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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Tuningmaßnahmen an einer Brennkraftmaschine mit Common-Rail-System, durch Vergleich eines Drucksignals des Raildrucksensors mit einem Spannungssignal eines Nadelschließsensors. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren auszuführen.
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Stand der Technik
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Heutzutage werden bei Kraftfahrzeugen mit Dieselmotoren vorwiegend Common-Rail-Systeme eingesetzt, um Kraftstoff direkt in die Brennräume der Brennkraftmaschinen einzuspritzen, um diese sparsam, sauber und leistungsstark zu machen. Ein solches Common-Rail-System weist gewöhnlich mehrere Injektoren auf, die über einen gemeinsamen Druckspeicher (Rail) miteinander verbunden sind. Über eine Hochdruckpumpe wird aus dem Niederdruckteil, der die Kraftstoffversorgung beinhaltet, Kraftstoff mit hohem Druck in den gemeinsamen Druckspeicher gefördert. Die Injektoren spritzen dann den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff in die Zylinder ein, wobei jeder Injektor für jeden Zylinder einzeln gesteuert werden kann.
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Derartige Common-Rail-Systeme weisen zudem einen Raildrucksensor auf, der integraler Bestandteil des Common-Rail-Systems ist. Der Raildrucksensor misst einen im gemeinsamen Druckspeicher vorherrschenden Raildruck. Dieser Raildruck wird an ein elektronisches Steuergerät weitergeleitet, wo es zur Einregelung eines gewünschten Solldruckwerts im Common-Rail sowie zur Ermittlung einer für eine bestimmte Einspritzmenge erforderliche Ansteuerung des Injektors verwendet wird.
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Aus der
DE 10 2007 030 713 A1 ist ein Verfahren zur Plausibilisierung des Ausgabesignal eines Raildrucksensors eines Common-Rail-Systems für eine Brennkraftmaschine bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Ausgabesignal des Raildrucksensors über einen vorgebbaren Zeitraum erfasst und aufgezeichnet. Anschließend wird das Ausgabesignal in den Frequenzraum transformiert und charakteristische Merkmale aus dem transformierten Ausgabesignal extrahiert, mittels denen und zusätzlichen vorgegebenen Einflussgrößen ein Raildruckwert berechnet wird. Simultan dazu wird aus dem Ausgabesignal des Raildrucksensors ein mittlerer Raildruck ermittelt. Der mittlere Raildruckwert wird mit dem berechneten Raildruckwert verglichen und bei einer Abweichung des berechneten von dem mittleren Raildruckwert um einen vorgegebenen Grenzwert ein Fehlersignal ausgegeben und/oder in einem Fehlersignalspeicher gespeichert.
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Die Plausibilisierung des Ausgabesignals dient unter anderem dazu Tuningmaßnahmen am Raildrucksensor zu erkennen. Beim Erreichen eines maximal zulässigen Raildrucks wird ein weiteres Ansteigen durch ein elektronisches Steuergerät verhindert. Durch Tuningmaßnahmen kann das Signal des Raildrucksensors jedoch in solch einer Weise verändert werden, dass das elektronische Steuergerät den Raildruck erst bei einem zu hohen maximalen Raildruck begrenzt. Ein erhöhter maximaler Raildruck kann jedoch zu Beschädigungen des Verbrennungsmotors und/oder damit verbundener Systeme führen. Daher ist eine Erkennung und bestenfalls eine Verhinderung solcher Tuningmaßnahmen heutzutage eine relevante Angelegenheit.
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Beispielsweise aus der
DE 10 2014 209 194 sind Nadelschließsensoren als zusätzliche Piezo-Sensorelemente für die Injektoren bekannt. Ein solcher Nadelschließsensor stellt ein vom Raildruck abhängiges Spannungssignal bereit, das nicht durch Tuningmaßnahmen verändert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Mit dem Verfahren können Tuningmaßnahmen an einer Brennkraftmaschine mit Common-Rail-System erkannt werden. Das Common-Rail-System umfasst einen Raildrucksensor, der einen Raildruck in einem gemeinsamen Druckspeicher (Rail) erfasst und ein Drucksignal ausgibt, und zumindest einen Injektor, das einen Nadelschließsensor aufweist, der ein zum Raildruck proportionales Spannungssignal ausgibt. Bei diesem Verfahren wird ein Vergleich zwischen dem Drucksignal des Raildrucksensors und dem zum Raildruck proportionalen Spannungssignal durchgeführt und aus diesem Vergleich auf Tuningmaßnahmen geschlossen. Dadurch bietet sich der Vorteil, dass ein zweiter, schon vorhandener Sensor zur Erkennung von Tuningmaßnahmen verwendet wird.
