minimalwerts nicht definitiv festgestellt werden, ob tatsächlich die Einspritzung unterblieben ist, oder ob lediglich die tatsächlich durchgeführte Einspritzung nicht korrekt erkannt wurde. Daher wird im Rahmen der Identifikation des Fehlerzustands bevorzugt stets geprüft, ob das durch das Steuergerät für die Einspritzung vorgegebene Sollvolumen den vorherbestimmten Minimalwert überschreitet. Ist dies der Fall, und wird außerdem kein Druckeinbruch in dem Druckverlauf festgestellt, kann sicher davon ausgegangen werden, dass ein Fehlerzustand vorliegt, der als fehlende Einspritzung identifiziert werden kann.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als Fehleinspritzung identifiziert, wenn der Injektor nicht bestromt wird, wobei ein Druckeinbruch in dem Druckverlauf festgestellt wird. Hier liegt demnach der umgekehrte Fall zu dem zuvor diskutierten Fall vor, wobei der Injektor gerade nicht korrekt bestromt wird, gleichwohl jedoch ein Druckeinbruch in dem Druckverlauf festgestellt wird, mithin eine Injektion von Kraftstoff in den Zylinder stattfindet. Eine solche Fehleinspritzung ohne Bestromung des Injektors kann beispielsweise auftreten, wenn ein die Injektoröffnung steuerndes Pilotventil hängenbleibt, oder sich in der Ansteuerung des Injektors ein Kurzschluss gegen Masse ergibt.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als Mengenbegrenzungsventil-Fehler eines dem Injektor zugeordneten Mengenbegrenzungsventils identifiziert, wenn in dem Druckverlauf eine charakteristische Überhöhung festgestellt wird. Die Auswertung des Druckverlaufs schließt bevorzugt demnach auch ein, dass der Kurvenverlauf – vorzugsweise der gefilterte Druckverlauf – auf charakteristische Merkmale wie beispielsweise die charakteristische Überhöhung, die auch als Öffnungswelle bezeichnet wird, untersucht wird. Wird eine solche Öffnungswelle detektiert, wird im Rahmen des Verfahrens darauf geschlossen, dass das Mengenbegrenzungsventil, welches dem Injektor zugeordnet ist und eine Überdosierung von Kraftstoff in den dem Injektor zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine verhindern soll, einen Fehlerzustand aufweist.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als Dauereinspritzung identifiziert, wenn ein dauerhafter Druckeinbruch erkannt wird. Der Druckverlauf weist dabei einen zunächst kontinuierlich sinkenden und später konstant niedrigen Verlauf auf, weil der Injektor dauerhaft zu dem Zylinder hin offen ist, sodass sich kein Hochdruck mehr in dem Einzelspeicher aufbauen kann. Eine solche Dauereinspritzung weist auf einen zweifachen Fehler hin, nämlich einerseits auf ein defektes Mengenbegrenzungsventil, welches einen stetigen Abfluss von Kraftstoff aus dem Einzelspeicher nicht verhindert, und andererseits auf einen fehlerhaften Injektor, der dauerhaft in einem offenen Zustand angeordnet ist und nicht mehr schließt.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als ungültige Einspritzung identifiziert, wenn ein aus dem erfassten Druckverlauf ermittelter Spritzzeitpunkt außerhalb eines vorherbestimmten Gültigkeitsbereichs liegt. Dabei wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens als Spritzzeitpunkt aus dem erfassten Druckverlauf im Rahmen der Auswertung ein Spritzbeginn ermittelt. Alternativ oder zusätzlich wird bei einer Ausführungsform des Verfahrens aus dem Druckverlauf im Rahmen der Auswertung ein Spritzende als Spritzzeitpunkt ermittelt. Es ist im Rahmen des Verfahrens möglich, für den Spritzbeginn und/oder für das Spritzende Gültigkeitsbereiche zu definieren, in denen die Spritzzeitpunkte jeweils liegen müssen.
Wie aus einem erfassten Einzelspeicherdruck ein Spritzbeginn und ein Spritzende im Rahmen einer Auswertung ermittelt werden können, geht beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 056 381 A1 hervor.
In dem Steuergerät ist bevorzugt mindestens ein Spritzzeitpunkt-Kennfeld für mindestens einen Soll-Spritzzeitpunkt hinterlegt, in dem – abhängig von einem mithilfe eines Raildrucksensors erfassten Raildruck des Einspritzsystems – Werte für den Soll-Spritzzeitpunkt gespeichert sind.
Es werden nun im Rahmen des Verfahrens bevorzugt Gültigkeitskennfelder verwendet, in denen – vorzugsweise raildruckabhängig –, also abhängig von einem Druck in einem Hochdruckspeicher der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung, Gültigkeitsbereiche für die Spritzzeitpunkte hinterlegt sind, die – vorzugsweise symmetrische – Invervalle um die Soll-Spritzzeitpunkte definieren. Dies wird im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit für den Spritzbeginn als ausgewähltem Spritzzeitpunkt erläutert, gilt aber genauso auch für das Spritzende oder einen anderen Spritzzeitpunkt:
In einem ersten Gültigkeitskennfeld ist vorzugsweise ein vergleichsweise breiter Gültigkeitsbereich hinterlegt. Dieser wird auch als ungelernter Gültigkeitsbereich bezeichnet und findet insbesondere dann Anwendung wenn ein neuer Injektor in der Brennkraftmaschine verwendet wird. In dem Steuergerät ist ein Verfahren zur Korrektur des Spritzbeginns implementiert, welches Korrekturwerte für einen Bestromungsbeginn des Injektors in ein Lernkennfeld einträgt. Im Laufe des Betriebs erfasst das Steuergerät charakteristische Abweichungen des Injektors und lernt über die Einträge in dem Lernkennfeld diesen so anzusteuern, dass der tatsächliche Spritzbeginn immer näher an den Sollspritzbeginn heran verlagert wird. Dabei wird im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens vorzugsweise ein Lernfortschritt erfasst, und ein momentan geltender Gültigkeitsbereich für den Spritzbeginn wird mit steigendem Lernfortschritt enger um den Sollspritzbeginn herum definiert. Ein Fehlerzustand wird dabei stets dann erkannt, wenn der aus dem erfassten Druckverlauf ermittelte Spritzbeginn außerhalb des momentan geltenden Gültigkeitsbereichs liegt. Insgesamt wird dabei bei einem neuen Injektor eine größere Schwankungsbreite für den Spritzbeginn akzeptiert, als bei einem über längere Zeit betriebenen Injektor, für den das Steuergerät bereits eine passende Ansteuerung gelernt hat.
