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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft die Kraftstoffzufuhr beim Antriebsstrang eines Fahrzeugs.
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EINFÜHRUNG
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Die Kraftstoffzufuhr für einen Verbrennungsmotor beeinflusst die Motorleistung und kann durch die Förderung aus einem Tank mittels einer oder mehrerer Kraftstoffpumpe(n) bewerkstelligt werden. Eine Anzahl von Komponenten zwischen dem Kraftstofftank und dem Verbrennungsraum des Motors ermöglicht die präzise Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff. Der Ausfall einer beliebigen dieser Komponenten kann die ordnungsgemäße Kraftstoffzufuhr stören und die Motorleistung beeinträchtigen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Zum Kraftstoffsystem eines Motors gehören eine Kraftstoffpumpe mit einer Pumpenkammer zur Erhöhung des Kraftstoffdrucks und ein verschließbares Einlassventil. Das Kraftstoffsystem enthält weiterhin ein Kraftstoffverteilerrohr zur Weiterleitung des unter Druck stehenden Kraftstoffs von der Kraftstoffpumpe zu mindestens einem Zylinder. Die Kraftstoffanlage des Motors enthält außerdem eine Steuerung, die darauf programmiert ist, periodisch ein Steuersignal zum Schließen des Einlassventils abzugeben, um einen Sollwert für den Kraftstoffdruck im Pumpenraum zu erzeugen. Die Steuerung ist ferner so programmiert, einen Zuwachswert des Steuersignals als Reaktion auf die Abweichung eines Auslasskraftstoffdrucks in Relation zum Sollwert des Kraftstoffdrucks anzupassen. Die Steuerung ist außerdem darauf programmiert, eine Warnmeldung als Reaktion auf die Anpassung des Zuwachswerts des Steuersignals um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert von einem kalibrierten Zuwachswert abzugeben.
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Ein Verfahren zur Durchführung von Vorhersagen für die Kraftstoffpumpe umfasst die Ausgabe eines Steuersignals zur periodischen Betätigung des Magnetventils einer Kraftstoffpumpe basierend auf einer Motordrehzahl. Zum Verfahren gehört auch die Anwendung eines Zuwachswertes auf das Steuersignal zur Änderung eines Betätigungszeitpunkts des Magnetventils der Kraftstoffpumpe basierend auf einem Sollwert des Auslassdrucks entsprechend dem Kraftstoffbedarf des Motors. Das Verfahren umfasst weiterhin die Anpassung des Zuwachswerts als Reaktion auf die Abweichung des Auslassdrucks vom Sollwert des Drucks. Das Verfahren umfasst weiterhin die Ausgabe einer Warnmeldung zu einem unmittelbar bevorstehenden Ausfall als Reaktion auf die Anpassung des Zuwachswertes um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert.
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Ein Prognosesystem für eine Kraftstoffpumpe mit Direkteinspritzung enthält ein Einlassventil mit Magnetschalter zur Regulierung eines Kraftstoffzulaufs zur Kraftstoffpumpe und einen Sensor für ein Drucksignal, das den Kraftstoffdruck stromabwärts von der Kraftstoffpumpe indiziert. Das Prognosesystem für die Kraftstoffpumpe enthält auch eine Steuerung, die auf die Abgabe eines Steuersignals zur Ansteuerung des Magnetventils am Einlassventil programmiert ist, um einen Druckanstieg in der Kraftstoffpumpe zu erzeugen, um der Anforderung des Motors gerecht zu werden. Die Steuerung ist ferner so programmiert, den Zuwachswert für ein Steuersignal auf Basis des Drucksignals vom Sensor anzupassen. Die Steuerung ist außerdem darauf programmiert, eine Prognosemeldung zur Anzeige des Betriebszustands der Kraftstoffpumpe auf Basis des Zuwachswerts des Steuersignals abzugeben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockschaltbild einer Kraftstoffanlage.
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2 eine schematische Darstellung einer Hochdruckpumpe für Kraftstoff.
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3 zeigt einen Graph mit dem Zuwachswert des Steuersignals und der Reaktionszeit des Magnetventils.
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4 zeigt einen Graph mit dem Zuwachswert des Steuersignals und der Motordrehzahl.
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5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erzeugung einer Prognose für eine Kraftstoffpumpe.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es werden hier verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die hier offenbarten aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als Beschränkungen zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Arten und Weisen der Nutzung der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Wie Fachleute verstehen werden, können verschiedene der dargestellten und beschriebenen Eigenschaften mit Bezug zu einer oder mehrerer der Figuren mit Eigenschaften aus anderen Figuren kombiniert werden, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Eigenschaften liefern repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Beliebige Kombinationen und Modifikationen der Merkmale in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Offenbarung könnten jedoch für besondere Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.
