DE102019202392A1

DE102019202392A1 - Verfahren zum Bestimmen einer Funktion eines Aktors

Info

Publication number: DE102019202392A1
Application number: DE102019202392.4A
Authority: DE
Inventors: Ingmar Burak; Johannes Hoegl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-08-27

Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer Funktion(sfähigkeit) eines Aktors (90), insbesondere eines Ventils (52), wobei in einem Verfahrensablauf (Va; Vb) Indizien für eine Fehlerhaftigkeit des Aktors (90) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass dann, falls sich ein Hinweis auf eine fehlerhafte Funktion des Aktors (90) ergibt, in einem anderen Verfahrensablauf (Vb; Va) eine weitere Bestimmung der Funktion des Aktors (90) durchgeführt wird.

Description

Stand der Technik
Aus der DE 102011 003 359 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen einer Funktion eines Ventils einer Abgasanlage bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Funktion bzw. der Funktionsfähigkeit eines Aktors vorgesehen. Der Aktor ist insbesondere ein Aktor eines Ventils. Dabei ist vorgesehen, dass in dem Verfahrensablauf zunächst Indizien für eine Fehlerhaftigkeit des Aktors ermittelt werden. Dabei sollen die Indizien dazu geeignet sein eine Fehlerhaftigkeit zu erkennen, die beispielsweise zwischen „Null-Fehler“ und „Fehler“ verläuft. Ein Indiz für eine Fehlerhaftigkeit kann folglich auch eine Fehlerfreiheit umfassen. Ergibt sich im Rahmen dieses Verfahrensablaufs ein Hinweis auf eine fehlerhafte Funktion des Aktors, so ist vorgesehen, in einem vorzugsweise danach ablaufenden anderen Verfahrensablauf eine weitere Bestimmung der Funktion bzw. Funktionsfähigkeit des Aktors durchzuführen. Ein derartiges Vorgehen hat den Vorteil, dass durch einen anderen Verfahrensablauf, der dem ersten Verfahrensablauf folgt, ein erstes Indiz aus dem ersten Verfahrensablauf durch ein Kontrollverfahren überprüft wird. Zudem hat dies den Vorteil, dass die Komponenten im Rahmen einer Funktionsüberprüfung im Fahrzeug während des Betriebs (On-Board-Diagnose) überprüft werden können. Dadurch ist es insbesondere bei einem so genannten Wassereinspritzsystem möglich im überprüften bzw. bestätigten Fehlerfall (nach dem Ablauf des zweiten, anderen Verfahrensablaufs) eine geeignete Ersatzmaßnahme einleiten zu können. D. h., es ist beispielsweise möglich, das fehlerhafte Bauteil bzw. eine Identifizierung hierfür sowie die ggf. erkannte Fehlerart in einem so genannten Fehlerspeicher des Kraftfahrzeugs oder der Brennkraftmaschine zu speichern und ggf. auch im Blickfeld des Fahrzeugführers (Armaturenbrett) anzeigen zu können. Zwecks Erhalt von zulässigen, d. h. gesetzeskonformen, Abgaswerten ist es dadurch möglich, zielgerichtet auf die Steuerung der Brennkraftmaschine Einfluss zu nehmen: so ist es nach dem Erkennen eines fehlerhaften Aktors bzw. insbesondere Ventils, möglich, die Steuerung der Brennkraftmaschine ggf. so vorzunehmen, dass entsprechende Situationen, die das Einspritzen von Wasser in den Brennraum erforderten, zu vermeiden bzw. zu umgehen (Vermeiden von hohen Verbrennungstemperaturen bzw. hohen Abgastemperaturen). Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei beispielsweise während einer so genannten aktiven Wassereinspritzung vorgenommen werden. Eine aktive Wassereinspritzung ist in diesem Fall eine Wassereinspritzung, die in einem normalen Betriebsablauf der zugehörigen Brennkraftmaschine abläuft. Dies heißt, dass die Brennkraftmaschine beispielsweise in der vorgesehenen Antriebsfunktion betrieben wird (realistische Betriebsbedingungen). Das Verfahren kann aber auch in einem gezielten Diagnosemodus durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die Brennkraftmaschine bzw. der oder die Aktoren in einem Betriebsmodus betrieben werden, in dem die Diagnose besonders zuverlässig durchgeführt werden kann. In dem einen Verfahrensablauf ist dabei beispielsweise vorgesehen, dass ein Schaltverhalten des zumindest einen Aktors ermittelt wird. Dies bedeutet beispielsweise, dass bei dem Aktor eine Öffnungsverzugszeit oder/und eine Schließverzugszeit ermittelt wird.
Das Heranziehen dieses Schaltverhaltens hat den Vorteil, dass die Auswirkungen auf die Kühlung des Verbrennungsablaufs unmittelbar erkannt werden können. Eine zu lange, jedenfalls unbeabsichtigt lange Öffnungsverzugszeit führt zu einem späteren effektiven Öffnen, so dass bei unveränderter, jedenfalls beabsichtigt langer Schließverzugszeit die eingespritzte Flüssigkeitsmenge verringert ist. Auswirkung auf die Kühlung sind somit nicht stark genug, da zu wenig Wasser eingespritzt wird. Ist beispielsweise eine Schließverzugszeit zu lang, so führt auch dies zu einer Einflussnahme auf die Kühlung der Verbrennung. Eine zu lange Schließverzugszeit führt zu einem zu späten Schließen und demzufolge zu einer jedenfalls nicht beabsichtigten stärkeren Kühlung der Verbrennung, da mehr inerte Flüssigkeit eingespritzt wird als eigentlich beabsichtigt ist. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Ermittlung des Schaltverhaltens des zumindest einen Aktors zumindest eine elektrische Eigenschaft ermittelt wird. Hierbei ist beispielsweise vorgesehen, dass zur Ermittlung der Öffnungsverzugszeit ein durch den Aktor fließender Strom beobachtet wird (Ermittlung der Stromhöhe über den Verlauf der Zeit). Aus dem Verlauf des Stroms kann ermittelt werden, wann ein Öffnungsanschlag des Aktors nicht mehr weiter zu bewegen ist, und damit das Ventil bzw. der Aktor seinen Schaltzustand erreicht hat (offen). Wird dagegen beim Schließen zwecks Ermitteln der Schließverzugszeit die Spannung am Aktor und damit die Spule ausgeschaltet, so ist eine Betrachtung des Spannungsverlaufs, insbesondere im Moment des Anschlagens des Ventilverschlusses im oder am Verschlusssitz aus dem Verlauf der induzierten Spannung sehr gut erkennbar. Im Zusammenhang mit der Ermittlung des Schaltverhaltens und hier insbesondere von Öffnungsverzugszeit und Schließverzugszeit kann es von Vorteil sein, Mittelwerte für die einzelnen charakteristischen Schaltverhalten zu ermitteln. Dabei ist von Vorteil, dass die Qualität der Werte zuverlässiger ist. Dabei wird beispielsweise vorgesehen, dass aus mehreren Werten, die für das Schaltverhalten eines Aktors stehen, Mittelwerte ermittelt werden und um einen Mittelwert herum ein Toleranzband für ein tolerierbares Schaltverhalten definiert wird. Ein derartiges Vorgehen kann beispielsweise für so genannte Referenzwerte geschehen. Dabei werden beispielsweise nach seiner Fertigung für einen Aktor entsprechende Referenzwerte ermittelt (Mittelwert, Toleranzband). Diese Referenzwerte, Mittelwerte, Toleranzbänder können beispielsweise in einem Steuergerät gespeichert werden, damit diese dann im Betrieb der Brennkraftmaschine zur Verfügung stehen können. Derartige Werte können aber auch in dem bereits