DE102017004424B4 - Verfahren zur bedarfsgerechten Wartung eines Injektors - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur bedarfsgerechten Wartung eines Injektors (7) in einem Common-Railsystem, bei dem im laufendem Motorbetrieb ein aktueller Betriebspunkt (BP) in Abhängigkeit des Raildrucks (pCR) sowie der Kraftstoff-Einspritzmasse (qV) abgespeichert wird, der aktuelle Betriebspunkt (BP) mit einem Schädigungsfaktor (HSF) multipliziert wird und als Referenz-Einspritzzyklus (REZ) in Abhängigkeit des Raildrucks (pCR) sowie der Kraftstoff-Einspritzmasse (qV) abgespeichert wird, wobei der Schädigungsfaktor (HSF) aus einem Schädigungsfaktor-Kennfeld (12) in Abhängigkeit des Raildrucks (pCR) und der Kraftstoff-Einspritzmasse (qV) ausgelesen wird, bei dem ein Gesamt-Referenzeinspritzzyklus (REZ(ges)) über Summenbildung der Referenz-Einspritzzyklen (REZ) berechnet wird, bei dem ein Belastungsfaktor (HI) in Abhängigkeit des Gesamt-Referenzeinspritzzyklus (REZ(ges)) und der zulässigen Einspritzzyklen (EZ(krit)) berechnet wird und der Belastungsfaktor (HI) als maßgeblich für die Wartungsempfehlung des Injektors (7) gesetzt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bedarfsgerechten Wartung eines Injektors in einem Common-Railsystem, bei dem ein Belastungsfaktor berechnet wird und als maßgeblich für die Wartungsempfehlung des Injektors gesetzt wird.
  • Aus der DE 10 2005 048 532 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung der mechanischen Komponenten eines Antriebsmotors in einem Fahrzeug bekannt, bei dem in einem ersten Schritt die Betriebsdaten der Komponente als Lastkollektiv erfasst werden und in einem zweiten Schritt eine Kenngröße der Komponente ermittelt wird. Droht eine Störung der Komponente, so wird in einem dritten Schritt die Belastung der Komponente verringert oder begrenzt, wodurch ein kurzfristiges Liegenbleiben des Fahrzeugs verhindert werden soll. Ergänzend wird der Fahrer über eine drohende Störung informiert und die prognostizierte Restlaufzeit angezeigt.
  • Aus der US 9,416,748 B2 ist ein Verfahren zur Überwachung eines Injektors bekannt, bei dem ein Verkokungsfaktor anhand der Verweildauer in den Drehzahl- und Momentklassen berechnet wird. Anhand des Verkokungsfaktors wird dann die Einspritzdauer entsprechend angepasst, wodurch die Abgasgrenzwerte eingehalten werden sollen.
  • Aus der DE 10 2008 030 870 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose von Komponenten einer Brennkraftmaschine bekannt, zum Beispiel einem Injektor. Aus chronologisch aufgezeichneten Werten von Betriebsparametern, zum Beispiel der Einspritzmenge, wird ein individuelles Lastkollektiv zusammengestellt und mit einer Eingriffsgrenze verglichen. Bei einer Überschreitung der Eingriffsgrenze wird dann ein Warnsignal erzeugt
  • Aus der DE 10 2008 049 754 A1 ist ein Diagnoseverfahren für ein Kraftfahrzeug bekannt. Bei diesem Verfahren werden während des Fahrbetriebes auftretende Fahrereignisse und Fahrbedingungen erfasst. Die Fahrereignisse sind durch das Verhalten des Fahrers, zum Beispiel starkes Bremsen, gekennzeichnet. Die Fahrbedingungen entsprechen zum Beispiel einem Fahrbetrieb in großer geodätischer Höhe. Aus den erfassten Fahrereignissen und Fahrbedingungen wird über eine Tabelle ein Verschleißindexwert berechnet und zu einem Verschleißindexsummenwert addiert. Der Verschleißindexsummenwert wiederum wird anschließend mit einem Referenz-Verschleißindexsummenwert verglichen, wobei bei Grenzwertüberschreitung unterschiedliche Nachfolgeraktionen bis hin zu einer Begrenzung des Motormoments initiiert werden.
