DE102014222542A1

DE102014222542A1 - Method of calculating a leak in an injection system

Info

Publication number: DE102014222542A1
Application number: DE102014222542.6A
Authority: DE
Inventors: Stephan OLBRICH; Michael Schenk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2016-05-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Berechnen einer Leckage eines Einspritzsystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, bei dem eine Steigung (28) von durch einen Druckspeichersensor des Einspritzsystems in einem vordefinierten Zeitfenster (27) ermittelten Messwerten von in einem Druckspeicher des Einspritzsystems anliegendem Kraftstoffdruck berechnet und mit einer Länge des vordefinierten Zeitfensters (27) verrechnet wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine.The present invention relates to a method for calculating a leakage of an injection system for supplying an internal combustion engine with fuel, in which an incline (28) of measured values determined by a pressure accumulator sensor of the injection system in a predefined time window (27) is calculated by fuel pressure present in an accumulator of the injection system and is charged with a length of the predefined time window (27). Furthermore, the present invention relates to an injection system for an internal combustion engine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Berechnen einer Leckage eines Einspritzsystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff und ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine. The present invention relates to a method for calculating a leakage of an injection system for supplying an internal combustion engine with fuel and an injection system for an internal combustion engine.

Zur Erfüllung von Emissionsgesetzen für Dieselmotoren mit Common-Rail-Drucksystemen (CRS) werden immer höhere Anforderungen an eine Zumessgenauigkeit einer Einspritzmenge gestellt. Ferner wird eine stetig zunehmende Überwachung von Komponenten eines Einspritzsystems während eines Motorbetriebs mittels einer Onboarddiagnose (OBD) bzw. während eines Werkstattaufenthalts mittels einer Werkstattdiagnose gefordert. Aus diesen Anforderungen leitet sich über eine genaue Kenntnis einer verwendeten Einspritzmenge zum Betrieb einer Brennkraftmaschine hinaus auch eine Notwendigkeit einer Überwachung bzw. Bestimmung von zusätzlichen CRS-Systemgrößen, wie bspw. Temperatur, Steuermenge oder Leckage, ab. Durch eine genaue Kenntnis entsprechender Systemgrößen kann eine Qualität der Überwachung einzelner CRS-Komponenten bzw. eine Korrektur der Einspritzmenge deutlich verbessert werden.To comply with emissions legislation for diesel engines with common-rail pressure systems (CRS) ever higher demands are placed on a metering accuracy of an injection quantity. Furthermore, a constantly increasing monitoring of components of an injection system during engine operation by means of an on-board diagnosis (OBD) or during a workshop visit by means of a workshop diagnosis is required. From these requirements, a precise knowledge of an injection quantity used for operating an internal combustion engine also leads to a need for monitoring or determining additional CRS system variables, such as, for example, temperature, control quantity or leakage. Due to a precise knowledge of corresponding system sizes, a quality of the monitoring of individual CRS components or a correction of the injection quantity can be significantly improved.

Traditionell wird ein Anstieg der Leckage im Fehlerfall indirekt, bspw. durch eine Überwachung von SteIlgrößen eines Raildruckreglers gemessen. Ist ein Abfluss aus einem Druckspeicher, d. h. einem Rail, zu groß, kann ein gewünschter Druck in dem Druckspeicher nicht mehr eingeregelt werden, da eine entsprechende Mengenbilanz nicht mehr erfüllt ist und eine Kraftstoffpumpe einen für eine gewünschte Einspritzmenge erforderlichen Kraftstoffdruck nicht mehr liefern kann. Ein Reglerausgang, d. h. eine Stellgröße, entspricht in diesem Fall einem maximal erlaubten Wert. Liegt dieser Wert über eine definierte Zeitdauer an, wird ein Fehler erkannt.Traditionally, an increase in leakage in the event of a fault is measured indirectly, for example by monitoring the size of a rail pressure regulator. Is an outflow from an accumulator, i. H. a rail, too large, a desired pressure in the accumulator can not be adjusted because a corresponding mass balance is no longer satisfied and a fuel pump can not deliver a required for a desired injection fuel pressure. A controller output, d. H. a manipulated variable corresponds in this case to a maximum permissible value. If this value is present for a defined period of time, an error is detected.

In der Druckschrift DE 10 2011 075 870 A1 ist ein indirektes Verfahren zum Bewerten einer Funktionsfähigkeit eines Kraftstoffeinspritzsystems anhand von zeitlichen Verläufen verschiedener Phasen beim Aufbau von Druck in einem Hochdruckspeicher beschrieben.In the publication DE 10 2011 075 870 A1 For example, an indirect method for assessing operability of a fuel injection system based on time histories of various phases in building up pressure in a high pressure accumulator is described.