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Mit Bezug auf 1 versorgt eine Kraftstoffanlage 10 für einen Verbrennungsmotor einen Motor 14 mit Kraftstoff. Die Kraftstoffanlage 10 kann den Verbrennungsmotor 14 mit Kraftstoff in Form von Benzin und/oder Ethanol in verschiedenen Zusammensetzungen versorgen. In dem Beispiel, handelt es sich bei der Kraftstoffanlage 10 um ein Hochdruck-Direkteinspritzsystem. Der Kraftstoff wird vor der Bereitstellung für den Motor 14 unter Druck gesetzt. Eine Förderpumpe 16 zieht den Kraftstoff aus einem Vorratsbereich des Kraftstofftanks 12 zur Versorgung einer Hochdruckpumpe für Kraftstoff 18. Innerhalb der Hochdruckpumpe 18 steigt der Druck an und der druckbeaufschlagte Kraftstoff wird über eine Kraftstoffverteilerleitung 20 zu jedem der Zylinder 22 des Motors 14 befördert. Obwohl 1 nur einen Zylinder zeigt, kann der Motor 14 eine beliebige Anzahl von Zylindern auf Grundlage der Motorkonfiguration haben. Eine Vielzahl von Zylindern 22 kann in getrennten Gruppen oder Zylinderreihen angeordnet sein. Alternativ können die Zylinder 22 in-line angeordnet sein.
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Jeder Zylinder 22 erhält unter Druck stehenden Kraftstoff aus dem Kraftstoffverteilerrohr 20 und der Kraftstoff wird durch eine Einspritzdüse 24 in den Zylinder verbracht. Auch wird über ein Luftventil (nicht abgebildet) für jeden Zylinder 22 Luft bereitgestellt, um mit dem unter Druck stehenden Kraftstoff in einem gewünschten Kraftstoff-/Luftverhältnis für eine optimale Kraftstoffverbrennung vermischt zu werden. Die Verbrennung in jedem Zylinder 22 treibt einen Kolben 26 an, der wiederum die Kurbelwelle 28 dreht um somit Ausgangsdrehmoment des Motors zu erzeugen. Entsprechend Aspekten der Erfindung, wird von jeder Einspritzdüse 24 unter Druck stehender Kraftstoff direkt in einen entsprechenden Zylinder 22 eingespritzt, um sich dort mit Luft zu mischen, anstatt vor der Einspritzung vermischt zu werden. Durch die Direkteinspritzung von druckbeaufschlagtem Kraftstoff in die Zylinder wird die Möglichkeit verbessert, genaue Mengen Kraftstoff in exakten Zeitintervallen zu den Zylindern zu liefern. Die Hochdruckpumpe 18 kann Kraftstoffdruck von bis zu etwa 2.500 psi an das Kraftstoffverteilerrohr 20 liefern. Die Hochdruckpumpe 18 wird von einer Nockenwelle 34 angetrieben und ist dafür ausgelegt, die Bereitstellung von Kraftstoff den Motoranforderungen anzupassen. Die Nockenwelle 34 ist mechanisch mit der Kurbelwelle 28 verbunden, sodass die Drehgeschwindigkeit jeder Welle von den Umdrehungen pro Minute (U/min) vom Abtrieb des Motors 14 abhängt.
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Die verschiedenen hier erörterten Komponenten der Kraftstoffversorgung können von einer oder mehreren zugeordneten Steuerung(en) reguliert und überwacht werden. Die Steuerung 32, obwohl als einzelne Steuerung dargestellt, kann als eine Steuerung oder als ein System von zusammen wirkenden Steuerungen zur kollektiven Verwaltung der Kraftstoffzufuhr umgesetzt werden. Mehrere Steuermodule können über einen seriellen Bus (z. B. ein CAN (Controller Area Network)) oder über separate Leiter verbunden sein. In weiteren Ausführungsbeispielen wird zumindest ein Teil der Steuerfunktion von einem fahrzeugexternen Vearbeitungselement außerhalb des Fahrzeugs durchgeführt. Die Steuerung 32 ist darauf programmiert, den Betrieb der verschiedenen Komponenten der Kraftstoffversorgung zu koordinieren. Der Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors 14 zur Abgabe von Drehmoment ändert sich zumindest aufgrund der Anforderungen des Fahrers, die über ein Gaspedal 30 eingegeben werden. Ein Sensor am Gaspedal übermittelt ein Signal bezüglich der Pedalstellung an die Steuerung 32. Im Falle eines autonomen oder selbst fahrenden Fahrzeugs kann die Information zur Drosselklappenstellung anstelle einer durch einen Fahrer beeinflussten Pedalstellung an die Steuerung 32 gemeldet werden. Die Steuerung 32 überwacht auch die Betriebszustände der Niederdruck-Förderpumpe 16, der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18, des Kraftstoffverteilerrohrs 20, der Einspritzdüsen 24, und/oder der Zylinder 22. Die Niederdruck Förderpumpe 16 kann Sensoren haben, um Informationen bezüglich der zugeführten Kraftstoffmenge zur Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 an die Steuerung 32 zu melden. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 hat einen oder mehrere Sensor(en), die der Steuerung 32 ein Feedback zum Pumpenbetrieb liefern, was nachfolgend noch detailliert betrachtet wird. Entsprechend Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird der Kraftstoffauslassdruck unmittelbar am Ausgang der Hochdruckpumpe 18 durch einen Drucksensor gemessen. Die Steuerung kann auch mit einem oder mehreren zusätzlichen Drucksensor(en) entlang des Kraftstoffverteilerrohrs 20 zur Überwachung des Kraftstoffdrucks an anderen Stellen im Kraftstoffsystem 10 in Verbindung stehen. Zusätzlich kann die Steuerung 32 den gewünschten Kraftstoffdruck für die Versorgung des Motors als Drucksollwert bestimmen.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 näher dargestellt. Die Hochdruckpumpe 18 ist eine eigenständige Einheit und wird mechanisch betrieben. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 hat eine Pumpenkammer 36 zur Sammlung eines Druckanstiegs des Kraftstoffs innerhalb der Kammer. Die Pumpe kann direkt oder indirekt durch die Motorausgangsleistung angetrieben werden. Die Nockenwelle 34 treibt die Hochdruckpumpe an und ist operativ mit der Ausgabe des Motors 14 verbunden. Ein Kolben 38 wird durch eine Feder 40 an die Nockenwelle 34 gedrückt. Die Rotation der Nockenwelle 34 betätigt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18, wenn eine oder mehrere der Nockennasen 42 der Nockenwelle 34 den Kolben 38 wechselseitig entlang der Betätigungsrichtung bewegen, wie durch den Pfeil 44 angezeigt wird. In einem Beispiel hat die Nockenwelle 34 drei Nockennasen, sodass die Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit einer proportional höheren Rate im Vergleich zu der Ausgabeumdrehungszahl des Motors arbeitet. Durch die Bewegung des Kolbens 38 ändert sich das verfügbare Volumen in der Förderkammer 36 in der Art, dass Kraftstoff entweder angesaugt oder aufgrund des Druckanstiegs ausgestoßen wird. In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Hochdruckpumpe 18 durch Zahnräder oder Zahnriemen angetrieben werden. Zusätzlich kann die Hochdruckpumpe hydraulisch unter Verwendung von Flüssigkeit, Motoröl oder Kraftstoff betätigt werden.