erwähnten Diagnose- bzw. Testmodus im Betrieb eines Fahrzeugs bzw. im Betrieb einer Brennkraftmaschine ermittelt werden, ohne dass es beispielsweise erforderlich wäre, in der konkreten Verbrennungssituation eine Flüssigkeit, bzw. inerte Flüssigkeit bzw. Wasser in einen Brennraum einspritzen zu müssen bzw. gelangen zu lassen. Bei einem derartigen Vorgehen zum Ermitteln von Referenzwerten, jedenfalls von Aktoren bzw. Ventilen, die bereits an einer Brennkraftmaschine montiert sind, kann auch von Vorteil sein, dies nur über mehrere Kurbelwellenumdrehungen vorzunehmen, so dass ein Einfluss auf ein abgegebenes Drehmoment der Brennkraftmaschine nicht oder fast gar nicht für den Benutzer spürbar ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass ein durch ein betätigtes einzelnes Ventil erzeugtes Druckminimum mit mindestens einem Schwellenwert, der zum Beispiel eine Grenze eines Toleranzbereichs ist, des Drucks verglichen wird. Im Falle eines durch ein betätigtes einzelnes Ventil erzeugten Druckminimums, welches oberhalb eines oberen Schwellenwerts oder unterhalb eines unteren Schwellenwerts ist, wird das Ventil als fehlerhaft identifiziert. Ein oberer oder unterer Schwellenwert ist bzw. kann beispielsweise eine obere bzw. untere Grenze eines Toleranzbereichs sein. Für ein jedes Ventil kann ein individueller oberer und unterer Schwellenwert bestimmt sein.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventil bzw. der Aktor mit einem unter Druck gesetzten Medium (Wasser, inerter Stoff, Kraftstoff) gefüllt ist und aus einem Speicherraum mit dem entsprechenden Medium gespeist wird. Dies hat den Vorteil, dass durch das Ventil bzw. den Aktor beeinträchtigte bzw. beeinflusste Eigenschaften des Systems auch im Speicherraum ermittelt werden können. Dies ist dann von Vorteil, wenn beispielsweise mit dem anderen Verfahren eine Plausibilität des im zunächst abgelaufenen Verfahren oder in einer danach folgenden Testphase plausibilisiert werden soll. Es ist daher in einem nachgeordneten Schritt vorgesehen, dass ein Druck im Speicherraum mittels eines Druckaufnehmers überwacht wird. Hierbei ist beispielsweise vorgesehen, dass die Einflüsse von verschiedenen Aktoren bzw. Ventilen, welche insbesondere nacheinander vom Speicherraum gespeist werden, den dort herrschenden Druck bzw. Speisedruck beeinflussen. Es kann so in einem Kontrollverfahren bzw. ersten Verfahren über das Verhalten des Druckaufnehmers auf Fehler eines einzelnen Aktors bzw. Ventils geschlossen werden. Hierzu ist es erforderlich bzw. wünschenswert, dass die Veränderung des Drucks im Speicherraum analysiert wird. Insbesondere wird ein Verlauf des Drucks über den Verlauf der Zeit betrachtet. Werden beispielsweise die mehreren Ventile nacheinander geöffnet und auch wieder geschlossen, und sind diese mehreren Ventile in bekannter Weise in einer Reihe an einem beispielsweise rohrförmigen Speicherraum mit einem geradlinigen Hohlprofil angeordnet, so stellt man bei der Analyse des Druckverlaufs im Speicherraum beispielsweise fest, dass die Druckeinbrüche, d. h. die Differenzen zwischen dem maximal im Speicherraum vorliegenden Druck und dem minimal im Speicherraum vorliegenden Druck, je nachdem, welches Aktor bzw. Ventil gerade betätigt wird (Öffnung), zu unterschiedlichen Druckdifferenzen führen. Wird ein derartiger Speicherraum beispielsweise von seinem axialen Ende her gespeist, so ist ein Druckeinbruch umso geringer, je näher das den Druckeinbruch verursachende Ventil bzw. Aktor an der Speisungsstelle für den Speicherraum angeordnet ist. Es wurde bei einer derartigen Anordnung beobachtet, dass die Anordnung den Verlauf des Drucks bzw. die Höhe der einzelnen Druckminima derartig beeinflusst, dass bei einem ordnungsgemäßen Betrieb der Ventile die Minima im Wesentlichen auf einer gedachten Geraden bzw. sehr nahe an der erwähnten Geraden zu finden sein können. Eine die vier Minima verbindende gedachte Linie kann alternativ auch ein Polygonzug sein, so dass zwischen den vier Minima kein gemeinsamer linearer Zusammenhang besteht.
Es könnte also bei einer Einzelbetrachtung eines Ventils/Aktors zwar das Ergebnis sein, dass das einzelne betrachtete Ventil mutmaßlich nicht fehlerfrei funktioniert, aber die Betrachtung des Verhaltens in der Gruppe aller Ventile beim Betrieb an einem Speicherraum dieses einzelne Ventil, wie oben beschrieben, doch keine Verhaltensauffälligkeit aufweist. Damit nicht bereits geringste Abweichungen von der eben erwähnten Linearität der einzelnen Druckminima (Referenzminimaverlauf) als Fehler bewertet werden, ist vorgesehen, um einen derartigen Referenzminimaverlauf, beispielsweise einen Referenzsolldruckbereich zu bestimmen, der für jedes einzelne Ventil einzeln bestimmt ist, aber dennoch im Gesamtzusammenhang aller Ventile steht (Solldruck, Solldruckbereich). In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass eine Lage eines während eines Einzeleinspritzereignisses erreichten minimalen Istdrucks mit einem minimalen Istdruck eines oder mehrerer anderer geöffneter Ventile verglichen wird, welcher oder welche während eines Einzeleinspritzereignisses aufgetreten sind. Gemäß einem weiteren bzw. alternativen Gesichtspunkt bei der Beurteilung des Zusammenspiels von mehreren Ventilen, die an einem einzelnen Speicherraum (Hochdruckspeicher) angeordnet sind und von diesem versorgt werden, können für die einzelnen Positionen der Ventile unterschiedliche Ansteuerzeiten (Einschaltzeitpunkt, Abschaltzeitpunkt) ermittelt werden, die die Anordnung der Ventile (Injektoren) am Speicherraum berücksichtigen. Dies bedeutet, dass beispielsweise für ein Ventil, welches am weitesten von der Speisung des Speicherraums entfernt ist, beispielsweise ein Einschaltzeitpunkt früher als bei einem Ventil ist, welches nahe bzw. näher an einer Speisung des Hochdruckspeichers ist. Für ein Ventil, welches am nächsten zur Speisung des Speicherraums angeordnet ist, und bei welchem der Druckeinbruch bei nicht korrigierter Ansteuerung beispielweise nur die Hälfte des Druckeinbruchs beträgt, der für das erste bzw. am weitesten von der Speisung entfernte Ventil ermittelt wird, wird beispielsweise ein Einschaltzeitpunkt später als bei einem Ventil sein, welches nahe bzw. näher an einer Speisung des Hochdruckspeichers ist. Für die entsprechenden dazwischen angeordneten Ventile wird eine Anpassung in der gleichen Art und Weise bestimmt. Ein derartiges Vorgehen führt dazu, dass für die an einem Speicherraum angeordneten und von dort versorgten Ventile ein einheitliches Referenzniveau ermittelt werden kann, welches durch die Verarbeitung der tatsächlichen Druckeinbrüche mittels der individuell für jedes Ventil ermittelten Einschaltzeitpunkte und ggf. auch Abschaltzeitpunkte ermittelt wurde. Das Referenzniveau kann dabei idealer Weise auf einer Horizontalen liegen, d. h. das Referenzniveau ist für alle Ventile