  • Die DE 10 2013 214 824 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung eines Injektors bei einem Common-Railsystem. Bei diesem Verfahren wird für einen neuwertigen Injektor ein Referenzpunkt aus dem Raildruckabfall während einer Einspritzung bestimmt. Für diese Bestimmung wird ein charakteristischer Betriebspunkt festgelegt. Wird während des Betriebs derselbe Betriebspunkt erkannt, so wird der aktuelle Raildruckabfall mit dem Referenzwert verglichen, woraus eine zeitliche Entwicklung des Injektor-Einspritzverhaltens prognostiziert werden kann. Erreicht der zeitliche Verlauf des zylinderindividuellen Druckabfalls einen Schwellwert, wird die Ansteuerung des Injektors als Kompensationsmaßnahme verändert.
  • Aus der DE 103 10 116 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung von Wartungsintervallen für Kraftfahrzeugbaugruppen, die wenigstens eine Wartungseinheit umfassen, bekannt. Jeder Wartungseinheit, zum Beispiel einem Automatgetriebe, ist eine Schadenssumme zugeordnet, deren Wert bei Betrieb des Kraftfahrzeugs zunimmt. Aus den Betriebsdaten des Fahrzeugs wird dann in einem gewählten Zeitintervall die auf eine Wartungseinheit wirkende Belastung bestimmt und als Lastkollektiv abgespeichert. Aus dem Lastkollektiv wiederum wird über einen Vergleich mit Kennlinien des Ausfallverhaltens eine Schadenssumme berechnet. Überschreitet diese einen Grenzwert, so ist das Ende des Wartungsintervalls erreicht.
  • Ausgehend vom zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur bedarfsgerechten Wartung eines Injektors weiter zu entwickeln.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt. Hierbei wird im laufendem Motorbetrieb zuvor ein aktueller Betriebspunkt in Abhängigkeit des Raildrucks sowie der Kraftstoff-Einspritzmasse abgespeichert, danach dieser mit einem Schädigungsfaktor multipliziert und anschließend als Referenz-Einspritzzyklus in Abhängigkeit des Raildrucks sowie der Kraftstoff-Einspritzmasse abgespeichert. Der Schädigungsfaktor beschreibt die hydrodynamische Belastung des Common-Railsystems. Ausgelesen wird der Schädigungsfaktor aus einem Schädigungsfaktor-Kennfeld in Abhängigkeit des Raildrucks und der Kraftstoff-Einspritzmasse. Optional kann der Schädigungsfaktor noch anhand der Kraftstofftemperatur gewichtet werden. Nach der Berechnung der Referenz-Einspritzzyklen wird deren Summe berechnet und als Gesamt-Referenzeinspritzzyklus abgespeichert. Aus dem Gesamt-Referenzeinspritzzyklus wiederum und den maximal zulässigen Einspritzzyklen wird dann über Quotientenbildung ein Belastungsfaktor bestimmt, welcher als maßgeblich für die Wartungsempfehlung des Injektors gesetzt wird. Ein Vergleich des Belastungsfaktors mit einem Grenzwert legt schließlich fest, ob entweder eine Wartungsempfehlung zum Tausch des Injektors generiert wird oder ob eine Restlaufzeit prognostiziert wird, innerhalb derer ein problemloser Weiterbetrieb möglich ist.
  • Für den Endkunden bietet die Erfindung den Vorteil einer nochmals verbesserten Transparenz, indem die Zuordnung von individuellen Verhaltensweisen und Wartungsintervallen bzw. Wartungskosten aufgezeigt wird. Beispielsweise auch indem der Endkunde auf die aktuellen Betriebsdaten mittels einer App zugreifen kann. Sowohl für den Hersteller der Brennkraftmaschine als auch für den Endkunden bietet die Erfindung den Vorteil, dass ein Servicetechniker bereits vor Ablauf der maximalen Nutzungsdauer des Injektors entsendet werden kann. Fällt dennoch ein Injektor aus, so ist dank der Erfindung eine lückenlos nachvollziehbare Historie abrufbar. Ebenso können die Daten als Grundlagen bei der Neuentwicklung eines Injektors verwendet werden.