Es ist allerdings möglich, dass auch bei einem an sich nicht defekten Injektor kurzfristige Schwankungen auftreten, die nicht sofort zur Feststellung eines Defekts führen sollen. Daher ist vorzugsweise im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass der momentan geltende Gültigkeitsbereich wiederum vergrößert werden kann, wenn eine kurzfristige Drift des Injektors auftritt.
Der momentan geltende Gültigkeitsbereich wird bevorzugt abhängig von dem Lernfortschritt zwischen dem in dem ersten Gültigkeitskennfeld hinterlegten, ungelernten Gültigkeitsbereich und einem in einem zweiten Gültigkeitskennfeld hinterlegten, engeren, gelernten Gültigkeitsbereich, variiert. Dabei wird der Lernfortschritt mithilfe eines Lernfortschritts-Zählers gemessen, der inkrementiert wird, wenn der Spritzbeginn innerhalb des gelernten Gültigkeitsbereichs liegt. Bevorzugt ist ein Maximum für den Lernfortschritts-Zähler vorgesehen, bei dessen Erreichen dieser nicht weiter inkrementiert wird, wobei der momentan geltende Gültigkeitsbereich mit dem gelernten Gültigkeitsbereich zusammenfällt, wenn der Lernfortschritts-Zähler seinen Maximalwert aufweist. Dagegen fällt der momentan geltende Gültigkeitsbereich mit dem ungelernten Gültigkeitsbereich zusammen, wenn der Lernfortschritts-Zähler den Wert Null aufweist. Zwischen diesen Grenzen „atmet” der momentan geltende Gültigkeitsbereich abhängig von dem momentanen Wert des Lernfortschritts-Zählers. Der Lernfortschritts-Zähler wird bevorzugt nach Ablauf einer vorherbestimmten Zeit, beispielsweise einer Betriebsstunde, um einen vorherbestimmbaren, mithin parametrierbaren Wert dekrementiert. Vorzugsweise wird der Wert des Lernfortschritts-Zählers in einem Lernkennfeld hinterlegt, welches Werte für den Lernfortschritts-Zähler abhängig von einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge und dem Raildruck speichert.
Zum Abfangen kurzfristiger Drifts wird vorzugsweise mit einem ersten Gültigkeits-Zähler erfasst, ob der Spritzbeginn zwar innerhalb des ungelernten Gültigkeitsbereichs, jedoch außerhalb des gelernten Gültigkeitsbereichs, liegt. In diesem Fall wird der erste Gültigkeits-Zähler inkrementiert. Liegt der Spritzbeginn dagegen auch innerhalb des gelernten Bereichs wird der erste Gültigkeits-Zähler wieder dekrementiert. Es ist ein vorherbestimmbares Maximum vorgesehen, wobei der Lernfortschritts-Zähler dekrementiert wird, sodass der momentan geltende Gültigkeitsbereich vergrößert wird, wenn dieses Maximum durch den ersten Gültigkeits-Zähler überschritten wird.
Es wird hervorgehoben, dass die hier dargestellten Gültigkeitsbereiche und Zähler injektorindividuell vorgesehen werden. Jedem Injektor sind also eigene Gültigkeitsbereiche und eigene Gültigkeits-Zähler sowie Lernfortschritts-Zähler zugeordnet, sodass eine injektorindividuelle Erfassung möglich ist. Weiterhin werden insbesondere die Gültigkeitsbereiche für die Spritzzeitpunkte raildruckabhängig festgelegt, wobei sie in Gültigkeits-Kennfeldern abhängig von dem Raildruck hinterlegt sind.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als Pegelfehler identifiziert, wenn der erfasste Druckverlauf vorherbestimmte Pegelgrenzen unter- oder überschreitet. Vorzugsweise wird der Druckverlauf gefiltert, bevor im Rahmen der Auswertung geprüft wird, ob vorherbestimmte Pegelgrenzen durch den dann gefilterten Druckverlauf unter- oder überschritten werden. Die Filterung dient dabei dazu, den Druckverlauf zu glätten und eine Verzerrung der Fehlererkennung durch eventuelle Ausreißer in dem Druckverlauf zu vermeiden.
Der Vergleich des Druckverlaufs mit den vorherbestimmten Pegelgrenzen im Rahmen der Auswertung dient dazu sicherzustellen, dass ein maximaler, vorherbestimmter Druck sowie ein minimaler vorherbestimmter Druck nicht unter- beziehungsweise überschritten, beziehungsweise jedenfalls nicht dauerhaft unter- oder überschritten werden.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehlerzustand festgestellt und als Rausch-Fehler identifiziert, wenn ein Rauschen des erfassten Druckverlaufs einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet. Hierzu wird im Rahmen der Auswertung vorzugsweise eine Rauschband-Analyse des erfassten Drucksignals durchgeführt, um das dem Signal überlagerte Rauschen quantitativ zu erfassen. Dabei wird ein Fehlerzustand festgestellt, wenn das Rauschen zu groß in dem Sinne wird, das es den vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet. Vorzugsweise wird der Rauschband-Analyse der ungefilterte Druckverlauf zugrunde gelegt. Es ist im Rahmen der Rauschband-Analyse insbesondere möglich, eine frequenzabhängige oder integrale Intensität des Rauschens zu ermitteln. Dabei ist es möglich, die Rauschintensität mit wenigstens einem frequenzabhängigen Schwellwert, mit verschiedenen, frequenzabhängigen Schwellwerten oder mit einem globalen, integralen Schwellwert zu vergleichen.