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Allgemein gibt es zwei Betriebszustände der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18. Zunächst wird durch einen Saughub Kraftstoff unter niedrigem Druck von der Förderpumpe 16 in die Pumpenkammer 36 verbracht. Ein Magneteinlassventil 46 dient zur Regulierung des Kraftstoffeintritts in die Pumpenkammer 36 basierend auf der gewünschten Druckerhöhung oder dem Sollwert des Drucks. In einem Beispiel ist das Magnetventil 46 so konfiguriert, dass es im stromlosen Zustand geöffnet ist. Es kann allerdings auch sein, dass die entgegengesetzte Konfiguration eines Magnetventils verwendet wird, bei der das Ventil im stromlosen Zustand normalerweise geschlossen ist. In jedem Fall bleibt das Ventil während des Saughubs geöffnet, um dem Kraftstoff zu ermöglichen, in die Pumpenkammer 36 zu fließen.
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Durch die Drehung der Nockenwelle 34 wird der Kolben 38 betätigt und komprimiert den Kraftstoff in der Pumpenkammer 36 zur Erhöhung des Kraftstoffdrucks. Insbesondere wenn durch die Drehung der Nockennase 42 der Kolben 38 auf eine maximale Position gehoben wird, reduziert der Kolben 38 das Volumen in der Pumpenkammer 36 und komprimiert den vorhandenen Kraftstoff in der Pumpe. Der Kolben 38 ist gegen eine Öffnung 47 zu einem Teil der Pumpenkammer 36 durch eine oder mehrere Dichtung(en) 48 abgedichtet. In einem Beispiel besteht die Dichtung 48 aus einer Hülse, die den Kolben 38 umgibt. In anderen Beispielen kann die Dichtung eine O-Ring-Dichtung sein.
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Zur Ermöglichung des Druckanstiegs wird das Magnetventil 46 mit Strom belegt (oder umgekehrt stromlos gemacht), um den Kraftstofffluss zwischen der Niederdruck-Förderpumpe 16 und der Pumpenkammer 36 abzusperren, wenn der Kraftstoff komprimiert wird. Sobald der Druck in der Pumpenkammer 36 einen ausreichenden Wert oberhalb des Schwellenwerts für den Druck erreicht hat, überwindet der Kraftstofffluss ein Rückschlagventil 50 und der unter Druck stehende Kraftstoff kann die Pumpe 18 verlassen und zum Kraftstoffverteilerrohr 20 geliefert werden.
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Die Drucksteigerung in der Pumpenkammer
36 kann allgemein durch die untenstehende Gleichung (1) beschrieben werden.
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Wie bereits in Gleichung (1) erwähnt, V(t) ist das Volumen der Pumpenkammer 36 eine Funktion der Zeit. B ist der Massenkoeffizient des Kraftstoffs innerhalb der Pumpe 18. Qin ist der Durchsatz von der Kraftstoffleitung 52 in die Pumpe. Qaus ist der Auslassdurchsatz aus dem Rückschlagventil 50 und der Kraftstoffauslassleitung 54. Qleck ist der Durchsatzverlust aufgrund von Lecks in der Kraftstoffpumpe, beispielsweise durch eine verschlissene Dichtung (z. B. Dichtung 48).
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Der Zeitpunkt für das Schließen des Magneteinlassventils 46 hat einen signifikanten Einfluss darauf, um wie viel der Druck in der Pumpenkammer 36 ansteigt. Das heißt, dass es eine Beziehung zwischen Pumpendruck, Position der Nockenwelle 34 und dem Betriebszustand des Einlassmagnetventils 46 gibt. Diese Elemente beeinflussen die Impulse der Einspritzdüsen 24 und können im Interesse einer optimalen Leistung und der Lebensdauer der Komponenten kalibriert werden. Die Steuerung 32 ist darauf programmiert, zum exakten Zeitpunkt für den Aufbau des gewünschten Drucks entsprechend der Anforderung des Motors 14 Steuersignale zur periodischen Absperrung des Magneteinlassventils 46 abzugeben. Durch die präzise Steuerung des Timings für das Einlassmagnetventil 46 kann die Steuerung 32 sowohl das Volumen, als auch den Kraftstoffauslassdruck für jeden Impuls beeinflussen. Wenn eine Direkteinspritzung ordnungsgemäß arbeitet, bringt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit schnellen und präzisen Impulsen Kraftstoff zu den Einspritzdüsen, um eine möglichst optimale Luft-/Kraftstoffmischung zu erzielen.