  • In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
    • 1 ein Systemschaubild,
    • 2 ein Kennfeld der Einspritzzyklen,
    • 3 ein Kennfeld des Schädigungsfaktors,
    • 4 ein Kennfeld der Kraftstofftemperatur,
    • 5 ein Kennfeld des Referenz-Einsspritzzyklus und
    • 6 einen Programmablaufplan.
  • Die 1 zeigt ein Systemschaubild einer elektronisch gesteuerten Brennkraftmaschine 1 mit einem Common-Railsystem. Das Common-Railsystem umfasst folgende mechanische Komponenten: eine Niederdruckpumpe 3 zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 2, eine veränderbare Saugdrossel 4 zur Beeinflussung des durchströmenden Kraftstoff-Volumenstroms, eine Hochdruckpumpe 5 zur Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung, ein Rail 6 zum Speichern des Kraftstoffs und Injektoren 7 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1. Optional kann das Common-Railsystem auch mit Einzelspeichern ausgeführt sein, wobei dann zum Beispiel im Injektor 7 ein Einzelspeicher als zusätzliches Puffervolumen für den Kraftstoff integriert ist. Als Schutz vor einem unzulässig hohen Druckniveau im Rail 6 ist ein passives Druckbegrenzungsventil 10 vorgesehen, welches zum Beispiel bei einem Raildruck von 2400 bar öffnet und im geöffneten Zustand den Kraftstoff aus dem Rail 6 in den Kraftstofftank 2 absteuert.
  • Die Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 wird durch ein elektronisches Motorsteuergerät 9 bestimmt, welches die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM) beinhaltet. In den Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten Betriebsdaten in Kennfeldern/ Kennlinien appliziert. Über diese berechnet das elektronische Motorsteuergerät 9 aus den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen. In der 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt: der Raildruck pCR, der mittels eines Rail-Drucksensors 8 gemessen wird, eine Motordrehzahl nMOT, optional der Einzelspeicherdruck pE und eine Eingangsgröße EIN. Unter der Eingangsgröße EIN sind die weiteren Signale zusammengefasst, beispielsweise ein Signal zur Leistungsvorgabe durch den Betreiber und der Ladeluftdruck eines Abgasturboladers. In 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 9 ein Signal PWM zur Ansteuerung der Saugdrossel 4, ein Signal ve zur Ansteuerung der Injektoren 7 (Spritzbeginn/Spritzende) und eine Ausgangsgröße AUS dargestellt. Die Ausgangsgröße AUS steht stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise für ein Stellsignal zur Aktivierung eines zweiten Abgasturboladers bei einer Registeraufladung. Ergänzend ist eine Schnittstelle 15 zum Datenaustausch über das Internet vorgesehen. Über diese Schnittstelle 15 kann der Hersteller der Brennkraftmaschine Daten auslesen und bei Bedarf frühzeitig reagieren, indem er einen Servicetechniker entsendet. Ebenso kann der Bediener auf die aktuellen Betriebsdaten zugreifen.
  • Die 2 zeigt ein Kennfeld 11 der Einspritzzyklen EZ. Im Kennfeld 11 sind in Abhängigkeit des Raildrucks pCR und der Kraftstoff-Einspritzmasse qV mehrere exemplarische Betriebspunkte der Einspritzzyklen EZ dargestellt. In der Praxis kann dieses Kennfeld als 20 mal 20 Matrix ausgeführt sein. Aus Gründen der besseren Übersicht sind die Einspritzzyklen auf eine Million Einspritzzyklen normiert. So ist beispielsweise der Betriebspunkt EZ(1/4) durch einen Raildruck pCR=1020 bar und eine Kraftstoff-Einspritzmasse qV=30 mg (Milligramm) definiert. Der Betriebspunkt selber besitzt den Wert 45,76 mal einer Million Einspritzzyklen. Der Punkt EZ(9/9) besitzt den höchsten Wert, nämlich 68,32, innerhalb des Kennfelds. Mit anderen Worten: das Kennfeld 11 bildet ein Lastkollektiv der Häufigkeit eines Betriebspunkts innerhalb der Raildruck-Einspritzmassenklassen ab.