für den Berechnungsvorgang hypothetisch gleich. Es ist vorgesehen die Ventile so korrigiert anzusteuern, dass deren tatsächlicher Druckeinbruch (Druckminimum) so stark ausfällt, dass das Referenzniveau erreicht wird. Eine solche Ansteuerung führt dann im Idealfall und bei gleichen Verbrennungsbedingungen zum Einspritzen einer gleichen Wassermenge und somit auch zu einer gleich starken Kühlung einer Verbrennung in einem jeden einzelnen Brennraum. Abweichungen von diesem Referenzniveau sind daher für einzelne Ventile, beispielsweise bei einer optischen Darstellung, leicht erkennbar. Aber auch für die rechnerische Analyse der ggf. vorhandenen Abweichungen vom Referenzniveau und ggf. Verlassen eines Referenzsolldruckbereichs ist die Erkennung einer Abweichung anhand der bloßen Zahlenwerte sehr leicht erkennbar. Die Einschaltzeitpunkte und ggf. auch Abschaltzeitpunkte werden bevorzugt in einem Speicher eines Steuergeräts der Brennkraftmaschine gespeichert. Für einzelne Ventile ist vorgesehen, dass die ermittelten Öffnungsverzugszeiten bzw. Schließverzugszeiten vorzugsweise über mehrere Einspritzvorgänge gemittelt werden. Dies wird hier auch als Filterung der einspritzventilindividuellen Messwerte bezeichnet. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist eine Auswertung und ein Vergleich von Mittelwerten von Öffnungsverzugszeiten und Schließverzugszeiten der Ventile individuell für jedes Ventil bzw. Aktor vorgesehen. Hierbei findet beispielsweise eine so genannte Quotientenbildung statt. Wird eine festzulegende Abweichung gegenüber einer im Steuergerät der Brennkraftmaschine hinterlegten Referenz- bzw. eines hinterlegten Mittelwerts alle anderen Injektoren bzw. Ventile überschritten, wird der jeweils auffällige Injektor bzw. das auffällige Ventil als potentiell fehlerhaft erkannt und markiert. Wurde beispielsweise festgestellt, dass eine so genannte Schließverzugszeit verlängert ist, ist vorgesehen, den jeweiligen Injektor bzw. das jeweilige Ventil in einem geeigneten vorzugsweise niedrigen Lastpunkt (z. B. Drehzahlen kleiner 3000 U/min, kleiner der Hälfte des maximalen Moments) zu betreiben. Es findet dabei eine gezielte einzelne Ansteuerung des Ventils bzw. Injektors statt. Der darauffolgende Druckeinbruch wird ausgewertet und danach ein Vergleich des als potentiell fehlerbehafteten Injektors mit den Druckeinbrüchen der anderen Injektoren/Ventile vorgenommen. Je nach dabei vorgenommenem Vergleichsverfahren findet dabei eine Anpassung der Einschaltzeitpunkte und ggf. auch Abschaltzeitpunkte statt, welche abhängig von der Position am Speicherraum ermittelt wurden, eine Berücksichtigung. Wurde ein fehlerhafter Injektor/Ventil festgestellt, wird dessen Fehlerhaftigkeit angezeigt und bevorzugt die ermittelte Fehlerart ebenfalls gespeichert bzw. angezeigt. Die ermittelte Fehlerart kann dabei beispielsweise eine eingespritzte Mindermenge oder eine eingespritzte Mehrmenge sein. Insbesondere werden dann Ersatzmaßnahmen ergriffen. Hierzu gehört beispielsweise eine Korrektur der Einspritzmenge des als fehlerhaft angezeigten Injektors. Sollte die Korrektur der Einspritzmenge bei dem fehlerhaften Injektor nicht mehr möglich sein, weil die Abweichungen zu groß sind, kann das Wassereinspritzsystem bzw. Einspritzsystem auch deaktiviert werden.
Alternativ können - entweder zusätzlich oder alternativ - weitere technische Merkmale zur Fehlerverdachtsbildung herangezogen werden. Wird beispielsweise festgestellt, dass in einem Zylinder bzw. Brennraum eine klopfende Verbrennung stattfindet, obwohl eine Wassereinspritzung vorgenommen wurde, so deutet dies auf eine fehlerhafte Wassereinspritzung: dies deshalb, weil das Auftreten von klopfender Verbrennung auf einen verhältnismäßig frühen Zündzeitpunkt zurückzuführen ist, dessen negative Auswirkungen (hohe Temperatur, klopfende Verbrennung) durch Wassereinspritzung vermieden werden sollten. Alternativ kann auch beispielsweise ein so genanntes Laufunruhesignal ausgewertet werden. Das Laufunruhesignal basiert auf den Signalen des Drehzahlgebers (Inkrementalgeber) und wird in Abhängigkeit der Winkelgeschwindigkeit bzw. der Winkelbeschleunigung des Inkrementalgebers berechnet. Im Falle der Auswertung eines Laufunruhesignals ist vorgesehen, einen Anteil eines aktiven Diagnoseverfahrens bereits beim Überschreiten einer festgelegten Abweichung gegenüber einer im Motorsteuergerät hinterlegten Referenz bzw. des Mittelwerts aller anderen Injektoren zu beginnen. Ein dabei auffälliger Injektor wird dabei als (potentiell) fehlerhaft erkannt.
Der eine Verfahrensablauf, bei dem Ventilöffnungszeiten und Ventilschließzeiten überprüft werden, kann durch den anderen Verfahrensablauf, bei dem die Druckeinbrüche im Hochdruckspeicher überprüft werden, in der Reihenfolge ersetzt sein bzw. ausgetauscht werden.
Das beschriebene Verfahren lässt sich auf Brennkraftmaschinen mit einer Zylinderbank als auch beispielsweise mit zwei Zylinderbänken verwenden. Dies deshalb, weil Brennkraftmaschinen mit zwei Bänken typischer Weise mit je Bank einem Speicherraum (Wasserrails) versorgt werden und typischer Weise auch zwei Drucksensoren angewendet werden. So lässt sich eine Zuordnung von Drucksensor und zugehörigem Speicherraum/Wasserrail und damit auch zu einem Einspritzventil vornehmen. Das Verfahren lässt sich auch auf Systeme anwenden, die mehrere, beispielsweise zwei Einspritzventile pro Zylinder aufweisen. Damit die Auswertung der Öffnungs-/Schließverzugszeiten weiterhin individuell für jedes Einspritzventil erfolgen kann, werden diese ggf. nicht bei jedem einzelnen Einspritzvorgang, sondern beispielsweise nur bei jedem zweiten angesteuert bzw. ausgewertet. Ein Fehlerverdacht wird für ein einzelnes Einspritzventil ausgesprochen. Dabei kann dann ein direkter Vergleich mit dem zweiten Ventil, welches am selben Zylinder betrieben wird, vorteilhaft sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem wasserführenden System,
2 einen schematischen teilweisen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine mit einem Ansaugorgan,
3 einen schematischen Querschnitt durch ein Ventil,
4 elektrische Eigenschaften eines Aktors in verschiedenen Betriebssituationen.
5 zeigt prinzipiell wie sich eine Veränderung der Öffnungsverzugszeit auswirkt,
6 zeigt prinzipiell wie sich eine Veränderung der Schließverzugszeit auswirkt,
7 zeigt einen beispielhaften Ablauf des in zwei Teilverfahren geteilten Verfahrens
8 zeigt einen gemessenen Druckverlauf und einen gemessenen, an ein bestimmtes minimales Druckniveau angepassten Druckverlauf eines Ventils. Das Ventil ist an einer bestimmten Position an einem Hochdruckspeicher angeordnet.
9 zeigt zwei gemessene Druckverläufe, davon einen gemessenen Druckverlauf und einen gemessenen, an ein bestimmtes minimales Druckniveau angepassten Druckverlauf in einem vier Ventile speisenden Hochdruckspeicher.