Allen indirekten Verfahren ist gemeinsam, dass kein physikalischer Wert bzw. kein zu einem physikalischen Wert proportionales Merkmal der Leckage gemessen wird. Für viele Anwendungen, wie bspw. eine Verbesserung der Güte von Korrekturfunktionen der Einspritzmenge, wird jedoch ein physikalischer Wert bzw. ein zu einem physikalischen Wert proportionaler Wert benötigt.All indirect methods have in common that no physical value or no characteristic of the leakage proportional to a physical value is measured. However, for many applications, such as improving the quality of injection quantity correction functions, a physical value proportional to a physical value is needed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Einspritzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 vorgestellt.Against this background, a method with the features of claim 1 and an injection system with the features of claim 9 is presented.

Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.Embodiments result from the description and the dependent claims.

Es wird somit ein Verfahren zum Berechnen einer Leckage eines Einspritzsystems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff vorgestellt, bei dem eine Steigung von durch einen Druckspeichersensor des Einspritzsystems in einem vordefinierten Zeitfenster ermittelten Messwerten von in einem Druckspeicher des Einspritzsystems anliegendem Kraftstoffdruck berechnet und mit einer Länge des vordefinierten Zeitfensters verrechnet wird.Thus, a method is presented for calculating a leakage of an injection system for supplying an internal combustion engine with fuel, wherein a slope of measured by a pressure accumulator sensor of the injection system in a predefined time window measured values of applied in a pressure accumulator of the injection system fuel pressure calculated and with a length of predefined Time window is charged.

Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zur Bestimmung der Leckage eines Einspritzsystems beim Betrieb einer Brennkraftmaschine. Es ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der Leckage ein Verlauf eines Drucks beim Befüllen eines Druckspeichers mit Kraftstoff, d. h. eines Raildrucks, in einem definierten Zeitfenster verwendet wird. Das Verfahren kann prinzipiell bei allen Brennkraftmaschinen mit einem Druckspeicher, wie bspw. Common-Rail-Dieselmotoren (PC, CV, OHW) oder direkteinspritzenden Benzinmotoren eingesetzt werden. The presented method is used in particular for determining the leakage of an injection system during operation of an internal combustion engine. It is envisaged that to determine the leakage, a course of a pressure when filling a pressure accumulator with fuel, d. H. a rail pressure, is used in a defined time window. The method can be used in principle in all internal combustion engines with a pressure accumulator, such as. Common rail diesel engines (PC, CV, OHW) or direct injection gasoline engines.

Unter einer Leckage ist ein permanenter Mengenabfluss aus einem Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine zu verstehen. Eine Leckage kann sich aus den Teilkomponenten Leckage Hochdruckpumpe, Leckage Druckregelventil (DRV), Leckage Injektor und zusätzliche Leckage im Fehlerfall, z. B. aufgrund eines Leitungsabfalls in einer Leitung von einem Hochdruckspeicher zu einem Injektor zusammensetzen. Die Leckage ist kein zylinderindividuelles Phänomen, sondern betrifft alle Zylinder einer Brennkraftmaschine gleichermaßen. Durch eine genaue Kenntnis der Leckage können fehlerhafte Komponenten schnell und einfach detektiert, sowie die Güte von Mengenkorrekturfunktionen deutlich gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden.A leakage is to be understood as meaning a permanent outflow of quantities from an injection system of an internal combustion engine. Leakage can be caused by the following components: leakage high-pressure pump, leakage pressure control valve (DRV), leakage injector and additional leakage in the event of a fault, eg. B. due to a line drop in a line from a high-pressure accumulator to an injector. The leakage is not a cylinder-specific phenomenon, but affects all cylinders of an internal combustion engine equally. By a precise knowledge of the leakage faulty components can be detected quickly and easily, and the quality of quantity correction functions are significantly improved over the prior art.

Unter dem Begriff "verrechnen" mit einer mathematischen Größe, wie bspw. einer Länge eines vordefinierten Zeitfensters, ist im Kontext des vorgestellten Verfahrens ein mathematisches Berechnungsverfahren zur Berücksichtigung der mathematischen Größe bei bspw. einem weiteren Berechnungsverfahren, insbesondere durch ein Divisionsverfahren, zu verstehen.The term "calculate" with a mathematical variable, such as, for example, a length of a predefined time window, in the context of the presented method is a mathematical calculation method for taking into account the mathematical variable in, for example, a further calculation method, in particular by a division method.