  • Die 3 zeigt ein Kennfeld 12 des Schädigungsfaktors HSF. Der Schädigungsfaktor HSF beschreibt die hydrodynamische Belastung des Common-Railsystems. Das Kennfeld 12 zeigt die gleichen Stützstellen des Raildrucks pCR und der Kraftstoff-Einspritzmasse qV wie das Kennfeld 11 der Einspritzzyklen EZ. In der Praxis ist daher das Kennfeld 12 ebenfalls als 20 mal 20 Matrix ausgeführt. Innerhalb des Kennfelds 12 sind Werte des Schädigungsfaktors HSF dargestellt. Der höchste Wert innerhalb des Kennfelds 12 ist mit der Ziffer Eins belegt. Dieser Wert entspricht dem kritischsten Betriebspunkt mit der höchsten Verschleißintensität, hier der Punkt HSF(4/8) mit einem Raildruck pCR=1790 bar und einer Kraftstoff-Einspritzmasse qV=210 mg. Zu den beiden Punkten EZ(1/4) und EZ(9/9) des Kennfelds 11 korrespondieren die Stützstellen HSF(1/4) und HSF(9/9). Bestückt wird das Kennfeld 12 entweder mit den Daten aus rückvermessenen Feldmotoren oder mit Daten aus einem Prüfstandslauf. Die weitere Beschreibung erfolgt in Verbindung mit der 4, in welcher ein Kennfeld 13 der Kraftstofftemperatur TKR dargestellt ist. Das Kennfeld 13 ist als Option vorgesehen, wobei qualitativ eine höhere Kraftstofftemperatur eine höhere Schädigung verursacht. Über das Kennfeld 13 werden die Werte des Schädigungsfaktor HSF gewichtet. Das Kennfeld 13 besitzt daher die gleichen Stützstellen wie die Kennfelder 11 und 12. So korrespondiert beispielsweise die Stützstelle TKR(1/4) zur Stützstelle EZ(1/4) im Kennfeld 11 und zur Stützstelle HSF(1/4) im Kennfeld 12. Innerhalb des Kennfelds 13 sind die Kraftstofftemperaturen in °C dargestellt.
  • Die weitere Beschreibung erfolgt gemeinsam für die 5 und 6, wobei in der 5 das Kennfeld 14 der Referenz-Einspritzzyklen REZ und in der 6 das Verfahren als Programm-Ablaufplan dargestellt sind. Bei S1 wird der aktuelle Betriebspunkt BP im Kennfeld 11 der Einspritzzyklen EZ in Abhängigkeit des Raildrucks pCR und der Kraftstoff-Einspritzmasse qV abgespeichert, beispielsweise als EZ(9/9). Danach wird bei S2 der hierzu korrespondierende Schädigungsfaktor HSF aus dem Kennfeld 12 ausgelesen, also die Stützstelle HSF(9/9). Optional kann diese Stützstelle auch über die Kraftstofftemperatur gewichtet sein, Schritt S2A. Bei S3 wird dann der Referenz-Einspritzzyklus REZ berechnet, indem der aktuelle Betriebspunkt BP mit dem Schädigungsfaktor HSF multipliziert wird. Der Wert des Referenz-Einspritzzyklus REZ(9/9) in der 5 berechnet sich folglich aus dem Wert von EZ(9/9), Wert: 68,32 mal einer Million, multipliziert mit dem Wert von HSF(9/9), Wert: 0,8, zu 54,65 mal einer Million Einspritzzyklen. Die weiteren Werte der Referenz-Einspritzzyklen des Kennfelds 14 berechnen sich in analoger Weise. Im Anschluss wird bei S4 ein Gesamt-Referenzeinspritzzyklus REZ(ges) über Summenbildung der Referenz-Einspritzzyklen REZ berechnet. Bei S5 wird die maximale Anzahl der Einspritzzyklen EZ(krit) eingelesen. Ermittelt wird die maximale Anzahl beim Hersteller der Brennkraftmaschine aus Versuchen auf einem Komponenten-Prüfstand. Ein beispielhafter Wert der maximal zulässigen Einspritzzyklen ist EZ(krit)=100 Millionen Einspritzzyklen, was einer Gesamtbetriebsdauer des Injektors von 8900 Stunden entspricht. Aus dem Gesamt-Referenzeinspritzzyklus REZ(ges) und der maximalen Anzahl