Es ist möglich, dass im Rahmen des Verfahrens ein Defekt des Injektors identifiziert wird, wenn einer der zuvor angesprochenen Fehlerzustände einmalig festgestellt wird. Es wird allerdings bevorzugt, dass im Rahmen einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens zunächst die verschiedenen Fehlerzustände lediglich registriert werden, wobei erst ein Defekt festgestellt wird, wenn diese vermehrt auftreten. Es ist nämlich sehr wohl möglich, dass ein solcher Fehlerzustand aufgrund einer kurzfristigen Schwankung im Betriebsverhalten des Einspritzsystems auftritt, ohne dass deswegen tatsächlich ein Defekt vorliegt. Es ist daher sinnvoll, unnötige Maßnahmen zur Behebung eines Defekts, beispielsweise einen unnötigen Injektortausch zu vermeiden, indem nicht unmittelbar nach jeder Registrierung eines Fehlerzustands gleich eine Maßnahme getroffen wird, die zur Behebung eines Defekts geeignet ist.
In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass ein Defekt der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung identifiziert wird, wenn ein Fehlerzustands-Zähler einen vorherbestimmten Maximalwert überschreitet, wobei der Fehlerzustands-Zähler inkrementiert wird, wenn ein Fehlerzustand festgestellt wird. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist bevorzugt jedem Fehlerzustand ein eigener Fehlerzustands-Zähler zugeordnet, wobei jedem Fehlerzustands-Zähler wiederum ein eigener, vorherbestimmter Maximalwert zugeordnet ist. Beispielsweise wird ein Zähler für fehlende Einspritzungen inkrementiert, wenn eine fehlende Einspritzung als Fehlerzustand identifiziert wird. Das Gleiche gilt entsprechend auch für die anderen Fehlerzustände.
Dabei wird bevorzugt jedem Injektor für jeden Fehlerzustand jeweils ein Zähler zugeordnet, wobei die für die einzelnen Fehlerzustände vorherbestimmten Maximalwerte vorzugsweise für alle Injektoren gleich sind. Es ist aber auch möglich, Maximalwerte zu bestimmen, die sich nicht nur in Hinblick auf die einzelnen Fehlerzustände, sondern auch in Hinblick auf die einzelnen Injektoren unterscheiden.
Die vorherbestimmten Maximalwerte werden bevorzugt derart gewählt, dass von einem Defekt der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung, insbesondere von einem Defekt des Injektors oder einer ihm zugeordneten Komponente, beispielsweise des dem Injektor zugeordneten Mengenbegrenzungsventils, ausgegangen werden kann, wenn der dem Zähler zugeordnete Fehlerzustand mit einer Häufigkeit aufgetreten ist, deren Betrag den vorherbestimmten Maximalwert überschreitet. Zur Bestimmung des Maximalwerts kann beispielsweise eine Wahrscheinlichkeit definiert werden, mit der eine entsprechende Häufung nicht mehr zufällig ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist für den Fehlerzustand einer ungültigen Einspritzung ein zweiter Gültigkeits-Zähler vorgesehen, der inkrementiert wird, wenn der ermittelte Spritzzeitpunkt außerhalb des momentan geltenden Gültigkeitsbereichs liegt. Bevorzugt wird der Zähler dekrementiert, wenn der ermittelte Spritzzeitpunkt innerhalb dieses Gültigkeitsbereichs liegt. Dabei wird – wie oben bereits beschrieben – der momentan geltende Gültigkeitsbereich selbst im Rahmen des Verfahrens zwischen dem gelernten und dem ungelernten Gültigkeitsbereich je nach Lernfortschritt der Ansteuerung des Injektors variiert.
Wie bereits beschrieben, werden dabei kurzfristige Drifts abgefangen, indem sie mittels des ersten Gültigkeits-Zählers erfasst werden, woraufhin der Lernfortschritts-Zähler dekrementiert werden kann. Durch diese Zurücknahme des Lernfortschritts wird vermieden, dass der zweite Gültigkeits-Zähler bereits bei kurzfristigen Drifts eines Injektors den ihm zugeordneten Maximalwert überschreitet, sodass zu früh ein Defekt des Injektors erkannt wird. Durch die Vergrößerung des momentan geltenden Gültigkeitsbereichs fallen nämlich wiederum auch bei kurzfristigem Drift eine größere Zahl erfasster Spritzzeitpunkte in den momentan geltenden Gültigkeitsbereich, sodass der zweite Gültigkeits-Zähler nicht inkrementiert wird. Verteilen sich die ermittelten Spritzzeitpunkte wieder enger um den Sollspritzzeitpunkt, wird auch der Lernfortschritt wieder inkrementiert, und der momentan geltende Gültigkeitsbereich wird verkleinert. Dadurch gewinnt das Verfahren wiederum an Sensitivität in Hinblick auf eine Fehlererkennung.
Bevorzugt werden im Rahmen des Verfahrens die den einzelnen Fehlerzuständen zugeordneten Fehlerzustands-Zähler inkrementiert, wenn ein Fehlerzustand festgestellt und identifiziert wird. Bevorzugt werden die einzelnen Fehlerzustands-Zähler dekrementiert, wenn im Rahmen eines Einspritzereignisses kein entsprechender Fehlerzustand festgestellt und identifiziert wird. Dies ermöglicht ein Zurücksetzen der Zähler, falls über einen längeren Zeitraum kein Fehlerzustand auftritt. In diesem Fall ist nämlich die Wahrscheinlichkeit hoch, dass es sich bei dem einmalig oder zumindest selten aufgetretenen Fehlerzustand um eine zufällige Schwankung handelt. Beim Dekrementieren werden allerdings negative Werte vorzugsweise vermieden. Ein Fehlerzustands-Zähler, der den Wert Null aufweist, wird also bevorzugt nicht weiter dekrementiert, wenn kein dem Zähler zugeordneter Fehlerzustand auftritt.
Ein Defekt wird demnach bevorzugt nur dann identifiziert, wenn ein entsprechender Fehlerzustand mit einer gewissen, durch den vorherbestimmten Maximalwert für den Fehlerzustands-Zähler vorgegebenen Häufigkeit auftritt.