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Vorzugsweise wird das zum Raildruck proportionale, gemessene Spannungssignal des Nadelschließsensors mit einem korrespondierenden Spannungssignal für das Drucksignal verglichen. Dabei kann eine Überschreitung eines maximal zulässigen Raildrucks erkannt werden, wenn das zum Raildruck proportionale, gemessene Spannungssignal des Nadelschließsensors über einem korrespondierenden Spannungssignal für das Drucksignal des Raildrucksensors liegt. Als korrespondierendes Spannungssignal ist hier das Spannungssignal gemeint, das bei nicht verändertem Drucksignal des Raildrucksensors, d.h. wenn keine Tuningmaßnahmen vorgenommen wurden, vom Nadelschließsensor ausgegeben wird. Mit anderen Worten, hängt das gemessene Spannungssignal mit dem tatsächlichen Raildruck zusammen, dahingegen hängt das korrespondierende Spannungssignal mit dem Drucksignal des Raildrucksensors zusammen. Eine Manipulation der Spannungssignale der Nadelschließsensoren ist mit deutlich höherem Aufwand verbunden, da in diesem Zusammenhang jedes Spannungssignal der üblicherweise mehreren in der Brennkraftmaschine angeordneten Injektoren simultan manipuliert werden müsste. Des Weiteren führen Manipulationen, die Phasenlagen der Spannungssignale beeinflussen, zu Fehlerkennungen von Nadelöffnungs-, -umkehr- und/oder -schließzeitpunkten, was wiederum zu Fehlfunktionen des Einspritzsystems, z.B. bezogen auf Einspritzzeitpunkt, -dauer und/oder -menge, führen kann. Da deswegen davon ausgegangen werden kann, dass das Spannungssignal des Nadelschließsensors unverändert ist, kann auf eine Veränderung des Drucksignals des Raildrucksensors und damit auf die Überschreitung des maximal zulässigen Raildrucks geschlossen werden. Aus der Überschreitung kann dann auf Tuningmaßnahmen geschlossen werden. Durch den Vergleich zwischen dem zum Raildruck proportionalen Spannungssignal und dem korrespondierenden Spannungssignal für das Drucksignal kann die Überschreitung sehr einfach festgestellt werden und in Zuge dessen unmittelbar auf Tuningmaßnahmen geschlossen werden.
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Insbesondere kann die Höhe der Überschreitung des maximal zulässigen Raildrucks aus einem überhöhten Spannungssignal des Nadelschließsensors geschlossen wird. Als überhöhtes Spannungssignal wird der Teil des gemessenen Spannungssignals bezeichnet, der oberhalb des maximal zulässigen Raildrucks liegt.
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Vorzugsweise kann eine Anzahl und eine Dauer der Überschreitungen durch einen Zähler erfasst werden. Daher kann Art und Ausmaß von etwaigen Beschädigungen des Verbrennungsmotors und/oder damit verbundener Systeme aufgrund der Überschreitungen bedingt durch Tuningmaßnahmen abgeschätzt werden.
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Bevorzugt wird das Spannungssignal des Nadelschließsensors aus einer Spannungsdifferenz eines ersten Spannungswerts und eines zweiten Spannungswerts des Nadelschließsensors, wobei der erste Spannungswert größer als der zweite Spannungswert ist, während des Öffnens und/oder des Schließens des Injektors ermittelt. Beim Öffnen und/oder Schließen des Injektors zeigt sich die deutliche Abhängigkeit der Spannungsdifferenz bzw. des Spannungssignals vom Raildruck.