der Einspritzzyklen EZ(krit) wird bei S6 ein Belastungsfaktor HI über Quotientenbildung berechnet. Der Belastungsfaktor entspricht der hydrodynamischen Belastung des Injektors. Danach wird bei S7 geprüft, ob der Belastungsfaktor HI kleiner/gleich als ein Grenzwert GW, beispielsweise GW≤1, ist. Ist dies der Fall, Abfrageergebnis S7: ja, so wird bei S8 eine Restlaufzeit tRP für den problemlosen Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine prognostiziert und der Programmablauf bei S1 fortgesetzt. Ergibt die Prüfung bei S7, dass der Belastungsfaktor HI größer als der Grenzwert GW ist, Abfrageergebnis S7: nein, so wird der Belastungsfaktor HI als maßgeblich für die Wartungsempfehlung zum Tausch des Injektors gesetzt. Hierzu wird bei S9 eine Zeitreserve tRV für den noch verbleibenden Weiterbetrieb berechnet. Anschließend wird bei S10 eine Wartungsempfehlung an den Bediener ausgegeben, wobei die Wartungsempfehlung den Tausch aller Injektoren der Brennkraftmaschine anzeigt. Damit ist dann der Programm-Ablaufplan beendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Kraftstofftank
    3
    Niederdruckpumpe
    4
    Saugdrossel
    5
    Hochdruckpumpe
    6
    Rail
    7
    Injektor
    8
    Rail-Drucksensor
    9
    Elektronisches Motorsteuergerät
    10
    Druckbegrenzungsventil
    11
    Kennfeld Einspritzzyklen (EZ)
    12
    Kennfeld Schädigungsfaktor (HSF)
    13
    Kennfeld Kraftstofftemperatur (TKR)
    14
    Kennfeld Referenz-Einspritzzyklen (REZ)
    15
    Schnittstelle

Claims (5)

  1. Verfahren zur bedarfsgerechten Wartung eines Injektors (7) in einem Common-Railsystem, bei dem im laufendem Motorbetrieb ein aktueller Betriebspunkt (BP) in Abhängigkeit des Raildrucks (pCR) sowie der Kraftstoff-Einspritzmasse (qV) abgespeichert wird, der aktuelle Betriebspunkt (BP) mit einem Schädigungsfaktor (HSF) multipliziert wird und als Referenz-Einspritzzyklus (REZ) in Abhängigkeit des Raildrucks (pCR) sowie der Kraftstoff-Einspritzmasse (qV) abgespeichert wird, wobei der Schädigungsfaktor (HSF) aus einem Schädigungsfaktor-Kennfeld (12) in Abhängigkeit des Raildrucks (pCR) und der Kraftstoff-Einspritzmasse (qV) ausgelesen wird, bei dem ein Gesamt-Referenzeinspritzzyklus (REZ(ges)) über Summenbildung der Referenz-Einspritzzyklen (REZ) berechnet wird, bei dem ein Belastungsfaktor (HI) in Abhängigkeit des Gesamt-Referenzeinspritzzyklus (REZ(ges)) und der zulässigen Einspritzzyklen (EZ(krit)) berechnet wird und der Belastungsfaktor (HI) als maßgeblich für die Wartungsempfehlung des Injektors (7) gesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungsfaktor (HI) mit einem Grenzwert (GW) verglichen wird, bei Überschreitung des Grenzwerts (HI>GW) eine verbleibende Zeitreserve (tRV) berechnet und eine Wartungsempfehlung zum Tausch des Injektors (7) generiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung des Grenzwerts (HI≤GW) eine Restlaufzeit für den Weiterbetrieb prognostiziert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schädigungsfaktor (HSF) ergänzend in Abhängigkeit einer Kraftstofftemperatur (TKR) gewichtet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schädigungsfaktor-Kennfeld (12) mit Daten aus zurückvermessenen Feldmotoren bestückt wird.
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