Insbesondere ist vorgesehen, den Raildruckverlauf mittels einer Steigung einer Regressionsgeraden in einem definierten Zeitfenster zu berechnen. Dafür werden in einem Zeitfenster, das sich bspw. von einem Zeitpunkt einer Pumpförderung bis zu einem Einspritzzeitpunkt für eine Voreinspritzung erstreckt, von einem Sensor zur Erfassung eines aktuellen Drucks in einem Druckspeicher einer jeweiligen Brennkraftmaschine, d. h. einem Raildrucksensor gemessene Werte, in einem Speicher zwischengespeichert. Schließlich kann anhand der zwischengespeicherten Werte die Steigung für das Zeitfenster, bspw. unter Verwendung eines Steuergeräts, ermittelt werden. Durch eine Multiplikation der ermittelten Steigung mit einer Zeitdauer Δt_Mess, d. h. einer Länge des Zeitfensters, wird ein Wert für die Leckage, d. h. ein Abfluss von Kraftstoff innerhalb des Zeitfensters. Eine derartige Berechnung kann kontinuierlich während eines regulären Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgen oder kann in speziellen Phasen, bspw. während eines Schubbetriebs, durchgeführt werden. In particular, it is provided to calculate the rail pressure curve by means of a slope of a regression line in a defined time window. For this purpose, in a time window which extends, for example, from a point in time of a pump delivery to an injection time for a pilot injection, values measured by a sensor for detecting a current pressure in a pressure accumulator of a respective internal combustion engine, ie a rail pressure sensor, are temporarily stored in a memory. Finally, on the basis of the buffered values, the slope for the time window, for example using a control device, can be determined. By multiplying the ascertained slope by a time duration Δt _Meas , ie a length of the time window, a value for the leakage, ie an outflow of fuel within the time window, is calculated. Such a calculation can be carried out continuously during a regular operation of the internal combustion engine or can be carried out in specific phases, for example during a pushing operation.

Zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens sind keine speziellen Kalibriermodi, wie bspw. Einspritzmuster, notwendig. Um stabile Werte für die Leckage zu erhalten, ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass verschiedene berechnete Steigungen verschiedener Zeitfenster über mehrere Einspritzungen gemittelt werden. Entsprechende Zwischenwerte einer geschätzten Leckage q ^_Leckage können in einem Steuergerät zur Berechnung der Steigung als Funktion des Raildrucks P_Rail, einer Ansteuerdauer AD und einer Kraftstofftemperatur T_fuel in Form von Kennfeldern bzw. Kennlinien abgespeichert werden, wobei Gleichung (1) gilt. q ^_Leckage = f(p_Rail, T_fuel, AD) (1) No special calibration modes, such as, for example, injection patterns, are necessary for carrying out the method presented. In order to obtain stable values for the leakage, it is provided in an embodiment that different calculated slopes of different time windows are averaged over a plurality of injections. Corresponding intermediate values of an estimated leak q ^ _leakage can be stored as a function of the rail pressure P _rail, a control period AD, and a fuel temperature T _fuel in the form of characteristic diagrams or characteristic curves in a control unit for calculating the slope, wherein equation (1) holds. q ^ _Leakage = f (p _Rail , T _fuel , AD) (1)

Sobald stabile Werte, d. h. Werte mit einer Varianz, die unterhalb einem im Voraus definierten Wert liegt, für q ^_Leckage verfügbar sind, können diese im Steuergerät angewendet werden. Weiterhin ist denkbar, die geschätzte Leckagemenge mit einer an einem Neuteil bestimmten Leckage q ^_{Leckage,Neuteil} zu vergleichen, wobei Gleichung (2) gilt. q ^_{Leckage,Neuteil} = f_Neuteil(p_Rail, T_fuel, AD) (2) As soon as stable values, ie values with a variance below a predefined value, are available for q ^ _leakage , they can be applied in the control unit. Furthermore, it is conceivable to compare the estimated leakage quantity with a leak determined on a new part _{, namely leakage, new} part, where equation (2) applies. q ^ _{Leakage, new part} = f _{New part} (p _Rail , T _fuel , AD) (2)

Eine Differenz der Leckagemenge von aktueller Leckage q ^_Leckage aus Gleichung (1) und der Leckage am Neuteil aus Gleichung (2) ergibt sich gemäß Gleichung (3). Δq_Leckage = q ^_{Leckage,Neuteil} - q ^_Leckage (3) A difference of the leakage amount of actual leakage q ^ _leakage from equation (1) and the leakage at the new part from equation (2) is given by equation (3). Δq _leakage = q ^ _{leakage, new part} - q ^ _leakage (3)

Für einen Vergleich einer aktuellen Leckage eines jeweiligen Einspritzsystems mit einer Neuteilleckage, muss die Leckage im Neuzustand des Einspritzsystems bzw. jeweiliger kraftstoffleitender Komponenten bestimmt und in einem zur Berechnung der Leckage vorgesehenen Steuergerät der Brennkraftmaschine gemäß Gleichung (2) abgespeichert werden.For a comparison of a current leakage of a respective injection system with a new-part leakage, the leakage in the new state of the injection system or respective fuel-conducting components must be determined and stored in a provided for calculating the leakage control unit of the internal combustion engine according to equation (2).

Ein mittels Gleichung (3) berechneter Leckagefehler Δq_Leckage kann an beliebige Steuergerätefunktionen zur Berechnung weiterer Kennzahlen übergeben werden. Ferner kann eine Überwachung des Leckagefehlers anhand einer relativen Änderung oder eines Schwellenwertes erfolgen. Wird bspw. ein im Voraus definierter Schwellenwert überschritten, kann ein Fehler im Steuergerät gesetzt bzw. durch das Steuergerät ausgegeben werden.A leakage error Δq _leakage calculated by means of equation (3) can be transferred to any control unit functions for calculating further characteristic numbers. Furthermore, leakage error monitoring may be based on a relative change or a threshold value. If, for example, a threshold defined in advance is exceeded, an error can be set in the control unit or output by the control unit.