In 1 ist in schematischer Weise ein Kraftfahrzeug 10 dargestellt. Dieses Kraftfahrzeug 10 weist als Antrieb eine Brennkraftmaschine 13 auf, die hier ebenfalls in stark schematischer Weise dargestellt ist. Diese Brennkraftmaschine weist ein Wassereinspritzsystem 16 auf. Dieses Wassereinspritzsystem 16 dient dazu, in verschiedenen Betriebssituationen der Brennkraftmaschine 13 auf die dort ablaufende Verbrennung Einfluss zu nehmen. Dieses Wassereinspritzsystem 16 weist einen Tank 19 (Wasserspeicher), eine Fördereinrichtung 22 und eine Einspritzeinrichtung 25 auf. Zwischen dem Tank 19 und der Einspritzeinrichtung 25 befindet sich als ein Teil der Fördereinrichtung 22 eine Wasserpumpe 28. Die Wasserpumpe 28 bzw. deren Fördereinheit ist durch einen Motor 30 antreibbar. In einem Abschnitt der Förderleitung 33 zwischen dem Tank 19 und der Wasserpumpe 28 befindet sich - noch im Tank 19 - ein Filter 36 (Vorfilter). Zwischen dem Filter 36 und der Wasserpumpe 29 befindet sich ein Teil eines hier elektrisch betätigten Absperrventils 39. Dieses Absperrventil 39 hat zwei verschiedene Schaltstellungen. In der in 1 dargestellten Schaltstellung ist dieses Absperrventil 39 in der Position „Absperren“. In der anderen Schaltposition dient das Absperrventil 39 dazu, die Förderleitung 33 durchgängig zu schalten. Dies ermöglicht das Fördern von Wasser 41 aus dem Tank 19 durch das Absperrventil 39 und die Wasserpumpe 28 hindurch zu der Einspritzeinrichtung 25. Parallel zu dem Strang der Förderleitung 33, der zwischen der Wasserpumpe 28 und dem Tank 19 verläuft, befindet sich ein paralleler Strang der Förderleitung 33. Dieser Strang der Förderleitung 33 ist durch einen T-Anschluss an den Strang der Förderleitung 33 zwischen der Wasserpumpe 28 und der Einspritzeinrichtung 25 angebunden. Dieser Strang der Förderleitung 33 dient für den Fall, dass der Wasserdruck in der Förderleitung 33 einen Solldruck erreicht hat, als eine Art Überlauf. Um diesen Solldruck im Wesentlichen aufrecht zu erhalten, pumpt die Wasserpumpe 28 stetig weiter. Wird dabei beispielsweise durch die Einspritzeinrichtung 25 jedoch kein Wasser 41 in Organe der Brennkraftmaschine 13 eingespritzt, wird das geförderte Wasser von der Wasserpumpe 28 ggf. über den T-Anschluss 40 in den Tank 19 zurück gefördert. Dabei passiert dieses zurückgeförderte Wasser 41 beispielsweise zunächst eine so genannte Blende 42 und danach ein Rückschlagventil 44, um dann schließlich in den Tank 19 zurückzufließen. Die Einspritzeinrichtung 25 weist einen so genannten Hochdruckspeicher 46 (Wasser-Rail) auf. Dieser Hochdruckspeicher 46 wird durch die Förderleitung 33 befüllt. Ein Wasserdruck in diesem Hochdruckspeicher 46 wird durch eine Druckbestimmungseinrichtung 49 (Drucksensor) überwacht. Von diesem Hochdruckspeicher 46 ausgehend werden Ventile 52 mit Wasser 41 versorgt. Eine Anzahl an Ventilen 52 entspricht bei einem eine Zylinderbank aufweisenden Reihenmotor (Vierzylinder, Fünfzylinder, Sechszylinder) typischer Weise der Anzahl der Zylinder. Bei einem Motor mit mehreren Zylinderbänken und einem Hochdruckspeicher 46 je Zylinderbank entspricht die Anzahl der Ventile 52 typischer Weise der Anzahl der Zylinder einer Zylinderbank. Es sind jedoch auch Systeme möglich, bei denen zwei oder mehr Injektoren pro Zylinder verwendet werden.
In 2 ist in schematischer Art und Weise die Brennkraftmaschine 13 dargestellt. In dieser 2 ist ein Zylinder 55 gezeigt. In diesem Zylinder 55 gleitet ein Kolben 58. Der Kolben 58 ist mittels eines Pleuels 61 an einer hier nicht dargestellten Antriebswelle der Brennkraftmaschine 13 angelenkt. Die Antriebswelle kann dabei eine Kurbelwelle sein. Oberhalb des Kolbens 58 - und damit zwischen dem Kolben 58 und einer Zylinderabdeckung 63 - befindet sich ein Brennraum 65. Die Zylinderabdeckung 63 weist hier unter anderem den typischen Zylinderkopf auf, der den Brennraum 65 abschließt, aber hier auch beispielsweise andere Elemente, wie eine so genannte Ventilhaube. In diesem Ausführungsbeispiel ist in der Zylinderabdeckung 22 (Zylinderkopf) eine Einspritzdüse 68 eingesteckt, die in diesem Fall Kraftstoff direkt in den Brennraum 65 einspritzt. Einlassseitig ist der Brennraum 65 mittels eines Einlassventils 70 verschlossen. Auslassseitig ist der Brennraum 65 mittels eines Auslassventils 72 verschlossen. Strömungsaufwärts (Ansaugluft) vom Brennraum 65 befindet sich ein Einlassrohr 75, über das bei geöffnetem Einlassventil 70 Luft in den Brennraum 65 angesaugt wird. Überdies befindet sich im Einlassrohr 75 des Weiteren eine Drossel 78. An dem Einlassrohr 75 ist des Weiteren ein Ventil 52 angebracht (Einspritzdüse für Wasser 41). Dabei ist dieses Ventil 52 so ausgerichtet, dass dieses während des Betriebs der Brennkraftmaschine 13 in die Lage versetzt ist, das Wasser 41 in das Einlassrohr 75 einspritzen zu können. Je nach Ausführung dieser Brennkraftmaschine 13 ist im Zylinderkopf bzw. der Zylinderabdeckung 63 noch eine Glühkerze (nicht dargestellt) angeordnet, die im Falle einer Ausführung als Selbstzündungsmotor/Dieselmotor im noch kalten Zustand der Brennkraftmaschine 13 für ein sicheres Entzünden eines Gemischs aus Kraftstoff und Luft im Brennraum 65 dient. Ist die Brennkraftmaschine 13 als Fremdzündungsmotor ausgebildet (Benzinmotor), so ist in der Zylinderabdeckung 63 typischer Weise eine Zündkerze angebracht, mittels der das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Brennraum 65 entzündet wird. Nach dem Entzünden des Kraftstoff-Luft-Gemischs wird dieses über eine durch das Auslassventil 72 freigegebene Öffnung als Abgas in ein Auslassrohr 80 ausgelassen. Über dieses Auslassrohr 80 strömt das Abgas in eine hier nicht dargestellte Anlage zur Konvertierung der Abgase.
In 3 ist ein Ventil 52 in schematischer Darstellung gezeigt. In einem Ventilkörper 85 befindet sich ein Raum 87. Dieser Raum 87 ist mit dem Hochdruckspeicher 46 verbunden. In diesem Raum 87 des Ventils 52 befindet sich ein Aktor 90, der eine Spule 91 und einen Magnetkern 92 aufweist. Der Magnetkern 92 hat eine zentrale Öffnung, die hier nicht näher bezeichnet ist. Durch diese zentrale Öffnung ist ein Ventilverschluss 94 hindurchgesteckt. Der Ventilverschluss 94 drückt im geschlossenen Zustand des Ventils 52 gegen einen Verschlusssitz 96 und dichtet dabei eine Ventilöffnung 98 ab. Der Ventilverschluss 94 weist einen Öffnungsanschlag 100 und einen Verschlussanschlag 103 auf. Des Weiteren ist dort eine Rückstellfeder 106 vorhanden. Zwischen der Rückstellfeder 106 und dem Magnetkern 92 befindet sich der bereits erwähnte Öffnungsanschlag 100. Der Verschlussanschlag 103 befindet sich zwischen dem Magnetkern und der Ventilöffnung 98. Zum Öffnen dieses Ventils 52, d. h. zum Abheben des Ventilverschlusses 94 von dem Verschlusssitz 96, wird die Spule 91 mit Gleichstrom bestromt. Dadurch bewegt sich der Magnetkern 92 in die Spule 91 hinein, schlägt an dem Öffnungsanschlag 100 an und drückt gegen den Öffnungsanschlag 100 und gegen eine Druckkraft der Rückstellfeder 106. Schließlich wird dadurch das Ventil 52 geöffnet, da durch die Bewegung des Magnetkerns 92 der Ventilverschluss 94 vom Verschlusssitz 96 abgehoben wird. Dadurch ist es möglich, das unter Druck stehende Wasser 41 aus dem Raum 87 durch die Ventilöffnung 98 hindurch zu lassen (Einspritzung in das Einlassrohr 75). Zum Schließen des Ventils 52 wird die Bestromung der Spule 91 aufgehoben, so dass die Rückstellfeder 106 den Ventilverschluss 94 und gleichzeitig den Magnetkern 92 in Richtung zur Ventilöffnung 98 drücken kann und so die Ventilöffnung 98 wieder verschließt.