Alternativ oder zusätzlich wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem ein Defekt der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung, hier konkret des Injektors, identifiziert wird, wenn ein für die Ansteuerung des Injektors ermittelter Korrekturwert eine vorherbestimmte Lerngrenze überschreitet. Wie bereits angedeutet, ermittelt das Steuergerät injektorindividuelle Korrekturwerte zur Ansteuerung der Injektoren, um die tatsächlich durch die Injektoren realisierten Werte wie insbesondere den Spritzbeginn, die Spritzdauer und/oder das Spritzende, möglichst nah an die in betriebspunktabhängigen Kennfeldern hinterlegten Sollwerte heranzubringen. Hierzu werden in Korrekturkennfeldern, insbesondere für einen Bestromungsbeginn und eine Bestromungsdauer, betriebspunktabhängig und injektorindividuell Korrekturwerte hinterlegt, die zur Ansteuerung herangezogen werden. Verschleißt ein Injektor, kann dies dazu führen, dass eine immer größere Korrektur in der Ansteuerung nötig wird, sodass die entsprechenden Korrekturwerte in den dem Injektor zugeordneten Kennfeldern wachsen. Dementsprechend sind für die Korrekturwerte bevorzugt Lerngrenzen definiert, bei deren Überschreiten ein Verschleiß und/oder Defekt des Injektors vorliegt.
Dabei werden bevorzugt für jeden Korrekturwert zwei Lerngrenzen vorgegeben, nämlich eine erste, harte Lerngrenze und eine zweite, weiche Lerngrenze. Bei Überschreiten der zweiten Lerngrenze wird bevorzugt eine Warnung ausgegeben, die insbesondere eine Bedienperson der Brennkraftmaschine darauf hinweisen soll, dass sich ein Verschleiß oder Defekt eines Injektors anbahnt. Wird die erste, harte Lerngrenze überschritten, wird vorzugsweise der Betrieb der Brennkraftmaschine gestoppt, weil deren sicheres und/oder beschädigungsfreies Betreiben nicht mehr gewährleistet ist.
Die erste Lerngrenze ist vorzugsweise als Kennfeld in Abhängigkeit von einer einzuspritzenden Kraftstoff-Sollmenge, insbesondere einem einzuspritzenden Sollvolumen, und einem Spritzbeginndruck, insbesondere einem Raildruck, hinterlegt. Die zweite Lerngrenze ist vorzugsweise als Prozentsatz des für die erste Lerngrenze hinterlegten Werts hinterlegt. Insoweit ist vorzugsweise die erste Lerngrenze in einem dreidimensionalen Kennfeld abhängig von der Sollmenge und dem Spritzbeginndruck, insbesondere dem Raildruck, hinterlegt, wobei die zweite Lerngrenze als eindimensionaler Wert, nämlich als Prozentsatz, hinterlegt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind jeweils eine erste und eine zweite Lerngrenze für die Korrekturwerte des Bestromungsbeginns der Injektoren und für die Korrekturwerte der Bestromungsdauer der Injektoren hinterlegt. Überschreitet einer dieser Korrekturwerte die vorherbestimmten Lerngrenzen, kann von einem Defekt oder Verschleiß des betroffenen Injektors ausgegangen werden.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass zur Erfassung des Druckverlaufs ein Drucksensor verwendet wird, von dem mindestens ein Betriebswert erfasst wird. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Sensorstrom oder um eine Sensorspannung handeln. Es wird vorzugsweise ein Fehler in dem Drucksensor identifiziert, wenn der mindestens eine Betriebswert einen vorherbestimmten Schwellenwert über- oder unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich wird ein Fehler in dem Drucksensor identifiziert, wenn der mindestens eine Betriebswert außerhalb eines vorherbestimmten Gültigkeitsintervalls liegt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, einen Fehler in dem Drucksensor zu identifizieren, wenn vorherbestimmte Pegelgrenzen durch das Sensorsignal über- oder unterschritten werden. Weiter alternativ oder zusätzlich ist es möglich, eine Rauschbandanalyse auf das Sensorsignal anzuwenden, um einen Fehler in dem Drucksensor zu identifizieren, wenn die ermittelte Intensität des Rauschens – frequenzabhängig oder integriert – einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Als Drucksensor wird vorzugsweise ein Dehnmessstreifen oder ein Dehnungssensor verwendet, der an dem Einzelspeicher oder dem Injektor derart angeordnet ist, dass der den Druck in dem Einzelspeicher erfassen kann.
Über die Erfassung des mindestens einen Betriebswerts des Drucksensors ist es insbesondere auch möglich festzustellen, ob ein Kabelbruch, ein defektes Sensorkabel oder ein gelöstes Sensorkabel vorliegt.