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Ein Überdruckventil 56 ist als interne Rücklaufleitung zum Ausgleich von Überdruck durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 vorgesehen. Das Überdruckventil 56 steht in Fließverbindung mit der Kraftstoffauslassleitung 54 stromabwärts des Rückschlagventils 50. Überschreitet der Druck in der Kraftstoffauslassleitung 54 einen Schwellenwert, öffnet das Überdruckventil 56 und lässt Kraftstoff zurück zur Kraftstoffeinlassleitung 52 fließen.
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Die Ansprechzeit bei der Ansteuerung des Magnetventils kann durch eine Anzahl von Faktoren verschlechtert werden. Der Magnetschalter kann aufgrund erhöhten mechanischen Widerstands bei der Betätigung des Magnetventils verschleißen. Die Steuerung kann so programmiert werden, dass sie den Zuwachs des Steuersignals automatisch anpasst, um das Timing für die Betätigung des Magnetventils zu verändern. In einem Beispiel wird der Zuwachs des Steuersignals erhöht, um das Timing für die Öffnung des Magnetventils so zu ändern, dass es früher öffnet, um eine gewünschte Menge Kraftstoff in die Pumpenkammer zu bringen. Jedoch kann es bei der Anpassung des Timings für die Öffnung des Magnetventils zur Kompensierung von Verschleiß Grenzen geben. Ab einem bestimmten Punkt verbessert das ständige Öffnen des Magnetventils die Reaktionszeit zur Kompensierung von Verschleiß nicht weiter.
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Eine zweite Ursache für eine schlechtere Reaktionszeit des Magnetventils kann ein Leck in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe sein. Wie zuvor erörtert, kann der Verlust von Kraftstoffdruck auf Verschleiß der Dichtungen zwischen Kolben und Pumpenkammer zurückzuführen sein. Da Kraftstoff am Kolben vorbei aus der Hochdruckpumpe entweicht, ergibt sich in der Pumpenkammer ein Druckabfall. Durch die Leckage muss das Magnetventil eventuell länger offen gehalten werden, damit sich mehr Kraftstoff in der Kammer sammeln kann. Erneut mit Bezug auf die oben abgebildete Gleichung (1), Qin kann zur Kompensation und Erhaltung des gleichen Druckanstiegs trotz einer Leckage der Kraftstoffpumpe in der Pumpenkammer erhöht werden. Die Steuerung kann so programmiert werden, dass sie automatisch den Zuwachs des Steuersignals anpasst, um die Öffnungszeit des Magnetventils zum Ausgleich der Leckage zu verändern. In diesem Fall kann der Zuwachs des Steuersignals so eingestellt werden, dass die Öffnungszeit des Magnetventils während eines Zyklus‘ verlängert wird.
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Nochmals mit Bezug auf 2 ist die Steuerung 32 so programmiert, dass sie ein Drucksignal von einem Sensor 58 empfängt, das den Kraftstoffdruck stromabwärts von der Kraftstoffpumpe 18 anzeigt. In einem Beispiel ist der Sensor 58 so angeordnet, dass er den Druck des Kraftstoffauslasses in der Kraftstoffauslassleitung 54 misst. In anderen Beispielen kann der Druck des Durchsatzes in der Kraftstoffverteilerleitung 20 abgenommen werden, um die Steuerung 32 mit Informationen über die Leistung der Kraftstoffpumpe 18 zu versorgen. Die Steuerung 32 ist weiterhin darauf programmiert, basierend auf dem Drucksignal des Sensors 58 einen Zuwachswert für das Steuersignal anzupassen. Die Steuerung 32 kann den Zuwachswert für das Steuersignal als Reaktion auf eine Abweichung des Auslass-Kraftstoffdrucks vom Sollwert des Kraftstoffdrucks anpassen.
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In einem Beispiel kann die Steuerung 32 einen schweren Fehler erkennen und die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 abschalten, wenn der Auslassdruck an der Kraftstoffpumpe so sehr vom Sollwert abweicht, dass ein Schwellenwert für die Abschaltung erreicht wird. In diesem Fall kann der Antriebsstrang mit Niederdruck in einem „Kriech-“Modus arbeiten, bei dem das Einlassmagnetventil 46 offen gehalten wird, damit die Niederdruck-Förderpumpe 16 das Kraftstoffverteilerrohr 20 mit Kraftstoff versorgen kann. Wie zuvor erörtert, kann das Ventil dafür konfiguriert sein, im stromlosen Zustand geöffnet zu bleiben oder alternativ Energie für den geöffneten Zustand zu benötigen. Im Kriechmodus bleibt der Antriebsstrang funktionsfähig, aber die Leistung des Motors 14 ist reduziert.