Bedingt durch den Aufbau dieses Aktors 90 wird deutlich, dass es beim Schließen des Ventils 52 eine Verzugszeit (Schließverzugszeit) und beim Öffnen dieses Ventils 52 ebenfalls eine Verzugszeit, die Öffnungsverzugszeit, gibt. Betrachtet man die 4, die über der Zeit t einen Hub s des Ventilverschlusses 94 zeigt, so erkennt man dort die Öffnungsverzugszeit tvo. Diese Öffnungsverzugszeit tvo ist ein Zeitunterschied zwischen der Zeit t11 und der Zeit t10. Zu der Zeit t11 (beispielsweise t11 = 1,28 ms) ist der Ventilverschluss 94 (das erste Mal) maximal um den Hub s (s= 108 Mikrometer) abgehoben und damit die Ventilöffnung 98 maximal geöffnet. Zu der Zeit t10 wird damit begonnen die Spule 91 mit elektrischer Spannung zu versorgen (Einschaltzeitpunkt). Wie hier gut ablesbar ist, ist die Verzugszeit beim Öffnen, die Öffnungsverzugszeit tvo, hier 1,28 ms lang. An Hand der 4 ist erkennbar, dass nach dem ausreichenden Aufbau des elektromagnetischen Feldes um die Spule 91 der Magnetkern 92 in Bewegung gesetzt wird. Diese Bewegung des Magnetkerns 92 bewirkt einen gedämpften Anstieg des Stroms I in der Spule 91. Dabei bildet sich im Verlauf des Stroms I eine Art Sattel 107 aus. Nach der Zeit t11 prellt der Ventilverschluss 94 etwas, so dass der Hub s einen Bereich 109 mit einem welligen Verlauf aufweist. Der Zeitpunkt t11 wird durch Beobachten des Stromverlaufs des Stroms I ermittelt (Stromrücklesen) und ergibt sich durch die ermittelte Zunahme der Steigung des Stroms.
Die Verzugszeit beim Schließen, die Schließverzugszeit tvs, ergibt sich als die Differenz der beiden Zeiten t21 und t20. Die Zeit t20 bzw. der Zeitpunkt, ist der Zeitpunkt, zu dem die Spule 91 von der Spannung U getrennt wird (Abschaltzeitpunkt). Die Zeit t21 ist die Zeit, zu der die Ventilöffnung 98 das erste Mal durch den Ventilverschluss 94 geschlossen wird. Die Schließverzugszeit tvs beträgt hier in etwa 0,56 ms. Der Anstieg der Spannung U ist auf das noch nicht abgebaute Magnetfeld um den Magnetkern 92 herum zurückzuführen, der zudem in Richtung zum Verschlussanschlag 103 und dann auf den Verschlusssitz 96 zubewegt wird. Zum Zeitpunkt t21 ergibt sich im Kurvenverlauf der Spannung U ein Knick 111. Der Zeitpunkt t21 wird durch Beobachten des Spannungsverlaufs der Spannung U ermittelt (Spannungsrücklesen) und ergibt sich durch die ermittelte Zunahme der Steigung der Spannung U.
In der 5 ist dargestellt, wie sich prinzipiell eine Veränderung der Öffnungsverzugszeit tvo auswirkt. Dort sind drei verschiedene Fälle dargestellt. Im ersten Fall (durchgezogene Linie) verhält sich das Ventil 52 mit dem beabsichtigten Verhalten (Normalverhalten). Zum Zeitpunkt t12 löst sich der Ventilverschluss 94 von seinem Verschlusssitz 96 und hebt ab. Zu der Zeit t11 ist der Ventilverschluss 94 (das erste Mal) maximal um den Hub s abgehoben und damit die Ventilöffnung 98 maximal geöffnet. Im zweiten Fall (strichpunktierte Linie) ist der Öffnungsvorgang verlangsamt. Zum Zeitpunkt t12 löst sich der Ventilverschluss 94 von seinem Verschlusssitz 96 und hebt ab. Danach wird der Ventilverschluss 94 jedoch verlangsamt geöffnet. Dies kann beispielsweise an verschleißbedingter erhöhter Reibung oder auch bspw. an einem Fremdkörper liegen, der die Reibung zwischen dem Ventilverschluss 94 und dem Magnetkern 92 erhöht. Zu der Zeit t11a (t11a > t11) ist der Ventilverschluss 94 (das erste Mal) maximal um den Hub s abgehoben und damit die Ventilöffnung 98 maximal geöffnet. Im dritten Fall (gestrichelte Linie) ist der Öffnungsvorgang - d. h. die Hubbewegung an sich - zwar nicht verlangsamt, beginnt aber zu einem späteren Zeitpunkt t12a (t12a > t12). Zum Zeitpunkt t12a löst sich der Ventilverschluss 94 von seinem Verschlusssitz 96 und hebt ab. Danach wird der Ventilverschluss 94 mit normaler Geschwindigkeit geöffnet. Das verspätete Abheben des Ventilverschlusses 94 kann beispielsweise an verschleißbedingter erhöhter Reibung oder auch bspw. an einem Fremdkörper liegen, der die Reibung zwischen dem Ventilverschluss 94 und dem Magnetkern 92 erhöht. Zu der Zeit t11a (t11a > t11) ist der Ventilverschluss 94 (das erste Mal) maximal um den Hub s abgehoben und damit die Ventilöffnung 98 maximal geöffnet. Grundsätzlich ist auch eine Kombination aus dem zweiten und dem dritten Fall (vierter Fall) möglich. Dann öffnet der Ventilverschluss 94 das Ventil 52 noch später als zum Zeitpunkt t11a.
In der 6 ist dargestellt, wie sich prinzipiell eine Veränderung der Schließverzugszeit tvs auswirkt. Auch sind drei verschiedene Fälle dargestellt. Im ersten Fall (durchgezogene Linie) verhält sich das Ventil 52 mit dem beabsichtigten Verhalten (Normalverhalten). Zum Zeitpunkt t22 beginnt sich der Ventilverschluss 94 mit dem Magnetkern 82 in Richtung zum Verschlusssitz 96 zu bewegen. Zu der Zeit t21 sitzt der Ventilverschluss 94 (das erste Mal) wieder am bzw. im Verschlusssitz 96 des Ventils 52 und verschließt das Ventil 52. Im zweiten Fall (strichpunktierte Linie) ist der Schließvorgang verlangsamt Zum Zeitpunkt t22 beginnt sich der Ventilverschluss 94 mit dem Magnetkern 82 in Richtung zum Verschlusssitz 96 zu bewegen. Danach wird der Ventilverschluss 94 jedoch verlangsamt geschlossen. Dies kann auch hier beispielsweise an verschleißbedingter erhöhter Reibung oder auch bspw. an einem Fremdkörper liegen, der die Reibung zwischen dem Ventilverschluss 94 und dem Magnetkern 92 erhöht. Zu der Zeit t21b sitzt der Ventilverschluss 94 (das erste Mal) wieder am bzw. im Verschlusssitz 96 des Ventils 52 und verschließt das Ventil 52. Im dritten Fall (gestrichelte Linie) ist der Schließvorgang - d. h. die Hubbewegung an sich - zwar nicht verlangsamt, beginnt aber zu einem späteren Zeitpunkt t22a (t22a > t22). Zum Zeitpunkt t22a beginnt sich der Ventilverschluss 94 mit dem Magnetkern 82 in Richtung zum Verschlusssitz 96 zu bewegen. Danach wird der Ventilverschluss 94 mit normaler Schließgeschwindigkeit geschlossen. Zu der Zeit t21a sitzt der Ventilverschluss 94 (das erste Mal) wieder am bzw. im Verschlusssitz 96 des Ventils 52 und verschließt das Ventil 52. Das verspätete Bewegen des Ventilverschlusses 94 kann auch hier beispielsweise an verschleißbedingter erhöhter Reibung oder auch bspw. an einem Fremdkörper liegen, der einen Bewegungswiderstand erzeugt. Grundsätzlich ist auch eine Kombination aus dem zweiten und dem dritten Fall (vierter Fall) möglich. Dann schließt der Ventilverschluss 94 das Ventil 52 noch später als zum Zeitpunkt t21b.
Bei der Analyse der unterschiedlichen theoretischen möglichen Kombinationen des Öffnens und des Schließens eines Ventils 52 wird deutlich, dass sich die größte eingespritzte Menge an Wasser 41 durch normales, sehr frühes Öffnen und verlangsamtes Schließen (vierter Fall) ergibt. Die kleinste eingespritzte Menge an Wasser 41 ergibt sich bei verzögertem Öffnen (vierter Fall) und normalem Schließen des Ventils 52.