Ein Vorteil des vorgestellten Verfahrens liegt darin, dass zur Bestimmung der Leckage eines jeweiligen Einspritzsystems keine Zusatzsensorik notwendig ist, da das Verfahren mit einem Standard Raildrucksensor, d. h. Druckspeichersensor, betrieben werden kann. Ein Raildrucksensor kann in der Regel bei Brennkraftmaschinen mit einem Druckspeicher vorausgesetzt werden.An advantage of the presented method is that no additional sensor system is necessary for determining the leakage of a respective injection system, since the method is based on a standard rail pressure sensor, i. H. Accumulator sensor, can be operated. A rail pressure sensor can usually be assumed in internal combustion engines with a pressure accumulator.

In Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens sind Erweiterungen für die Leckageschätzung denkbar. Diese Erweiterungen sind effizient in Speicher- und Rechenkapazitätsnutzung. Es ist vorgesehen, dass eine Applikation des Zeitfensters für die Berechnung der Steigung des Raildruckverlaufs so erfolgt, dass keine Einspritzung in dem Zeitfenster auftritt und der Raildruckverlauf möglichst unbeeinflusst von einer Förderung einer Hochdruckpumpe der Brennkraftmaschine ist. Weiterhin ist denkbar, dass das Zeitfenster dynamisch, bspw. in Abhängigkeit einer Drehzahl der Brennkraftmaschine gewählt werden kann, wobei das Zeitfenster bspw. für kleine Drehzahlen größer und für hohe Drehzahlen kleiner ausfällt.In an embodiment of the presented method, extensions for the leakage estimation are conceivable. These extensions are efficient in storage and computational capacity utilization. It is provided that an application of the time window for the calculation of the slope of the rail pressure curve takes place so that no injection occurs in the time window and the rail pressure curve is as uninfluenced by a promotion of a high pressure pump of the internal combustion engine. Furthermore, it is conceivable that the time window can be selected dynamically, for example, as a function of a rotational speed of the internal combustion engine, wherein the time window, for example, smaller and smaller for high speeds for small speeds.

Ferner muss eine Lerngeschwindigkeit, mit der die geschätzte Leckage q ^_Leckage im Steuergerät eingelernt werden soll, appliziert werden. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, den Raildruckverlauf mit einem Tiefpassfilter zu filtern. Daher ist in Ausgestaltung eine Applikation eines Tiefpassfilters vorgesehen. Furthermore, a learning speed, with which the estimated leakage q ^ _leakage in the control unit is to be taught, must be applied. It has proven to be useful to filter the rail pressure gradient with a low-pass filter. Therefore, an application of a low-pass filter is provided in an embodiment.

Für die Berechnung der Leckage muss die Steigung b im Zeitfenster mit einer Länge Δt_Mess des jeweiligen Zeitfensters nach Gleichung (4) ermittelt werden, wobei folgendes gilt: (a: Offset, t: Zeit). pRail = a + b·t mit t ∊ [t₀, t₀ + Δt_Mess] (4) For the calculation of the leakage, the slope b in the time window with a length Δt _{measurement of} the respective time window according to equation (4) must be determined, where the following applies: (a: offset, t: time). pRail = a + b · t with t ε [t ₀ , t ₀ + Δt _measurement ] (4)

Um die Steigung b zu ermitteln, sind verschiedene Ansätze denkbar. Ein erster Ansatz basiert auf einer Berechnung einer Regressionsgeraden und einer Bestimmung der Steigung aus Gleichung (4). Ein zweiter Ansatz basiert auf einem rekursiven Optimierungsverfahren für die Gleichung (4) und ein Dritter Ansatz basiert auf einer Signalfilterung mittels eines Hochpassfilters. Bei der Bestimmung der Steigung mittels des ersten Ansatzes müssen alle Werte im Zeitfenster, d. h. Messbereich, zwischengespeichert werden. Dies kann je nach Größe des Zeitfensters bzw. nach einer notwendigen Anzahl von in dem Zeitfenster liegenden Messpunkten sehr speicherintensiv sein. Ein Ergebnis für die Steigung b kann dabei erst bestimmt werden, wenn alle durch einen Raildrucksensor ermittelten Messpunkte für ein jeweiliges Zeitfenster vorliegen.In order to determine the slope b, various approaches are conceivable. A first approach is based on calculating a regression line and determining the slope from equation (4). A second approach is based on a recursive optimization method for equation (4), and a third approach is based on signal filtering using a high-pass filter. When determining the slope By means of the first approach, all values in the time window, ie measuring range, must be buffered. Depending on the size of the time window or after a necessary number of measuring points located in the time window, this can be very memory-intensive. In this case, a result for the gradient b can only be determined when all measuring points determined by a rail pressure sensor are available for a respective time window.

Bei der Steigungsberechnung anhand des zweiten Ansatzes müssen keine Werte zwischengespeichert werden. Am Ende des Zeitfensters liegt der jeweilige Steigungswert b vor.In the slope calculation based on the second approach, no values need to be buffered. At the end of the time window, the respective slope value b is present.