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Liegt die Abweichung des Druckanstiegs durch die Hochdruckpumpe 18 vom Drucksollwert unterhalb des Schwellenwertes zum Abschalten, so kann die Steuerung 32 die Pumpe 18 mit einem modifizierten Zuwachswert betreiben, um durch die Einstellung für das Timing des Magnetventils 46 den Kraftstoffauslassdruck so nahe wie möglich am Drucksollwert zu halten. Allerdings können solche Abweichungen ein Anzeichen für einen Abfall der Leistung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 und letztendlich einen Ausfall der Pumpe sein. Entsprechend Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann der auf die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 angewandt Zuwachs zur Optimierung des Betriebs dafür verwendet werden, eine Prognose für die Lebensdauer der Kraftstoffpumpe zu erstellen. Die Steuerung 32 kann weiterhin so programmiert sein, dass ein Besitzer und/oder Servicetechniker eine beliebige Anzahl von Nachrichten zur Lebensdauer der Hochdruckpumpe 18 erhalten kann. Weiterhin kann die Art der Zuwachsanpassung einem bestimmten Ausfalltyp entsprechen und die verfügbare Genauigkeit der generierten Nachricht erhöhen.
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Mit Bezug auf 3 zeigt das Diagramm 100 die verminderte Leistung einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Die Horizontalachse 102 stellt die Reaktionszeit des Magnetventils dar. Die Vertikalachse 104 stellt die von der Steuerung verwendeten Zuwachswerte zum Ausgleich der Verschlechterung der Reaktionszeit des Magnetventils dar. Die Kurve 108 stellt die Anpassungen des Zuwachswerts k mit Bezug zur Verschlechterung der Reaktionszeit des Magnetschalters dar. Ein neues Magnetventil kann bei optimaler Komponentenleistung eine Reaktionszeit auf der Grundlinie T1 haben. Für eine intakte Pumpe wird der Zeitpunkt für das Öffnen und Schließen des Magnetschalters zur erforderlichen Kraftstoffversorgung durch die anfängliche Kalibrierung bestimmt. In diesem Fall wird dem Steuersignal ein nomineller Zuwachswert k0 entsprechend einem kalibrierten Zuwachswert beigegeben. Gemäß einem Beispiel wird der kalibrierte Zuwachswert aufgrund des Kraftstoffbedarfs von normierten Betriebsbedingungen eines Motors mit einer neuen Kraftstoffpumpe festgelegt.
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Wie zuvor erörtert, ist die Steuerung so programmiert, dass der Zuwachswert des Steuersignals auf Basis der Abweichung des Auslassdrucks der Hochdruck-Kraftstoffpumpe vom Drucksollwert angepasst wird. Die Anpassung kompensiert Änderungen in der Pumpenleistung über die Zeit, um die notwendige Kraftstoffversorgung entsprechend dem Drucksollwert zu gewährleisten. Im Beispiel in 3 wird der Zuwachswert k zur Kompensation für eine verlängerte Reaktionszeit des Magnetventils erhöht. In alternativen Ausführungsformen kann der Zuwachs zur Erzielung einer gewünschten Wirkung beim Betrieb des Kraftstoffsystems gesenkt werden.
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Die Steuerung kann darauf programmiert sein, eine Zustandsmeldung des Kraftstoffsystems basierend auf dem Zuwachswert des Steuersignals k für das Magnetventil abzugeben. Liegt der angelegte Zuwachswert innerhalb eines nominalen Bereiches, wie z. B. dem Zuwachsbereich 106, so kann die Meldung auf ein korrekt arbeitendes Kraftstoffsystem hindeuten. Die Zustandsmeldung kann Informationen zur verbleibenden Lebensdauer verschiedener Komponenten des Kraftstoffsystems enthalten. Die Zustandsmeldung kann dem Fahrer über eine Anzeige im Fahrzeug gezeigt werden. Alternativ kann die Zustandsmeldung durch eine externe Prozessorkomponente der Steuerung an ein Mobilgerät oder einen Computer des Benutzers, ein Servicezentrum oder eine beliebige Anzahl von verschiedenen externen Prozessoren geschickt werden.
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Die Steuerung ist auch darauf programmiert, eine erste Warnmeldung als Reaktion auszugeben, wenn die Anpassung des Zuwachswertes für das Steuersignal k einen vorbestimmten Schwellenwert vom kalibrierten Zuwachswert k0 übersteigt. Mit weiterem Bezug auf das Beispiel in 3 wird die erste Warnmeldung als Reaktion auf die Anpassung des Steuersignals auf einen Wert ausgegeben, der größer als ein Zuwachswert k1 ist und somit außerhalb eines Schwellenbereichs für Zuwachs 106 liegt. Der Zuwachswert Wert k1 entspricht einer verschlechterten Reaktionszeit des Magnetventils T2. Die Ausgabe der ersten Warnmeldung, bei der der Zuwachs für das Steuersignal im Bereich 110 (zwischen k1 und k2) liegt, kann auf die Notwendigkeit einer baldigen Wartung von einer oder mehreren Komponente(n) des Kraftstoffsystems hinweisen.