Wird ein Fehler des Drucksensors erkannt, ist es nicht mehr möglich, den betroffenen Injektor auf der Grundlage der für ihn individuell bestimmten Messwerte anzusteuern. Es wird daher in diesem Fall im Rahmen des Verfahrens bevorzugt der betroffene Injektor mit dem Mittelwert aller anderen, funktionsfähigen Injektoren angesteuert und/oder korrigiert. Bevorzugt ist ein vorherbestimmter Maximalwert vorgegeben, der angibt, wie viele Drucksensoren der Brennkraftmaschine defekt sein können, bevor eine solche Mittelwertskorrektur nicht mehr möglich ist. Überschreitet die Anzahl der als defekt erkannten Drucksensoren diesen vorherbestimmten Maximalwert, wird die auf dem Einzelspeicher-Druckverlauf basierende Ansteuerung für alle Injektoren heruntergefahren und auf eine Ansteuerung basierend auf pauschalierten Annahmen über die Injektoralterung umgestellt. Solche Maßnahmen sind dem Fachmann bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen wird.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es auf alle Injektoren der Brennkraftmaschine angewendet wird. Es werden also bevorzugt nicht lediglich einzelne Injektoren der Brennkraftmaschine mithilfe des Verfahrens auf Fehlerzustände und/oder Defekte überwacht, sondern alle Injektoren, welche die Brennkraftmaschine beziehungsweise die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung der Brennkraftmaschine aufweist. Bei einem Fehlerzustand wird vorzugsweise der fehlerhafte Injektor identifiziert, was ohne weiteres über die Zuordnung des Druckverlaufs, anhand dessen der Fehlerzustand festgestellt wurde, zu dem betroffenen Injektor möglich ist.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es während des Betriebs der Brennkraftmaschine dauerhaft durchgeführt wird. Besonders bevorzugt werden dabei alle Injektoren der Brennkraftmaschine während des Betriebs kontinuierlich auf Fehlerzustände und/oder Defekte überwacht.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren in vorherbestimmten Zeitabständen durchgeführt wird. In diesem Fall werden die Injektoren der Brennkraftmaschine nicht dauerhaft und kontinuierlich überwacht, sondern es wird nur zu bestimmten Zeiten oder in vorherbestimmten Zeitabständen geprüft, ob Fehlerzustände und/oder Defekte im Bereich der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung vorliegen. Dies kann gegebenenfalls für einen sicheren und beschädigungsfreien Betrieb der Brennkraftmaschine ausreichend sein, wobei Rechenzeit und Rechenleistung eingespart werden können, wenn das Verfahren nicht dauerhaft durchgeführt wird.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Die Brennkraftmaschine weist eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung auf, die mindestens einen Injektor umfasst. Der mindestens eine Injektor weist einen Einzelspeicher auf. Die Brennkraftmaschine zeichnet sich durch einen Drucksensor aus, der so ausgebildet und angeordnet ist, dass der Druck in dem Einzelspeicher mittels des Drucksensors erfassbar ist. Zugleich ist ein Steuergerät vorgesehen, welches eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei verwirklichen sich die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung weist bevorzugt einen gemeinsamen Hochdruckspeicher für alle Injektoren, nämlich eine sogenannte gemeinsame Leiste (Common Rail) auf. Dementsprechend ist die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung vorzugsweise als Common Rail-Einspritzeinrichtung ausgebildet. Die den Injektoren zusätzlich zugeordneten Einzelspeicher bewirken eine Entkopplung des Einzelspeicherdrucks von dem Raildruck, sodass den Injektoren zugeordnete Fehlerzustände über die Erfassung des Einzelspeicher-Druckverlaufs sicherer detektiert werden können, weil der Druckverlauf in einem einzelnen Einzelspeicher höchstens in geringem Ausmaß von Druckverläufen in anderen Einzelspeichern beeinflusst wird. Ferner setzen sich Druckschwankungen in den Einzelspeichern nur in geringem Umfang in den gemeinsamen Hochdruckspeicher fort, sodass dieser im Wesentlichen einen über die Zeit konstanten Hochdruck, nämlich den Raildruck, aufweist.
Das Steuergerät ist vorzugsweise als Motorsteuergerät für die Brennkraftmaschine ausgebildet. Alternativ ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine einerseits ein Motorsteuergerät zur Steuerung und andererseits ein separates Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens aufweist. In diesem Fall sind das Steuergerät und das Motorsteuergerät jedoch bevorzugt über mindestens eine Schnittstelle miteinander verbunden, sodass sie Daten austauschen können.
Der Drucksensor ist vorzugsweise als Dehnungssensor oder als Dehnmessstreifen ausgebildet und besonders bevorzugt unmittelbar im Bereich des Einzelspeichers angeordnet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine ist das Steuergerät mit dem Drucksensor wirkverbunden, um die von diesem erfassten Druckdaten aufnehmen und/oder den Drucksensor ansteuern zu können. Es ist möglich, dass eine Wirkverbindung über mindestens ein Kabel und/oder eine kabellose Wirkverbindung vorgesehen ist.
Das Steuergerät weist vorzugsweise ein Erfassungsmittel zur zeitaufgelösten Erfassung eines mithilfe des Drucksensors gemessenen Druckverlaufs auf. Weiterhin umfasst das Steuergerät ein Auswertemittel zur Auswertung des erfassten Druckverlaufs.
Das Auswertemittel umfasst bevorzugt insbesondere Mittel zur Bestimmung mindestens eines Spritzzeitpunkts, insbesondere eines Spritzbeginns und eines Spritzendes, wobei die Mittel bevorzugt ausgebildet sind zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung eines Spritzbeginns und/oder eines Spritzendes, wie es in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 056 381 A1 beschrieben ist. Weiterhin umfasst das Auswertemittel vorzugsweise Mittel, um einen Druckeinbruch in dem Druckverlauf festzustellen, Mittel, um eine charakteristische Überhöhung in dem Druckverlauf festzustellen, Mittel, um einen dauerhaften Druckeinbruch festzustellen, Filtermittel zur Filterung des erfassten Druckverlaufs, Mittel um festzustellen, ob der erfasste Druckverlauf vorherbestimmte Pegelgrenzen unter- oder überschreitet, und/oder Mittel, um eine Rauschbandanalyse des erfassten Druckverlaufs durchzuführen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Steuergerät ein Feststellmittel auf, das ausgebildet ist zur Feststellung anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs, ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung im Bereich des Injektors vorliegt. Darüber hinaus umfasst das Steuergerät ein Identifizierungsmittel, mit dem der Fehlerzustand anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs identifizierbar ist.
Bevorzugt umfassen das Feststellmittel und das Identifizierungsmittel Mittel, um einen Fehlerzustand festzustellen und als fehlende Einspritzung zu identifizieren, einen Fehlerzustand festzustellen und als Fehleinspritzung zu identifizieren, einen Fehlerzustand festzustellen und als Mengenbegrenzungsventil-Fehler zu identifizieren, einen Fehlerzustand festzustellen und als Dauereinspritzung zu identifizieren, einen Fehlerzustand festzustellen und als ungültige Einspritzung zu identifizieren, einen Fehlerzustand festzustellen und als Pegelfehler zu identifizieren, und/oder einen Fehlerzustand festzustellen und als Rausch-Fehler zu identifizieren.
Das Steuergerät umfasst weiterhin bevorzugt Injektor-Identifizierungsmittel, um einen festgestellten und identifizierten Fehlerzustand einem Injektor individuell zuzuordnen.
Weiterhin umfasst das Steuergerät bevorzugt Mittel, um einen Defekt der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung zu identifizieren, wenn ein Fehlerzustands-Zähler einen vorherbestimmten Maximalwert überschreitet, oder wenn ein für die Ansteuerung des Injektors ermittelter Korrekturwert eine vorherbestimmte Lerngrenze überschreitet.