Für ein Verfahren auf Basis des dritten Ansatzes, d. h. auf Grundlage von Signalfiltern, müssen je nach verwendetem Signalfilter (FIR-, IIR-Filter) Messgrößen und Zustandsgrößen der Filter zwischengespeichert werden. Je nach Größe der Filter kann eine solche Zwischenspeicherung speicher- und/oder rechenzeitintensiv sein. Ein entsprechendes Ergebnis liegt am Ende eines jeweiligen Zeitfensters vor bzw. je nach Einschwingzeit der Filter auch früher.For a method based on the third approach, i. H. Based on signal filters, measured variables and state variables of the filters must be buffered depending on the signal filter used (FIR, IIR filter). Depending on the size of the filter, such an intermediate storage can be memory-intensive and / or computing-intensive. A corresponding result is available at the end of a respective time window or, depending on the settling time of the filters, earlier.

Eine mögliche Ausgestaltung eines Algorithmus zur Ausführung des vorgestellten Verfahrens könnte bspw. wie folgt ablaufen:

1. Anfahren eines stationären Betriebspunkts der jeweiligen Brennkraftmaschine, d. h. eines Betriebspunkts mit einem vordefinierten Raildruck, einer vordefinierten Menge an gefördertem Kraftstoff, einer vordefinierten Drehzahl und Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine.
2. Berechnung der aktuellen Leckageschätzung q ^_Leckage gemäß Gleichung (4) und abspeichern bzw. einlernen im Steuergerät.
2.1. Messung von Raildruckwerten innerhalb eines jeweiligen Zeitfensters.
2.2. Ermittlung der Steigung b aus Gleichung (4), wobei ein Druckeinbruch Δp_Rail,Leckagedurch die Multiplikation der Steigung b mit der Länge Δt_Mess des Zeitfensters gemäß Gleichung (5) innerhalb des Zeitfensters berechnet wird. Δp_Rail,Leckage= b·Δt_Mess (5)
2.3. Einlernen eines aktuellen Werts der Leckageschätzung q ^_Leckage für den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine im Steuergerät.
2.4. Wiederholung der Punkte 2.1–2.3, bis ein stabiler Wert für die Steigung b am aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eingelernt ist.
3. Überwachung und Korrektur der Leckage.
3.1. Liegt für den aktuellen Betriebspunkt ein stabiler, eingelernter Wert für die geschätzte Leckage q ^_Leckage in Gleichung (1) vor, so kann die Differenz Δq_Leckage nach Gleichung (3) berechnet werden. Liegen ausreichend eingelernte Werte in der Nähe des aktuellen Betriebspunkt vor, kann auf den aktuellen Betriebspunkt in Gleichung (1) auch interpoliert werden.
3.2. Optional wird die geschätzte Leckage q ^_Leckage oder die Differenz Δq_Leckage überwacht bzw. an andere Steuergerätefunktionen weitergegeben. In Ausgestaltung ist denkbar, dass die Steigung b oder eine Differenz ∆b = b_Neuteil – b, also eine Differenz einer für ein Neuteil berechneten Steigung zu einer aktuell berechneten Steigung, überwacht bzw. an jeweilige Steuergerätefunktionen weitergegeben wird. Je nach Ausgestaltung des Algorithmus kann auch eine Überwachung bzw. Weitergabe des zur Leckage proportionalen Δp_Rail,Leckage ausreichend sein, wobei gilt: q ^_Leckage~Δp_{Rail,Leckage.} Eine Umrechnung von Δp_Rail,Leckage in q ^_Leckage kann bspw. unter Verwendung von Gleichung (6) erfolgen. q ^_Leckage = 1/B(T_fuel, p_Rail, KS)·Δp_Rail,Leckage (6) wobei B einem Kompressionsmodul, T_fuel einer Kraftstofftemperatur im Rail, KS einer Kraftstoffsorte und q ^_Leckage einer Menge an Kraftstoff, die innerhalb eines Messfensters aus einem Common-Rail System entnommen wurde, entspricht.
3.3. Die Überwachung erfolgt anhand eines Vergleichs mit im Steuergerät hinterlegten Schwellwerten. Werden jeweilige vorab zu definierende Schwellwerte überschritten, so werden entsprechende Fehlerpfade gesetzt.