Im Rahmen der zuvor beschriebenen Figuren ist der Aufbau einer Kombination einer Brennkraftmaschine 13 mit einem Wassereinspritzsystem 16 erläutert. Ganz besonders die 3 und 4 verdeutlichen, wie ein Aktor 90 eines Ventils 52 betrieben wird und welche speziellen Merkmale beobachtet werden können, um die Funktion bzw. Funktionsfähigkeit des Aktors 90 bzw. des Ventils 52 zu beurteilen. Aus dem vorgenannten Verfahrensablauf ist somit ein Teil des Verfahrens zum Bestimmen einer Funktionsfähigkeit bzw. Funktion eines Aktors 90 bekannt. Der Aktor 90 ist insbesondere Teil eines Ventils 52. Aus dem dort offenbarten Verfahrensablauf können durch eine spezielle Analyse des Aktors 90 bzw. des Ventils 52 Indizien für eine Fehlerhaftigkeit des Aktors 90 bzw. des Ventils 52 ermittelt werden. D. h., dass unter Berücksichtigung der Darstellung nach 7 durch das vorgenannte Verfahren - hier Verfahren Va genannt - in einer Menge an Schritten eine Fehlerhaftigkeit eines Aktors 90 oder Ventils 52 dadurch ermittelt wird, in dem die bereits erwähnte Öffnungsverzugszeit tvo oder Schließverzugszeit tvs ermittelt wird, um aufgrund der jeweiligen Länge zu ermitteln, ob hier ein Fehler bzw. eine Fehlerhaftigkeit vorliegt (Schritt S1). An einer Entscheidungsstelle (Raute) wird geklärt, ob eine fehlerhafte Funktion des Aktors 90 vorliegt oder nicht (0 = kein Fehler, 1 = Fehler). Ist also beim vorgenannten Verfahrensablauf die Schließverzugszeit tvs beispielsweise zu lang, so könnte auf „Fehler“ (Entscheidung 1) entschieden werden. Wäre die Schließverzugszeit tvs beispielsweise im Rahmen des Gewünschten, d. h. beispielsweise kleiner als die Referenzschließverzugszeit tvsr, so wäre die Entscheidung 0, d. h. kein Fehler. Der nächste Schritt des Verfahrens wäre dann, dass das Verfahren mit dem Schritt SE beendet wird. In diesem Fall wird bspw. in den Speicher 53 geschrieben, dass das überprüfte Ventil 52 bzw. der überprüfte Aktor 90 keinen Fehler aufweist oder anders formuliert, dass das überprüfte Ventil in Ordnung ist. Ist mehr als ein Ventil 52 geprüft worden, kann an dieser Stelle bei gegebenen Ergebnis in den Speicher geschrieben werden, dass die mehreren oder alle Ventile in Ordnung sind.
Gemäß dem Verfahrensablauf für den Fall, dass das mindestens eine überprüfte Ventil 52 eine Fehlerhaftigkeit aufweist, kann man mit einem anderen Verfahrensablauf Vb fortfahren. In diesem andern Verfahrensablauf wird eine weitere Bestimmung der Funktionsfähigkeit des Aktors 90 bzw. des Ventils 52 durchgeführt (Schritt S2). Wie beispielsweise auch anhand der Struktur des Gesamtablaufs - und hier ganz besonders der Einteilung gemäß 7 erkannt werden kann - sind die Verfahren bzw. Teilverfahren Va, Vb untereinander austauschbar. Der eine Verfahrensablauf Va kann durch den Verfahrensablauf Vb und der Verfahrensablauf Vb durch den Verfahrensablauf Va ersetzt sein oder ein Verfahrensablauf entfallen, sofern das Ergebnis des verbleibenden Verfahrensablaufs hinreichend ist. Es wird besonders bevorzugt, dass der Verfahrensablauf Va vor dem Verfahrensablauf Vb abläuft.
Nachfolgend wird der Ablauf der Verfahrensschritte bzw. des Verfahrensablaufs Vb erläutert. In 8 ist unter anderem ein gemessener Druckverlauf pv52_1 eines Ventils 52 an einer Position 1 an einem Hochdruckspeicher 46 dargestellt. Dieser Druckverlauf pv52_1 zeigt einen Ausschnitt des Druckverlaufs nach dem Öffnen des Ventils 52. Wegen der dabei größer werdenden Ventilöffnung 98 sinkt ein Druck p46 im Hochdruckspeicher 46 bis auf ein Minimum p52_1min ab. Das Ventil 52 beginnt kurz vor dem Erreichen des Minimums p52_lmin die Ventilöffnung 98 wieder zu schließen. Sind an einem Hochdruckspeicher 46 mehrere Ventile 52 angeordnet, so ist für jedes andere dieser Ventile 52 der Verlauf des Drucks p46 prinzipiell gleich. Wie bereits erwähnt, ist aber beispielsweise und typischer Weise ein Abstand eines jeden Ventils 52 von der Anschlussstelle der Förderleitung 33 an den Hochdruckspeicher 46 unterschiedlich entfernt. D. h., dass deren Anschlüsse am Hochdruckspeicher 46 zur Anschlussstelle der Förderleitung 33 unterschiedlich beabstandet sind. Dies ist beispielsweise in 1 gut zu erkennen. Dieser Abstand beeinflusst letztlich auch einen Abstand zur Wasserpumpe 28, die versucht den Druck p46 möglichst gleichmäßig zu halten. Daher ist bei gleicher Ventilöffnungszeit (zeitlicher Abstand zwischen t20 und t11, vergleiche 4) der Druckeinbruch bei dem Ventil 52, welches an der Position ganz rechts in 1 dargestellt ist, am stärksten. Der Druckeinbruch bei dem nächsten, etwas weiter links angeordneten Ventil 52 kann dann etwas weniger stark sein, d. h. ein Minimaldruck p52_2min im Hochdruckspeicher 36, verursacht durch das Ventil 52 an der Position 2, ist dann größer als der Minimaldruck p52_1min im Hochdruckspeicher 46, verursacht durch das Ventil 52 an der Position 1. Dementsprechend kann auch ein Minimaldruck p52_3min im Hochdruckspeicher 46 - verursacht durch das Ventil 52 an der Position 3 (das dritte von rechts bzw. das zweite von links) - wieder etwas höher sein als der Minimaldruck p52_2min im Hochdruckspeicher 46, verursacht durch das Ventil 52 an der Position 2.
Wie in 9 erkennbar ist, ist dann beispielsweise der Druck p52_4min als Minimaldruck im Hochdruckspeicher 46, verursacht durch das Ventil 52 an der Position 4 (ganz links in 1), verglichen mit den anderen drei Minimaldrucken, am höchsten. Aus der Relativlage der vier hier dargestellten Minimaldrucke lässt sich ein Zusammenhang herstellen, der mit der einzelnen Lage der Ventile 52 bzw. deren Position der Anschlüsse am Hochdruckspeicher 46 zusammenhängt. Wie gut zu erkennen ist, liegen hier im Beispiel die vier Druckminima im Wesentlichen auf einer die vier Minima verbindenden Linie p52_s (Ausgleichsgerade). Eine die vier Minima verbindende Linie kann alternativ auch ein Polygonzug sein, so dass zwischen den vier Minima kein gemeinsamer linearer Zusammenhang besteht.