Es ist möglich, dass das Verfahren hardwarebasiert in dem Steuergerät hinterlegt ist. Alternativ ist es möglich, dass in das Steuergerät ein Computerprogrammprodukt geladen ist, welches Anweisungen umfasst, aufgrund derer ein Verfahren nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Steuergerät läuft.
Insofern wird auch ein Computerprogrammprodukt bevorzugt, welches Anweisungen umfasst, aufgrund derer ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungen durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine ausgeführt wird. Weiterhin wird ein Datenträger bevorzugt, auf welchem ein solches Computerprogrammprodukt abgespeichert ist. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Datenträgers ist ein Steuergerät, in dem ein entsprechendes Computerprogrammprodukt hinterlegt, oder in das ein entsprechendes Computerprogrammprodukt geladen ist.
Schließlich wird eine Brennkraftmaschine bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung eine Mehrzahl von Injektoren sowie einen gemeinsamen Hochdruckspeicher zur Versorgung der Mehrzahl von Injektoren mit Kraftstoff aufweist. Wie bereits ausgeführt, ist eine derartige Kraftstoff-Einspritzung als Common Rail-Einspritzeinrichtung ausgebildet. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft auf eine Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Injektoren anwendbar, weil Fehlerzustände und/oder Defekte injektorindividuell festgestellt und dem fehlerhaften Injektor zugeordnet werden können.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Brennkraftmaschine andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Insbesondere sind Merkmale der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Merkmale eines Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine. Umgekehrt sind Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Verfahrensschritte einer Ausführungsform des Verfahrens.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine;
2 eine schematische Darstellung eines ersten Fehlerzustands;
3 eine schematische Darstellung eines zweiten Fehlerzustands;
4 eine schematische Darstellung eines dritten Fehlerzustands;
5 eine schematische Darstellung einer Definition bestimmter Gültigkeitsbereiche für Spritzzeitpunkte, und
6 eine schematische Darstellung der Definition vorherbestimmter Pegelgrenzen im Rahmen einer Ausführungsform des Verfahrens.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1. Diese weist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 3 auf, die eine Mehrzahl von Injektoren umfasst, von denen hier der vereinfachten Darstellung wegen nur ein Injektor 5 dargestellt ist. Der Injektor 5 weist einen Einzelspeicher 7 auf. Vorzugsweise ist außerdem ein stromabwärts des Einzelspeichers 7 vorgesehenes, hier nicht dargestelltes Mengenbegrenzungsventil in den Injektor 5 integriert, welches eine Eindosierung einer zu hohen Kraftstoffmenge in einen dem Injektor 5 zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verhindert.
Es ist ein Drucksensor 9 vorgesehen, der hier an dem Injektor 5 derart angeordnet ist, dass mittels des Drucksensors 9 der Druck in dem Einzelspeicher 7 erfassbar ist.
Es ist ein Steuergerät 11 vorgesehen, das mit dem Drucksensor 9 zur Erfassung des Drucks in dem Einzelspeicher 7 wirkverbunden ist. Das Steuergerät 11 weist ein Erfassungsmittel 13 zur zeitaufgelösten Erfassung eines Druckverlaufs auf, der mithilfe des Drucksensors 9 gemessen wird. Weiterhin weist das Steuergerät 11 ein Auswertemittel 15 zur Auswertung des erfassten Druckverlaufs auf, wobei es auch ein Feststellmittel 17 aufweist, das ausgebildet ist zur Feststellung anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs, ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung 3 im Bereich des Injektors 5 vorliegt. Das Steuergerät 11 umfasst auch ein Identifizierungsmittel 19, mit dem der Fehlerzustand anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs identifizierbar ist.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 3 umfasst bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen gemeinsamen Hochdruckspeicher 21, der auch als gemeinsame Leiste oder Common Rail bezeichnet wird, und der mit den Injektoren 5 in Fluidverbindung ist, sodass diese aus dem Hochdruckspeicher 21 mit Kraftstoff versorgt werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Fehlerzustands, der im Rahmen des Verfahrens festgestellt und identifiziert werden kann. Dabei zeigt 2 ein Diagramm, in dem als durchgezogene Kurve ein für einen Einzelspeicher eines Injektors erfasster Druckverlauf D gegen eine mit t gekennzeichnete Zeitachse aufgetragen ist. Dabei kann auf der Zeitachse eine reale Zeit in physikalischen Zeiteinheiten oder quasi eine intrinsische Zeit der Brennkraftmaschine in Einheiten eines momentanen Winkels der Kurbelwelle (°KW) abgetragen sein. Dargestellt ist ein Einspritzereignis, bei welchem der Druckverlauf in dem Einzelspeicher einen Druckeinbruch aufgrund einer Einspritzung zeigt. Ebenfalls in 2 dargestellt ist als strichpunktierte Linie der Verlauf eines Bestromungswertes B, bei dem es sich um einen Strom oder um eine Spannung handeln kann, der für den Injektor erfasst wird.
Der in 2 dargestellte Fehlerzustand entspricht einer Fehleinspritzung, bei welcher der Injektor nicht bestromt wird, was durch den konstanten Verlauf des Bestromungswerts B angedeutet ist. Gleichwohl findet ein Druckeinbruch in dem Einzelspeicher statt, was an dem Druckverlauf D abgelesen werden kann. Eine solche Fehleinspritzung kann beispielsweise aufgrund eines defekten Pilotventils oder durch einen Kurzschluss gegen Masse erfolgen.
3 zeigt eine analoge, schematische Darstellung eines zweiten Fehlerzustands, der als fehlende Einspritzung identifiziert wird. Hierbei zeigt sich, dass der Druckverlauf D keinen Druckeinbruch zeigt, obwohl der Verlauf des Bestromungswerts B anzeigt, dass der Injektor bestromt wurde. Dementsprechend liegt ein Fehler vor, bei welchem der Injektor trotz korrekter Ansteuerung nicht öffnet.