A possible embodiment of an algorithm for carrying out the presented method could, for example, proceed as follows:

1. Starting a stationary operating point of the respective internal combustion engine, ie an operating point with a predefined rail pressure, a predefined amount of fuel delivered, a predefined speed and operating temperature of the internal combustion engine.
2. Calculation of the current leakage estimate q ^ _leakage according to equation (4) and store or teach the control unit.
2.1. Measurement of rail pressure values within a respective time window.
2.2. Determining the slope b from equation (4), wherein a pressure drop Δp _{Rail, leakage} is calculated by multiplying the slope b with the length .DELTA.t _measuring the time window according to equation (5) within the time window. Ap _{Rail, leakage} = b * .DELTA.t _measurement (5)
2.3. Teaching a leakage current value of the estimate of q ^ _leakage for the current operating point of the internal combustion engine in the control unit.
2.4. Repetition of points 2.1-2.3, until a stable value for the slope b at the current operating point of the internal combustion engine is learned.
3. Monitoring and correcting the leakage.
3.1. If there is a stable, learned value for the estimated leakage q ^ _leakage in equation (1) for the current operating point, then the difference Δq _leakage can be calculated according to equation (3). If there are sufficiently learned values in the vicinity of the current operating point, the current operating point in equation (1) can also be interpolated.
3.2. Optionally, the estimated leak q ^ _leakage or difference Δq _{leakage is} monitored or passed on to other ECU functions. In an embodiment, it is conceivable that the gradient b or a difference .DELTA.b = b _{new part -b} , ie a difference between a gradient calculated for a new part and a currently calculated gradient, is monitored or passed on to the respective control device functions. Depending on the configuration of the algorithm, it may also be sufficient to monitor or pass on the Δp _{rail, leakage} which is proportional to the leakage, where: q ^ _leakage ~ Δp _{rail, leakage.} A conversion of Δp _{Rail, leakage} in q ^ _leakage can be done, for example, using equation (6). q ^ _Leakage = 1 / B (T _fuel, P _Rail, KS) · Δp _{Rail, Leakage} (6) wherein B corresponds to a compression modulus, T _{fuel of} a fuel temperature in the rail, KS of a fuel grade and q ^ _{leakage of} an amount of fuel taken from a common rail system within a measurement window.
3.3. The monitoring is based on a comparison with stored in the control unit thresholds. If respective thresholds to be defined in advance are exceeded, corresponding error paths are set.

Die geschätzte Leckage q ^_Leckage ist an einem stationären Betriebspunkt für alle Zylinder identisch. Im Allgemeinen ist es ausreichend, den voranstehend beschriebenen Ablauf nur für einen Zylinder auszuführen. Eine Beschleunigung des Verfahrens ist jedoch in Ausgestaltung dadurch zu erreichen, dass die Punkte 2.1–2.3 für alle Zylinder durchgeführt werden und anschließend eine Mittelung über jeweilige zylinderindividuelle Werte erfolgt.The estimated leakage q ^ _leakage is identical at a steady-state operating point for all cylinders. In general, it is sufficient to carry out the above-described procedure for only one cylinder. An acceleration of the method, however, can be achieved in an embodiment in that the points 2.1-2.3 are carried out for all cylinders and then an averaging takes place via respective cylinder-individual values.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verlaufs eines Raildrucks bei einem Einspritzsystem mit Leckage. 1 shows a schematic representation of a course of a rail pressure in an injection system with leakage.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens. 2 shows a schematic representation of a possible embodiment of the presented method.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Einspritzsystems mit einem Steuergerät zur Durchführung einer Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens. 3 shows a schematic representation of an injection system with a control unit for carrying out an embodiment of the presented method.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.

Das vorgestellte Verfahren zur Bestimmung einer Leckage eines Einspritzsystems basiert auf einer Auswertung eines Raildruckverlaufs, d. h. eines anliegenden Kraftstoffdrucks in einem Druckspeicher des Einspritzsystems. Ein beispielhafter Verlauf für ein Raildrucksignal eines Injektors mit Leckage ist in 1 zu sehen. Charakteristisch für Einspritzsysteme mit Leckage ist, dass der Raildruckverlauf zu keiner Zeit stationär ist, da permanent Kraftstoff aus einem Druckspeicher, d. h. Rail, des Einspritzsystems abfließt. Dies gilt auch für Betriebsbereiche in denen kein Kraftstoff eingespritzt wird, bspw. im Schubbetrieb.The presented method for determining a leakage of an injection system is based on an evaluation of a rail pressure curve, ie an applied fuel pressure in a pressure accumulator of the injection system. An exemplary course for a rail pressure signal of an injector with leakage is in 1 to see. Characteristic of injection systems with leakage is that the rail pressure curve is stationary at any time, as permanently fuel from a pressure accumulator, ie rail, flows out of the injection system. This also applies to operating areas in which no fuel is injected, for example. In overrun operation.

In einem Diagramm 1 ist in 1 auf der Abszisse 3 eine Zeitachse in [s] und auf der Ordinate 5 ein Injektorstrom in [Ampere] aufgetragen. Ferner spannt sich Diagramm 7 ebenfalls auf der Abszisse 3 über die Zeit in [s] und auf der Ordinate 9 über einen Raildruck in [bar] auf. In a diagram 1 is in 1 on the abscissa 3 a timeline in [s] and on the ordinate 5 an injector current is plotted in [ampere]. Furthermore, diagram spans 7 also on the abscissa 3 over time in [s] and on the ordinate 9 via a rail pressure in [bar].