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Wird keine Reparatur durchgeführt und die Reaktionszeit des Magnetschalters verschlechtert sich weiter, so wird eine schwerwiegendere Meldung abgegeben, die auf einen bevorstehenden Ausfall hindeutet. Die Steuerung ist darauf programmiert, als Reaktion auf die Abweichung des Zuwachswertes vom kalibrierten Zuwachswert über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus eine Warnmeldung abzugeben, die einen unmittelbar bevorstehenden Ausfall anzeigt. Im Beispiel in 3 wird die Warnmeldung zum unmittelbar bevorstehenden Ausfall angezeigt, wenn der Zuwachs für das Steuersignal k2 überschreitet, was einer Reaktionszeit T3 des Magnetventils entspricht. Der Zuwachswert innerhalb des Bereichs, der durch den Zuwachsbereich 112 (zwischen k2 und k3) gekennzeichnet wird, ist ein Betriebsbereich, aus dem die Warnmeldung zu einem unmittelbar bevorstehenden Ausfall ausgegeben wird. Die Meldung zu einem unmittelbar bevorstehenden Ausfall kann dem Besitzer des Fahrzeugs die erhöhte Dringlichkeit für eine Wartung des Kraftstoffsystems klar machen. In alternativen Ausführungsformen wird eine Meldung zu einem unmittelbar bevorstehenden Ausfall direkt an ein Servicezentrum geschickt, das den Fall dann zusammen mit dem Besitzer verfolgt.
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Wird weiterhin keine Wartung durchgeführt, kann der Zuwachswert k weiterhin entsprechend einer verschlechterten Reaktionszeit des Magnetventils angepasst werden. Dabei besteht eine Obergrenze für die Anpassung des Zuwachswerts zur Beibehaltung der Betriebsfähigkeit des Magnetventils. Beispielsweise stellt der Zuwachswert k3 eine Ausfallschwelle dar, ab dort ist der Magnetschalter nicht mehr funktionsfähig. Bei Betriebsbedingungen um den Punkt 114, kann die Kraftstoffpumpe versagen, da die benötigten Zuwachswerte außerhalb der Befugnis der Steuerung liegen. In einem Beispiel kann die Steuerung die Hochdruck-Kraftstoffpumpe deaktivieren und wie zuvor erörtert in den Kriechmodus gehen, bei dem der Kraftstoff ausschließlich durch die Förderpumpe geliefert wird.
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Obwohl das Diagramm in 3 zeigt, wie der Zuwachswert ansteigt, um die Leistung des Magnetschalters auszugleichen, sollte beachtet werden, dass bestimmte Betriebsbedingungen auch zur Absenkung des Zuwachswerts unterhalb des kalibrierten Zuwachswertes k0 führen können. Ähnlich wie in vorherigen Beispielen wird eine Warnmeldung ausgegeben, wenn der Zuwachs des Steuersignals in einem Bereich 116 (zwischen k4 und k5) liegt, durch welche die Notwendigkeit einer baldigen Wartung des Kraftstoffsystems angezeigt wird. Ebenso stellt ein Zuwachswert innerhalb des Bereichs 118 (zwischen k5 und k6) einen Betriebsbereich dar, aus dem eine Warnmeldung zu einem unmittelbar bevorstehenden Ausfall ausgegeben wird.
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Während eine erste Warnmeldung als Vorbote eines unmittelbar bevorstehenden Ausfalls gewertet wird, versteht es sich, dass eine beliebige Anzahl von Meldungen unterschiedlicher Bedeutungsschwere aufgrund der Entwicklung des Zuwachses für das Steuersignal für das Kraftstoffsystem erstellt werden kann. Beispielsweise können vor der Ausgabe einer Warnmeldung zu einem unmittelbar bevorstehenden Ausfall mehrere Warnungen verschiedener Ebenen ergangen sein, von denen jede eine unterschiedliche Bedeutungsschwere anzeigen kann. Weiterhin können Warnmeldungen unterschiedlicher Bedeutung eine spezifische Kombination aus einem oder mehreren Empfänger(n) haben, wie beispielsweise ein Fahrer, Servicetechniker, Fahrzeugflottenbetreiber oder ein Fahrzeughersteller.
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Mit Bezug auf 4 kann die Steuerung weiterhin darauf programmiert sein, andere Daten beim Betrieb des Kraftstoffsystems zu überwachen, um ausführlichere Prognosen zur Lebensdauer der einzelnen Komponenten im Kraftstoffsystem zu liefern. Insbesondere das Verhalten der Anpassungen für die Zuwächse der Steuerung kann Aufschluss über die verminderte Leistung bestimmter Komponenten oder Module geben. Beispielsweise kann die Richtung des Zuwachses für das Steuersignal bezogen auf die Motordrehzahl unterschiedlich ausfallen, je nachdem, welche Komponente verschlissen ist. Das Diagramm 200 in 4 zeigt Trends des Zuwachses für das Steuersignal bei unterschiedlichen Betriebssituationen. Die Vertikalachse 202 zeigt den von der Steuerung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe verwendeten Zuwachswert. Die Horizontalachse 204 zeigt die Motordrehzahl.
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Die Kurve 206 stellt den Zuwachs für das Steuersignal einer intakten Kraftstoffpumpe dar, dabei haben Änderungen der Motordrehzahl keine Auswirkungen auf den Zuwachswert. Das heißt, solange die Kraftstoffpumpe problemfrei arbeitet, bleibt der Zuwachswert für die Steuerung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe über einen Bereich von Motordrehzahlen relativ konstant auf einem kalibrierten Zuwachswert k0.