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Optional können, wenn eine Tuningmaßnahme erkannt wurde, geeignete Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise eine Drosselung der Leistung der Brennkraftmaschine, ausgeführt werden. Dadurch können etwaige Beschädigungen vermindert werden.
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Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
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Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um Tuningmaßnahmen zu erkennen. Optional kann das elektronische Steuergerät ein Speichermodul zum Speichern von erkannten Tuningmaßnahmen und der Überschreitung des maximal zulässigen Raildrucks, inklusive dessen Höhe, dessen Anzahl und dessen Dauer aufweisen. Die gespeicherten Tuningmaßnahmen und die Höhe, die Anzahl und die Dauer der Überschreitung können in weiteren Analysen verwendet werden, wie z.B. für eine Prüfung, ob eine Beschädigung aufgrund von Tuningmaßnahmen hervorgerufen wurde, für eine Bewertung von Gewährleistungsansprüchen und/oder um übermäßig beanspruchte Komponenten rechtzeitig auszutauschen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt ein Common-Rail-System mit einem Raildrucksensor und mehreren mit Nadelschließsensoren ausgestatteten Einspritzventilen, bei dem durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens Tuningmaßnahmen erkannt werden können.
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2 zeigt ein Diagramm eines durch Tuningmaßnahmen veränderten Drucksignals und eines nicht veränderten Drucksignals des Raildrucksensors über dem tatsächlichen Raildruck.
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3 zeigt ein Diagramm der Spannung des Nadelschließsensors während des Eindosiervorgangs durch den Injektor über die Zeit.
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4 zeigt ein Diagramm eines Vergleichs zwischen einer Spannungsdifferenz des Nadelschließsensors und dem durch Tuningmaßnahmen veränderten Drucksignal und dem nicht veränderten Drucksignal.
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Ausführungsbeispiel der Erfindung Ein in 1 dargestelltes Common-Rail-System 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine weist einen gemeinsamen Druckspeicher 10 (Rail) und mehrere Injektoren 2 auf. Eine Hochdruckpumpe 3 fördert Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 31 mit hohem Druck in den gemeinsamen Druckspeicher 10. Ein Raildrucksensor 11 erfasst den Raildruck pRail und gibt ein Drucksignal SRail an ein mit dem Raildrucksensor 11 verbundenes elektronisches Steuergerät 4 weiter. In der nachfolgenden Beschreibung zur 2 wird der Zusammenhang zwischen dem Drucksignal SRail und dem tatsächlichen Raildruck pRail verdeutlicht. Das elektronische Steuergerät 4 umfasst ein Speichermodul 41 und ist zudem mit der Hochdruckpumpe 3 und den Einspritzventilen 2 verbunden und steuert diese. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff wird schließlich über die Injektoren 2 in die Brennkraftmaschine eingespritzt.
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Die Injektoren 2 verfügen jeweils über einen Nadelschließsensor 21, mittels dem ein Öffnen und ein Schließen des Injektors 2 ermittelt werden. Die Nadelschließsensoren 21 sind als Piezo-Sensorelemente ausgebildet und geben abhängig von einer Position einer nicht dargestellten Ventilnadel des Injektors 2 ein Spannungssignal U aus, welches an das elektronische Steuergerät 4 weitergeleitet wird. Die Funktionsweise dieser Nadelschließsensoren 21 wird in der nachstehenden Beschreibung zur 3 näher erläutert.
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2 zeigt ein Diagramm des Drucksignals SRail des Raildrucksensors 11 über dem tatsächlichen Raildruck pRail. In dem Diagramm ist einerseits ein normaler Verlauf 100 des Drucksignals SRail für ein unverändertes Common-Rail-System 1 dargestellt, welcher linear ansteigt. Einem ersten Raildruckwert p1 ist ein erster Drucksignalwert S1 zugeordnet. Des Weiteren zeigt das Diagramm einen maximal zulässigen Raildruck pmax, dem ein entsprechendes, maximal zulässiges Drucksignal Smax zugeordnet ist. Liegt der normale Verlauf 100 des Drucksignals SRail über dem maximal zulässigen Drucksignal Smax, deutet dies auf eine Überschreitung Δp des maximal zulässigen Raildrucks pmax hin. In 2 ist dies für einen zweiten Raildruckwert p2 der Fall, bei dem ein zugeordneter zweiter Drucksignalwert S2 über dem maximal zulässigen Drucksignal Smax liegt.