Zum Betreiben einer Brennkraftmaschine werden die jeweiligen Injektoren der Brennkraftmaschine in regelmäßigen Abständen angesteuert, d. h. mit Strom versorgt, wie in Diagramm 1 ersichtlich. Durch das Ansteuern öffnen sich die Injektoren und dosieren Kraftstoff in jeweilige Brennkammern einer durch das Einspritzsystem versorgten Brennkraftmaschine, die den eindosierten Kraftstoff verbrennt und dadurch Arbeit verrichtet. For operating an internal combustion engine, the respective injectors of the internal combustion engine are controlled at regular intervals, ie supplied with power, as shown in the diagram 1 seen. By driving the injectors open and meter fuel into respective combustion chambers of an engine powered by the injection system, which burns the metered fuel and thereby performs work.

Um eine effiziente Verbrennung mit niedrigen Schadstoffwerten zu erzeugen, wird der Kraftstoff durch die Injektoren in einer Haupteinspritzung 13 in die Brennkammern eindosiert. In Diagramm 7 ist ein entsprechender Raildruck zur Versorgung der Injektoren dargestellt. Die Leckage zeigt sich in Diagramm 7 durch den Verlauf des Raildrucks zwischen einer Pumpenförderung 15 und einer Kraftstoffentnahme 17 für einen Einspritzvorgang. In einem zwischen Pumpenförderung 15 und Kraftstoffentnahme 17 liegenden Zeitfenster 19 fällt der Raildruck stetig ab, was auf einen Abfluss von Kraftstoff aus einem entsprechenden Druckspeicher bzw. Rail, d. h. eine Leckage, hindeutet. Wäre keine Leckage vorhanden, wäre der Druckverlauf in dem Zeitfenster 19 stationär. Nach der Kraftstoffentnahme 17 fällt der Druckverlauf im Zeitfenster 20 aufgrund der Leckage erneut ab, bis schließlich eine erneute Pumpenförderung 15 den Raildruck wieder erhöht. To produce efficient combustion with low pollutant levels, the fuel is injected through the injectors into a main injection 13 metered into the combustion chambers. In diagram 7 a corresponding rail pressure to supply the injectors is shown. The leakage is shown in diagram 7 by the course of the rail pressure between a pump delivery 15 and a fuel extraction 17 for an injection process. In one between pumping 15 and fuel extraction 17 lying time window 19 the rail pressure drops steadily, which indicates an outflow of fuel from a corresponding pressure accumulator or rail, ie a leak. If there were no leakage, the pressure curve would be in the time window 19 stationary. After the fuel extraction 17 the pressure gradient falls in the time window 20 due to the leakage again, until finally a new pump delivery 15 Raise the rail pressure again.

In 2 ist ein Diagramm 21 dargestellt, das sich auf der Abszisse 23 über die Zeit in [s] und auf der Ordinate 25 über einen Raildruck in [bar] aufspannt. Das vorgestellte Verfahren sieht vor, die Leckage in einem Zeitfenster 27, das sich bspw. zwischen einer Pumpförderung und einem Einspritzvorgang befindet, mittels einer Steigung 28 einer Regressionsgeraden 26 geschätzt wird. Dazu ist weiterhin vorgesehen, dass ein Verlauf des Raildrucks 29 gefiltert wird, um eine möglichst gut zu interpretierende Kurve zu erhalten. Um ein Maß für die Leckage zu erhalten, ist ferner vorgesehen, eine Steigung der Regressionsgeraden 26 mit einer Länge Δt_Mess des Zeitfensters 27 zu verrechnen und dadurch einen Druckabfall innerhalb des Zeitfensters zu berechnen.In 2 is a diagram 21 shown on the abscissa 23 over time in [s] and on the ordinate 25 spanned by a rail pressure in [bar]. The presented method provides for the leakage in a time window 27 , which is, for example. Between a pumping promotion and an injection process, by means of a slope 28 a regression line 26 is appreciated. For this purpose, it is further provided that a course of the rail pressure 29 is filtered to get the best possible interpretation curve. In order to obtain a measure of the leakage, it is further provided a slope of the regression line 26 with a length Δt _{measurement of} the time window 27 and thereby calculate a pressure drop within the time window.

Der Druckabfall innerhalb des Zeitfensters ist ein zur Leckage proportionales Merkmal, dass je nach Ausgestaltung entweder direkt weiter verwendet werden kann bzw. in einen Mengenwert für die Leckage anhand Gleichung (6) umgerechnet werden kann. Dieser Wert kann bspw. innerhalb einer Mengenkorrekturfunktion als Korrekturfaktor verwendet werden, um einen Einfluss der Leckage zu kompensieren. Ferner ist es möglich, eine Fehlerdiagnose durchzuführen und, für den Fall, dass die Leckage über einen vordefinierten Schwellenwert steigt, einen Fehler zu melden.The pressure drop within the time window is a feature proportional to the leakage, which, depending on the embodiment, can either be used further directly or converted into a quantitative value for the leakage using equation (6). This value can, for example, be used within a quantity correction function as a correction factor in order to compensate for an influence of the leakage. Furthermore, it is possible to perform a fault diagnosis and, in the event that the leakage rises above a predefined threshold, report an error.