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Die Kurve 208 zeigt einen Trend für die Anpassung des Zuwachses für das Steuersignal im Falle eines abgenutzten Magnetschalters mit einer Erhöhung der Reaktionszeit um ca. 50 %. Wie die Form der Kurve 208 zeigt, erhöht sich der Zuwachswert der Steuerung mit zunehmender Motordrehzahl, wenn der Magnetschalter verschleißt. Da die Motordrehzahl ansteigt und mehr Kraftstoff angefordert wird, reagiert der Zuwachswert empfindlicher auf einen langsameren Magnetschalter – daher erhöht die Steuerung den Zuwachswert zur Kompensation. Dieser Trend kann auch für die Erstellung einer detaillierteren Prognosemeldung verwendet werden. In einem Beispiel weist die Prognosemeldung auf den Verschleiß oder den unmittelbar bevorstehenden Ausfall des Magnetschalters hin, wenn der Zuwachswert zur Befriedigung der Anforderungen des Motors bei ansteigenden Motordrehzahlen erhöht wird.
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Im Vergleich dazu zeigt die Kurve 210 einen Anpassungstrend des Zuwachswertes für das Steuersignal bei einer undichten Dichtung der Kolbenbuchse. Eine konstante Leckrate der Kraftstoffpumpe vorausgesetzt, ist der Zuwachs gegenüber der Leckage bei steigender Pulsrate der Pumpe abnehmend sensibel. Anders gesagt, steht zwischen den Zyklen weniger Zeit für den Kraftstoff zur Verfügung, aus der Pumpenkammer 36 auszulaufen. Tatsächlich nimmt der Zuwachswert bei steigender Motordrehzahl ab, wie durch die Kurve 210 dargestellt wird. In diesem Fall kann die Steuerung eine Prognosemeldung ausgeben, die auf ein Leck der Pumpe Leckage aufgrund einer verschlissenen Dichtung und/oder einen unmittelbar bevorstehenden Ausfall hinweist, wenn der Zuwachswert abnimmt, um Anforderungen des Motors bei ansteigenden Motordrehzahlen zu befriedigen.
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Die Szenarios verminderter Leistung in den Beispielkurven 208 und 210 haben bei 1500 U/min jeweils einen angepassten Zuwachswert von etwa 0,7, der Trend unterscheidet sich jedoch als Funktion der Motordrehzahl. Während ansteigende und abfallende Trends als Beispiele gezeigt werden, können Zuwachstrends des Steuersignals je nach der jeweiligen Ursache der reduzierten Leistung eine Reihe von unterschiedlich charakteristischen Formen annehmen. Die Steuerung kann einen oder mehrere aus einer Reihe von Algorithmen zur Überwachung der Zuwachstrends für das Steuersignal über Bereiche unterschiedlicher Motorbetriebsparameter zur Unterscheidung zwischen kausalen Faktoren für die reduzierte Leistung der Kraftstoffpumpe enthalten.
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Mit Bezug auf 5 wird ein Verfahren 300 zur Durchführung einer Prognose für eine Kraftstoffpumpe vorgestellt. Bei Schritt 302 sammelt die Steuerung Daten über den verwendeten Zuwachs für das Steuersignal der Hochdruck-Kraftstoffpumpe und das Timing der Kraftstoffzufuhr. Diese Daten werden für einen Bereich von Fahrzeugbetriebsbedingungen erhoben.
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Bei Schritt 304 normiert die Steuerung den Zuwachs für das Steuersignal und das Timing der Kraftstoffzufuhr Zeitpunkt über den Bereich der Betriebsbedingungen. Die normierten Werte bilden eine Grundlinie für den Betrieb, mit der Abweichungen zum Zwecke der Prognosen für Komponenten verglichen werden.
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Bei Schritt 306 untersucht die Steuerung, ob Daten der Einspritzdüsen darauf hinweisen, dass die Düsen ein fettes Kraftstoff-/Luftgemisch erzeugen. Erzeugen die Einspritzdüsen ein unerwünschtes Kraftstoff-/Luftgemisch, so kann auf eine zusätzliche Prognose der Hochdruck-Kraftstoffpumpe verzichtet werden. Die Steuerung kann mit der Sammlung, Normierung und Überwachung von Daten der Kraftstoffzufuhr fortfahren, welche die Kraftstoffpumpe betreffen.
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Wenn im Schritt 306 die Einspritzdüsen nicht als Ursache eines fetten Kraftstoff-/Luftgemisches erkannt wurden, untersucht die Steuerung, ob sich Zuwachswerte für das Steuersignal der Hochdruck-Kraftstoffpumpe geändert haben. Ändern sich diese Daten im Schritt 308 nicht, so fährt die Steuerung mit der Schleife der Sammlung, Normierung und Überwachung der Daten fort.
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Wird im Schritt 308 jedoch über die Zeit eine Änderung des Zuwachses für das Steuersignal der Hochdruck-Kraftstoffpumpe angewandt, so prüft die Steuerung bei Schritt 310, ob der Zuwachswert für das Steuersignal um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert vom kalibrierten Zuwachswert geändert wurde. Befindet sich der Zuwachs für das Steuersignal der Hochdruck-Kraftstoffpumpe im Schritt 310 unterhalb des Schwellenwertes, so fährt die Steuerung mit der Schleife der Sammlung, Normierung und Überwachung der Daten fort.