In 8 ist ein Minimum p52_1min des Drucks im Hochdruckspeicher 46 dargestellt, welches sich einstellt, wenn das Ventil 52 unkompensiert, d. h. das Verhalten dieses Ventils 52 zu der Gesamtheit der anderen Ventile 52 nicht angepasst, geöffnet wird (punktierte Linie). Durch eine Kompensation wird erreicht, dass sich als Druckminimum der Druck p52_1min_comp einstellt. Dieses Druckminimum p52_1min_comp ist in diesem Beispiel niedriger als das Minimum p52_1min des Drucks. Das kompensierte Druckminimum kann erforderlichenfalls alternativ auch so eingestellt werden, dass das Druckminimum p52_1min_comp höher als das Minimum p52_1min des Drucks ist. „Kompensiert“ bedeutet, dass durch technische Maßnahmen eine Druckveränderung erreicht wird. In diesem Fall bedeutet dies vor allem praktisch, dass durch spätes Schließen des Ventils 52 - hier an der Position 1 bzw. eines einzelnen Ventils - eine längere Zeit zur Verfügung steht, um Wasser 20 in ein Einlassrohr 75 einzuspritzen. Im Vergleich mit der Darstellung nach 9 wird deutlich, warum eine Kompensation erforderlich ist. Würden nämlich alle Ventile 52 an den Positionen 1 bis 4 mit den gleichen Schließzeitpunkten bzw. Öffnungszeitpunkten sowie Öffnungsverzugszeiten und Schließverzugszeiten betrieben, würden sich in Abhängigkeit der Position der Ventile 52 bzw. deren Anschluss zur Speisung des Hochdruckspeichers 46 am Anschluss der Förderleitung 33 unterschiedlich hohe bzw. unterschiedlich tiefe Minima ausbilden. Dies liegt daran, dass beispielsweise das Ventil 52 an der Position 1, welches in Bezug auf 1 das rechte Ventil 52 ist, welches von der Einspeisung durch die Förderleitung 33 zum einen besonders weit entfernt ist, so dass sich ein Druckaufbau eher spät einstellt und zweitens ist dieses Ventil 52 an dieser Position zudem am geschlossenen Ende des Hochdruckspeichers 46 angeordnet. D. h., dass an dieser Position von der in 1 rechten Seite des Hochdruckspeichers 46 nur sehr wenig Flüssigkeit bzw. Wasser 41 nachfließen kann. Das Minimum p52_1min ist daher verhältnismäßig stark ausgeprägt. Diese Stärke wird umso weniger ausgeprägt, je weiter ein Ventil 52 von dieser geschlossenen Seite des Hochdruckspeichers 46 entfernt und je näher dieses Ventil 52 an der Speiseleistung bzw. Förderleitung 33 angeordnet ist. Dementsprechend ist der Druckeinbruch für das Ventil 52 an der Position 4 verhältnismäßig gering.
Wird eine Brennkraftmaschine 13 mit mehreren Zylindern 55 beispielhaft stationär betrieben, sind die Verbrennungsbedingungen in allen Zylindern 55 gleich und erfordern von der Konzeption her in diesem stationären Betrieb jeweils das Einspritzen einer gleichen Menge Wasser, so ist auch das Einspritzen einer gleichen Menge Wasser durch die Ventile 52 anzustreben. Wegen der oben erwähnten Darstellung der unterschiedlichen Positionen der Anschlüsse der Ventile 52 am Hochdruckspeicher 46 einerseits und andererseits wegen Fertigungstoleranzen der Ventile 52 selbst ergeben sich für jedes Ventil 52 bei gleichen Ansteuerzeiten unterschiedliche Druckeinbrüche und damit unterschiedliche Fördermengen für Wasser. Beispielsweise aus diesem Grund sind für die einzelnen Ventile 52 Steuerungswerte bzw. Korrekturwerte durch Applikation zu ermitteln. Dadurch ist eine Angleichung des Verhaltens der einzelnen Ventile 52 untereinander derart möglich, dass die Ventile 52 erforderlichenfalls gleiche Wassermengen einspritzen.
Im Beispiel nach 9 liegen die Minima der einzelnen Ventile 52 praktisch auf einer Geraden bzw. nahe einer Ausgleichsgeraden. Wie bereits erwähnt, können die Minima der einzelnen Ventile 52 auch auf einer ansteigenden Geraden oder im Bereich eines - insbesondere ansteigenden - Polygonzugs oder einer Ausgleichskurve liegen. Diese Gerade ist mit p52s bezeichnet. Um somit bauartbedingte Asymmetrien zu kompensieren kann es beispielsweise erforderlich sein, dass die tatsächlich erreichten Druckminima der einzelnen Ventile 52 nach Möglichkeit auf einem konstanten Niveau, hier mit p52_g bezeichnet, angeordnet sind. Ein solches konstantes Niveau p52_g als Referenzniveau kann beispielsweise während des Betriebs des Fahrzeugs ermittelt werden („on board“). Liegt ein Minimum eines bestimmten Ventils 52 oberhalb seines speziellen Referenzniveaus, so bedeutet dies, dass zu wenig eingespritzt wird. Liegt ein Minimum eines bestimmten Ventils 52 unterhalb seines speziellen Referenzniveaus, so bedeutet dies, dass zu viel eingespritzt wird. Diese Orientierung an einem solchen Referenzniveau ermöglicht in den einzelnen Zylindern 55 bei gleichen Situationen für gleiche Verbrennungszustände ein gleiches bzw. sehr ähnliches bzw. einander angeglichenes Verhalten der Ventile 52, was aufgrund der gewünschten Abgaszusammensetzung erforderlich ist. Eine derartige Kompensation und damit das Fördern von gleichen bzw. angeglichenen eingespritzten Wasservolumina je einzelnem Verbrennungsvorgang erfordert somit für jedes einzelne Ventil 52 Anpassungen in Abhängigkeit von seiner Position an dem Hochdruckspeicher 46. Dies bedeutet beispielsweise - ausgehend vom Ventil 52 an der Position 1 und für den Fall, dass man das ursprüngliche Minimum p52_1min auf ein Referenzniveau p52_g absenken möchte - eine frühere Öffnung des Ventils 52 und eine spätere Schließung des Ventils 52. Gleiches gilt umso mehr das Ventil 52 an der Position 2, noch mehr das Ventil an der Position 3 und am meisten für das Ventil 52 an der Position 4. Das bedeutet, dass die Vorverlegung des Signals „Ventil öffnen“ gegenüber dem Ventil 52 an der Position 1 besonders groß ist, d. h. dieses Ventil 52 öffnet besonders früh. Grundsätzlich kann auch eine Anpassung in Richtung zu einem druckgrößeren Minimum erfolgen. Alternativ kann es auch sinnvoll sein das Minimum p52_1min_comp auf ein höheres Minimum anzuheben, bspw. auf das Minimum des Ventils 52 an der zweiten Position. Dementsprechend würden dann Anpassungen der einzelnen Ventile in unterschiedliche Richtungen (höhere oder niedrigere Drücke) stattfinden.
Das Referenzniveau p52_g dient als Orientierung, d. h. für jedes Ventil 52 sind bevorzugt Toleranzwerte im Bereich des Referenzniveaus p52_g für angestrebte Druckminima zu definieren. Um das Referenzniveau p52_g ist hier ein Toleranzbereich p52_tol definiert, der hier in beide Richtungen, d. h. in Richtung zu einem höheren Druck und in Richtung zu einem niedrigeren Druck gleichmäßig von dieser Linie bzw. Kurve und damit dem Druck p52_g beabstandet ist. Wie der Name Toleranzbereich sagt, bedeutet dies, dass für ein jedes Ventil 52 an den unterschiedlichen Positionen 1 bis 4 zulässig ist, wenn der sich einstellende Druck p in dem Hochdruckspeicher 46 mit seinem Minimum in diesen Toleranzbereich p52_tol liegt. D. h., dass ein durch ein betätigtes einzelnes Ventil 52 erzeugtes Druckminimum p52_1min_comp, p52_2min_comp, p52_3min_comp p52_4min_comp mit einem Toleranzbereich p52_tol des Drucks p verglichen wird. Liegt ein solches Minimum im Toleranzbereich und gilt dies für alle sich einstellenden Minima, so bedeutet dies, dass aufgrund dieses Teilverfahrensablaufs Vb alle Ventile 52 als „in Ordnung“ festgestellt werden können. Es ist dabei vorgesehen, dies im Schritt SE in einen Speicher 53 zu schreiben. Im Falle eines durch ein betätigtes einzelnes Ventil 52 erzeugten Druckminimums p52_1min_comp, p52_2min_comp, p52_3min_comp p52_4min_comp, welches außerhalb des Toleranzbereichs p52_tol des Drucks p liegt, wird das Ventil 52 als fehlerhaft identifiziert wird. Bestätigt sich beispielsweise der Verdacht, der durch den Verfahrensablauf Va für ein Ventil entschieden wurde, so kann beispielsweise wegen dieser Bestätigung in den Speicher 53 geschrieben werden, dass dieses Ventil 52 defekt ist. Bestätigt sich der Verdacht nicht, kann der zuvor vorgenommene Eintrag in den Speicher 53 gelöscht werden.