In 3 ist ein Einspritzsystem 30 dargestellt. Das Einspritzsystem 30 umfasst einen Druckspeicher 31 zum Versorgen von Injektoren 33 mit Kraftstoff. Der Druckspeicher 31 wird aus einem Tank 35 über eine Niederdruckkraftstoffpumpe 37 und eine Hochdruckkraftstoffpumpe 39 mit Kraftstoff versorgt. In 3 is an injection system 30 shown. The injection system 30 includes a pressure accumulator 31 for supplying injectors 33 with fuel. The accumulator 31 gets out of a tank 35 via a low-pressure fuel pump 37 and a high pressure fuel pump 39 fueled.

Um das Einspritzsystem 30 vor Beschädigungen durch Fremdpartikel zu schützen, wird in den Druckspeicher 31 zu pumpender Kraftstoff bei Austritt aus dem Tank 35 zunächst durch einen Kraftstofffilter 43 gefiltert und anschließend durch Leitungen 45 und 44 zu dem Druckspeicher 31 gepumpt. Ein Raildrucksensor bzw. Druckspeichersensor 47 erfasst einen in dem Druckspeicher 31 anliegenden Druck und meldet diesen an ein Steuergerät 49, das zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens konfiguriert ist und jeweilige Werte in einem geeigneten Zeitfenster zwischenspeichert und auswertet. Zur Auswertung der durch den Druckspeichersensor 47 erfassten Werte berechnet das Steuergerät 49 eine Steigung in dem geeigneten Zeitfenster und verrechnet diese mit einer Länge des Zeitfensters, so dass eine aktuelle Leckage als Druckveränderung innerhalb des Zeitfensters resultiert. Das durch das Steuergerät berechnete Ergebnis kann ggf. in eine Einheit Volumenstrom pro Zeit überführt werden, so dass ein Abflussvolumen von Kraftstoff aus dem Einspritzsystem 30 beim Betrieb einer entsprechenden Brennkraftmaschine beziffert werden kann. To the injection system 30 To protect against damage by foreign particles, is in the pressure accumulator 31 fuel to be pumped as it exits the tank 35 first through a fuel filter 43 filtered and then through lines 45 and 44 to the accumulator 31 pumped. A rail pressure sensor or accumulator sensor 47 detects one in the accumulator 31 applied pressure and reports this to a control unit 49 , which is configured to perform the presented method and caches and evaluates respective values in a suitable time window. For evaluation by the pressure accumulator sensor 47 recorded values calculated by the control unit 49 a slope in the appropriate time window and offsets it with a length of the time window, so that an actual leakage as a pressure change within the time window results. The result calculated by the control unit can optionally be converted into one unit of volume flow per time, so that a discharge volume of fuel from the injection system 30 can be quantified in the operation of a corresponding internal combustion engine.

Weiterhin umfasst das Einspritzsystem 30 einen Druckbegrenzer 51, der für den Fall eines Überdrucks in dem Druckspeicher 31 zum Ablassen von Kraftstoff verwendet werden kann. Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zur Identifikation und zur Kontrolle einer Leckage eines Common-Rail Einspritzsystems.Furthermore, the injection system includes 30 a pressure limiter 51 in the event of overpressure in the accumulator 31 can be used to drain fuel. The presented method is used in particular for the identification and control of a leakage of a common rail injection system.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011075870 A1 [0004]

Claims

Method for calculating a leakage of an injection system ( 30 ) for supplying an internal combustion engine with fuel, in which a slope ( 28 ) by a pressure accumulator sensor ( 47 ) of the injection system ( 30 ) in a predefined time window ( 27 ) measured values of in an accumulator ( 31 ) of the injection system ( 30 ) applied fuel pressure and with a length of the predefined time window ( 27 ) is charged.

Method according to Claim 1, in which the time window ( 27 ) dynamically to current operating parameters the injection system ( 30 ) is adjusted.

A method according to claim 1 or 2, wherein the time window is between a time of pumping promotion and a time of an injection process following the pumping delivery.

Method according to one of the preceding claims, wherein the leakage continuously during a regular operation of the injection system ( 30 ) is calculated.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the leakage in predefined phases in the operation of the injection system ( 30 ) is calculated.

Method according to one of the preceding claims, in which a currently calculated leakage is compared with a stored in a memory value of leakage for a new part.

Method according to one of the preceding claims, in which a difference between a gradient calculated for a new part and a currently calculated gradient for a respective time window is monitored or passed on to respective control unit functions.

Method according to one of the preceding claims, in which the pitch ( 28 ) is calculated by a method of the following list of methods: regression line ( 26 ), recursive optimization method and signal filtering by means of a high-pass filter.

Injection system for an internal combustion engine, wherein the injection system ( 30 ) an accumulator ( 31 ) and a control unit ( 49 ) and wherein the control unit ( 49 ) is configured to prevent leakage of the fuel system via one in the accumulator ( 31 ) applied fuel pressure by means of a slope ( 28 ) in a time window ( 27 ) between a pump delivery and an injection process.