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Überschreitet der Zuwachs für das Steuersignal den Schwellenwert im Schritt 310, so kann die Steuerung bei Schritt 312 Daten bezüglich der Kraftstoffversorgungsrate durch die Niederdruck-Förderpumpe sammeln. Im Schritt 314 untersucht die Steuerung, ob die Förderpumpe mehr Kraftstoff liefert, als einer normierten Menge entspricht. Ist die Rate so erhöht, dass ein Schwellenwert für die Bereitstellung beim Schritt 314 überschritten wird, so kann das auf ein Leck der Kraftstoffpumpe hinweisen. Die Erhöhung der Bereitstellungsrate für Kraftstoff kann ein Symptom für eine erhöhte Anforderung zur Kompensation eines Druckverlusts aufgrund eines Lecks der Pumpe sein. Auf diese Weise kann die Steuerung Ausgangswerte sowohl von der Niederdruck-Förderpumpe als auch der Hochdruck-Kraftstoffpumpe nutzen, um eine Prognose für die Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu erstellen. Bei Schritt 316 gibt die Steuerung eine Warnmeldung mit Hinweis auf ein Leck der Kraftstoffpumpe aus.
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Wenn bei Schritt 314 die Niederdruck-Förderpumpe Kraftstoff mit einer Rate unterhalb des Schwellenwertes für die Bereitstellung liefert, kann die Steuerung andere Daten zur Erzeugung einer Prognose berücksichtigen. Bei Schritt 318 sammelt die Steuerung Daten zur Rücklaufrate des Magneteinlassventils. Wenn beim Schritt 320 die Rücklaufrate des Magneteinlassventils in Relation zu den normierten Werten ansteigt, so kann dies' ein Hinweis auf Verschleiß des Magnetschalters sein. Ist die Rücklaufrate des Magneteinlassventils im Vergleich zum normierten Wert höher als ein Schwellenwert für die Rücklaufrate des Magneteinlassventils, gibt die Steuerung beim Schritt 322 eine Prognosemeldung aus, die auf den Verschleiß des Magnetschalters hinweist.
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Wenn bei Schritt 320 die Rücklaufrate des Magneteinlassventils unterhalb des Schwellenwerts für die Rücklaufrate des Magneteinlassventils liegt, so kann der erhöhte Wert ein Symptom für den Verschleiß einer anderen Komponente der Kraftstoffversorgung sein. Nimmt die Rücklaufrate des Magneteinlassventils nicht zu, so ist der Magnetschalter womöglich nicht der Grund für den Zuwachs des Steuersignals. Der Zustand kann auf eine Durchflussbegrenzung innerhalb der Hochdruck-Kraftstoffpumpe hinweisen. Beispielsweise kann entweder das Überdruckventil oder das Rückschlagventil vollständig oder teilweise blockiert sein, was die Steuerung zu einer Erhöhung des Zuwachswerts für das Steuersignal zur Kompensation veranlasst. Bei Schritt 324 setzt die Steuerung eine Warnmeldung ab, die auf eine Durchflussbegrenzung des Rückschlag- oder des Überdruckventils hinweist.
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Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können durch eine(n) Verarbeitungsvorrichtung, Steuerung oder Computer bereitgestellt und/oder umgesetzt werden, der/die jede vorhandene programmierbare oder dedizierte elektronische Steuerung umfassen kann. Desgleichen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten oder ausführbare Anweisungen für eine Steuerung oder einen Computer in vielfältiger Weise gespeichert werden, darunter ohne Einschränkung die dauerhafte Speicherung auf einem nicht beschreibbaren Speichermedien wie einem ROM und als änderbare Information auf beschreibbaren Speichermedien wie Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM sowie anderen magnetischen und optischen Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem durch Software ausführbaren Objekt implementiert sein. Alternativ können Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise in entsprechenden Hardwarekomponenten eingebettet sein, wie anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), Zustandsautomaten, Steuermodule oder andere Hardwarekomponenten, Geräte, oder eine Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten. Solche Beispielgeräte können als Teil eines Fahrzeugrechnersystems bordeigen oder abgesetzt vom Fahrzeug vorliegen und in Verbindung zu Geräten in einem oder mehreren Fahrzeug(en) stehen.
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Während oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht vorgesehen, dass diese Ausführungen alle in den Ansprüchen möglichen Ausgestaltungen beschreiben sollen. Vielmehr sind die in der Spezifikation verwendeten Worte Ausdrücke der Beschreibung und nicht der Beschränkung. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen ohne Abweichung vom Geist und Umfang der Erfindung vorgenommen werden können. Wie bereits zuvor beschrieben, können die Eigenschaften der verschiedenen Ausführungsformen zur Gestaltung neuer Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden, die hier möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt werden. Während verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen der Technik als im Hinblick auf eine oder mehrere wünschenswerte Eigenschaft(en) als vorteilhaft oder bevorzugt hätten beschrieben werden können, werden Fachleute erkennen, dass eine oder mehrere Eigenschaft(en) zugunsten von gewünschten Gesamteigenschaften des Systems vernachlässigt werden können, was von der jeweiligen Anwendung und Implementierung abhängt. Ohne Einschränkung können zu diesen Eigenschaften gehören: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Montagefreundlichkeit, usw. Als solches befinden sich als weniger wünschenswert beschriebene Ausführungsformen oder Umsetzungen der Technik mit Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaft(en) nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungsfälle wünschenswert sein.