4 zeigt einen Druckverlauf D aufgetragen gegen eine mit t gekennzeichnete Zeitachse für einen Fehlerzustand, der als Dauereinspritzung identifiziert wird. In diesem Fall tritt ein dauerhafter Druckeinbruch in dem Einzelspeicher auf, weil permanent eine Fluidverbindung zwischen dem Einzelspeicher und einem dem Injektor zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine existiert.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Bestimmung einer ungültigen Einspritzung. Dabei ist auch hier der Druckverlauf D aufgetragen gegen die mit t bezeichnete Zeitachse. Ebenfalls eingetragen sind als strichlierte, vertikale Linien zwei Beispiele für Soll-Spritzzeitpunkte, nämlich ein Soll-Spritzbeginn SB und ein Soll-Spritzende SE. Entsprechende Werte sind vorzugsweise in Kennfeldern hinterlegt, besonders bevorzugt abhängig zumindest von dem Raildruck, besonders bevorzugt von dem Raildruck und einer einzuspritzenden Soll-Kraftstoffmenge.
Für beide Soll-Spritzzeitpunkte sind vorzugsweise vorherbestimmte Gültigkeitsbereiche hinterlegt, die besonders bevorzugt ebenfalls als Kennfelder, insbesondere abhängig von dem Raildruck, hinterlegt sind. Dies wird im Folgenden der einfacheren Darstellung wegen lediglich für den Soll-Spritzbeginn SB erläutert. Die gleichen Ausführungen betreffen aber genauso auch auf das Soll-Spritzende SE zu.
Bevorzugt existieren zwei symmetrisch um den Soll-Spritzbeginn SB verteilte Gültigkeitsbereiche, nämlich ein erster, ungelernter Gültigkeitsbereich Δ_u, der hier zwischen zwei strichpunktierten vertikalen Linien eingezeichnet ist, und ein zweiter, gelernter Gültigkeitsbereich Δ_g, der kleiner ist als der ungelernte Gültigkeitsbereich Δ_u, wobei seine Grenzen innerhalb der Grenzen des ungelernten Gültigkeitsbereichs Δ_u liegen. Dabei sind die Grenzen des zweiten, gelernten Gültigkeitsbereichs Δ_g hier durch punktierte vertikale Linien dargestellt.
Im Rahmen des Verfahrens wird vorzugsweise ein dritter, momentan geltender Gültigkeitsbereich bestimmt, dessen Grenzen zwischen den Grenzen des ungelernten Gültigkeitsbereichs Δ_u und des gelernten Gültigkeitsbereichs Δ_g liegen, wobei der dritte Gültigkeitsbereich an einen Lernfortschritt des betrachteten Injektors angepasst wird.
Wird beispielsweise ein neuer Injektor verwendet, wird als Gültigkeitsbereich für die Feststellung und Identifizierung einer ungültigen Einspritzung zunächst der vollständige, ungelernte Gültigkeitsbereich Δ_u angewendet. Es stellt sich heraus, dass mit fortschreitendem Lernfortschritt, indem die Korrekturwerte in den entsprechenden Korrektur-Kennfeldern des Steuergeräts an den neuen Injektor angepasst werden, die tatsächlich erfassten Messwerte für den Spritzbeginn näher an den Sollspritzbeginn SB heranrücken. Dieser Lernfortschritt wird vorzugsweise mithilfe eines Lernfortschritts-Zählers erfasst, der inkrementiert wird, wenn sich der ermittelte Spritzbeginn innerhalb des gelernten Gültigkeitsbereichs Δ_g befindet. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit, beispielsweise einer Betriebsstunde der Brennkraftmaschine, wird der Lernfortschritts-Zähler wieder um einen vorherbestimmten Wert verringert, wobei bevorzugt sowohl die Zeit als auch der vorherbestimmte Wert parametrierbar sind. Mithilfe des Lernfortschritts-Zählers wird zwischen dem gelernten Gültigkeitsbereich Δ_g und dem ungelernten Gültigkeitsbereich Δ_u interpoliert, sodass der momentan geltende Gültigkeitsbereich stets minimal die Grenzen des gelernten Gültigkeitsbereichs Δ_g und maximal die Grenzen des ungelernten Gültigkeitsbereichs Δ_u aufweist.
Eine ungültige Einspritzung wird stets dann festgestellt, wenn der ermittelte Spritzbeginn außerhalb des momentan geltenden Gültigkeitsbereichs liegt. Der momentan geltende Gültigkeitsbereich kann erweitert werden, wenn eine momentane Schwankung des Injektorverhaltens auftritt. Hierzu ist bevorzugt ein erster Gültigkeits-Zähler vorgesehen, der inkrementiert wird, wenn der ermittelte Spritzbeginn innerhalb der Grenzen des ungelernten Gültigkeitsbereichs Δ_u und außerhalb der Grenzen des gelernten Gültigkeitsbereichs Δ_g liegt. Überschreitet dieser erste Gültigkeits-Zähler ein vorherbestimmtes Maximum, wird der Lernfortschritts-Zähler vorzugsweise dekrementiert, und der momentan geltende Gültigkeitsbereich wird vergrößert. Der erste Gültigkeits-Zähler wird vorzugsweise dekrementiert, wenn der ermittelte Spritzbeginn innerhalb der Grenzen des gelernten Gültigkeitsbereichs Δ_g liegt. Dabei nimmt der erste Gültigkeits-Zähler bevorzugt minimal den Wert Null an, es werden also keine negativen Zählerwerte gebildet.