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Es finden Tuningmaßnahmen Einsatz, bei dem das Drucksignal SRail des Raildrucksensors 11 verändert wird, um die Überschreitung Δp des maximal zulässigen Raildrucks pmax zu ermöglichen. Ein durch solche Tuningmaßnahmen veränderter Verlauf 110 des Drucksignals SRail ist ebenfalls in 2 dargestellt. Der veränderte Verlauf 110 knickt ab dem ersten Raildruckwert p1 im Vergleich zu dem normalen Verlauf 100 zu niedrigeren Drucksignalwerten hin ab. Das bedeutet, das elektronische Steuergerät 4 erhält ein im Vergleich zum tatsächlichen Raildruck pRail zu geringes Drucksignal SRail vom Raildrucksensor 11. Der veränderte Verlauf 110 des Drucksignals SRail erreicht erst beim zweiten Raildruckwert p2, der über dem maximal zulässigen Raildruck pmax liegt, das maximal zulässige Drucksignal Smax. Daher findet die Überschreitung Δp des maximal zulässigen Raildrucks pmax statt, ohne dass dies durch das elektronische Steuergerät 4 registriert wird, da das entsprechende maximal zulässige Drucksignal Smax des Raildrucksensors 11 erst bei dem höheren zweiten Raildruckwert p2 erreicht wird.
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3 zeigt ein Diagramm des Spannungssignals U eines Nadelschließsensors 21 über die Zeit t. Ein dargestellter Spannungsverlauf 200 beschreibt einen Einspritzvorgang des mit dem Nadelschließsensor 21 verbundenen Injektors 2. Zu Beginn erfolgt ein Öffnungsvorgang 210 für den Injektor 2, d.h. die Ventilnadel wird in eine öffnende Position bewegt. Dabei fällt das Spannungssignal U von einem ersten Spannungswert UA_1 für den Öffnungsvorgang 210 auf einen niedrigeren zweiten Spannungswert UA_2 für den Öffnungsvorgang 210 ab. Eine aus dem ersten Spannungswert UA_1 für den Öffnungsvorgang 210 und dem zweiten Spannungswert UA_2 für den Öffnungsvorgang 210 berechnete Spannungsdifferenz ΔUA für den Öffnungsvorgang 210 des Injektors 2 ist proportional zu dem bei diesem Zeitpunkt vorherrschenden, tatsächlichen Raildruck prail. Übertrifft dieser Abfall eine Schwellspannung, die in diesem Fall bei 30% der Spannungsdifferenz ΔUA für den Öffnungsvorgang 210 liegt, zeigt dies einen Nadelöffnungszeitpunkt 211 für die Ventilnadel des Injektors 2 an, bei dem der Injektor 2 geöffnet ist. Danach steigt das Spannungssignal U wieder an, bis die Ventilnadel einen Umkehrpunkt 220 erreicht. Im Anschluss erfolgt ein Schließvorgang 230 für den Injektor 2, d.h. die Ventilnadel wird in eine schließende Position bewegt. Dabei steigt das Spannungssignal U von einem zweiten Spannungswert UB_2 für den Schließvorgang 230 auf einen ersten Spannungswert UB_1 für den Schließvorgang 230 an. Der erste Spannungswert UB_1 für den Schließvorgang 230 zeigt einen Nadelschließzeitpunkt 231, bei dem der Injektor 2 geschlossen ist. Eine aus dem ersten Spannungswert UB_1 für den Schließvorgang 230 und dem zweiten Spannungswert UB_2 für den Schließvorgang 230 berechnete Spannungsdifferenz ΔUB für den Schließvorgang 230 des Injektors 2 ist ebenfalls proportional zu dem bei diesem Zeitpunkt vorherrschenden, tatsächlichen Raildruck prail. Da sowohl die Spannungsdifferenz ΔUA für den Öffnungsvorgang 210 als auch die Spannungsdifferenz ΔUB für den Schließvorgang 230 des Injektors 2 proportional zum tatsächlichen Raildruck pRail sind, dienen beide in diesem Verfahren als Indikatoren für diesen.