In diesem Beispiel ist das Toleranzband p52_tol so gelegt, dass die Gerade bzw. Kurve 52_g mittig liegt. Die durch Kompensation bzw. Anpassung anzusteuernden bzw. zu erreichenden Druckminima p52_1min_comp bis p52_4min_comp entsprechen Referenzwerten. Durch diese Minima ist die eben erwähnte Gerade p52_g gelegt. Um diese Gerade p52_g herum, ist das erwähnte Toleranzband p52_tol bestimmt. Dies ermöglicht, immer mal wieder vom „Idealwert“ Referenzwert abweichende, aber innerhalb des Toleranzbands p52_tol liegende Drücke ohne Weiteres als tolerierbar zu bewerten. Oder anders ausgedrückt: ein in der Praxis gemessener Druckwert, der im Toleranzband p52_tol rund um den Idealwert bzw. Referenzwert p52_1min für das Ventil 52 an der ersten Position liegt, kann als „in Ordnung“ bewertet werden und daher kann das Ventil 52 an dieser Position, welches diesen Druckwert in dem Hochdruckspeicher 46 bewirkt hat, als funktionsfähig bewertet werden. Ein derartiger Schritt, d. h. das Ermitteln eines minimalen Druckwerts, verursacht durch ein einzelnes Ventil 52 an einer bestimmten Position kann, nicht nur einmal, sondern öfters, d. h. mehrere Male hintereinander, d. h. unmittelbar hintereinander (alle zwei Kurbelwellenumdrehungen) oder ggf. auch im Abstand von mehreren Kurbelwellenumdrehungen erfolgen. Man kann folglich mehrere Stichproben vornehmen, um zu einer Bewertung eines entsprechenden Ventils 52 zu gelangen. Entsprechend dem bisherigen beschriebenen Verfahrensablauf kann dementsprechend zunächst in einem Verfahrensablauf Va über die Bestimmung von Verzugszeiten, d. h. beispielsweise über die Öffnungsverzugszeit tvo oder die Schließverzugszeit tvs ein Indiz für eine Fehlerhaftigkeit eines Aktors 90 bzw. eines Ventils 52 ermittelt werden. Ein Indiz für eine Fehlerhaftigkeit kann dabei im Bereich zwischen „kein Indiz für einen Fehler“ (fehlerfrei) oder beispielsweise einen „großen“ Fehler aufweisend verlaufen. Die Angabe „großer Fehler“ ist hier nur ein Hinweis auf einen verhältnismäßig großen Fehler und kann dabei, beispielsweise für einen Totalausfall des Ventils 52 stehen, weil beispielsweise das Ventil gar nicht geöffnet hat. Alternativ kann für einen derartigen Fehler auch stehen, dass das Ventil gar nicht geschlossen wurde und dementsprechend ebenfalls einen totalen Funktionsverlust aufweist. Ein Hinweis darauf, dass das Ventil nicht öffnete, besteht darin, dass bei der Analyse des Stromverlaufs (4), beispielsweise die Zeit t11 nicht festgestellt werden konnte. Im Zusammenhang mit dem Funktionsausfall „nicht Schließen“ bedeutet dies, dass die Zeit t21 nicht ermittelt werden konnte. Im Sinne eines Zwischenzustands des Ventils 52 zwischen „voll funktionsfähig“ und „ohne Funktion“ kann beispielsweise auch ermittelt werden, ob z. B. die Zeitdifferenz zwischen ermittelten Zeiten t21 und t11 unerwartet klein ist. Weist also beispielsweise diese Zeitdifferenz nicht erwartete 2,3 ms auf, sondern beispielsweise 1,2 ms, so würde dies auf einen eingeschränkten Funktionsumfang dieses Ventils 52 deuten. Dementsprechend würde man - da man ein Indiz für einen Fehler eben dieses Ventils 52 festgestellt hat - den Verfahrensschritt Vb -ablaufen lassen. Wäre dann beispielsweise das Druckminimum p52_1min innerhalb des Toleranzbands p52_tol und dort unterhalb der Obergrenze, so würde das Verhalten des Ventils 52 an dieser Position als „in Ordnung“ gelten. Sofern man ein Ventil 52 geprüft hat, kann man dann für dieses Ventil 52 in den Speicher 53 schreiben, dass dieses Ventil 52 in Ordnung oder ggf. defekt ist. Sofern das geprüfte oder die geprüften Ventile 52 mit ihrem Verhalten jeweils innerhalb des Toleranzbandes p52_tol sind, kann man bei einer entsprechenden Wertigkeit des zweiten Verfahrensablaufs Vb feststellen und in einen Speicher schreiben, dass alle Ventile 52 in Ordnung sind und dementsprechend die volle Funktionsfähigkeit aufweisen. Sind die Ergebnisse bei beiden Verfahrensabläufen in diesem Fall widersprüchlich, d. h. - wie eben beschrieben - im ersten Verfahrensablauf hat man ein Ventil 52 festgestellt, dessen Funktion nicht einwandfrei ist und folglich ein Fehler vorzuliegen scheint und im zweiten Verfahrensablauf hat man eine volle Funktionsfähigkeit festgestellt, so kann man an dieser Stelle zwei Alternativen verfolgen, um eine eindeutige Situation und Bewertung herzustellen. Bewertet man beispielsweise das zweite Verfahren bzw. den zweiten Verfahrensablauf als wichtiger, so kann dann dieses im Grunde genommene Kontrollergebnis als die Situation am besten beschreibend werten und dann aufgrund der höheren Wertigkeit dieses zweiten Verfahrensablaufs als dominierend betrachten und daher als entscheidend für die Bewertung der Fehlerhaftigkeit von Bedeutung annehmen. Das hieße, dass in diesem Fall, das Ventil 52 voll funktionsfähig wäre. Würde man beide Verfahrensabläufe als gleichwertig sehen, hätte man das Problem, dass ein „unentschieden“ vorläge, da keine Eindeutigkeit bei der Bewertung der Indizien für eine Fehlerhaftigkeit vorgenommen ist. Unter derartigen Voraussetzungen könnte man beispielsweise das eine oder das andere Verfahren wiederholen, um eventuell einen anderen Zustand zu messen bzw. festzustellen oder beispielsweise die letzte Messung zu bestätigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011003359 A1 [0001]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Funktion(sfähigkeit) eines Aktors (90), insbesondere eines Ventils (52), wobei in einem Verfahrensablauf (Va; Vb) Indizien für eine Fehlerhaftigkeit des Aktors (90) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass dann, falls sich ein Hinweis auf eine fehlerhafte Funktion des Aktors (90) ergibt, in einem anderen Verfahrensablauf (Vb; Va) eine weitere Bestimmung der Funktion des Aktors (90) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem einen Verfahrensablauf (Va) ein Schaltverhalten des zumindest einen Aktors (90) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Schaltverhaltens des zumindest einen Aktors (90) zumindest eine elektrische Eigenschaft ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (52) mit einem unter Druck (p) gesetzten Medium gefüllt wird und aus einem Hochdruckspeicher (46) mit Medium gespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p) im Hochdruckspeicher (46) mittels einer Druckbestimmungseinrichtung (49) überwacht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (52) geöffnet wird oder mehrere Ventile (52) - insbesondere nacheinander - geöffnet werden und aus dem Hochdruckspeicher (46) Medium eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Öffnen des mindestens einen Ventils (52) eine Veränderung des Drucks (p) im Hochdruckspeicher (46) mittels der Druckbestimmungseinrichtung (49) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Drucks (p) im Hochdruckspeicher (46) analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch ein betätigtes einzelnes Ventil (52) erzeugtes Druckminimum (p52_1min_comp, p52_2min_comp, p52_3min_comp p52_4min_comp) mit mindestens einem Schwellenwert (p52_o, p52_u) des Drucks (p) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines durch ein betätigtes einzelnes Ventil (52) erzeugten Druckminimums (p52_1min_comp, p52_2min_comp, p52_3min_comp p52_4min_comp), welches oberhalb eines oberen Schwellenwerts (p52_o) oder unterhalb eines Schwellenwerts (p52_u) ist, das Ventil (52) als fehlerhaft identifiziert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerzustand eines identifizierten Ventils (52) in einen Speicher (53) gespeichert wird.