6 zeigt eine schematische und diagrammatische Darstellung zur Feststellung und Identifizierung eines Pegelfehlers. Dabei sind für den Druckverlauf eine erste, vorherbestimmte obere Pegelgrenze P1 und eine zweite, untere vorherbestimmte Pegelgrenze P2 festgelegt, wobei der Druckverlauf D bei korrekt arbeitender Einspritzeinrichtung innerhalb der Pegelgrenzen P1, P2 verlaufen soll.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass hierbei ein gefilterter und/oder gemittelter Druckverlauf D der Betrachtung zugrunde gelegt wird, was in 6 durch die durchgezogene, glatte Kurve angedeutet ist. Diese Kurve liegt hier vollständig innerhalb der Pegelgrenzen P1, P2, sodass kein Pegelfehler festgestellt wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass der Betrachtung der ungefilterte Druckverlauf zugrunde gelegt wird, was hier bereichsweise zu Beginn des Kurvenverlaufs D durch eine abschnittsweise wiedergegebene, ungefilterte Kurve Du angedeutet ist. Dabei ragt hier eine Spitze der ungefilterten Kurve D_u über die obere Pegelgrenze P1 hinaus, sodass in diesem Fall ein Fehlerzustand festgestellt und als Pegelfehler identifiziert wird.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Ermittlung und Identifizierung eines Fehlerzustands das ungefilterte Signal des Drucksensors mit seinem eigenen Filterergebnis, also dem Signal nach der Filterung, verglichen wird, wobei eine Abweichung des ungefilterten Signals von dem gefilterten Signal bestimmt wird, um festzustellen, inwieweit auf dem ungefilterten Signal Überschwinger, Ausreißer und/oder Rauschen vorliegt/vorliegen. Es dabei möglich, dass ein Fehlerzustand festgestellt wird, wenn die Abweichung des ungefilterten Signals von dem gefilterten Signal über ein vorherbestimmtes Maß hinausgeht.
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens und der Brennkraftmaschine eine einfache, zugleich sehr zuverlässige und umfassende On-Board-Diagnose der individuellen Injektoren beziehungsweise der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung in Hinblick auf zahlreiche verschiedene Fehlerzustände möglich ist.

Claims

Verfahren zur injektorindividuellen Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (3) einer Brennkraftmaschine (1), mit folgenden Schritten: Zeitaufgelöstes Erfassen eines Druckverlaufs (D) in einem Einzelspeicher (7) eines Injektors (5); Auswerten des erfassten Druckverlaufs (D); Feststellen, ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung (3) im Bereich des Injektors (5) vorliegt anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D), und Identifizieren des Fehlerzustands anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D), wobei ein Fehlerzustand festgestellt und – als fehlende Einspritzung identifiziert wird, wenn der Injektor (5) bestromt wird, wobei kein Druckeinbruch in dem Druckverlauf (D) festgestellt wird, oder – als Fehleinspritzung identifiziert wird, wenn der Injektor (5) nicht bestromt wird, wobei ein Druckeinbruch in dem Druckverlauf (D) festgestellt wird, oder – als Mengenbegrenzungsventil-Fehler eines dem Injektor (5) zugeordneten Mengenbegrenzungsventils identifiziert wird, wenn in dem Druckverlauf (D) eine charakteristische Überhöhung festgestellt wird, oder – als Dauereinspritzung identifiziert wird, wenn ein dauerhafter Druckeinbruch erkannt wird, oder – als ungültige Einspritzung identifiziert wird, wenn ein aus dem erfassten Druckverlauf (D) ermittelter Spritzzeitpunkt außerhalb eines vorherbestimmten Gültigkeitsbereichs liegt, wobei ein Lernfortschritt erfasst wird, und wobei der momentan geltende Gültigkeitsbereich für den Spritzzeitpunkt mit steigendem Lernfortschritt enger um einen Soll-Spritzzeitpunkt herum definiert wird, oder – als Pegelfehler identifiziert wird, wenn der erfasste Druckverlauf (D) vorherbestimmte Pegelgrenzen (P1, P2) unter- oder überschreitet, oder – als Rausch-Fehler identifiziert wird, wenn ein Rauschen des erfassten Druckverlaufs (D) einen vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf (D) in dem Einzelspeicher (7) synchronisiert mit einer Bestromung des Injektors (5) zeitaufgelöst erfasst wird, und/oder dass der erfasste Druckverlauf (D) einem Einspritzereignis zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob der Injektor (5) bestromt wird, wobei bevorzugt mindestens ein Bestromungswert (B) der Bestromung des Injektors (5) erfasst und für das Feststellen eines Fehlerzustands und/oder für das Identifizieren des Fehlerzustands herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Defekt der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (3) identifiziert wird, wenn – ein Fehlerzustands-Zähler einen vorherbestimmten Maximalwert überschreitet, wobei der Fehlerzustands-Zähler inkrementiert wird, wenn ein Fehlerzustand festgestellt wird, oder – ein für die Ansteuerung des Injektors (5) ermittelter Korrekturwert eine vorherbestimmte Lerngrenze überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des Druckverlaufs (D) ein Drucksensor (9) verwendet wird, von dem mindestens ein Betriebswert erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf alle Injektoren (5) der Brennkraftmaschine (1) angewendet wird, wobei bei einem Fehlerzustand der fehlerhafte Injektor (5) identifiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) dauerhaft oder in vorherbestimmten Zeitabständen durchgeführt wird.
Brennkraftmaschine (1) mit einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (3), die mindestens einen Injektor (5) umfasst, der einen Einzelspeicher (7) aufweist, gekennzeichnet durch einen Drucksensor (9), der so ausgebildet und angeordnet ist, dass der Druck in dem Einzelspeicher (7) mittels des Drucksensors (9) erfassbar ist, wobei ein Steuergerät (11) vorgesehen ist, welches eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Steuergerät (11) ein Erfassungsmittel (13) zur zeitaufgelösten Erfassung eines mithilfe des Drucksensors (9) gemessenen Druckverlaufs (D) aufweist, wobei das Steuergerät (11) ein Auswertemittel (15) zur Auswertung des erfassten Druckverlaufs (D) aufweist, wobei das Steuergerät (11) ein Feststellmittel (17) aufweist, das ausgebildet ist zur Feststellung anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D), ob ein Fehlerzustand der Einspritzeinrichtung (13) im Bereich des Injektors (5) vorliegt, und wobei das Steuergerät (11) ein Identifizierungsmittel (19) aufweist, mit dem der Fehlerzustand anhand des erfassten und ausgewerteten Druckverlaufs (D) identifizierbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (11) mit dem Drucksensor (9) wirkverbunden ist.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (3) eine Mehrzahl von Injektoren (5) sowie einen gemeinsamen Hochdruckspeicher (21) zur Versorgung der Mehrzahl von Injektoren (5) mit Kraftstoff aufweist.