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4 zeigt ein Diagramm einer der beiden Spannungsdifferenzen ΔUA für den Öffnungsvorgang 210 oder ΔUB für den Schließvorgang 230 des Nadelschließsensors 21 (im Folgenden mit ΔU bezeichnet), über dem Drucksignal SRail des Raildrucksensors 11. Analog zu 2 ist hier ebenfalls ein normaler Verlauf 300 eines Vergleichs zwischen der Spannungsdifferenz ΔU des Nadelschließsensors 21 und dem Drucksignal SRail des Raildrucksensors 11 für das unveränderte Common-Rail-System 1 dargestellt. Der erste Drucksignalwert S1 entspricht jenem in 2 und ist weiterhin dem ersten Raildruckwert p1 zugeordnet. Ihm ist in 4 zudem ein korrespondierender erster Spannungsdifferenzwert ΔU1 zugeordnet. Ebenfalls dargestellt ist das aus der 2 bekannte maximal zulässige Drucksignal Smax, dem durch den normalen Verlauf 300 des Vergleichs eine maximal zulässige Spannungsdifferenz ΔUmax zugeordnet ist.
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Darüber hinaus ist in 4 ebenfalls ein durch Tuningmaßnahmen veränderter Verlauf 310 des Vergleichs zwischen der Spannungsdifferenz ΔU des Nadelschließsensors 21 und dem Drucksignal SRail des Raildrucksensors 11 dargestellt. Aus 2 ist ersichtlich, dass beim ersten Drucksignalwert S1 der veränderten Verlauf 110 des Drucksignals SRail zu geringeren Werten abknickt, daher im Vergleich zum tatsächlichen Raildruck pRail niedrigere Werte angibt. Da die Spannungsdifferenz ΔU wie vorstehend erläutert proportional zum tatsächlichen Raildruck pRail ist, knickt der veränderte Verlauf 310 des Vergleichs zwischen der Spannungsdifferenz ΔU des Nadelschließsensors 21 und dem Drucksignal SRail ab dem ersten Drucksignalwert S1 zu höheren Werten hin ab. Ist dies der Fall, mit anderen Worten liegt die Spannungsdifferenz ΔU des Nadelschließsensors 21 über der korrespondierenden Spannungsdifferenz ΔU für das Drucksignal SRail des Raildrucksensors 11, die aus dem normalen Verlauf 300 für den Vergleich erhalten wird, wird die Überschreitung Δp des maximal zulässigen Raildrucks pmax erkannt. Schließlich wird aus dem Auftreten der Überschreitung Δp des maximal zulässigen Raildrucks pmax auf Tuningmaßnahmen geschlossen.
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Besonders deutlich wird dies für das maximal zulässige Drucksignal Smax. Hier übersteigt die Spannungsdifferenz ΔU für den veränderten Verlauf 310 des Vergleichs die maximal zulässige Spannungsdifferenz ΔU um eine überhöhte Spannungsdifferenz ΔUüber. Aus der überhöhten Spannungsdifferenz ΔUüber wird demzufolge auf eine Höhe der Überschreitung Δp geschlossen. Ferner wird eine Anzahl und eine Dauer der Überschreitungen Δp durch einen Zähler erfasst.
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Werden Tuningmaßnahmen erkannt, können entsprechende Gegenmaßnahmen, wie eine Drosselung der Leistung der Brennkraftmaschine, vorgesehen sein.
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Erkannte Tuningmaßnahmen sowie die Höhe, die Anzahl und die Dauer der Überschreitung Δp des maximal zulässigen Raildrucks prail werden im Speichermodul 41 des elektronischen Steuergeräts gespeichert und sind daher für spätere Analysen zugänglich. Diese Analysen können unter anderem für eine Prüfung, ob eine Beschädigung aufgrund von Tuningmaßnahmen hervorgerufen wurde, für eine Bewertung von Gewährleistungsansprüchen und/oder um übermäßig beanspruchte Komponenten rechtzeitig auszutauschen, verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007030713 A1 [0004]
- DE 102014209194 [0006]